地质雷达在天然气地下管网探测中的应用_李辉辉

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目前，我国城市地下管线种类繁多，包括供水、排水、燃气、热力、电力、通信、广播电视、工业等8大类20余种管线，针对我国地下管线现状不明、家底不清问题，住房城乡建设部、工信部、新闻出版广电总局、安监总局和能源局联合发出通知，要求在全国范围内开展地下管线普查，2015年年底前完成普查并建立完善城市地下管线综合管理信息系统和专业管线信息系统。

1 地质雷达工作原理

地质雷达通过对所发射电磁波在地下介质中传播规律与波形特点的分析，查明地下介质的结构、属性及空间分布特征。它的基本原理是：地质雷达通过内置的发射天线发射频率为12.5～1200M 之间的脉冲电磁波信号。当信号在地下遇到探测目标时，产生反射信号。直达信号和反射信号通过内置的接收天线输入到接收机，经放大后显示出来。然后根据有无反射信号，我们可以判断出地下是否有探测目标物；根据反射信号到达的滞后时间及目标物体平均反射波速,我们可以计算出所探测目标至地质雷达的距离，也就是目标物的深度。

地质雷达发射的是超高频电磁波，它的探测能力比管线探测仪等使用普通电磁波

的仪器性能更优良，所以地质雷达在考古、建筑、铁路、公路、水利、电力、采矿、航空各领域都有重要的应用，可以说地质雷达探测技术是目前分辨率最高的工程探测方法。

2 应用实例

2.1 项目介绍

2014年6月份，河北省第二测绘院承接了廊坊百川燃气公司的燃气管网勘测工程。主要工作内容包括查明燃气管线的平面位置、坐标、埋深、高程、走向、规格、材质、埋设时间和权属单位等。此工程的燃气管线探测管线长度约1000 k m，范围涉及廊坊市的三河市、永清、固安、大厂等6个区县。管线的探测遵循从已知到未知、从简单到复杂的原则，优先选用有效、快速、轻便的探测方法。此项目管线有高压和中压两种类型（本次不涉及低压管线的探测）。高压全部为金属管，导电率强，因此工作人员主要采用英国雷迪公司R D-8000管线探测仪，效率和准确度可以得到很好的保证。而中压管线大部分是非金属材质，几乎不导电（管线未铺设金属示踪线），此时管线探测仪就失去作用了，在不接触材质的前提下，只能选择地质雷达进行探测，探明管线的走向及其深度了。

2.2 天然气地下管线探测的基本程序

天然气地下管线探测一般包括：接受任务，收集资料，现场踏勘，仪器检验，编写技术设计书，实地调查，仪器探查，地下管线点测量与数据处理，管线图编绘，技术总结编写和成果验收等。对一个测区进行地下管线作业前,首先是现场勘察，了解现场的情况，并尽可能收集已有的地下管线资料，比如百川燃气公司的管线设计和竣工图纸等资料，了解管线走向和管线设备等信息，注意不要漏测管线设备、设施。很有必要说明的一点是，在进行正式作业前，要进行现场方法试验，选择合适的探测仪器和探测方法，并求出仪器的在本地区地质条件下的参数，以更有的准确的探明地下管线的各种情况。

另外，地下管线探测作业进场后，要结合收集到的地下管线资料在工作图上简单绘制草图，做到心中有数。工作人员还和甲方沟通，请百川公司的巡线人员给我们领线,以提高探测效率。2.3 仪器的选用

本工程我们使用意大利I D S 公司生产的“Detector Duo双通双频天线阵管线探测雷达”，其主要由天线、发射机、接收机、信号处理机和终端设备(笔记本电脑)等组成。此仪器内部集成了两种不同中心频率天线（分别为250 M H z 和700 M H z）,通过在实地一次剖面探测可以同时获取反映深部（250 MHz天线）和浅部（700 MHz天线）各自一幅GPR剖面图，即可以同时显示深部和浅部的管线探测图像。在提高探测速度的同时也增加了探测到管线的概率和探测结果的准确率。此型仪器的整体设备组成手推车结构。工作方式是在选择剖面上进行手推式剖面连续测量（见图2）。

操作前进行时间增益自动选择，目的在于提高探测分辨率和准确确定目标物的埋深。因仪器装有位置传感器，可以连续记录从起点到终点所经过的距离，并有白线显示，因此可以回到需重测的实地位置，有利

于检测异常，提高定位、定深精度。

地质雷达在天然气地下管网探测中的应用

李辉辉

(河北省第二测绘院 河北石家庄 050031)

摘　要：该文首先介绍了地质雷达的一般工作原理，并以廊坊市百川燃气管网勘测工程为例进行了说明，总结了自己在地质雷达在天然气管线探测方面的一些经验。廊坊百川能源集团响应国家号召，通过招标来进行地下燃气管线外业探测，运用先进的探测设备和技术查清所属地下燃气管线的位置、埋深、走向、规格、材质等，并最终建立管线空间数据库、管网及管件属性数据库。该院有幸中标，决定采用地质雷达作为非金属管线的探测设备。在作业的过程中总结了一些地质雷达管线探测方面的经验，和大家分享。关键词：地质雷达 天然气管线 探测 地下天然气中图分类号：P631 325 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2015)08(c)-0112-03

图1 地质雷达基本原理图

DOI:10.16660/ki.1674-098x.2015.24.009

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现场获取的GPR图像可进行现场即时解释，除特殊情况下需应用部分软件进行处理外，一般在现场就可得到满意的结果。2.4 地下PE材质天然气管线探测

由于金属管线探测仪（如雷迪公司R D -8000）无法探测非金属管线（因百川公司未铺设金属示踪线），因此使用地质雷达进行非金属管道探测几乎成为唯一可能。影响地质雷达探测效果的主要是介质的介电常数和导电率。PE材质的管道尽管不导电，但由于有其他电性差异，依然可引起比较明显的波阻抗。虽反射波的反射次数不多，但波形呈明显拱形，可确定管线的存在。通过对三河市某路段的探测实例(见图3)不难看出探测效果。

3 探测中的一些问题和经验

3.1 由于本工程主要分布在县城，各类专业管线较多，对天然气管线的探测会形成很大干扰

然而，经过长时间的外业实地探测作业，我们可以发现各类专业管线存在不同

特征，根据这些特征，可以对一些疑难管线进行推测。当然，这些推测也是建立在充分的现场调查并分析管线埋设的规律的基础上进行的。比如：

(1)排水管线：特点是管径较大，多为混凝土管，埋设较深，一般在0.5～5 m之间不

等。

(2)给水管线：主输水管线多为大口径，材质一般分为铸铁管和混凝土管两种，在主要道路上呈单条或多条并行布设，埋深多在0.5～3 m 之间；支输水管线材质绝大部分为铸铁管，埋深一般在1.5 m左右。

(3)电信管线：主要分布在慢车道、人行道上，分支较多，多以直埋套管方式埋设。

(4)电力管线：主要分布在人行道、慢车道上，多以管块和管沟方式埋设，埋深多在1～3 m之间。

(5)热力管道：热力管道主要分布在道路中央，多以套管和管沟等方式埋设。3.2 由于地质雷达只能在某一个断面内进行点对点的探测

要对一整条路线进行连续探测就无能为力了，我们当时就结合了收集到的竣工图纸和巡线人员的帮助，才很好地提高了工作效率。

3.3 在探测的过程中，很容易受到管线周围泥土等介质的影响

例如，对于一些地下水位比较高，土质填埋硬度不均的区域，特别是对于一些填埋了生活或建筑垃圾的区域，会使雷达探测的回波图像失真，不能准确确认管线点的位置和埋设深度，从而造成一定的探测误差。为了克服这一问题，适当的钎探和开挖验证是非常必要的,有阀门井的地方，可以打开井盖就直接看到管线了。这样可以通过验证，掌握地质雷达的探测误差值，对类似的探测区域，对探测值进行合理的纠正，确保探测值的准确性。

3.4 对某些管径较小（半径<100 m m）的非金属材质管线，几乎难以取得有用信息

有时可以发现一些线索但是却无法准确探测，给管线探测工作带来了很大的困难，这种困难的解决有赖以后探测技术和方法的长足进步，目前来看，此种情况下我

图2 地质雷达现场探测照