李輝輝

摘 要：該文首先介紹了地質(zhì)雷達(dá)的一般工作原理，并以廊坊市百川燃?xì)夤芫W(wǎng)勘測(cè)工程為例進(jìn)行了說(shuō)明，總結(jié)了自己在地質(zhì)雷達(dá)在天然氣管線探測(cè)方面的一些經(jīng)驗(yàn)。廊坊百川能源集團(tuán)響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，通過(guò)招標(biāo)來(lái)進(jìn)行地下燃?xì)夤芫€外業(yè)探測(cè)，運(yùn)用先進(jìn)的探測(cè)設(shè)備和技術(shù)查清所屬地下燃?xì)夤芫€的位置、埋深、走向、規(guī)格、材質(zhì)等，并最終建立管線空間數(shù)據(jù)庫(kù)、管網(wǎng)及管件屬性數(shù)據(jù)庫(kù)。該院有幸中標(biāo)，決定采用地質(zhì)雷達(dá)作為非金屬管線的探測(cè)設(shè)備。在作業(yè)的過(guò)程中總結(jié)了一些地質(zhì)雷達(dá)管線探測(cè)方面的經(jīng)驗(yàn)，和大家分享。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá) 天然氣管線 探測(cè) 地下天然氣

中圖分類號(hào)：P631 325 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）08（c）-0112-03

目前，我國(guó)城市地下管線種類繁多，包括供水、排水、燃?xì)?、熱力、電力、通信、廣播電視、工業(yè)等8大類20余種管線，針對(duì)我國(guó)地下管線現(xiàn)狀不明、家底不清問(wèn)題，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、工信部、新聞出版廣電總局、安監(jiān)總局和能源局聯(lián)合發(fā)出通知，要求在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)展地下管線普查，2015年年底前完成普查并建立完善城市地下管線綜合管理信息系統(tǒng)和專業(yè)管線信息系統(tǒng)。

1 地質(zhì)雷達(dá)工作原理

地質(zhì)雷達(dá)通過(guò)對(duì)所發(fā)射電磁波在地下介質(zhì)中傳播規(guī)律與波形特點(diǎn)的分析，查明地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)、屬性及空間分布特征。它的基本原理是：地質(zhì)雷達(dá)通過(guò)內(nèi)置的發(fā)射天線發(fā)射頻率為12.5～1200M之間的脈沖電磁波信號(hào)。當(dāng)信號(hào)在地下遇到探測(cè)目標(biāo)時(shí)，產(chǎn)生反射信號(hào)。直達(dá)信號(hào)和反射信號(hào)通過(guò)內(nèi)置的接收天線輸入到接收機(jī)，經(jīng)放大后顯示出來(lái)。然后根據(jù)有無(wú)反射信號(hào)，我們可以判斷出地下是否有探測(cè)目標(biāo)物；根據(jù)反射信號(hào)到達(dá)的滯后時(shí)間及目標(biāo)物體平均反射波速，我們可以計(jì)算出所探測(cè)目標(biāo)至地質(zhì)雷達(dá)的距離，也就是目標(biāo)物的深度。

地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射的是超高頻電磁波，它的探測(cè)能力比管線探測(cè)儀等使用普通電磁波的儀器性能更優(yōu)良，所以地質(zhì)雷達(dá)在考古、建筑、鐵路、公路、水利、電力、采礦、航空各領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用，可以說(shuō)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)是目前分辨率最高的工程探測(cè)方法。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 項(xiàng)目介紹

2014年6月份，河北省第二測(cè)繪院承接了廊坊百川燃?xì)夤镜娜細(xì)夤芫W(wǎng)勘測(cè)工程。主要工作內(nèi)容包括查明燃?xì)夤芫€的平面位置、坐標(biāo)、埋深、高程、走向、規(guī)格、材質(zhì)、埋設(shè)時(shí)間和權(quán)屬單位等。此工程的燃?xì)夤芫€探測(cè)管線長(zhǎng)度約1000 km，范圍涉及廊坊市的三河市、永清、固安、大廠等6個(gè)區(qū)縣。管線的探測(cè)遵循從已知到未知、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的原則，優(yōu)先選用有效、快速、輕便的探測(cè)方法。此項(xiàng)目管線有高壓和中壓兩種類型（本次不涉及低壓管線的探測(cè)）。高壓全部為金屬管，導(dǎo)電率強(qiáng)，因此工作人員主要采用英國(guó)雷迪公司RD-8000管線探測(cè)儀，效率和準(zhǔn)確度可以得到很好的保證。而中壓管線大部分是非金屬材質(zhì)，幾乎不導(dǎo)電（管線未鋪設(shè)金屬示蹤線），此時(shí)管線探測(cè)儀就失去作用了，在不接觸材質(zhì)的前提下，只能選擇地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測(cè)，探明管線的走向及其深度了。

2.2 天然氣地下管線探測(cè)的基本程序

天然氣地下管線探測(cè)一般包括：接受任務(wù)，收集資料，現(xiàn)場(chǎng)踏勘，儀器檢驗(yàn)，編寫(xiě)技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)，實(shí)地調(diào)查，儀器探查，地下管線點(diǎn)測(cè)量與數(shù)據(jù)處理，管線圖編繪，技術(shù)總結(jié)編寫(xiě)和成果驗(yàn)收等。對(duì)一個(gè)測(cè)區(qū)進(jìn)行地下管線作業(yè)前，首先是現(xiàn)場(chǎng)勘察，了解現(xiàn)場(chǎng)的情況，并盡可能收集已有的地下管線資料，比如百川燃?xì)夤镜墓芫€設(shè)計(jì)和竣工圖紙等資料，了解管線走向和管線設(shè)備等信息，注意不要漏測(cè)管線設(shè)備、設(shè)施。很有必要說(shuō)明的一點(diǎn)是，在進(jìn)行正式作業(yè)前，要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)方法試驗(yàn)，選擇合適的探測(cè)儀器和探測(cè)方法，并求出儀器的在本地區(qū)地質(zhì)條件下的參數(shù)，以更有的準(zhǔn)確的探明地下管線的各種情況。

另外，地下管線探測(cè)作業(yè)進(jìn)場(chǎng)后，要結(jié)合收集到的地下管線資料在工作圖上簡(jiǎn)單繪制草圖，做到心中有數(shù)。工作人員還和甲方溝通，請(qǐng)百川公司的巡線人員給我們領(lǐng)線，以提高探測(cè)效率。

2.3 儀器的選用

本工程我們使用意大利IDS公司生產(chǎn)的“Detector Duo雙通雙頻天線陣管線探測(cè)雷達(dá)”，其主要由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信號(hào)處理機(jī)和終端設(shè)備（筆記本電腦）等組成。此儀器內(nèi)部集成了兩種不同中心頻率天線（分別為250 MHz和700 MHz），通過(guò)在實(shí)地一次剖面探測(cè)可以同時(shí)獲取反映深部（250 MHz天線）和淺部（700 MHz天線）各自一幅GPR剖面圖，即可以同時(shí)顯示深部和淺部的管線探測(cè)圖像。在提高探測(cè)速度的同時(shí)也增加了探測(cè)到管線的概率和探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確率。此型儀器的整體設(shè)備組成手推車結(jié)構(gòu)。工作方式是在選擇剖面上進(jìn)行手推式剖面連續(xù)測(cè)量（見(jiàn)圖2）。

操作前進(jìn)行時(shí)間增益自動(dòng)選擇，目的在于提高探測(cè)分辨率和準(zhǔn)確確定目標(biāo)物的埋深。因儀器裝有位置傳感器，可以連續(xù)記錄從起點(diǎn)到終點(diǎn)所經(jīng)過(guò)的距離，并有白線顯示，因此可以回到需重測(cè)的實(shí)地位置，有利于檢測(cè)異常，提高定位、定深精度。

現(xiàn)場(chǎng)獲取的GPR圖像可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)解釋，除特殊情況下需應(yīng)用部分軟件進(jìn)行處理外，一般在現(xiàn)場(chǎng)就可得到滿意的結(jié)果。

2.4 地下PE材質(zhì)天然氣管線探測(cè)

由于金屬管線探測(cè)儀（如雷迪公司RD-8000）無(wú)法探測(cè)非金屬管線（因百川公司未鋪設(shè)金屬示蹤線），因此使用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行非金屬管道探測(cè)幾乎成為唯一可能。影響地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)效果的主要是介質(zhì)的介電常數(shù)和導(dǎo)電率。PE材質(zhì)的管道盡管不導(dǎo)電，但由于有其他電性差異，依然可引起比較明顯的波阻抗。雖反射波的反射次數(shù)不多，但波形呈明顯拱形，可確定管線的存在。通過(guò)對(duì)三河市某路段的探測(cè)實(shí)例（見(jiàn)圖3）不難看出探測(cè)效果。

3 探測(cè)中的一些問(wèn)題和經(jīng)驗(yàn)

3.1 由于本工程主要分布在縣城，各類專業(yè)管線較多，對(duì)天然氣管線的探測(cè)會(huì)形成很大干擾

然而，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的外業(yè)實(shí)地探測(cè)作業(yè)，我們可以發(fā)現(xiàn)各類專業(yè)管線存在不同特征，根據(jù)這些特征，可以對(duì)一些疑難管線進(jìn)行推測(cè)。當(dāng)然，這些推測(cè)也是建立在充分的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查并分析管線埋設(shè)的規(guī)律的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。比如：

（1）排水管線：特點(diǎn)是管徑較大，多為混凝土管，埋設(shè)較深，一般在0.5～5 m之間不等。

（2）給水管線：主輸水管線多為大口徑，材質(zhì)一般分為鑄鐵管和混凝土管兩種，在主要道路上呈單條或多條并行布設(shè)，埋深多在0.5～3 m之間；支輸水管線材質(zhì)絕大部分為鑄鐵管，埋深一般在1.5 m左右。

（3）電信管線：主要分布在慢車道、人行道上，分支較多，多以直埋套管方式埋設(shè)。

（4）電力管線：主要分布在人行道、慢車道上，多以管塊和管溝方式埋設(shè)，埋深多在1～3 m之間。

（5）熱力管道：熱力管道主要分布在道路中央，多以套管和管溝等方式埋設(shè)。

3.2 由于地質(zhì)雷達(dá)只能在某一個(gè)斷面內(nèi)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的探測(cè)

要對(duì)一整條路線進(jìn)行連續(xù)探測(cè)就無(wú)能為力了，我們當(dāng)時(shí)就結(jié)合了收集到的竣工圖紙和巡線人員的幫助，才很好地提高了工作效率。

3.3 在探測(cè)的過(guò)程中，很容易受到管線周圍泥土等介質(zhì)的影響

例如，對(duì)于一些地下水位比較高，土質(zhì)填埋硬度不均的區(qū)域，特別是對(duì)于一些填埋了生活或建筑垃圾的區(qū)域，會(huì)使雷達(dá)探測(cè)的回波圖像失真，不能準(zhǔn)確確認(rèn)管線點(diǎn)的位置和埋設(shè)深度，從而造成一定的探測(cè)誤差。為了克服這一問(wèn)題，適當(dāng)?shù)拟F探和開(kāi)挖驗(yàn)證是非常必要的，有閥門井的地方，可以打開(kāi)井蓋就直接看到管線了。這樣可以通過(guò)驗(yàn)證，掌握地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)誤差值，對(duì)類似的探測(cè)區(qū)域，對(duì)探測(cè)值進(jìn)行合理的糾正，確保探測(cè)值的準(zhǔn)確性。

3.4 對(duì)某些管徑較?。ò霃?100 mm）的非金屬材質(zhì)管線，幾乎難以取得有用信息

有時(shí)可以發(fā)現(xiàn)一些線索但是卻無(wú)法準(zhǔn)確探測(cè)，給管線探測(cè)工作帶來(lái)了很大的困難，這種困難的解決有賴以后探測(cè)技術(shù)和方法的長(zhǎng)足進(jìn)步，目前來(lái)看，此種情況下我們只能在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行充分的調(diào)查的基礎(chǔ)上，到相關(guān)部門查找管線的歷史資料做參考，或者進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證挖掘。

3.5 地下天然管線的探測(cè)是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，并且作業(yè)員的經(jīng)驗(yàn)也很重要

特別是復(fù)雜區(qū)域，管線探測(cè)不光需要有先進(jìn)的儀器和探測(cè)方法，而且需要作業(yè)員善于搜集資料和分析總結(jié)，探索出適合實(shí)際當(dāng)?shù)厍闆r的作業(yè)方法。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，目前地質(zhì)雷達(dá)在地下天然氣管線探測(cè)尤其是非金屬管線探測(cè)中具有其他方法無(wú)法取代的地位。隨著地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，其為城市地下管線的探測(cè)提供了很大便利?？萍荚谶M(jìn)步，地質(zhì)雷達(dá)的硬件會(huì)不斷改進(jìn)，軟件的開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新也會(huì)大大改善，這一技術(shù)必將在城市地下天然氣管網(wǎng)探測(cè)方面取得更大的應(yīng)用和發(fā)展空間。

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