2城市地下管線探測-鄧居智-20220827-final (2).pdf

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1、2022年年8月月31日日匯報人：鄧居智東華理工大學地球物理與測控技術學院2022 中歐管道工程與非開挖修復技術國際學術會議2022 China-Europe International Conference on Pipelines and Trenchless Technology(China-Euro PTT 2021)城市地下管線地球物理探測技術進展與挑戰Advances and Challenges in Geophysical Exploration of Urban Underground Pipelines提 綱CONTENTS研究現狀及存在問題機遇與挑戰主要探測方法技術及研究

2、進展1 研究現狀及存在問題城市地下管線是城市賴以生存的生命線3城市正常運行供水排水燃氣熱力電力通信廣播電視工業城市地下管線特點41 研究現狀及存在問題多元性動態性系統性隱蔽性復雜性城市飛速發展帶動地下管線功能不斷增強與更新，管線種類不斷增加，功能不斷細化，使得城市地下管線表現出多元化的趨勢城市地下管線縱橫交錯、密如蛛網，不同種類管線的賦存環境復雜，空間關系復雜，設計技術復雜，施工過程復雜，管線埋設有不同技術要求管線位置、埋深、大小等都不可見，加上資料不完善和探測技術不足等，其空間位置、屬性信息獲取困難，信息精度低，具有很強的隱蔽性地下管線是一個由管線段、管線點組成的系統，每個單元都發揮著各自的

3、作用并處于長期運轉中，任一部分發生問題都會對其正常運行產生影響城市現代化建設中，管線用途逐漸細分，管線變更越來越頻繁，新建、改建、擴建、重建以及受損等情況經常發生，使其處于一個長期的動態變化過程中1 研究現狀及存在問題5存在的問題及危害存在主要問題清理不徹底建設規模不夠資料保存缺失日常維護不足水管破裂導致路面塌陷管線泄漏起火爆炸排水不暢導致內澇危害：路面塌陷、管線泄漏爆炸、暴雨內澇等1 研究現狀及存在問題6應對舉措及利好城市地下管線探測技術與方法提供城市地下管線的信息化建設以及城市管線的規劃和管理可靠數據提高城市地下管線信息現代化管理水平為城市的優化設計和科學決策服務減輕、減少管線災害事故的發

4、生及由此帶來的經濟損失利好一利好二利好三利好四應對舉措地下管線管理管線現狀普查p 按用途可劃分出地下管道和地下電纜兩大類p 按材質可劃分為金屬管線和非金屬管線城市地下管線類型7(陳思靜等,2021)1 研究現狀及存在問題1 研究現狀及存在問題8金屬管線探測常見地球物理方法地下管線敷設周圍介質物性統計情況金屬管線相較周圍介質而言具有良好的導電性和導磁性金屬管線探測電磁感應法探地雷達法高密度電法充電法高精度磁測法磁梯度法1 研究現狀及存在問題非金屬管線探測常見地球物理方法非金屬管線相對圍巖表現為高速、高阻體非金屬管線探地雷達法高密度電法地震映像法聲波定位法示蹤法跨孔CT法塑料管玻璃鋼管混凝土管石棉

5、水泥管地下管線儀10英國RD8100管線儀日本MPL-H11S向導管線探測儀英國PCM+大功率管線儀深圳科探KT6000G管線儀日本富士PL-G管線儀1 研究現狀及存在問題探地雷達設備11美國GSSI，SIR系列探地雷達中國電磁波傳播研究所，LTD系列探地雷達意大利STREAM三維雷達 加拿大SSI三維探地雷達1 研究現狀及存在問題1 研究現狀及存在問題12城市地下管線探測難點p 城市管線探測環境復雜、干擾大p 城市地下管線探測地下情況復雜、干擾體多p 地下管線錯綜復雜、施工工藝和鋪設年度不同提 綱CONTENTS研究現狀及存在問題機遇與挑戰主要探測方法技術及研究進展2 主要探測方法技術及研究

6、進展-電場感應法電磁感應法（地下管線儀）電磁法工作原理Pr45水平方向磁場強度曲線垂直方向磁場強度曲線磁力線地面管線平面定位原理測深原理夾鉗法直接法感應法探測方案探測方案探測方式探測方式激勵信激勵信號選擇號選擇 感應磁場測感應磁場測量方法量方法 探測示意圖 自主研發的大功率地下管線探測設備2 主要探測方法技術及研究進展-電場感應法大功率偽隨機發射波形自主研發的大功率地下管線探測設備信號發送機信號接收機2 主要探測方法技術及研究進展-電場感應法基本原理探地雷達（GPR）：是一種利用電磁波反射確定地下介質分布情況的電磁探測方法工作頻率：MHzGHz，在地質介質中以位移電流為主；電磁波動方程與地震波

7、類似方法特點：探測深度小，精度高；測試速度快，成果直觀，可進行實時解釋；儀器智能化高，一般集成或采用計算機控制2 主要探測方法技術及研究進展-探地雷達法基本原理2 主要探測方法技術及研究進展-探地雷達法探地雷達探測深度有限探地雷達識別地下目標體復雜2 主要探測方法技術及研究現狀-探地雷達法數據處理及軟件開發的GPRpro探地雷達數據處理解釋軟件p 自主開發了探地雷達數據處理解釋軟件；p 譜平衡與反褶積提高分辨率，波動方程偏移成像、界面和管線自動拾取探地雷達數據處理流程2 主要探測方法技術及研究現狀-探地雷達法數據處理及軟件探地雷達圖像的人工智能識別算法Build CNN modelsPredi

8、ctive recognitionData constructionMake data setsTraining samplesTesting samplesBuild CNN modelsCNN trainingCNN testingGpr profile dataCNN predictionIdentify Pipeline and abnormal areasAccuracy/loss2 主要探測方法技術及研究現狀-探地雷達法數據處理及軟件基于人工智能的地下管線定位流程(Hai Liu et al.2020)Trained CNN Model2 主要探測方法技術及研究現狀-探地雷達法數據

9、處理及軟件探地雷達數據全波形反演流程探地雷達數據全波形反演流程（Anh Phuong Tran et,al 2012）2 主要探測方法技術及研究現狀-探地雷達法數據處理及軟件全波形反演技術(Nan Huai,et al.2020)應用案例24北京空洞探測電話線同一通道中平行的2根煤氣管PVC管鐵管南昌某道路管線探測2 主要探測方法技術及研究進展-探地雷達法應用案例25(Porsani et al.,2012)金屬管GPR測線布置7線探測結果2 主要探測方法技術及研究進展-探地雷達法應用案例26p 多通道三維雷達探測技術：實現多頻多通道、同頻多通道、多極化多通道模式采集，滿足淺、中、深探測需求2

10、 主要探測方法技術及研究進展-探地雷達法應用案例27p 多通道三維雷達探測技術：實現多頻多通道、同頻多通道、多極化多通道模式采集，滿足淺、中、深探測需求，同時顯示平面和垂面信息2 主要探測方法技術及研究進展-探地雷達法應用案例282 主要探測方法技術及研究進展-探地雷達法應用案例29鋼筋鋼筋50m道間距：0.01 m 測線總長：48 km (480萬道)時窗長度：22 ns采樣間隔：0.1 ns (220 點/道）出水管出水管進水管進水管2 主要探測方法技術及研究進展-探地雷達法100m其他地球物理探測方法：拖拽式瞬變雷達系統30探測結果瞬變雷達系統及參數(Ye et al.,2022)2 主

11、要探測方法技術及研究進展-其他地球物理方法其他地球物理探測方法：高密度電法31(王勇,2012)高密度測線布置2D反演結果天然氣管道位置2 主要探測方法技術及研究進展-其他地球物理方法其他地球物理探測方法：聲學探測法32聲學探測測線布置不同橫波速度探測結果對比(Liu et al.,2020)2 主要探測方法技術及研究進展-其他地球物理方法其他地球物理探測方法：磁梯度法332 主要探測方法技術及研究進展-其他地球物理方法（Jianjun Xi，2021）探測原理圖典型響應曲線特征勘探實例其他地球物理探測方法：跨孔CT法342 主要探測方法技術及研究進展-其他地球物理方法跨孔C T 成像及相應內

12、窺鏡檢驗結果跨孔CT探測原理圖（趙文軻等，2020）提 綱CONTENTS研究現狀及存在問題機遇與挑戰主要探測方法技術及研究進展3 機遇與挑戰燃氣管道老化更新改造36p 事故直接原因：中壓鋼管嚴重腐蝕導致破裂事故現場及燃氣管道布置圖事故管道環境事故管道腐蝕斷裂實物p 機遇：燃氣管道老化更新改造迫在眉睫，急需先進的非開挖探測技術查明地下老化燃氣管道的缺陷位置及程度。p 挑戰：管道敷設環境給探測施工和儀器選擇提出了更高的要求 管道敷設長度和埋深給當前地球物理探測深度提出了新的要求3 機遇與挑戰供排水、供熱等其他管道老化更新改造37供熱管網改造施工現場p 機遇：供排水、供熱等管道老化更新改造急需對地

13、下管線類型、埋深信息、規格材質等進行普查。p 挑戰：非金屬管線在供排水、供熱管道中應用更為廣泛，提出加強非金屬探測方法研究的要求供水管道改造施工現場3 機遇與挑戰城市地下管廊建設38城市綜合管廊規劃建設及運維示意圖p 機遇：城市地下管廊建設是在城市地下建造出一個隧道空間，將電力、通信、燃氣、供暖、供水排水等各種工程管道和線路集為一體，并在隧道中設置專門的檢修口、吊裝口和監測系統，實施統一規劃、統一管理、統一設計和統一建造，保障城市運行。p 挑戰：對建立城市地下管線三維空間數據庫和監測預警平臺提出了更高的要求3 機遇與挑戰面向“智慧城市”的“智慧管網”建設39城市智慧管網平臺示意圖p 機遇：智慧管網是以精確探測、定位地下管線為基礎，實施監測感知管線破損等故障，構建地下管線全壽命周期管理的綜合信息平臺系統，從而及時預警、處置地下管線的異常，確保人民生命財產安全。p 挑戰：如何將探測工作和成果與3S技術、信息網絡技術、數字測繪技術、5G通訊技術等相結合，建立健全先進、智能、集成和統一的城市智慧管網平臺。請各位專家批評指正！請各位專家批評指正！