探地雷達在城市管線定位應(yīng)用綜述

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1、探地雷達在城市管線定位的應(yīng)用綜述摘要：探地雷達操作方便，擁有高精度、高可靠性、無損等優(yōu)點，可以精確、高效、實時探測地下的各種金屬和非金屬的未知管線。本文針對探地雷達在探測地下管線的過程及方法，進行簡要的論述。關(guān)鍵詞：探地雷達，介電常數(shù)，地下管線探測。1引言近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國各大城開始頻繁“改造升級”，地下管線改造首當其沖。隨處可見的地下管線改造施工，不僅影妨礙交通，還對財力、物力、人力造成了極大地浪費。同一地區(qū)的不同施工單位頻繁地改造地下管線，由于對地下其他單位的管線位置不清楚，或由于年代久遠無法查明地下管線具體情況等導(dǎo)致大雨內(nèi)澇、路面坍塌、管線泄漏爆炸等事故頻

2、發(fā)。其中很多事故是由于基建公司對地下管線位置不清楚而造成的。對基建公司來說，城市未知管線是潛在的巨大危險。了解現(xiàn)有管線和其它地下基礎(chǔ)工程的位置和埋深對市政施工來說是非常重要的。探地雷達（GroundPenetratingRadar,簡稱GPR),是采用無線電波檢測地下介質(zhì)分布,以及對不可見目標體或地下界面進行掃描,以確定其內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)或位置的電磁技術(shù)[3]。與管線儀相比，探地雷達可以區(qū)分無電磁信號的PVC管與鑄鐵管，探測更加準確。實際應(yīng)用中，可以搭配使用管線儀和探地雷達。這樣，不但可以減小工作量，還可以降低誤判概率。探地雷達對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性也很強，只要待測目標與周圍介質(zhì)存在一定

3、的物性差異，就可以探測出來。隨著探地雷達技術(shù)的不斷向前發(fā)展，儀器不斷升級換代，應(yīng)用的范圍也隨之逐漸擴大。目前，廣泛地應(yīng)用于考古、生態(tài)環(huán)境評估、鋼筋位置檢測、工程地質(zhì)調(diào)查等眾多領(lǐng)域。2探地雷達探測原理探地雷達是以地下所探測介質(zhì)的介電常數(shù)差異為基礎(chǔ)的一種無損物探方法。通過天線向地下發(fā)射高頻電磁脈沖，主頻為數(shù)十兆赫至千兆赫不等，以寬頻帶短脈沖形式，當脈沖在地層下遇到變化的界面時就會產(chǎn)生反射波。反射波傳播回地表后被接收天線所接收，并將其傳入主機進行記錄和顯示，再經(jīng)過資料的后處理，進行反演解釋便可得到地下巖、土層的分界面及地下管線的位置、埋深等參數(shù)。探地雷達通常以脈沖反射波的波形形式記錄。

4、波形的正負峰分別以黑白表示，或者以灰階或彩色表示，這樣同相軸或等灰線、等色線即可形象地表征出地下反射面或目標體。在波形圖上各測點均以測線的鉛垂反向記錄波形，構(gòu)成雷達剖面。根據(jù)雷達剖面圖便可判斷地下不明障礙物。探地雷達在地下介質(zhì)中的傳播遵循波動方程理論。探地雷達的探測效果主要取決于地下目標體與周圍介質(zhì)的電磁性質(zhì)差異、目標體的深度與介質(zhì)對電磁波的吸收作用、目標體的幾何形態(tài)及規(guī)模、干擾波的類型、強度及特點等因素[2]。如圖1所示。1圖1探地雷達探測原理圖2.1管線深度計算根據(jù)雷達的時間剖面，按以下公式可將時間轉(zhuǎn)換為管線的頂深度：T×CH=2√ε?式中：T－雷達反射波的雙程旅行時間；C－

5、雷達波在真空中的傳播速度（0.30m/ns）。ε?－目標以上介質(zhì)相對介電常數(shù)均值。例如下圖2中可按上公式計算出給水管道(DN150,PVC)的頂埋深h=1.15m。當與已知管線點的實際埋深出入大時，則對探測埋深校正。圖2（a）典型剖面圖（b）密集管線的區(qū)分探測剖面22.2管線直徑估算一般來講，探地雷達很難精確測出管線直徑，操作者只能根據(jù)探地雷達使用經(jīng)驗并結(jié)合管線方面的專業(yè)知識估算其直徑，其結(jié)果往往不能滿足工程精度的要求。瑞典RAMAC/GPR探地雷達的后處理軟件(REFLEXW)，提供了一種通過擬合拋物線大小來判讀管線直徑的方法，即:在管線半徑的窗口內(nèi)輸人半徑值，以不同值對應(yīng)不同

6、形狀的拋物線，當輸人某一數(shù)值后，擬合拋物線與雷達剖面圖上管線的拋物線完全吻合，則該數(shù)值就是所要探測管線的半徑。這種方法為我們解決管線直徑的探測提供了一個有效可行的思路。3探地雷達探測方法3.1探測前準備為取得最佳的探測效果，在探測之前，首先對探測目標進行充分調(diào)查，如目標管線的物性及大致的走向等。對目標管線附近的地下埋設(shè)物也要有較為全面的了解，特別是對附近管線的基本情況（如管徑、大致位置、大致埋深、鋪設(shè)走向等）要有充分的了解，以便于與雷達的探測結(jié)果進行對比，并排除淺部管線的影響，方便確定目標管線。3.2雷達剖面的布設(shè)應(yīng)注意以下幾點：1)雷達剖面應(yīng)盡量垂直管線走向；2)盡量不要將雷達

7、剖面定在管線拐點，拐點的確定應(yīng)在雷達探測基礎(chǔ)上利用交會法確定；3)雷達剖面應(yīng)盡量避開高壓電線、變電站等高頻電磁干擾較大的區(qū)域；4)對雷達剖面上的其它類型地下管線應(yīng)作詳細調(diào)查，必要時應(yīng)用管線儀進行初測，以避免將其它管線異常相似(尤為相似的是給水管)的定為排水管線，造成定位失誤。在探地雷達探測施工前，應(yīng)針對測區(qū)的場地條件、地段環(huán)境、管線分布等特點，選擇有代表性地段的已知管線進行方法試驗。通過與已知明顯管線點的對比、校核，通過不同頻率天線信號的對比，確定該方法和儀器的有效性和精度，選擇