摘要 :在电力工程地埋管线探测中，GPＲ是一种行之有效的方法。为提高管线探测的精度，降低工程施工风险，笔者从探地雷达野外数据采集开始，详细探讨了探地雷达应用于管线探测时的数据采集方法(包括测线的布设、干扰因素的避让等)和室内后续数据处理的策略。针对管线探测这一目标，采用预测反褶积技术压制多次波和非线性颜色分级的剖面显示方式是提高数据解释精度的关键，并结合电力隧道地下管线探测实例验证了本文所提方法的有效性。
关键词 : 电力工程地埋管线; GPＲ 技术; 管线探测
1 GPＲ 探测地埋管线技术特点
目前，常见的地下管线主要是燃气、热力、供水、污水、中水、电力、通信信息、广播电视这些行业管线 。城市地下管线铺设多为地面开槽或机械顶管等方式埋设，一般埋深较浅，在 0. 5 ～ 5m 之间。管体材质为钢、铸铁、水泥和塑料等，管线周围介质通常多为回填土、砂质土和黏土等，管道内充填水、空气和可燃气体等介质，管道的管径大致在 0. 1 ～1. 5 m 之间。探地雷达根据目标管线体与周围介质在介电常数和磁导率等物性差异进行有效探测。对于金属管线，由于电磁波在金属中波速为零，不能传播，在金属管道界面上几乎全部被反射回去，因此，金属管线与周围介质电磁性差异较大; 对于非金属管线，除管线本身材质与周围介质存在一定差异外，更主要的是管道内介质如水、气体等充填物与周围介质电磁性差异更大，因而也存在明显电磁性差异。这些物性差异是开展探地雷达管线勘探的应用基础。管线探测得到雷达剖面图。图中反射波组的同相性形成的同相轴是判别管线空间位置的重要标识，它的识别解释是探地雷达探测管线数据处理的关键。一般来说，可以从曲线形状和振幅特性两方面进行分析: ①管线作为孤立的埋设物，反射波组在管线探测的横向剖面上，当管线为圆形管道时，其反射波的同相轴为呈伞状的向下开口抛物线; 当管线为沟道式或管块时，其同相轴为有限平板，界面反射的中部呈现为平板状，两端各为半支向下开口的抛物线; ②反射波的振幅特性包括振幅大小和方向两个方面。振幅大小取决于地下介质分界面上下介质的电磁物性差异，差异越大，反射波越强，振幅越大; 反射波振幅方向取决于电磁波在上下介质中传播的波速大小以及介质对电磁波的吸收情况，当电磁波从介电常数大、波速小进入介电常数小、波速大的介质时反射系数为正，反射波振幅与入射波同向; 反之，电磁波从介电常数小、波速大的介质进入到介电常数大、波速小的介质时，反射系数为负，即反射波振幅反向。由于管线的内外各有两层介质，所以地下目标管线一般存在管顶、管底上下两个介质界面。以管顶分界面为例，当非金属管线上界面的反射波振幅较大时，若内介质为水时，反射系数为负，反射波振幅反向; 若内介质为气体，反射系数为正，则反射波振幅正向; 当管线为金属材质时，由于金属内波速近似为零，反射波自然为反向，而且反射波振幅特别强反射信号以管线的外层界面为主，其他层面反射波振幅较弱。金属管线的相对介电常数较小，导电率强，衰减极大，金属管顶部出现极性反转，无管底反射;而非金属管衰减小，顶部反射极性正常，管底部反射同相轴明显，由此可以区分金属管线与非金属管线。对于金属管，仅有管顶反射，而非金属管还有管底反射，且由两次信号对比可以得知管内介质的信息。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆从以上分析可知，探地雷达不仅能提供各类管线的具体位置，而且对非金属管线而言，还能提供内部流动体、管线大小等信息，从而可识别各类管线。管的直径越大，反射弧的曲率半径越大。对非金属管而言，管顶与管底的反射时间差越大。实际野外数据探测过程中，还应根据埋设管线的复杂程度选择多种频率天线观测，不同频率天线探测深度与精度不同，彼此之间可以相互印证，进一步提高探测的准确程度。对于并排管道的管线区分，拐点、终点、分支点及变坡点的确定，以及上下重叠管线的探测等是采用 GPＲ 进行管线探测的技术难点。若地下管线为金属管，由于金属的电磁特性，电磁波基本无法穿透，可以探测到很强的反射波，有时会伴有较强的散射发生，基本上探测不到有规律的多次反射波，所以，若金属管下面埋有其他的管道，由于上层金属管线对地磁波的屏蔽效应，很难探测出金属管线下方的其他管线。但若两根金属管线并行排列，在雷达波形上则会显示成双曲线形态。
2 探测过程中的干扰因素
城市管线探测的电磁干扰因素非常复杂，测线方向上任何有形物体都可能成为勘探干扰源。这些来源于空中、地表、地下的干扰，在雷达图像上引起的异常和有效信号混合在一起，掩盖了管线的有效反射信号，或者呈现出 “假异常”形态。在电厂金属结构建筑区查找地下管线就因为钢结构建筑的金属全反射问题使得勘察工作非常困难。不过，干扰信号虽然难以消除，但可以根据地物特征进行识别剔除。在城市地下管网探测中，架空的高压电线也是一种常见的干扰 。当天线从高压线下经过时，在雷达剖面上会形成一个非常明显的双曲线异常，呈现出 “假异常”形态，不过这种假异常对于有经验的数据处理解释人员很容易将其辨别出来，其主要特征是: 双曲线的开口很宽，并且信号横向上衰减很慢。在实际数据采集过程中，应尽量避开干扰源，对于无法避让的干扰源，野外施工时要做好野外记录: 包括干扰源的位置、性质及其形态特征要进行标记，以便于后期数据分析时识别去除。测线上局部地形变化，会造成探地雷达天线的颠簸，引起了电磁波的散射和漫射，产生地面耦合效应干扰。野外勘察时，探地雷达天线应尽量紧贴地面，使天线与地面耦合最佳。若无法紧贴地面，则天线应垂直离开地面一定距离，干扰现象也可以得到一定程度的抑制，只是直达波到达时间会延迟，且相位数会同时增多，辐射到地下的能量也会衰减。
结论
(1) GPＲ 野外数据采集，布置探地雷达测线方向应尽量垂直管线走向，并整平测量场地，根据管线管径粗细、埋深合理选择天线频率。
(2) 为避免强反射造成探地雷达剖面上金属管线位置处采集信号多次震荡的发生，可以通过预测反褶积的方法来削弱或压制此类多次波，从而提高 GPＲ 信号的纵向分辨率。
(3) GPＲ 一般能准确地探测地下管线的分布情况，但直径较小的管道或光纤探测效果相对较差，在管道埋设过于复杂的区域分辨效果也仍尚需改进。
(4) GPＲ 干扰信号很多，也很复杂，需要进行多种方法处理，才能有效提高信噪比，而且处理需要有针对性，一个比较有效的办法是，实测时记录明显干扰源位置，在后期数据处理时进行区分。
参考文献
1、翟祥才． 探地质雷达的工程应用 ［J］ ． 工程勘察，2010
2、陈辉光． ＲAMAC 地质雷达无损探测图像识别技术研究． 华东公路，2009
论文作者:杨兴隆
论文发表刊物:《基层建设》2015年17期
论文发表时间:2015/10/13
标签：管线论文; 反射论文; 介质论文; 振幅论文; 波速论文; 干扰论文; 金属论文; 《基层建设》2015年17期论文;