SIR20型地質(zhì)雷達(dá)在城市埋地管網(wǎng)探測中的應(yīng)用

摘 要:地質(zhì)雷達(dá)在城市地下管道的探測工作中得到了廣泛應(yīng)用，取得了較好的效果。本文在實(shí)際城市地下管網(wǎng)探測的工作中應(yīng)用SIR20型地質(zhì)雷達(dá)，對管道埋深、管道材質(zhì)和管道大小進(jìn)行探測分析。將分析判斷的結(jié)果與實(shí)際管道參數(shù)對比發(fā)現(xiàn)，SIR20型地質(zhì)雷達(dá)的探測結(jié)果是基本可靠的。對于提高地質(zhì)雷達(dá)的判斷結(jié)果，本文也給予了一定的分析。

關(guān)鍵詞:城市管網(wǎng)地質(zhì)雷達(dá)探測

中圖分類號:TU990文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(b)-0137-01

在城市建設(shè)過程中，大量的給排水、供氣等功能管道布置在地下，隨著城市的發(fā)展和變遷，很多管道的位置信息資料遺失，為將來的市政建設(shè)帶來一定的麻煩。比如施工建設(shè)中將先前的地下管道破壞，造成泄漏就會帶來安全問題。因此，有必要對信息資料缺乏的施工地點(diǎn)進(jìn)行地下管道的探測工作。目前，地下管道探測工作主要使用的就是管道探測儀和地質(zhì)雷達(dá)，其中地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)成為一種越來越廣泛使用的方法。

1 地質(zhì)雷達(dá)工作原理

地質(zhì)雷達(dá)法的工作原理是用無載波高速脈沖作為探測地下目標(biāo)的信號源，其脈沖參數(shù)因目標(biāo)探測要求而定。用寬帶天線將高速脈沖換成脈沖電磁波進(jìn)行輻射，一部分經(jīng)發(fā)射天線直接到達(dá)接收天線形成直達(dá)波，可用作地下目標(biāo)深度的參考;一部分進(jìn)入地下傳播，當(dāng)遇到地下目標(biāo)或不同媒質(zhì)界面時(shí)產(chǎn)生反射，反射的電磁波經(jīng)地表到接收天線形成反射波，反射波相對地表反射的直達(dá)波出現(xiàn)的時(shí)間是電磁波從地表到目標(biāo)再從目標(biāo)到地表傳播所需的時(shí)間。反射波帶有地下目標(biāo)和地下媒質(zhì)的性質(zhì)信息，對反射波進(jìn)行分析，可以確定地下目標(biāo)的性質(zhì)。

反射信號的強(qiáng)度主要取決于上、下層介質(zhì)的電性差異，電性差越大，反射信號越強(qiáng)。雷達(dá)波的穿透深度主要取決于地下介質(zhì)的電性和波的頻率。電導(dǎo)率越高，穿透深度越小;頻率越低，穿透深度越大。

2 地質(zhì)雷達(dá)選型

本文以實(shí)際城市管網(wǎng)探測為目的，對城市道路或綠地下的各類管道進(jìn)行探測，如金屬管、PVC管和混凝土管等。雷達(dá)檢測采用美國GSSI公司研制的SIR20型地質(zhì)雷達(dá)儀。天線頻率選用屏蔽天線，頻率在400MHz和900MHz兩種天線。400MHz天線探測深度大致在3～4m，900MHz探測深度大致在1～2m，可以滿足該次探測任務(wù)的深度要求。本次探測任務(wù)測線布置比較簡單，屬于直線型測線，跨越被測地點(diǎn)，基本與可能存在的管道正交。

3 典型探測圖像分析

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)研究，地質(zhì)雷達(dá)探測城市地下管網(wǎng)可反映出來的特征有埋設(shè)深度、材質(zhì)和管徑大小。以下就對本次探測的一些典型圖像(如圖1)進(jìn)行分析。

3.1 不同材質(zhì)管道

城市地下管線從形狀上講都是圓形截面的管道，不同之處在于管徑的不同。因此，在雷達(dá)探測圖像上不同材質(zhì)的管道由于具有相似的截面形狀而產(chǎn)生了共同的圖像特征。也就是反射波基本都呈現(xiàn)出同相軸向上凸起的“雙曲線”弧形，并且這些弧形頂部的波形振幅最大，兩端的繞射波振幅最小。

金屬管線由金屬材質(zhì)構(gòu)成，因此相對介電常數(shù)小，導(dǎo)電能力強(qiáng)。在探測圖像上反映出反射波振幅非常強(qiáng)，信號強(qiáng)度大，基本上沒有多次反射波。如圖1中的D信號和E信號。

混凝土管與金屬管相反，其介電常數(shù)較高，導(dǎo)電能力差。反射波一般較弱，在地質(zhì)條件較差的地方，“雙曲線”弧形很不明顯。只在條件較好的地方能夠探測到管底的反射波信號。如圖1中的信號A、B。

PVC管也屬于非金屬管，一般的PVC管運(yùn)送的都是水，所以會有比較明顯的反射波信號出現(xiàn)，并且反射波多次反射，呈現(xiàn)出多個(gè)“雙曲線”弧形。如圖1中的信號C。

3.2 不同埋設(shè)深度

從雷達(dá)掃描圖像中可以看出管道所在處的反射現(xiàn)象非常明顯，具有“雙曲線”的外形特征，其實(shí)質(zhì)是波形在遇到管道后產(chǎn)生的反射波組呈現(xiàn)向下開口的圖形，像雨傘一樣的輪廓。根據(jù)一般探測的經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)文獻(xiàn)的介紹，雙曲線的中心位置就是管道的中心位置。在管道埋深的判斷中，PVC管道圖像具有明顯的多次波，而且一次波的波形不像金屬管道圖像那樣顯著，對于PVC管道本文認(rèn)為相鄰另外兩個(gè)多次波的峰值之間的距離就是PVC管道的管頂埋深。

基于以上分析，圖1中的信號A、B、C、D、E所代表的管道埋深大概在2.3m、2.5m、0.24m、0.2m和1.4m，與設(shè)計(jì)施工圖紙對比發(fā)現(xiàn)所判定的深度基本符合記錄數(shù)據(jù)。

3.3 管徑大小

根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)的圖像，并不能準(zhǔn)確地判斷出管道的直徑，尤其是金屬管道的直徑。但是對于非金屬管道而言，管徑越大，管頂部與管底部反射時(shí)間相差越大，也就是說管徑大小與多次反射波的間距之間呈正比關(guān)系。

4 結(jié)論

結(jié)合實(shí)際城市管網(wǎng)探測工作，本文應(yīng)用SIR20型地質(zhì)雷達(dá)基本滿足了管道探測工作的任務(wù)要求，這說明地質(zhì)雷達(dá)探測管道的方法是可行的。本文結(jié)論如下:

(1)對于金屬管道可以使用的方法和設(shè)備較多，但是對于非金屬管道而言，地質(zhì)雷達(dá)探測具有其獨(dú)特的優(yōu)勢。(2)管道探測工作之前需要對現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查，盡量收集相關(guān)的管道資料，在作出充分論證和分析后，制定雷達(dá)探測工作計(jì)劃。(3)SIR20型地質(zhì)雷達(dá)在管道探測中需要對天線進(jìn)行選擇，根據(jù)管道埋設(shè)深度選擇合適的天線，配置合理的天線參數(shù)，這對于探測圖像的好壞至關(guān)重要。

參考文獻(xiàn)

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