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地质雷达在地下管线探测中的应用

发布时间:2015-6-12 1:42:21

地下管线是城市赖以生存和发展的“生命线”[1],管网资料是现代化城市高质量高效率运转的基本保证,是城市规划设计、建设施工和科学化管理的重要依据[6]。随着城市的高速发展,地下管线的重要性越来越突出,城市自身发展和规划建设越来越需要掌握地下管线现状[1]。

  地质雷达(GPR)方法具有分辨率高,图象直观等优点,特别是在非金属管线探测中具有突出优点,因而被广泛应用于地下管线(特别是非金属管线)探测中[6]。为了提高城市地下管线探测作业效率与工程质量,需要掌握管线探测的作业流程与模式[4]。

  1 地质雷达工作原理与特点

  地质雷达(GPR)通过分析和研究电磁波在地下介质中的传播规律与波场特点来探查明地下介质的构造。地质雷达的工作方式是通过发射天线T发射主频为106~109Hz的高频电磁波,使用接收天线R接收从地下反射回来的高频电磁波(见图1)[5]。

  根据电磁波从发射到接收的双程走时△t与电磁波在介质内的传播速度V,由公式D=V·△t/2可得到目标体的深度[5]。



  图1 地质雷达工作原理示意图

  地质雷达具备以下优点[3]:(1)它是一种无损原位探测技术,可以在各种工程现场安全使用;(2)具有良好的抗干扰能力;(3)能够提供现场实时的直观成像剖面,并且能够获得令人满意的探测深度和分辨率;(4)数据采集方便快捷,作业效率高。

  2 地下管线探测

  地下管线探测是为了得到关于地下管线的详细信息,包括其平面位置、走向、埋深等资料,从而进行地下管线图绘制,建立地下管网信息系统[4]。

  2.1 地下管线类别与分布

  城市地下管线类型一般可以按用途、材质及管形来划分。按用途可大体分为[2]:①给水管道;②排水管道;③燃气管道;④热力管道;⑤工业管道;⑥电力管线;⑦电信管线;⑧综合管沟;⑨人防。按材质划分有以下几种类型[2]:①金属管道;②非金属管道(水泥管道和塑料管道)。按管形来划分[2]:①圆形管道;②方形管道;③地沟(管沟)。

  地下管线的分布原则为[4]:①电力(或电信)、燃气、工业、给水、雨水与污水管线等按平行次序从建筑物向道路中心分布;②电信、工业、电力、燃气、给水、雨水及污水管线由浅入深地垂直分布于道路断面。

  2.2 地下管线探测步骤

  (1) 收集资料

  收集资料可以提高地下管线的探测效率,避免盲目作业。收集资料也是贯穿整个项目中的、不能省略的过程[4]。需要搜集的资料包括[2]:

  ①各种专业管线图;②需要探测的管线设计与施工图、竣工图以及其他技术资料;③相关人员记录资料;④工区内测量资料。

  (2) 现场踏勘

  根据收集的资料进行实地踏勘,详细调查各条道路地下管线分布情况、车流量、人口密度以及等级控制点的分布情况,为后续技术力量分配和作业方案的确定做准备[4]。

  (3) 仪器检验和方法试验

  选取典型路段进行仪器检验和方法试验,选取最佳探测方法和仪器设备,以便提高施工效率和质量。仪器检验和方法试验完成后编写仪器检验和方法试验报告[4]。

  (4) 编写技术设计书

  编写详细的技术设计书是施工过程必要步骤,其内容包括[4]:①作业目的、任务、范围;②人员组织和设备情况;③测区环境分析:包括交通条件、气候条件和地下管线概况;④测区地形和测量控制资料分析;⑤地下管线探测:包括方法分析、工作方法和技术要求;⑥地下管线测量:包括控制测量、管线点测量;⑦数据采集与处理方法;⑧地下管线图与成果表;⑨地下管线普查质量管理;⑩遗留问题与解决措施。

  (5) 地下管线探测

  一般选取1︰500的地形图进行实地分组分片作业[4]。地下管线探测原则如下[2]:

  ①从已知到未知;②从简单到复杂;③优先选用轻便、有效、快捷、成本低的方法;④复杂条件下宜采用多种探测方法以提高精度。

  (6) 数据处理

  地质雷达在进行数据采集时,除了接收有效反射波外还会接收到各种干扰波。为压制这些干扰波,必须进行数据处理从而提高雷达记录的信噪比和分辨率,为地质雷达资料解释服务。图2为数据处理流程图。



  图2 地质雷达数据处理流程图[5]

  (7) 数据解释与管线图绘制

  根据数据处理结果图及相关资料信息,确定地下管线的位置、形态、结构和属性,并绘制各种地下管线图以及建立与完善地下管网综合管理系统。

  2.3 地质雷达探测地下管线实例

  本工程位于焦作市太行路与新华街上,本工程施工范围内地下管线错综复杂,有给排水管、煤气管、通信管道等多种地下管线,必须切实完善施工期间的地下管线探测方案,确保各类地下管线的安全并且不能妨碍其正常使用。

  (1) 煤气管道探测实例



  图3 地下煤气管道地质雷达剖面

  图3为地下煤气管道探测地质雷达处理剖面,其目的主要是用于验证位于新华街的煤气管道位置,从图3中可以看出明显的地质雷达波绕射异常,这是由中压煤气和低压煤气共同造成的。

  (2) 给排水管道探测实例



  图4 地下给排水管道地质雷达剖面

  图4为地下给排水管道探测地质雷达处理剖面,剖面位于太行路与新华街交叉口北,图中两处地质雷达波绕射异常分别与实地给水和排水相对应。

  (3) 通信管道探测实例



  图5 地下通信管道地质雷达剖面图

  图5为地下通信管道探测地质雷达处理剖面,其主要目的是验证新华街的通信空管。从图中可看出明显地质雷达波绕射异常,该异常由共通和铁通通信管道共同引起。

  结 语

  本文对使用地质雷达探测地下管线原理及探测步骤进行了探讨,并结合工程实例进行了分析。采用地质雷达方法探测地下管线的效果是明显的,双曲线的顶点对应地下管线中心位置地下管线位置得到了准确的反映。地质雷达具备工作效率高、无损探测及实时地下成像的优点,适合进行城市地下管线探测,它必将成为城市地下管线探测的最有效工具。
 

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