黄申硕，陆占国，林立松，惠亚娜

(北京桔灯地球物理勘探有限公司，北京102200)

一、引 言

随着城镇化进程的快速推进，城市公共安全问题也自然而然地成为关系国计民生的重大课题。早在2006年3月，“The Leading Edge”杂志社，就发表过“Geophysics and Public Safe”(地球物理与公共安全)专集。对休斯顿、堪萨斯、图森、佛罗里达等区出现的浅层断裂系、落水洞形成及不均匀沉降所产生的城市工程不安全因素及探测方法作了较详尽的介绍与讨论。

近年来，我国各地城市公路塌陷、建筑物倒塌类报导屡见不鲜，已引起政府及有关方面的高度重视。应当指出，城市地下纵横交错的管线(每户平均六条)为城市居民生活带来了极大的便利，为城市经济发展起到了不可估量的贡献，但是也同样对城市工程的公共安全造成了不少的隐患。

首先，城市的管线会产生老化破损，特别是自然因素和人工因素所造成的工程力学环境恶化，其破损速度会不同程度地加速。破损的管线尤其是供排水管线的破损，泄露的废水又会掏空地下基础建筑，产生空洞、水沟等，造成公路与建筑物塌落，酿成生命财产损失的灾难性事件。

其次，城市地下管线的开挖、回填，往往会使原有工程条件发生变化，而变化着的工程地质条件，又往往会扭曲、损坏管线。可以说城市的管线密布区，可能是城市公共安全必须重点防范的区域。

综上所述，城市地下管线探查，不能仅仅停留在“分布状况”与“精准定位”上，非常有必要与工程物探密切配合，使其在城市工程公共安全保障中发挥更大作用。

二、地下管线探查中的功能扩展

地下管线是现代城市重要的基础设施之一，精准勘查地下管线的平面位置、高度、埋深、走向等空间要素，建立地下管线的信息库，是现代化城市管理的重要工具。以往的地下管线探测，基本目的局限于管线本身的空间分布的精准空位，很少涉及管线所处空间的工程地质条件及变化。因此，常用的探测方法以电磁感应类为主(从金属探测器到地质雷达)，少数情况也沿用某些常规物探方法(充电法、磁法等)。目前用于管线测量的方法、仪器，需要兼顾工程物探，其功能必须予以扩展:

1)勘探深度应从3～5 m，扩展到10～20 m。

2)使用多种方法，充分利用岩土的物性参数(电阻率、介电常数、密度和弹性模量)的不均匀性分布，精细描绘周围空间的工程地质力学状况，以查找空洞、断层等不安全隐患。

多种物探方法与仪器，有可能在地下管线探测中起到重要作用，如瑞利面波地震法、MHz级探地雷达、地容耦合式电阻率部面法、三分量动态瞬变电磁方法等。然而，由于地下管线探测区的特殊性——强干扰，作业区狭小而局限，大多分布于建筑物群落之中，因此，选用的方法，仪器应当体现高效轻便、抗干扰能力强、无损检测(最好是动态连续)等特点。下面简单介绍几种可能的方法和仪器:

1.三分量动态瞬变电磁仪DNT-32

动态纳米瞬变(DNT)是一个快速多通道TEM数据采集的系统，是常规时间域电磁法的改进，测量的时间早于常规TEM仪器，最快速采样在发射机关断后1μs左右，定位精确，并且动态实时观测，整套系统集成了快速的发射关断和高速采样。

2.抗干扰伪随机电法仪GAEA10

以往的电(电磁)法仪器，多以累加平均(或积分)方式消除随机分布的噪声，提高系统的信噪比。然而，随着经济社会的发展与城镇化进程的推进，与人类活动有关的噪声(电磁、振动)雪崩似地增大，而且形式五花八门，仅靠常规抗噪手段无法奏效，甚至适得其反。因此，桔灯公司开发研制了以伪随机编码及互相关技术为基础的新型的电法仪器，经过近一年的试验，表明其抗干扰力极强，可在高压线密布的城区取得可靠数据(如图1所示)。

图1

通过发射机向地下发送伪随机编码的电流波形信号，接收机接收发射出的伪随机电压信号，通过数字信号处理得到大地响应函数。数字信号处理过程顺序是:首先对发送信号作自相关处理得到发送信号的大地响应函数，对接收信号作互相关处理得到接收信号的大地响应函数，分别对发送信号和接收信号的大地响应函数做快速傅里叶变换，得到各频点下信号的实部和虚部，从而得到发送信号和接收信号的幅频特性曲线和相频特性曲线;然后用接收信号的相频特性曲线减去发送信号的相频特性曲线，就得到各频点的绝对相位值;最后用接收信号的幅频特性曲线除以发送信号的幅频特性曲线，再乘以物探上的装置系数K，即可得到视电阻率。

3.电阻率剖面法

电阻率剖面法，对地下电性分布的不均匀状态，反应灵敏，一直是工程物探中常用的方法;但常规电阻率剖面法，使用向地下埋入电极进行测量的方式，在城区无法实施。几年前，国外研发了一种电容耦合式的交变电流(15 kHz)电阻率剖面仪器，以便在浅层物探中实现无损动态测量，国内几个单位也做了类似的研究，预计很快就会有商业化仪器设备面市(如图2所示)。

三、城市工程物探中地下管线的影响

在城市进行工程物探，除了严重的干扰及作业区受限等因素之外，地下管线的存在大大增加了工程物探的难度。

1)地下导线大多是金属物件，导电性极好，它不仅表现出强烈的异常反应，成为工程物探的强干扰法，而且会使激励场(电场、电磁场)的分布严重畸变，无法用现有的概念对观测资料做出准确解释。

图2

2)地下管线密布区，也是城市公共工程安全敏感区，避开工业已存在的地下管道进行工程物探，在城区基本上是不可能的，解决以上难题，不是一两项技术或者一两种仪器就可奏效的，需要进行长期的多方面的实践与研发。

为此，在城市进行工程勘探，必须与地下管线探测等紧密结合，在充分查找管线分布及管线类型的基础上巧妙地施以其他物探方法，并综合管线状态做出合理的解释，才能取得较好的结果。在管线分布十分密集区，为了减小浅层管线的影响，也可以适当的进行浅部测井或管线以下的电法勘测工作(如将测量一端供电电极置于3 m以下)。

四、结语与建议

城镇化的快速推进，城市公共工程安全事故的频频出现，将促使地球物理体系中的两个分支——地下管线与城市工程物探高度融合，甚至浑成一体，应当是经济技术发展的必然;地下管线与城市工程物探的科技工作者，不论是自学还是被迫，都应当相互交流，相互补充，融合成一个高技术、高效能的服务平台，为城镇化进程中的公共安全服务保驾护航。

桔灯公司作为一个地球物理探测的服务机构，愿意为实现这种科学的“融合”搭建平台，提供信息，提供产品，提供各项力所能及的服务。

略)