地質雷達在天然氣地下管網探測中的應用

李輝輝

摘 要：該文首先介紹了地質雷達的一般工作原理，并以廊坊市百川燃氣管網勘測工程為例進行了說明，總結了自己在地質雷達在天然氣管線探測方面的一些經驗。廊坊百川能源集團響應國家號召，通過招標來進行地下燃氣管線外業探測，運用先進的探測設備和技術查清所屬地下燃氣管線的位置、埋深、走向、規格、材質等，并最終建立管線空間數據庫、管網及管件屬性數據庫。該院有幸中標，決定采用地質雷達作為非金屬管線的探測設備。在作業的過程中總結了一些地質雷達管線探測方面的經驗，和大家分享。

關鍵詞：地質雷達 天然氣管線 探測 地下天然氣

中圖分類號：P631 325 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（c）-0112-03

目前，我國城市地下管線種類繁多，包括供水、排水、燃氣、熱力、電力、通信、廣播電視、工業等8大類20余種管線，針對我國地下管線現狀不明、家底不清問題，住房城鄉建設部、工信部、新聞出版廣電總局、安監總局和能源局聯合發出通知，要求在全國范圍內開展地下管線普查，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和專業管線信息系統。

1 地質雷達工作原理

地質雷達通過對所發射電磁波在地下介質中傳播規律與波形特點的分析，查明地下介質的結構、屬性及空間分布特征。它的基本原理是：地質雷達通過內置的發射天線發射頻率為12.5～1200M之間的脈沖電磁波信號。當信號在地下遇到探測目標時，產生反射信號。直達信號和反射信號通過內置的接收天線輸入到接收機，經放大后顯示出來。然后根據有無反射信號，我們可以判斷出地下是否有探測目標物；根據反射信號到達的滯后時間及目標物體平均反射波速，我們可以計算出所探測目標至地質雷達的距離，也就是目標物的深度。

地質雷達發射的是超高頻電磁波，它的探測能力比管線探測儀等使用普通電磁波的儀器性能更優良，所以地質雷達在考古、建筑、鐵路、公路、水利、電力、采礦、航空各領域都有重要的應用，可以說地質雷達探測技術是目前分辨率最高的工程探測方法。

2 應用實例

2.1 項目介紹

2014年6月份，河北省第二測繪院承接了廊坊百川燃氣公司的燃氣管網勘測工程。主要工作內容包括查明燃氣管線的平面位置、坐標、埋深、高程、走向、規格、材質、埋設時間和權屬單位等。此工程的燃氣管線探測管線長度約1000 km，范圍涉及廊坊市的三河市、永清、固安、大廠等6個區縣。管線的探測遵循從已知到未知、從簡單到復雜的原則，優先選用有效、快速、輕便的探測方法。此項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）。高壓全部為金屬管，導電率強，因此工作人員主要采用英國雷迪公司RD-8000管線探測儀，效率和準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，幾乎不導電（管線未鋪設金屬示蹤線），此時管線探測儀就失去作用了，在不接觸材質的前提下，只能選擇地質雷達進行探測，探明管線的走向及其深度了。

2.2 天然氣地下管線探測的基本程序

天然氣地下管線探測一般包括：接受任務，收集資料，現場踏勘，儀器檢驗，編寫技術設計書，實地調查，儀器探查，地下管線點測量與數據處理，管線圖編繪，技術總結編寫和成果驗收等。對一個測區進行地下管線作業前，首先是現場勘察，了解現場的情況，并盡可能收集已有的地下管線資料，比如百川燃氣公司的管線設計和竣工圖紙等資料，了解管線走向和管線設備等信息，注意不要漏測管線設備、設施。很有必要說明的一點是，在進行正式作業前，要進行現場方法試驗，選擇合適的探測儀器和探測方法，并求出儀器的在本地區地質條件下的參數，以更有的準確的探明地下管線的各種情況。

另外，地下管線探測作業進場后，要結合收集到的地下管線資料在工作圖上簡單繪制草圖，做到心中有數。工作人員還和甲方溝通，請百川公司的巡線人員給我們領線，以提高探測效率。

2.3 儀器的選用

本工程我們使用意大利IDS公司生產的“Detector Duo雙通雙頻天線陣管線探測雷達”，其主要由天線、發射機、接收機、信號處理機和終端設備（筆記本電腦）等組成。此儀器內部集成了兩種不同中心頻率天線（分別為250 MHz和700 MHz），通過在實地一次剖面探測可以同時獲取反映深部（250 MHz天線）和淺部（700 MHz天線）各自一幅GPR剖面圖，即可以同時顯示深部和淺部的管線探測圖像。在提高探測速度的同時也增加了探測到管線的概率和探測結果的準確率。此型儀器的整體設備組成手推車結構。工作方式是在選擇剖面上進行手推式剖面連續測量（見圖2）。

操作前進行時間增益自動選擇，目的在于提高探測分辨率和準確確定目標物的埋深。因儀器裝有位置傳感器，可以連續記錄從起點到終點所經過的距離，并有白線顯示，因此可以回到需重測的實地位置，有利于檢測異常，提高定位、定深精度。

現場獲取的GPR圖像可進行現場即時解釋，除特殊情況下需應用部分軟件進行處理外，一般在現場就可得到滿意的結果。

2.4 地下PE材質天然氣管線探測

由于金屬管線探測儀（如雷迪公司RD-8000）無法探測非金屬管線（因百川公司未鋪設金屬示蹤線），因此使用地質雷達進行非金屬管道探測幾乎成為唯一可能。影響地質雷達探測效果的主要是介質的介電常數和導電率。PE材質的管道盡管不導電，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不多，但波形呈明顯拱形，可確定管線的存在。通過對三河市某路段的探測實例（見圖3）不難看出探測效果。

3 探測中的一些問題和經驗

3.1 由于本工程主要分布在縣城，各類專業管線較多，對天然氣管線的探測會形成很大干擾

然而，經過長時間的外業實地探測作業，我們可以發現各類專業管線存在不同特征，根據這些特征，可以對一些疑難管線進行推測。當然，這些推測也是建立在充分的現場調查并分析管線埋設的規律的基礎上進行的。比如：

（1）排水管線：特點是管徑較大，多為混凝土管，埋設較深，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，埋深多在0.5～3 m之間；支輸水管線材質絕大部分為鑄鐵管，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。

（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，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。

3.2 由于地質雷達只能在某一個斷面內進行點對點的探測

要對一整條路線進行連續探測就無能為力了，我們當時就結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 在探測的過程中，很容易受到管線周圍泥土等介質的影響

例如，對于一些地下水位比較高，土質填埋硬度不均的區域，特別是對于一些填埋了生活或建筑垃圾的區域，會使雷達探測的回波圖像失真，不能準確確認管線點的位置和埋設深度，從而造成一定的探測誤差。為了克服這一問題，適當的釬探和開挖驗證是非常必要的，有閥門井的地方，可以打開井蓋就直接看到管線了。這樣可以通過驗證，掌握地質雷達的探測誤差值，對類似的探測區域，對探測值進行合理的糾正，確保探測值的準確性。

3.4 對某些管徑較小（半徑<100 mm）的非金屬材質管線，幾乎難以取得有用信息

有時可以發現一些線索但是卻無法準確探測，給管線探測工作帶來了很大的困難，這種困難的解決有賴以后探測技術和方法的長足進步，目前來看，此種情況下我們只能在對現場進行充分的調查的基礎上，到相關部門查找管線的歷史資料做參考，或者進行實地驗證挖掘。

3.5 地下天然管線的探測是一項技術性很強的工作，并且作業員的經驗也很重要

特別是復雜區域，管線探測不光需要有先進的儀器和探測方法，而且需要作業員善于搜集資料和分析總結，探索出適合實際當地情況的作業方法。

4 結語

總之，目前地質雷達在地下天然氣管線探測尤其是非金屬管線探測中具有其他方法無法取代的地位。隨著地質雷達技術的發展，其為城市地下管線的探測提供了很大便利。科技在進步，地質雷達的硬件會不斷改進，軟件的開發與創新也會大大改善，這一技術必將在城市地下天然氣管網探測方面取得更大的應用和發展空間。

參考文獻

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