探地雷達在燃氣PE管道全面檢驗中的應用

倪曦

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.040

摘 要：燃氣PE管道的廣泛運用，帶來了全面檢驗的問題。探地雷達以其免開挖的便捷性、無損性得以成為檢驗中不可替代的技術手段。該文詳細闡述了英國雷迪公司LD9000型探地雷達的工作原理、特點、儀器設備、參數設定、檢測方法，列舉了雷達數據分析的一般原則，剖析了在實際檢測過程中的各種不利因素，最后對探地雷達優缺點進行了總結。

關鍵詞：探地雷達 PE管道 全面檢驗 數據分析

中圖分類號：P63 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（b）-0040-02

Application of Ground Penetrating Radar in Comprehensive Inspection of PE gas Pipeline

Ni Xi

（Zunyi special equipment inspection institute，Zunyi Guizhou，563002，China）

Abstract：The wide application of PE gas pipeline brings the problem of comprehensive inspection. GPR is convenient and nondestructive. Can become an irreplaceable means of testing technology. This paper describes the British Reddy， LD9000 type of ground penetrating radar working principle， characteristics， equipment， parameter setting， detection method， lists the general principles of radar data analysis， analyzes the various unfavorable factors in the process of detection. Finally， the advantages and disadvantages of GPR are summarized.

Key Words：GPR；PE pipeline；Comprehensive inspection；DA

在城鎮燃氣行業中，聚乙烯（PE）管材因壽命長、耐腐蝕等特點，其使用越來越普遍。依據特種設備目錄，最高工作壓力≥0.1 MPa，公稱直徑DN≥50 mm的燃氣管道屬于特種設備，須按照《特種設備安全法》進行監管。燃氣PE管道在安裝監督檢驗合格后，一般投用滿3年，即進行首次全面檢驗。根據統計，管道失效概率在投用初期較高，很多問題會在第一個使用周期中顯現出來。因此，提高首次全面檢驗質量，對管道安全運行至關重要。

燃氣PE管道是埋地非金屬管道，目前有效的檢測技術手段不多，很多時候需要開挖探坑來檢測。在城市交通狀況普遍惡化的現在，開挖檢測因愈加不利于交通狀況的改善，而受到了嚴格限制。這種情況下，不用開挖便可進行檢測的探地雷達顯得非常適用、方便。

1 原理

探地雷達（Ground Penetrating Radar，簡稱GPR），原理是在地面上發射高頻短脈沖（106～109 Hz）電磁波向地下介質傳播，當遇到存在介電性差異的兩種介質的分界面（如，空洞、目標體），產生反射波。接收天線在地面接收反射波，通過數據處理和分析，以雷達圖象的方式顯示探測結果，從而達到判定地下目標體的一種非侵入性無損檢測方法。是當前國際上最先進的地球物理勘探手段之一。

GPR采用偶極子反射法，類似于聲納定位設備。它以反射波波形的形式來反映地下目標體的特征；只要所探測的目標體與周圍土壤介質有足夠的介電性差異，就會產生反射波；不同形狀的目標體的反射波形具有不同的特征。

2 儀器設備

該文采用的是英國雷迪有限公司生產的LD9000型探地雷達系統。主要部件為：主機、雷達天線（GCB-300）、筆記本電腦（裝有GAS采集軟件和GPRsoft STD數據后處理軟件）、四輪可折疊手推車（裝有測距裝置）、電池、連接線、衛星定位器等。組裝后的設備如圖1所示。

3 檢測方法

3.1 參數設定

首先，應先進行參數設定。探地雷達的主要參數有：土壤介電常數、掃描方式、增益參數、背景濾波、標定輪距等。參數設置完畢后，還應在已知管線地段（比如閥門井處）利用深度校正功能或雙曲線擬合功能校準，以提高檢測精度。

參數設定非常重要，如果數值不準確，很容易造成對比度不足，圖像不清晰，或者結果出現偏差，從而造成漏檢、誤檢。

3.2 測線布置

在檢測開始前，應先查閱資料，獲取管線必要信息，了解場地條件、地段環境、管線分布等情況。然后通過實際巡線檢查，確定高風險地段。利用探地雷達進行針對性檢測，測點的選擇應注重代表性。路面塌陷地段、非機動車道變更為機動車道、機動車道等應作為高風險區域進行重點抽查。對非機動車道、車輛無法到達的地段可適當減少抽查。

雷達測線布置應做到以下幾點。

（1）選擇地面平整的路面，無障礙物。

（2）垂直于管線走向布置測線，雷達置于測線起點。

（3）覆蓋目標管線，至少應包括兩側各2 m。

（4）避開管道拐點和傾斜段；拐點的確定宜利用交會法。

（5）避開高壓電線桿等電磁干擾大的區域。

3.3 檢測質量

（1）介質和PE管道的介電常數差異性，決定雷達圖形的對比度，二者差異越大，對比度越高，越易于識別；差異越小，越難以識別。它是影響檢測質量的主要因素。

（2）天線的頻率越低，檢測的深度越深，但淺部的分辨率越差；天線的頻率越高，檢測的深度越淺，淺部的分辨率越好。

（3）介質的含水量直接影響檢測質量，含水量越高影響越大，干燥沙土地帶探測效果最好。應避免在雨天或地面潮濕時檢測。

（4）介質的均勻程度也直接影響檢測質量，越均勻效果越好。夾雜物越多效果越差。

（5）瀝青、水泥、鹽堿、含金屬網等路面對檢測質量有不利影響，宜盡量避免。

4 數據分析

4.1 一般原則

（1）波形特征是指反射波的形態、振幅和相位。

（2）管線的同相軸波形為雙曲線形態，即弧形特征反射波形。

（3）管線的弧形特征反射在其走向方向上應具有連續性和可重復性。無法判定時，布置多處測線，可區分管線與孤立目標體。

（4）雙曲線頂點對應的橫軸位置為管線中心位置。

（5）雙曲線頂點對應的縱軸深度刻度值為管頂埋深。

（6）雙曲線頂部的平緩段基本反映出目標體水平大小。

4.2 雷達異常解釋

PE管線波形的基本特點為光滑、規則的雙曲線，雜波的特點是不規則、不光滑的波形。從理論上講，通過分析異常波形與雙曲線的相似程度，可判別該異常波形是否為PE管道波形。

但在實際的檢測工作中，常常因為分界面介電常數相近、檢測線傾斜、不均勻介質的漫反射、孤立目標體的反射、高阻抗面（水泥地等）的振蕩反射、金屬（水泥管）的繞射等原因，導致實測管線波形不標準，產生較大的畸變，甚至消失。給雷達異常解釋帶來困難。此時，可以采取平移探測線、布置輔助測線等方法，綜合判斷其是否具有重復性、連續性。必要時增加現場資料調查工作，借助相關資料，來進行判斷。（如圖2）

5 結語

在燃氣PE管道全面檢驗的過程中，探地雷達發揮著巨大的作用，是目前不可替代的無損檢測手段。它可以幫助我們在檢驗中，查明PE管線的具體位置，周圍情況。弄清其埋深、安全間距是否符合相關規范要求，是否有沉降。是否存在其他可能風險。這對燃氣PE管道的安全運行有著非常積極的意義。

探地雷達也存在其不足之處，體現在雷達異常解釋未實現智能化，需要人工判定，對人員的要求較高；對背景噪聲容忍度較低，易受現場各種電磁信號干擾；對地質條件復雜的管線，探測精度有待提高等。

總體來說，探地雷達優點是多于其缺點的，隨著科技的進步，相信探地雷達還有很大提升的空間。同時也希望能出現新材料、新技術、新手段，來為人們的安全、發展服務。

參考文獻

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