地质雷达技术在地下管线探测中的应用.pdf

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1、器管线工程PipelineEngineering王文涛(北京城市排水集团有限责任公司，北京100037)摘要：随着地下空间的开发。如何在施工过程中保护地下管线、避免造成经济损失、影响施工人员和周边群众的人身安全就成为了当前研究的热点问题。文中简述了地质雷达探测原理，对探测方法及参数确定进行了研究，总结了数据的处理方法，并通过现场工程案例，对结果进行了分析和验证。关键词：地质雷达；探测技术：地下管线中图分类号：TN959．6文献标志码：B文章编号：1009-7767(2015)01—0128—04ApplicationofGPRinUndergroundPipelineDetect

2、ionWangWentao当前．地下管线是保证城市能够正常运转的重要基础设施，承担着信息运输、输送用水、排放污水、居民供暖等重要职能。随着国民经济和社会的发展，地下管线的密度越来越大。地下空间开发的力度也逐年增大。在地下工程施工过程中将不可避免地遇到管线和管道。由于历史原因，城市地下管线网络排布杂乱，资料不完整．有些管线甚至没有合格的竣工图纸。这些问题都给地下空间的开发带来一些安全隐患，同时地下空间构筑物的施工也可能会损害这些管线。因此出于施工安全以及管线保护的需要，地下管线的探测成为一项必不可少的工作。地下管线种类繁杂、用途不同、材料和尺寸也相差很多．并且管线与周围介质在材料特

3、性上也存在差异．因此需针对不同的工程情况，采用不同的物探方法进行探测。根据CJJ61—2003《城市地下管线探测技术规程》【11，对于管径较大的非金属管道，宜采用电磁波法、地震波法等物探方法。地质雷达是一种高频宽带电磁波探测技术，其拥有探测浅层目标体的无损、连续、快捷、准确及分辨率高的优点，是目前最具应用前景的探测方法之一。它能够探明施工区域内地下管线的布设情况，已广泛地应用到城市地下管线的探测中，并且成功地解决了一些地下管线工程问题【2-61。1地质雷达探测原理地质雷达(GroundPenetratingRadar，简称GPR)基于电磁波传播理论，通过发射和接收高频宽谱电磁波来

4、辨别地下介质分布。雷达天线发射电磁波，经过介质128瘩荭投术2015No．1(Jan．)V01．33传播，再由天线接收。根据电磁波理论，电磁波在介质中传播时。路径、电磁场强度与波形特征将随所通过介质的介电性质及几何形态而变化。GPR的地质解释是在数据处理后所得的GPR图像剖面中，根据反射波组的波形与强度特征，通过同相轴的追踪，确定反射波组的地质含义。当地层中有管道时，地层与管道的界面介电常数差异较大。容易形成强烈的反射波，同时在这一界面处常常产生绕射波，而绕射波在时间剖面上为双曲线反映。因此，通过时间剖面上的特征图像就能确定管道的位置及其埋深。2探测方法与关键技术2．1仪器设备参

5、数的选取2．1．1中心频率的选取天线中心频率的选择应兼顾目标体深度和目标体尺寸。中心频率．厂(MHz)可按．厂-j尝J_初步确定。z、／岛GPR探测地下管线时，一般采用500，300，100MHz的雷达天线，测量方法为剖面法。2．1．2时窗的确定时窗的确定主要取决于最大探测深度和电磁波在介质中的传播速度秽。时窗彬可按训=鱼监估算。tJ2．1．3采样率采样率是记录反射波采样点之间的时间间隔。采样率由Nyquist采样定律控制，即采样率至少应达到记录的反射波中最高频率的2倍。对于大多数GPR系统，发射脉冲能量覆盖的频率范围为0．5～1．5倍，采样速率至少要达到天线中心频率的3倍。为了

6、保证波形的完整性。建议采样率为天线中心频率的6～8倍。天线中心频率为厂’则采样率口t-1OOOl(6f)。2．2管道埋深的确定管道埋深的计算公式为：H=vt／2。式中：H为管道埋深；秽为电磁波在土层(或含岩石)中传播速度；￡为电磁波由地表传至管道与土层(或含岩石)分界面的双程走时。在实际测试工作中，只要知道移，将其输入计算机，便可通过雷达测试专用软件将记录的时间剖面自动转变为深度剖面。厚度界面可通过人机对话方式生成。管道深度计算结果既可以深度剖面图的形式输出，也可以各处深度值的形式输出。根据管道与土层界面反射波的振幅及相位特征，便可以确定出管道的顶界面，并粗略估算出管道大小范围。

7、再根据反射波相位特征确定管道底界面。2．3测线布置原则理想状态下。地下管线的探测应以垂直于管线的方法进行，但这是建立在对管线位置及分布情况有充分了解的基础上的。实际探测中，很多时候这些信息都是未知的，那么如何合理地设计区域内的探测线路与方案就显得尤为重要。这关系到地下管线探测的全面性及探测的效率。通常对某片区域进行GPR探测时．首先应根据已有资料初步确定测线的间距，将区域用等间距的测线进行横向划分，然后沿测线方向布置一系列等间距的探测点(见图1)，随后沿划分好的测线线路进行纵横两