（1）鄞州区明辉路污水主干管Ⅰ标段管道工程天然气管道埋深探测
鄞州区明辉路（茅山路—鄞西污水处理厂）污水主干管Ⅰ标段管道工程，在工区内有一外径508 mm的天然气管道（钢质、管内为液化天然气），由于在指定的P1点位置处地下深处将进行污水主干管定向钻施工，设计单位要求正确查明该处地下已铺设的外径508 mm的天然气管道埋深，以确保地下施工安全。
①钻孔和探测
首先通过电磁法管线探测，查明天然气管道平面位置位于P1点，而管道的正确埋深较难确定。以P1点位置为中心的对称两侧进行了钻孔，孔径为76 mm，孔深15.0 m；孔中埋设铁质声测管，声测管外壁间距离3315 mm。埋管龄期1天，确定测试深度自地表下12.6 m；测试的采样时间间隔1.6μs，点距0.05 m，仪器发射电压500 V。跨孔超声波法探测地下管道埋深的概况见表9-6。现场探测见图9-29。
表9-6 跨孔超声波法探测概况
注：在跨孔超声波法探测时，假定测点处自然地面为0.0 m起算。
图9-29 跨孔超声波法探测现场照片
②探测成果技术分析
在深度＜8.25 m的上部介质和深度＞9.10 m的下部介质的数米深度范围内，每点接收到的跨孔超声波初至波组无明显异常，超声波声速小于1.280 km/s，波幅大于100.00 dB。跨孔超声波法探测成果见图9-30。从P1点位置跨孔超声波波列图中提取深度7.0～9.60 m段的超声波波列图，见超声波法管道段及上下介质波列图（图9-31）。
图9-30 外径508 mm天然气管道跨孔超声波法探测成果图
图9-31 P1点管道段及上下介质跨孔超声波波列图
图9-31清晰地表现出在深度8.25～9.10 m段内超声波波组形态明显不同于上下周围土层介质的波组形态，该段超声波初至波波首面呈“双曲线”弧形，超声波声速为1.335～1.368 km/s，明显高于上下周围土层介质的声速值，认为是超声波沿钢质管道外壁绕射而先到达的声波波组；初至波能量明显降低，频率明显低于后续声波频率，认为是因超声波绕射、散射而能量明显降低，波幅为62.04～75.34 dB，明显低于上下周围土层介质的波幅值，经过3～4个声波脉冲周期后的后续超声波（认为超声波穿过钢质管道内物质后到达的后续声波）能量明显增强；而深度小于8.25 m、大于9.1 m的上下周围土层介质的超声波波组能量表现出不同情况，初至波能量较强，后续超声波能量明显减弱，没有出现相对较低的初至波频率。
根据该工程的地质勘察资料，测试孔处深度6.1～11.6 m地层为淤泥，声测管外壁间距离为3315 mm，跨孔间深度8.2 m处土层超声波声时为2614.4μs（已经过声时校正），即声速为1.268 km/s，见图9-32；深度8.5 m处超声波声时为2440.4μs（已经过声时校正），声速为1.358 km/s，明显高于该深度附近上下土层的超声波波速，又因该天然气管道的材质为钢管，认为深度8.5 m处跨孔间介质是土层夹管道，也说明了声波传播遵循费玛定律，见图9-33。
图9-32 明辉路深度8.2 m处土层超声波波形（声速1.268 km/s，声时2614.4μs，声幅119.19 dB）
图9-33 明辉路深度8.5 m介质的超声波波形（声速1.358 km/s，声时2440.4μs，声幅70.65 dB）
③探测成果
综上所述，根据地质资料，在深度6.0～11.0 m都为淤泥土，地层无变化，结合接收到的超声波声速、波幅、声波频率、初至波波组、地层等变化情况，认为在深度8.25～8.90 m淤泥层土中埋藏有天然气管道，判定管顶埋深8.3 m。P1点的岩土跨孔超声波波列影像解释成果图见图9-34，跨孔超声波法探测成果表见表9-7。
图9-34 P1点跨孔超声波波列影像解释成果图
表9-7 跨孔超声波法探测天然气管道（外径508mm）埋深成果表
注：已知该点地下埋藏物为外径508 mm的钢质天然气管道。
④成果验证
经过对P1点处跨孔间的静力触探验证，在深度8.3 m处触探钻头碰到了硬的埋藏物而钻不下去了，证明天然气管道管顶埋深8.3 m是正确的。
（2）梅林调蓄泵站联络管工程天然气管道埋深探测
在工区内有一根外径400 mm的天然气管道（钢管、管内为气体状态天然气），由于在指定的P2点位置地下深处将进行管道定向钻施工，建设单位要求正确查明该处地下已铺设的外径400 mm的天然气管道埋深，以确保地下施工安全。
根据该处地质资料，自地表而下，深度0.0～3.2 m为杂填土，深度3.2～4.9 m为淤泥质黏土，深度4.9～6.1 m为黏土，深度6.1～11.2 m为淤泥质黏土，深度11.2～17.8 m为粉质黏土夹粉土。
①钻孔和探测
首先通过电磁法管线探测，查明了天然气管道平面位置位于P2点处，但管道的正确埋深难以确定；而后以P2点位置为中心对称两侧进行钻机成孔，孔径为76 mm，孔深18.0 m；埋设钻孔PVC声测管，声测管外壁间距离3183 mm；埋管龄期2天；确定了测试深度自地表下17.0 m；探测采样时间间隔1.6μs，探测点距0.05 m，仪器发射电压500 V。跨孔超声波法探测概况见表9-8。
表9-8 跨孔超声波法探测概况(www.xing528.com)
注：在跨孔超声波法探测时，假定测点处自然地面为0.0 m起算。
预估跨孔超声波经过管道传播的声时、声速理论计算见表9-9。
表9-9 预估跨孔超声波经过管道传播的声时、声速理论计算
注：1.管道材质为钢，管道内介质为天然气，管周土层为淤泥质黏土。2.按费玛定律，一部分声波绕着管壁传播。
按费玛定律计算（一部分声波绕着管壁传播）的跨孔间声波速度V6（1.62 km/s）与管道周围土层声速V4（1.50 km/s）有明显的差异，具备了岩土跨孔超声波法探测管道埋深的地球物理条件。
该工程的跨孔超声波法探测现场见图9-35。
图9-35 梅林调蓄泵站跨孔超声波法探测现场照片
②探测成果技术分析
P2点位置跨孔超声波法探测成果图见图9-36，波速平均值为1.42 km/s，幅值平均值为100.78 dB。根据接收的超声波信号在介质中传播的波速、幅值、波形及频率等变化特征，在0～9.4 m、10.2～17.0 m的深度范围内，跨孔超声波初至波波组无明显异常，超声波声速小于1.60 km/s，大部分测点波幅大于100.00 dB。在深度9.4～10.2 m段，测点接收到的跨孔超声波初至波波组能量明显减弱，认为是超声波经过钢质管道的绕射、散射而能量明显减弱，波幅为85.19～99.54 d B，明显低于上下周围土层介质的波幅值；该段深度内超声波声速为1.6～1.7 km/s，接近理论计算值，明显高于上下周围土层介质的声速值，认为超声波经过钢质管道时一定会沿着最佳、最省时的路径传播，减少了声时，提高了声速。
图9-36 P2点跨孔超声波法探测成果图
从P2点位置跨孔超声波波列图中提取深度8.5～10.9 m段的超声波波列图，见超声波法管道段及上下介质波列图（图9-37）。更清晰地表现出在深度9.4～10.2 m段内超声波波组形态明显不同于上下周围土层介质的波组形态，该段超声波初至波波首面呈“双曲线”弧形；超声波初至波能量明显减弱，经过几个声波脉冲周期后的后续超声波（认为超声波穿过钢质管道内物质后到达的后续声波）能量明显增强，初至波频率明显低于后续声波频率；而深度小于9.4 m、大于10.2 m的上下周围土层介质的超声波波组能量表现出不同情况，初至波能量较强，后续超声波能量明显减弱，没有出现相对较低的初至波频率。
图9-37 P2点管道段及上下介质跨孔超声波波列图
根据该工程的地质勘察资料，测试孔处深度6.1～11.2 m地层为淤泥质黏土，声测管外壁间距离为3183 mm，靠近管道底部深度10.3 m处土层跨孔超声波声时为2075.4μs（已经过声时校正），即声速为1.560 km/s，见图9-38；深度9.8 m处土层夹管道的跨孔超声波声时为1872.2μs（已经过声时校正），声速为1.700 km/s，见图9-39。
图9-38 P2点深度10.3m处土层声波波形
（声速1.560 km/s，声时2075.4μs，声幅135.0 dB）
图9-39 P2点深度9.8 m处土层夹管道声波波形（声速1.700 km/s，声时1872.2μs，声幅91.10 dB）
天然气管道外径为400 mm，假定深度9.8 m处的跨孔超声波沿管壁近半周长的最佳、最省时的路径为500 mm，由此得到沿管壁的绕行波波速值VG：
跨孔间土层内的超声波声时：（孔距3183 mm-管径400 mm）/（1.56 km/s）=1784μs
沿半周长管壁的绕行波声时：1872.2μs-1784μs=88.2μs
得到：VG=500 mm/88.2μs=5.67 km/s
管材为钢管，求得超声波沿管壁的绕行波波速值接近钢质弹性波速度值，且明显高于周围土层波速，也说明了声波传播遵循费玛定律。
③探测成果
综合P2点跨孔超声波接收到的超声波声速、波幅、声波频率、波组形态、地层等变化情况，认为在深度9.4～10.2 m淤泥质黏土中埋藏有天然气管道，反映的超声波波列特征清晰可辨，各声参数特征明显不同于周边土层的声参数特征，判定管顶埋深9.6 m，管道中心埋深9.8 m。岩土跨孔超声波法探测成果见表9-10。P2点的岩土跨孔超声波波列影像解释成果见图9-40。
表9-10 跨孔超声波法探测天然气管道（外径400 mm）埋深成果表
注：已知该点地下埋藏物为外径400 mm的钢质天然气管道。
图9-40 P2点跨孔超声波波列影像解释成果图
④成果验证
在P2点位置处进行的地下管道定向钻施工，避开了深度9.4～10.2 m处，地下管道定向钻施工顺利完工，确保了地下施工安全。证明天然气管道管顶埋深9.6 m是正确的。
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