地质雷达在管线探测中的应用
第6卷(增刊) 2009年8月
CHIN ESE JO U RN A L O F EN GI NEERIN G G EOP HY SICS
V ol 6(S1) Aug , 2009
文章编号:1672 7940(2009) z1 0065 04do i:10 3969/j issn 1672-7940 2009 z1 017
地质雷达在管线探测中的应用
王明德
(中铁第四勘察设计院集团有限公司, 武汉430063)
摘 要:简要介绍地质雷达的工作原理及各种管线在雷达剖面上的特征, 以长沙2号线地铁的管线探测工
作为例, 展示地质雷达在管线探测中的应用。
关键词:地质雷达; 管线探测; 管线雷达剖面中图分类号:P 631
文献标识码:A
收稿日期:2009-05-18
Application of the Ground Penetrating Radar in Pipeline Detection
Wang M ing de
(T he Fourth Railw ay S ur vey and D esign I nstitute Gr oup Cor p or ation, Wuhan 430063, China)
Abstract:The w orking principle of g round penetr ating r adar and the character istics of vari o us pipeline on the radar profiles are intro duced Setting the Chang sha NO 2subway line as an ex am ple, the application o f GPR in pipeline detectio n is show n
Key words:gro und penetrating radar; pipeline detectio n; pipeline radar profiles
质分布的一种地球物理勘探方法, 其探测原理如
1 引 言
城市地铁的勘察设计阶段, 查明各种管线的位置、走向、埋深是首要问题, 以便为后续的钻孔布置、地铁安全施工提供精确的资料。常用的管线探测仪一般只能探测到电力电缆、通信电缆和铁质的管道, 而对于水泥管、PVC 管等非铁质管道几乎探测不到。市区的排污管道、煤气管道、自来水管道及预留的各种管道不是水泥管就是PVC 管, 如何在管线仪探测不到, 又不用大面积开挖的情况下快速精确的定位上述非铁质的管道呢? 最佳答案之一就是地质雷达探测。
图1所示。
工作原理是发射天线向地下发射电磁波信号, 在电磁波向地下传播的过程中, 当遇到电性差异的目标体(如空洞、裂隙、岩溶等) 时, 电磁波便发生反射, 由接收天线接收反射波。在对地质雷达数据进行处理和分析的基础上, 根据雷达波形、电磁场强度、振幅和双程走时等参数便可推断地下的地质构造。目标体到地下介质距离d =v t ( t 为电磁波的双程走时, ns; v 为电磁波的传播速度, cm /ns; ) 。介质中电磁波的传播速度v =v c0/, (v c0为电磁波在空气中的传播速度, 30cm/ns; 为介质相对介电常数, 空气为1, 水为81, 石灰岩为6~7, 花岗岩为4~9) 。实际上, 电磁波在介质界面产生反射就是因为两侧介质的介电常数不同, 差异越大反射信号越强烈, 反之反射信号越弱。
2 地质雷达的工作原理及管线
的雷达剖面
地质雷达是利用超高频窄脉冲电磁波探测介
作者简介:王明德(1981-), 男, 助理工程师, 2005年毕业于中国地质大学(武汉) 地球物理与空间信息学院, 现在铁四院物探所工作。
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工程地球物理学报(Chinese Journal of Eng ineering Geo physics) 第6卷
对于电信(弱电类) 、电力等能产生电磁场的管线, 其在地质雷达剖面表现为很强的振幅, 形状如拖着尾巴的彗星, 如图2(a) 。
地下排污管、自来水管和煤气管等非铁质管道, 其地质雷达剖面则是漂亮的弯弧状, 形如月牙, 如图2(b) 、图2(d) 。预留的管线槽中, 预制的水泥砖含有PVC 管, 其在地质雷达剖面显示比较杂乱且振幅较小, 如图2(c) 。
400M H z 主频天线。采集时, 人工拖动天线采集剖面, 采集时间长度为60ns, 叠加4次, 每50cm
打一个 marker ! (必要时可以加密至20cm 打一个 m arker ! ) 。布置雷达剖面时, 与推测的管线走向垂直, 对于走向不明的地方, 布置 十! 型测线, 便于分析管线的走向。由于处于市区, 行人车辆及各种干扰源比较多, 采取数据时尽可能在最佳背景条件下进行, 抓紧没有行人车辆经过时的时间采集, 有时在夜间采集。3 2 资料处理和解释
打开Radan 6 5处理软件, 加载雷达所测得的原始记录剖面, 选取剖面的有效部分, 编辑文件头, 用 m arkers ! 进行归一化处理。根据资料的采集效果进行滤波、去除背景、叠加、偏移、增益等必
3 资料采集、处理及解释
3 1 资料采集
地质雷达探测工作使用美国SIR-3000地质雷达仪, 为了兼顾探测深度和分辨率, 采用
增刊 王明德:地质雷达在管线探测中的应用
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图3 68号钻孔雷达剖面图
Fig 3 T he GPR pro file o f No 68drill bit 要处理步骤, 输出处理结果文件。分析剖面异常处的振幅和形态进而判定各个异常的属性, 勾画出各种管线的位置; 结合现场及已知的管线记录, 推算出探测点处的介质相对介电常数, 推算出未知管线的深度。
图4 10号钻孔雷达剖面
Fig 4 The GPR pr ofile of No 10drill bit 68号孔位在选址时, 因附近有两条高压电缆槽及一条电信槽通过, 管线仪的显示数据闪烁不定, 且还有一条预留电信槽在其中, 无法确定钻孔的安全下钻位置。后来根据采集到的(图3) 地质雷达剖面, 最终钻孔的位置定在2 0m 的点上。打钻证实地质雷达定的位置安全, 问题解决。4 2 布置10号钻孔
10号孔位于十字路口的中间, 笔者使用管线探测仪初步定孔时, 因无法探测到下水管道, 孔位定在2 5m 处。经地质雷达复查后, 孔位移到了4m 的位置, 避开了下水道(图4) 。10号钻孔的移位说明了管线探测仪探测不到水泥管道, 用于定位城市钻孔存在隐患。4 3 布置105号钻孔
105号孔位布置了 十! 字型测线, 受场地限制, 地质雷达剖面长度很短(图5) 。
从105号孔位的地质雷达剖面来看, 顺着线路方向2 0m 处没明显异常, 而其垂直方向的底部却存在较强的异常区域。经调查发现, 一条直径2m 的下水管道从105号孔位经过, 所布置线路方向的地质雷达测线正好在管道上。后来追加地质雷达剖面, 孔位挪动到安全位置。105号孔位的探测结果说明了地质雷达测线布置在目标体上时, 由于剖面的振幅没有明显的区别, 会造成解
4 工作实例
以长沙2
号线地铁勘探为例。4 1 布置68号钻孔
图5 105号钻孔雷达剖面
Fig 5 The GPR profile of No 105drill bit
(a) Th e GPR pr ofile of No 105drill bit for horizontal direction of subw ay line;
(b) T he GPR profile of No 105drill b it for
vertical direction of subw ay lin e
释错误, 要布置 十! 字型测线来检查。
5 结 语
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工程地球物理学报(Chinese Journal of Eng ineering Geo physics) 第6卷
[2]杨向东 地下管线综合探测技术在道路改造中的应
用[J] 物探与化探, 2001, 25(6) :477~479
[3]杨显清, 赵家升 电磁场与电磁波[M ] 北京:国防
工业出版社, 2003 64~103
[4]王水强, 万明浩, 谢雄耀, 等. 不同地质雷达测量参数
对数据采集效果的影响[J] 上海地质, 1999(1) :50~54
测的效果明显, 但在判定管径大小、管线深度方面仍存在不足。在今后工作中, 需要综合其他物探方法, 提高对地质雷达剖面的解析能力。参考文献:
[1]李大心 探地雷达方法及应用[M ] 北京:地质出版
社, 1994
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