地质雷达法探测地下煤气管线位置

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摘要：首先针对地质雷达法探测地下管线做了工作原理的阐述。应用RAMAC/GPR探地雷达进行地下煤气管线探测，基于对城市地下管线周围介质环境的分析，设置了探地雷达的工作参数，进而对城市地下煤气管线进行了探测。

关键词：RAMAC/GPR探地雷达，地下煤气管线探测

中图分类号：F407.1 文献标识码：A 文章编号：

1.引言

自二十世纪七十年代开始，探地雷达进入工程物探领域。由于该仪器轻便，工作效率高和无破坏性等特点，探地雷达在工程探测领域的应用日益广泛。雷达的早期应用主要集中在勘探方面，随着雷达技术的不断完善和发展，其应用领域涉及市政、公路、铁路、考古、隧道等。特别是进入二十一世纪以来，雷达技术更是得到空前的发展，其重要性日益彰显。在我国，近几年隧道和路面检测，桥梁结构和建筑物结构的工程呈现几何增长趋势，雷达在检测方面的应用已经超过勘探方面的应用。在城市地下管线普查中，与其它探测设备相比，探地雷达不仅能够探测金属管线，而且能够探测PE、PVC、混凝土等非金属管线。

2.工作原理

探地雷达（Ground Penetrating Radar,简称GPR）是利用超高频短脉冲电磁波在介质中传播时其路径、电磁场强度与波形随通过介质的电性质和几何形态的不同而变化的特点，根据接收到波的旅行时间（亦称双程走时）、幅度与波形资料来判断管线的深度、位置和估算管线直径等。当管线方向已知时，测线应垂直管线长轴。如图1所示，探地雷达系统会自动把不同水平位置采集到的电磁波信号（每一信号亦称之为一道）从时间域转换成空间域，不同水平位置采集的道信号组合起来，最终得到雷达剖面图上的波形反应，其典型特征为黑、白相间的抛物线。雷达剖面图上抛物线顶点横向坐标值是管线中心轴线距测量起始点的水平距离，抛物线顶点竖向坐标值为管线上表面距测量表面的深度值。

图1 雷达剖面成图示意图

3.管线深度和水平位置的确定

管线的深度可从雷达剖面图上直接读取，探地雷达系统自动把时间域转换成空间域，其原理是根据公式D=V•t/2=C•t/2 求得。其中C为电磁波在空气中的介电常数，t为电磁波在衬砌介质中的双程旅行时间， r 为介质的相对介电常数值。电磁波在不同介质中的传播速度是不一样的，在确定管线深度之前，最好在测量区域内找一条已知管线进行传播速度测试。波速值的求法是根据电磁波在介质中的双程走时时间不变的原理求得的，即 D1/Vx=D2/V2=t,其中，D1 为管线的实际埋深，Vx为我们需要求的雷达波速值，D2为从雷达图上读出的管线深度值，V2为在测量前事先假设的雷达波。

管线的水平位置可由测量轮精确测得，而且探地雷达具有现场回拉定位功能，当屏幕上显示出管线波形时（天线拖动方向与管线方向垂直时，典型波形反应为抛物线），可将天线回拉，屏幕上将出现一个光标，随着天线的回拉，光标在雷达剖面图上移动，当光标移到抛物线顶点时，天线的中心位置对应的就是该管线轴心的平面位置。

4.工程项目

4.1项目概况

大连市河口站~东软站区间位于河口站以西，起端位于黄浦路与旅顺南路的衔接点。隧道起讫里程为DK0+794.1～DK1+900，全长1105.9双线断面米。线路首先以大角度曲线从沿黄浦路方向转向旅顺南路方向，先是穿越一片待开发的拆迁区，接着在旁穿几栋民居建筑（距离较远），然后在穿越小平岛路后，穿越一座山岭。区间采用明暗挖结合法施工，起点DK0+794.065～DK1+152.424段采用明挖法施工，隧道结构为双跨矩形框架结构；DK1+152.424～DK1+900段总体采用暗挖法施工，其中穿越河口暗渠段采用上半断面明挖套拱，下半断面暗挖的明暗结合法施工。隧道为马蹄形断面结构，中间设中隔墙。

大连市河口站~东软站区间位于河口站以西，起端位于黄浦路与旅顺南路的衔接点。隧道起讫里程为DK0+794.1～DK1+900，全长1105.9双线断面米。线路首先以大角度曲线从沿黄浦路方向转向旅顺南路方向，先是穿越一片待开发的拆迁区，接着在旁穿几栋民居建筑（距离较远），然后在穿越小平岛路后，穿越一座山岭。区间采用明暗挖结合法施工，起点DK0+794.065～DK1+152.424段采用明挖法施工，隧道结构为双跨矩形框架结构；DK1+152.424～DK1+900段总体采用暗挖法施工，其中穿越河口暗渠段采用上半断面明挖套拱，下半断面暗挖的明暗结合法施工。隧道为马蹄形断面结构，中间设中隔墙。

为了解小平岛路地下煤气管线（φ300mm）具置，对此煤气管线进行了探测工作。

4.2管线探测

4.2.1探测设备

城市管线普查中, 管线埋深集中分布区约为0.8m～2.0m 之间，探测管径在100mm 以上。采用500MHz 天线, 虽分辨率有所提高, 但一般情况下对1.5m 深度以下的管线失去了探测能力；如果要提高探测深度, 采用250MHz天线, 探测深度可达到3m左右, 但对100mm以下管线就有可能漏测。本次探测地下煤气管线管径为φ300mm，雷达检测主机选用瑞典MALA公司生产的RAMAC/GPR探地雷达，综合考虑管线直径和探测深度，选用中心频率为250MHz和500MHz频率的屏蔽天线进行校核，RAMAC雷达主机和天线见图2~图4，数据传输采用光纤传输，数据存储及现场雷达图像显示采用IBM笔记本电脑及雷达专用数据采集软件RAMAC GroundVision 1.3.6。

图2RAMAC雷达主机

图3RAMAC雷达250MHz天线 图4RAMAC雷达500MHz天线

4.2.2测线布置

本次地下煤气管线探测仅对小平岛路地下煤气管线进行物探检测，根据现场情况，在路面布置四条测线，其中250MHz和500MHz频率的屏蔽天线各两条，见图5。

图5 测线布置图

4.2.3数据采集

1）将雷达主机与天线相连，将计算机与主机相连，打开主机和天线上的电源开关，当主机和天线上的指示灯开始闪烁时，打开软件；在菜单中输入文件名、路径、天线和触发方式；

2）根据探测深度和分辨率要求，选择地质雷达采集参数；

3）点击开始，开始采集数据，采集数据时尽量保证天线与被测地面紧贴，移动时保证速度平稳均匀，并记录可能产生电磁影响的物体及位置；

4）数据的采集结束，点击停止。

4.2.4结果分析

根据采集的信号用Groundvision软件处理：

1）DC Removal(去直流漂移),作用是去零漂；

2）Automatic gain control(自动增益控制),作用是对深部信号放大；

3）Subtract mean trace(抽取平均道),它的作用是水平滤波, 即去除直达波和其它水平的固有信号；

4）Band pass(带通滤波),它的作用是去除不需要的低频和高频成分；

5）Running average(滑动平均),它的作用是对图像做平滑。

4.3 探测结果

表1 煤气管线相对位置表

250MHZ天线雷达剖面图：500MHZ天线雷达剖面图：

图6测线1图7 测线2图8测线3 图9测线4

参考文献：

[1] 北京鑫衡运公司，瑞典探地雷达Ground Vision采集软件操作手册

[2] 《探地雷达在非金属管线探测中的应用》，赵永峰等，《城市勘测》2009年第3期

[3] 《探地雷达方法与应用》，李大心，地质出版