超声波法在地下管道埋深探测的应用技术研究包括资料收集、现场踏勘、方法试验等前期工作流程。在物探资料的解释中还存在多解性的问题，即对于同一异常场有时可得出不同的地质解释。这种情况往往是由于复杂的地质条件和地球物理场理论自身的局限性造成的。为了克服这种多解性的影响，应尽可能地收集已知的地质资料、地下管道性质资料，通过方法试验，进行综合分析解释，从而得到可靠的探测成果。
（1）资料搜集
地下管道与周围介质的声波速度、密度应存在明显差异。部分周围介质中的声速参考表9-4。
表9-4 部分介质的声速和密度表
注：地下管道材料主要为钢、铁、混凝土、PVC材料等。
（2）现场踏勘
根据前期收集的资料，到实地进行现场踏勘，为后续技术力量分配和作业方案的确定做准备。实地调查主要是调查管道性质和平面位置，包括埋深、管径、材质、管道内物质等有关参数，以及实地上能看见的管道附属物、出露的特征点等，管道出露的特征点如图9-12。
开展跨孔超声波法探测，首先要查明地下管道的大致分布范围和区间位置，地表、地下障碍物情况，现场地面平整情况、积水等环境因素，场地地层分布情况等，选择有利于布置钻孔的位置。
图9-12 管道埋深探测现场踏勘
（3）方法试验
跨孔超声波法探测岩土的传播距离（L）会受仪器发射能量大小、介质物理性质的限制，超声脉冲信号在土层介质中传播的能量衰减较快，因此，应开展跨孔超声波法探测岩土的有效性试验。
首先，应对超声波在岩土层介质中有效传播距离的大小进行研究试验，有效传播距离是指仪器接收到的声波信号初至能被清晰识别；其次，对跨孔超声波法探测地下管道埋深的有效性进行应用研究。
①方法有效性试验
于2015年3月19日在一块空宽地坪上，进行了超声波在土层介质中有效传播距离大小的初步试验，用麻花钻钻成二孔，孔深2.5 m，声测管材质为外径40 mm的PVC管，声测管外壁间最小净距离为3122 mm。自上而下的地层分别为：
杂填土，深度0～0.3 m，松散；
素填土，深度0.3～1.5 m，密实；
黏土，深度1.5～2.5 m，软～可塑。
试验结果，在黏土层中超声波波形初至清晰可辨（图9-13和图9-14），测试精度高（采样间隔为1.6μs），数据可靠；黏土层平均声波波速1520 m/s，平均波幅值103dB。
图9-13 深度2.0 m处黏土层跨孔超声波波形
图9-14 在黏土层中管间距3122 mm处的超声黏土波波列图
根据方法初步试验结果可得出结论，超声波在黏土层中有效传播距离大于3.1 m，具备了跨孔超声波法探测地下管道埋深的重要条件之一，但在实际岩土超声波法探测工作前，应做好以下工作：
a.既有地下管道大致平面位置，可结合实地地下管道的调查工作，并通过资料收集、电磁法地下管线探测等手段来实现，必要时辅以静力触探等方法确定管道平面位置。
b.钻机成孔方案应经过安全论证，钻头应使用特制的塑料钻头进行钻机成孔，以确保既有管道的安全；孔径宜为76 mm，使声测管与土层紧密接触；声测管应管间平行、管内畅通、管节牢固、管底密封，管内无异物；地表下埋管龄期宜为7天左右。
c.埋设的声测管材质宜为铁管、PVC管。
d.埋设的声测管外径宜为50～76 mm，壁厚宜为2.0～3.0 mm；宜提前7天以上预埋声测管。
e.校正现场仪器设备电缆计数器误差；超声波法检测点距应≤10 cm。
f.检测现场应避开周围的振动影响。
②超声波在土层介质中有效传播距离的试验研究
在跨孔超声波法探测地下管道埋深的钻孔成孔过程中，岩土超声波在土层介质中有效传播距离越大，钻孔间的距离越大，对管道就越安全，也可有利于大管径（≥2.0 m）管道的探测。
a.声测管间距3.0 m，在小港高尔夫球场内，埋深1.3～5.0 m的黏土与淤泥质黏土层的超声波波列图见图9-15，超声波初至清晰可辨，波列能量较强，传播效果好。而浅部0～1.2 m的松散杂填土的超声波初至难辨，信号无效。
图9-15 声测管间距3.0 m的超声波波列图
b.声测管间距3.2 m，在宁波庄市梅林泵站工程，埋深3.5～7.4 m的黏土与淤泥质黏土层的超声波波列图见图9-16，超声波初至清晰可辨，波列能量较强，传播效果好。而浅部0～2.0 m的松散填土层的超声波初至难辨，信号无效。
图9-16 声测管间距3.2 m的超声波波列图
c.声测管间距3.3 m，在宁波鄞州区明辉路，埋深2.6～5.4 m的淤泥和黏土层的超声波波列图见图9-17，超声波初至清晰可辨，波列能量较强，传播效果好。相对黏土层而言，淤泥层的后续超声波能量衰减较慢。在浅部0～2.0 m的松散填土层中，声测管与土层接触很松，超声波初至难辨，信号无效。
图9-17 声测管间距3.3 m的超声波波列图(www.xing528.com)
d.声测管间距3.4 m，在宁波小港高尔夫球场内管线北移工程23剖面中，埋深15.0～18.0 m的淤泥质黏土、黏土层的超声波波列图见图9-18，超声波初至清晰可辨，波列能量较强，传播效果好。但是，在16.5～16.8 m的砾砂层中，超声波初至已不够清晰，波列信号能量较弱，频率相对较低。岩土跨孔超声波波法探测距离试验现场照片见图9-19。
图9-18 声测管间距3.4 m的超声波波列图
图9-19 跨孔超声波波法探测现场
e.声测管间距2.92 m，宁波鄞江镇DN2000自来水管道物探工程23剖面，埋深8.0～11.0 m的圆砾、含黏性土圆砾、含砾砂粉质黏土层的超声波波列图见图9-20，超声波初至清晰可辨，波列能量较强，频率相对较低，传播效果较好。
图9-20 声测管间距2.92 m的超声波波列图
f.超声波在不同土层中传播的波速、频率、能量是有区别的。例如，声测管距离为2.99 m，在深度15.7 m处淤泥质粉质黏土层中传播的超声波频率相对较高，初至波能量相对很强，声速为1664 m/s，见图9-21；在深度17.0 m处黏土层中传播的超声波频率相对较低，初至波能量相对较强，声速为1860 m/s，见图9-22。在深度8.4 m处（管距3.47m）圆砾层中超声波波形见图9-23，超声波频率相对较低，初至波能量相对较强，声速为2224 m/s。
图9-21 在15.7 m淤泥质粉质黏土层中超声波波形
图9-22 在17.0 m黏土层中超声波波形
图9-23 在8.4 m圆砾层中超声波波形（管距3.47m）
在不同土层介质中超声波有效性传播的波形特征见表9-5。
表9-5 在不同土层介质中超声波有效性传播的波形特征
续 表
③在浅部土层中超声波传播特性的研究试验
浅部土层一般是指埋深小于5 m的土层。浅部土层往往较松散，密实度较差，在传播过程中声波产生绕射、散射严重，超声波能量衰减较快，在传播一定距离后初至波难以被辨别。了解超声波在浅部土层中传播有效距离的大小，有助于超声波法探测地下管道的成果解释的完整性。
声测管外壁间距离1.44 m，在深度0.8 m处黏土夹管道层中超声波波形（图9-24），到达的初至波难以辨别，说明浅部土层松散，不利于开展超声波法探测浅部管道埋深工作。同样的声测管外壁间距离1.44 m，在深度1.5 m处黏土层（软塑）中超声波波形（图9-25）初至波较清晰，有利于开展超声波法探测浅部管道埋深工作。现场试验照片如图9-26。
图9-24 在深度0.8 m处黏土夹管道层中超声波波形
图9-25 在深度1.5 m处黏土层中超声波波形
图9-26 在浅部土层中超声波法探测管道埋深的现场试验
在0～3 m浅部土层中跨孔超声波法探测波列图（图9-27），在0～1.4 m浅部土层中接收到的超声波初至波难以辨别；在1.5～3.0 m浅部土层中接收到的超声波初至波较清晰可辨，说明该深度处的浅部土层已较密实，在声测管外壁间距离2.87 m条件下，也可以开展管道埋深探测。现场试验照片如图9-28。
图9-27 在浅部土层中跨孔超声波法探测波列图
图9-28 在浅部土层中跨孔超声波法探测试验现场
综上所述，在浅部土层松散的情况下，不利于开展超声波法探测浅部管道埋深工作；在浅部土层密实的情况下，声测管外壁间距离可放宽到3.0 m左右，如果超声波初至波较清晰，可开展跨孔超声波法探测浅部管道埋深的工作，特别有利于浅部双层管道的埋深探测。
④方法试验总结
经过跨孔超声波在土层介质中有效传播距离、在浅部土层中超声波传播特性的研究试验，总结如下：
a.跨孔超声波的有效传播距离应能使仪器接收到的初至波信号被清晰识别。
b.在淤泥、淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土、黏土、粉质黏土等流塑、软塑、软可塑、硬可塑、硬塑的软土层中，有利于开展跨孔超声波法探测地下管道埋深的工作，其有效传播距离至少可达3.4 m，但在开展跨孔超声波法探测地下管道埋深工作前必须进行传播距离的有效性试验。
c.在密实的圆砾、含黏性土圆砾等土层中有利于开展跨孔超声波法探测地下管道埋深的工作，其有效传播距离至少可达2.9 m，但在开展跨孔超声波法探测地下管道埋深工作前必须进行传播距离的有效性试验。
d.在松散、不密实的土层中，不利于开展跨孔超声波法探测地下管道埋深的工作，例如松散的杂填土、素填土，不密实的砾砂、砾石、圆砾等等；一般情况下，超声波在地表浅部松散土层中的有效传播距离小于1.0 m。
e.探测现场应避开周围的振动影响。
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