１ 引言
近年来，随着我国工程建设事业的迅速发展，拟建工程范围内分布着密集的地下管线。非开挖管线成为地下管线探测的重点和难点。有些非开挖管线年代久远，施工拉管资料缺失，成为影响工程设计和施工的重要因素。因此，在工程选址、设计和施工前，必须查明地下管线的分布、走向和埋深情况。
深埋管线探测方法有孔中磁梯度法、电磁法、陀仪管道测绘技术、导向探测技术等。针对非开挖金属管道，可以选用地面电磁法粗探，孔中磁梯度法精探，通过理论曲线分析及探测数值判读，**定位目标管线，为设计和施工提供可靠的依据。
２ 磁梯度法
２． １ 单管线理论模型
磁梯度法是一种对深埋管线进行空间定位的较准确的方法。图 １ 为单管线磁梯度法理论模型。在均匀无磁性物质的土层中，其磁场强度是均匀场，如果有磁性物质存在时，将会在其周围分布有较强的感应磁场，从而产生磁异常，且磁异常强度由近及远逐渐衰减。磁梯度法就是将所要探测的磁性管线等效为无限长水平圆柱体，通过观测其磁异常的变化，特别是垂直分量Ｚａ的梯度值的分布，来判定管线的平面位置及埋深。Ｚａ及其梯度值∂Ｚａ∂Ｒ的计算公式如下：
Ｚａ＝２Ｍｓ（ｘ２＋Ｒ２）２［（Ｒ２－ｘ２）ｓｉｎｉ－ ２ｘＲｃｏｓｉ］（１）∂Ｚａ∂Ｒ＝２Ｍｓ（ｘ２＋Ｒ２）２（２Ｒｓｉｎｉ－ ２ｘｃｏｓｉ）－８Ｍｓ（Ｒ２－ｘ２）ｓｉｎｉ－２ＲｘｃｏｓｉＲ（ｘ２＋Ｒ２）３（２）式中，Ｒ为埋深，ｍ；ｘ为水平距离，ｍ；ｉ为金属管线有效磁倾角，（°）；Ｍｓ＝Ｊｓ∗Ｓ：截面磁矩，Ｊｓ为有效磁化强度，Ａ／ｍ，Ｓ为截面面积，ｍ２。
图 ２为金属管线在垂直剖面上的Ｚａ梯度值的理论曲线。
通过钻孔将磁力梯度仪下到钻孔内，自上而下测量垂直方向上的Ｚａ曲线变化。空间场值为零值图案形成近似对称的六角射线状。
２． ２平行管线磁梯度场理论曲线模拟
两根或多跟非开挖管道顺行敷设情况下，可将每根管线独立看待，逐一计算磁场分量再加求和形成空间磁场。利用上述公式，模拟两根平行金属管道剖面视角下磁梯度等值线图。天津塘沽地区地磁偏角－ ７． ５°，地磁倾角 ５８°。管道东西走向时，单根管道中心线两侧磁梯度曲线呈现非对称性，极值
指向管道位置，孔位随着与管道平距增加而迅速衰减。而双根平行管道会将两种曲线叠加变得更加复杂，但衰减速率与单根管线一致。故可以通过平行管道两侧逐步逼近方法分别从两侧逼近布设钻孔，观察极值出现的位置和深度区分两根管道埋深。
图 ３ 为两平行管道不同间距磁梯度正演剖面。
由图 ３ 可知，当两平行管线平面与地面平行时，磁化率、埋深都相同，管道单侧邻近孔位极值较大，随着管道间距变大，出现极值孔平面间距也会增大。通过正演模拟，当管道水平间距大于 １． ５ｍ时，可以明显判断为两根管道。随着管道间距增大，两管道之间可以增加钻孔，但增加钻孔风险大、易碰撞管道。因此在探测平行管道时，布设钻孔顺序也应遵从由远及近，并逐孔观察曲线形态。当曲线异常值足够判断管道位置时即可停止；然后，跨过目标管道组另一侧逐孔逼近。曲线等值线为零值处连线交汇点即管道中心点，当两管道间距增大，左右两侧曲线零值连线交点也逐渐增大，即可判断为两根管道。
图４ 为两平行管道，不同埋深磁梯度正演剖面图。
由图 ４ 可知，当两平行管道平面与地面垂直时，磁化率不同时，弱磁化率管道曲线峰值会淹没在强磁化率峰值下；随着管道埋深间距变大，出现极值突变。通过正演模拟，当管道埋深间距大于１． ５ｍ时，可以明显看到邻近管道孔曲线出现双“Ｓ”型，能明显区分两根管道。
当管线分布稀疏，管道之间的平面投影或竖向间距大于 １． ５ｍ时，曲线形态可以区分两管线。建议布设钻孔间距 １ｍ，逐孔递近，探测信号强度足以判断管道埋深即可停止；然后，跨过目标管道组另一侧逐孔逼近，验证极值点对应测线距离和纵向标高是否一致，从而判断是否为两根管道。
３ 工程应用
在天津滨海新区北穿港路深埋燃气管道探测工程中，建设单位拟使用非开挖施工工艺，使水源管顶管穿越北穿港路。据前期调查管线资料得知，现场存在 ３ 根与顶管路径相交叉的非开挖深埋燃气管线。为确保设计方案的可行，需查明该区域管线的走向及埋深。结合现场作业环境和探测精度，采用地面电磁波法初步定位，孔中磁梯度法**定深的综合探测方案。
３． １ 管线仪探测成果
在拟施工路径处选择地面平坦区域，依次将天然气管道远端直连激发，由南向北做地面测线 ２０ｍ，测线跨过三根管线曲线，如图 ５所示。曲线极大值
所在位置可视为管道正上方，依次直连激发每根天然气管道测线，读取Ｈｘ值做归一化曲线，如图 ５所示。曲线极大值依次为 ７． ６、９． ８、１３． ４ｍ。因曲线平缓无法利用特征点判别管道埋深。
３． ２磁梯度法探测成果
采用两侧逐孔逼近方式施工，为保证管道安全使用特质塑料钻头钻探。通过对 ７个钻孔的数据分析，绘制了钻孔磁梯度曲线图，并结合理论模型研究和以往工作经验，确定了管线的位置及标高。图６ 为磁梯度探测曲线图。如图 ６ 所示，对比临近钻孔“Ｓ”型磁异常曲线穿过零值点位置，利用虚线连接形成六角放射线交叉点，即为推断管道位置，管道中心点高程分别为－５． ８９、－ ８． ０３、－ １３． ８７ｍ。从剖面曲线可以看到与地面管线仪探测平面位置大致相同。
３． ３ 精度验证
为保证该项目探测精度，利用塑料钻头小型注浆机验证管道位置。钻至管道正上方后，利用孔中磁梯度探测曲线（如图 ７），推断为管道顶部正上方。如表 １ 所示三根管道复测差值均小于 ３０ｃｍ，误差满足规范对地下管道埋深探测精度要求。
４ 结论
通过该案例可以得出如下结论：
１）通过正演钢制管道钻孔磁梯度曲线，当两平行管道间距大于 １． ５ｍ时可以明显区分。
２）布设钻孔应考虑管道两侧曲线对称性，如不对称则可能存在干扰物。
３）采用钻孔磁梯度法进行平行深埋钢制管道的探测，可以准确探测管线的平面位置和埋深，为工程建设和设计方案提供可靠依据。
