探地雷达在城市管线定位的应用综述.pdf

探地雷达在城市管线定位的应用综述 摘 要：探地雷达操作方便，拥有高精度、高可靠性、无损等优点，可以精确、高效、实时探测地下的各种 金属和非金属的未知管线。本文针对探地雷达在探测地下管线的过程及方法，进行简要的论述。 关键词：探地雷达，介电常数，地下管线探测。 1 引言 近年来，随着我国经济的快速发展，我国各大城开始频繁“改造升级”，地下管线改造 首当其冲。随处可见的地下管线改造施工，不仅影妨碍交通，还对财力、物力、人力造成了 极大地浪费。同一地区的不同施工单位频繁地改造地下管线，由于对地下其他单位的管线位 置不清楚，或由于年代久远无法查明地下管线具体情况等导致大雨内涝、路面坍塌、管线泄 漏爆炸等事故频发。其中很多事故是由于基建公司对地下管线位置不清楚而造成的。对基建 公司来说，城市未知管线是潜在的巨大危险。了解现有管线和其它地下基础工程的位置和埋 深对市政施工来说是非常重要的。 探地雷达（Ground Penetrating Radar,简称GPR),是采用无线电波检测地下介质分布, 以及 对不可见目标体或地下界面进行扫描, 以确定其内部结构形态或位置的电磁技术[3] 。与管线 仪相比，探地雷达可以区分无电磁信号的 PVC 管与铸铁管，探测更加准确。实际应用中， 可以搭配使用管线仪和探地雷达。这样，不但可以减小工作量，还可以降低误判概率。探地 雷达对复杂环境的适应性也很强，只要待测目标与周围介质存在一定的物性差异，就可以探 测出来。随着探地雷达技术的不断向前发展，仪器不断升级换代，应用的范围也随之逐渐扩 大。目前，广泛地应用于考古、生态环境评估、钢筋位置检测、工程地质调查等众多领域。 2 探地雷达探测原理 探地雷达是以地下所探测介质的介电常数差异为基础的一种无损物探方法。通过天线向 地下发射高频电磁脉冲，主频为数十兆赫至千兆赫不等，以宽频带短脉冲形式，当脉冲在地 层下遇到变化的界面时就会产生反射波。反射波传播回地表后被接收天线所接收，并将其传 入主机进行记录和显示，再经过资料的后处理，进行反演解释便可得到地下岩、土层的分界 面及地下管线的位置、埋深等参数。探地雷达通常以脉冲反射波的波形形式记录。波形的正 负峰分别以黑白表示，或者以灰阶或彩色表示，这样同相轴或等灰线、等色线即可形象地表 征出地下反射面或目标体。在波形图上各测点均以测线的铅垂反向记录波形，构成雷达剖面。 根据雷达剖面图便可判断地下不明障碍物。探地雷达在地下介质中的传播遵循波动方程理论。 探地雷达的探测效果主要取决于地下目标体与周围介质的电磁性质差异、目标体的深度与介 质对电磁波的吸收作用、目标体的几何形态及规模、干扰波的类型、强度及特点等因素[2]。 如图1 所示。 1 图1 探地雷达探测原理图 2.1 管线深度计算 根据雷达的时间剖面，按以下公式可将时间转换为管线的顶深度： T ×C H = 2√ε 式中： T －雷达反射波的双程旅行时间； C －雷达波在真空中的传播速度（0.30 m/ns ）。 ε －目标以上介质相对介电常数均值。 例如下图2 中可按上公式计算出给水管道(DN150, PVC)的顶埋深 h = 1.15 m。当与已知 管线点的实际埋深出入大时，则对探测埋深校正。 图2 （a）典型剖面图 （b）密集管线的区分探测剖面 2 2.2 管线直径估算 一般来讲，探地雷达很难精确测出管线直径，操作者只能根据探地雷达使用经验并结合 管线方面的专业知识估算其直径，其结果往往不能满足工程精度的要求。瑞典 RAMAC/GPR 探地雷达的后处理软件( REFLEXW )，提供了一种通过拟合抛物线大小来判读管线直径的方法， 即:在管线半径的窗口内输人半径值，以不同值对应不同形状的抛物线，当输人某一数值后， 拟合抛物线与雷达剖面图上管线的抛