陳 昊

（北京建筑大學(xué)，北京 100044)

城鎮(zhèn)燃?xì)釶E管道探測(cè)中探地雷達(dá)的應(yīng)用

陳 昊

（北京建筑大學(xué)，北京 100044)

針對(duì)城鎮(zhèn)燃?xì)釶E管道無法采用地下管道探測(cè)儀進(jìn)行定位的難題，在簡(jiǎn)單介紹PE管道主要特征的基礎(chǔ)上，提出一種以探地雷達(dá)為核心的新地下管道探測(cè)方法，并對(duì)這種方法的采集系統(tǒng)構(gòu)成、原理進(jìn)行深入分析，最后通過研究與實(shí)踐得出在對(duì)城鎮(zhèn)燃?xì)釶E管道進(jìn)行探測(cè)時(shí)，使用探地雷達(dá)完全可行的結(jié)論，為城鎮(zhèn)地下管道建設(shè)與防止不必要事故的發(fā)生提供可靠的技術(shù)支撐。

PE管道；地下管道探測(cè)；探地雷達(dá)；應(yīng)用

1 城鎮(zhèn)燃?xì)釶E管道特征

PE管道即聚乙烯管道可分為中密度聚乙烯管道與高密度聚乙烯管道，而且按照不同的壁厚還能分成SDR11與SDR17.6。其中，SDR11系列主要用于輸送人工煤氣，而SDR17.6系列以輸送天然氣為主。相比普通鋼管，PE管道工藝簡(jiǎn)單，具有良好韌性，而且無需進(jìn)行防腐處理，能省略大部分工序；但其器械性差于鋼管，在施工時(shí)必須重點(diǎn)考慮熱力供暖的安全間距，同時(shí)要避免直接暴露在陽光和空氣之下，且對(duì)化學(xué)物品較為敏感，要做好污水管道防滲工作，否則將對(duì)管道造成傷害[1]。

2 以探地雷達(dá)為核心的城鎮(zhèn)燃?xì)釶E管道探測(cè)系統(tǒng)

2.1 采集系統(tǒng)

在管道探測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中，探地雷達(dá)實(shí)際上充當(dāng)采集系統(tǒng)的作用。探地雷達(dá)由三部分構(gòu)成，分別為主機(jī)、天線與處理軟件。其中，天線的頻率有很多種，頻率主要和探測(cè)結(jié)果分辨率及探測(cè)深度有關(guān)。

2.2 探測(cè)原理

對(duì)探地雷達(dá)而言，它最早是將空氣作為傳播介質(zhì)來完成探測(cè)任務(wù)的。當(dāng)人們?cè)趯?duì)非金屬管道實(shí)施探測(cè)作業(yè)受到阻礙時(shí)，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用探地雷達(dá)可以取得較好的效果。在對(duì)非金屬管道進(jìn)行探測(cè)時(shí)，想要應(yīng)用探地雷達(dá)并發(fā)揮預(yù)期的作用，需要滿足以下物性前提：被探測(cè)管道和周圍傳播介質(zhì)之間，有明顯的電磁波傳速差與介電常數(shù)差。

所有傳播介質(zhì)中，金屬介電常數(shù)最大，所以電磁波無法透過金屬，即電磁波全反射。而其他傳播介質(zhì)都有電磁波反射條件。因此，在這種特性的支持下，可以利用雷達(dá)波形來判斷非金屬管道的具體位置[2]。

2.3 工作原理

通過對(duì)采集系統(tǒng)與探測(cè)原理的分析可知，在對(duì)非金屬管道進(jìn)行探測(cè)時(shí)使用探地雷達(dá)，不僅能實(shí)現(xiàn)無損探測(cè)與連續(xù)作業(yè)的目標(biāo)，還能加快探測(cè)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高探測(cè)精度，其工作原理見圖1。

當(dāng)雷達(dá)的天線到達(dá)被探測(cè)管道正上方，同時(shí)系統(tǒng)主機(jī)發(fā)出進(jìn)行掃描工作的指令時(shí)，天線開始向地下不斷發(fā)送對(duì)高頻極化電磁波。因地下分布著不同的傳播介質(zhì)，而且在相同的傳播介質(zhì)當(dāng)中還不能排除不均勻的問題，所以部分發(fā)射出去的電磁波會(huì)從不同絕緣實(shí)體之間形成反射，以此對(duì)地下目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)。

從理論角度講，只要可以滿足探測(cè)基本條件，雷達(dá)就能探測(cè)所有材質(zhì)的管道。沒有發(fā)生發(fā)射的電磁波，依照能量守恒，其能量會(huì)被底層不斷吸收，直至被底層完全吸收，信號(hào)十分微弱。在介質(zhì)分界線上發(fā)生的電磁波反射，主要由各種基礎(chǔ)物體及土壤層材料所產(chǎn)生的磁場(chǎng)、電場(chǎng)反應(yīng)引起。

探測(cè)過程中，發(fā)射與接收天線十分接近，甚至重合，使發(fā)射天線邊界到被探測(cè)管道頂端的距離約等于管道和土層介質(zhì)邊界到接收天線的距離。如果天線位置改變，則天線到被探測(cè)管道的距離會(huì)發(fā)生明顯變化。圖1中，X-N，…，X0，…，XN表示被探測(cè)管道和天線之間的水平距離，而d-N，…，d0，…，dN表示被探測(cè)管道所處深度。雷達(dá)可對(duì)信號(hào)往返時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，再根據(jù)電磁波在相應(yīng)傳播介質(zhì)當(dāng)中的速度，通過計(jì)算得出天線和被探測(cè)管道之間的距離。對(duì)于探地雷達(dá)發(fā)出的電磁波，其有效穿透深度除了和天線頻率有關(guān)外，還會(huì)受到地下不同傳播介質(zhì)的導(dǎo)電率的影響，表現(xiàn)為隨導(dǎo)電率的增加，有效穿透深度減小[3]。

圖1 探地雷達(dá)工作原理

3 結(jié)束語

研究與實(shí)踐表明，在對(duì)城鎮(zhèn)燃?xì)釶E管道進(jìn)行探測(cè)時(shí)，使用探地雷達(dá)是完全可行的，但存在無法準(zhǔn)確確定三通點(diǎn)、近距并行管道與拐點(diǎn)的實(shí)際問題。對(duì)此，可采用幾何的方法，結(jié)合管道工程設(shè)計(jì)資料與巡檢工作人員經(jīng)驗(yàn)，得出管道具體位置。以探地雷達(dá)為核心的PE管道探測(cè)方法具有較高的精度和效率，且無需開挖驗(yàn)證，在城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫€領(lǐng)域有著十分廣闊的應(yīng)用開發(fā)前景。

[1] 曾岳梅，賈向煒，李英杰.埋地PE管道定位探測(cè)技術(shù)綜述[J].測(cè)繪通報(bào)，2016，（S1）：64-66，88.

[2] 熊俊楠，孫銘，彭超，等.基于探地雷達(dá)的城鎮(zhèn)燃?xì)釶E管道探測(cè)方法[J].物探與化探，2015，（05）：1079-1084.

[3] 曾岳梅，賈向煒，李英杰.埋地PE管道聲學(xué)定位探測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究[J].煤氣與熱力，2015，（07）：30-32，44.

Application of Ground Penetrating Radar in Gas Pipeline Detection of Urban Gas

Chen Hao

Based on the brief introduction of the main features of the PE pipe，a new method for detecting the new underground pipeline is proposed，which is based on the ground penetrating radar.In this paper，F(xiàn)inally，through the research and practice，it is concluded that the use of ground penetrating radar is feasible and feasible for the construction of urban underground pipelines and the prevention of unnecessary accidents.The technical support.

PE pipe；underground pipeline exploration；ground penetrating radar；application

TU996

A

1003–6490（2017）11–0105–01

2017–09–10

陳昊（1986—），男，北京人，工程師，主要研究方向?yàn)槿細(xì)夤こ痰氖┕ぜ夹g(shù)與應(yīng)用。