探地雷達(dá)在燃?xì)釶E管道全面檢驗(yàn)中的應(yīng)用

倪曦

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.040

摘 要：燃?xì)釶E管道的廣泛運(yùn)用，帶來了全面檢驗(yàn)的問題。探地雷達(dá)以其免開挖的便捷性、無損性得以成為檢驗(yàn)中不可替代的技術(shù)手段。該文詳細(xì)闡述了英國雷迪公司LD9000型探地雷達(dá)的工作原理、特點(diǎn)、儀器設(shè)備、參數(shù)設(shè)定、檢測(cè)方法，列舉了雷達(dá)數(shù)據(jù)分析的一般原則，剖析了在實(shí)際檢測(cè)過程中的各種不利因素，最后對(duì)探地雷達(dá)優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：探地雷達(dá) PE管道 全面檢驗(yàn) 數(shù)據(jù)分析

中圖分類號(hào)：P63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（b）-0040-02

Application of Ground Penetrating Radar in Comprehensive Inspection of PE gas Pipeline

Ni Xi

（Zunyi special equipment inspection institute，Zunyi Guizhou，563002，China）

Abstract：The wide application of PE gas pipeline brings the problem of comprehensive inspection. GPR is convenient and nondestructive. Can become an irreplaceable means of testing technology. This paper describes the British Reddy， LD9000 type of ground penetrating radar working principle， characteristics， equipment， parameter setting， detection method， lists the general principles of radar data analysis， analyzes the various unfavorable factors in the process of detection. Finally， the advantages and disadvantages of GPR are summarized.

Key Words：GPR；PE pipeline；Comprehensive inspection；DA

在城鎮(zhèn)燃?xì)庑袠I(yè)中，聚乙烯（PE）管材因壽命長(zhǎng)、耐腐蝕等特點(diǎn)，其使用越來越普遍。依據(jù)特種設(shè)備目錄，最高工作壓力≥0.1 MPa，公稱直徑DN≥50 mm的燃?xì)夤艿缹儆谔胤N設(shè)備，須按照《特種設(shè)備安全法》進(jìn)行監(jiān)管。燃?xì)釶E管道在安裝監(jiān)督檢驗(yàn)合格后，一般投用滿3年，即進(jìn)行首次全面檢驗(yàn)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，管道失效概率在投用初期較高，很多問題會(huì)在第一個(gè)使用周期中顯現(xiàn)出來。因此，提高首次全面檢驗(yàn)質(zhì)量，對(duì)管道安全運(yùn)行至關(guān)重要。

燃?xì)釶E管道是埋地非金屬管道，目前有效的檢測(cè)技術(shù)手段不多，很多時(shí)候需要開挖探坑來檢測(cè)。在城市交通狀況普遍惡化的現(xiàn)在，開挖檢測(cè)因愈加不利于交通狀況的改善，而受到了嚴(yán)格限制。這種情況下，不用開挖便可進(jìn)行檢測(cè)的探地雷達(dá)顯得非常適用、方便。

1 原理

探地雷達(dá)（Ground Penetrating Radar，簡(jiǎn)稱GPR），原理是在地面上發(fā)射高頻短脈沖（106～109 Hz）電磁波向地下介質(zhì)傳播，當(dāng)遇到存在介電性差異的兩種介質(zhì)的分界面（如，空洞、目標(biāo)體），產(chǎn)生反射波。接收天線在地面接收反射波，通過數(shù)據(jù)處理和分析，以雷達(dá)圖象的方式顯示探測(cè)結(jié)果，從而達(dá)到判定地下目標(biāo)體的一種非侵入性無損檢測(cè)方法。是當(dāng)前國際上最先進(jìn)的地球物理勘探手段之一。

GPR采用偶極子反射法，類似于聲納定位設(shè)備。它以反射波波形的形式來反映地下目標(biāo)體的特征；只要所探測(cè)的目標(biāo)體與周圍土壤介質(zhì)有足夠的介電性差異，就會(huì)產(chǎn)生反射波；不同形狀的目標(biāo)體的反射波形具有不同的特征。

2 儀器設(shè)備

該文采用的是英國雷迪有限公司生產(chǎn)的LD9000型探地雷達(dá)系統(tǒng)。主要部件為：主機(jī)、雷達(dá)天線（GCB-300）、筆記本電腦（裝有GAS采集軟件和GPRsoft STD數(shù)據(jù)后處理軟件）、四輪可折疊手推車（裝有測(cè)距裝置）、電池、連接線、衛(wèi)星定位器等。組裝后的設(shè)備如圖1所示。

3 檢測(cè)方法

3.1 參數(shù)設(shè)定

首先，應(yīng)先進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。探地雷達(dá)的主要參數(shù)有：土壤介電常數(shù)、掃描方式、增益參數(shù)、背景濾波、標(biāo)定輪距等。參數(shù)設(shè)置完畢后，還應(yīng)在已知管線地段（比如閥門井處）利用深度校正功能或雙曲線擬合功能校準(zhǔn)，以提高檢測(cè)精度。

參數(shù)設(shè)定非常重要，如果數(shù)值不準(zhǔn)確，很容易造成對(duì)比度不足，圖像不清晰，或者結(jié)果出現(xiàn)偏差，從而造成漏檢、誤檢。

3.2 測(cè)線布置

在檢測(cè)開始前，應(yīng)先查閱資料，獲取管線必要信息，了解場(chǎng)地條件、地段環(huán)境、管線分布等情況。然后通過實(shí)際巡線檢查，確定高風(fēng)險(xiǎn)地段。利用探地雷達(dá)進(jìn)行針對(duì)性檢測(cè)，測(cè)點(diǎn)的選擇應(yīng)注重代表性。路面塌陷地段、非機(jī)動(dòng)車道變更為機(jī)動(dòng)車道、機(jī)動(dòng)車道等應(yīng)作為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)抽查。對(duì)非機(jī)動(dòng)車道、車輛無法到達(dá)的地段可適當(dāng)減少抽查。

雷達(dá)測(cè)線布置應(yīng)做到以下幾點(diǎn)。

（1）選擇地面平整的路面，無障礙物。

（2）垂直于管線走向布置測(cè)線，雷達(dá)置于測(cè)線起點(diǎn)。

（3）覆蓋目標(biāo)管線，至少應(yīng)包括兩側(cè)各2 m。

（4）避開管道拐點(diǎn)和傾斜段；拐點(diǎn)的確定宜利用交會(huì)法。

（5）避開高壓電線桿等電磁干擾大的區(qū)域。

3.3 檢測(cè)質(zhì)量

（1）介質(zhì)和PE管道的介電常數(shù)差異性，決定雷達(dá)圖形的對(duì)比度，二者差異越大，對(duì)比度越高，越易于識(shí)別；差異越小，越難以識(shí)別。它是影響檢測(cè)質(zhì)量的主要因素。

（2）天線的頻率越低，檢測(cè)的深度越深，但淺部的分辨率越差；天線的頻率越高，檢測(cè)的深度越淺，淺部的分辨率越好。

（3）介質(zhì)的含水量直接影響檢測(cè)質(zhì)量，含水量越高影響越大，干燥沙土地帶探測(cè)效果最好。應(yīng)避免在雨天或地面潮濕時(shí)檢測(cè)。

（4）介質(zhì)的均勻程度也直接影響檢測(cè)質(zhì)量，越均勻效果越好。夾雜物越多效果越差。

（5）瀝青、水泥、鹽堿、含金屬網(wǎng)等路面對(duì)檢測(cè)質(zhì)量有不利影響，宜盡量避免。

4 數(shù)據(jù)分析

4.1 一般原則

（1）波形特征是指反射波的形態(tài)、振幅和相位。

（2）管線的同相軸波形為雙曲線形態(tài)，即弧形特征反射波形。

（3）管線的弧形特征反射在其走向方向上應(yīng)具有連續(xù)性和可重復(fù)性。無法判定時(shí)，布置多處測(cè)線，可區(qū)分管線與孤立目標(biāo)體。

（4）雙曲線頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫軸位置為管線中心位置。

（5）雙曲線頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的縱軸深度刻度值為管頂埋深。

（6）雙曲線頂部的平緩段基本反映出目標(biāo)體水平大小。

4.2 雷達(dá)異常解釋

PE管線波形的基本特點(diǎn)為光滑、規(guī)則的雙曲線，雜波的特點(diǎn)是不規(guī)則、不光滑的波形。從理論上講，通過分析異常波形與雙曲線的相似程度，可判別該異常波形是否為PE管道波形。

但在實(shí)際的檢測(cè)工作中，常常因?yàn)榉纸缑娼殡姵?shù)相近、檢測(cè)線傾斜、不均勻介質(zhì)的漫反射、孤立目標(biāo)體的反射、高阻抗面（水泥地等）的振蕩反射、金屬（水泥管）的繞射等原因，導(dǎo)致實(shí)測(cè)管線波形不標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)生較大的畸變，甚至消失。給雷達(dá)異常解釋帶來困難。此時(shí)，可以采取平移探測(cè)線、布置輔助測(cè)線等方法，綜合判斷其是否具有重復(fù)性、連續(xù)性。必要時(shí)增加現(xiàn)場(chǎng)資料調(diào)查工作，借助相關(guān)資料，來進(jìn)行判斷。（如圖2）

5 結(jié)語

在燃?xì)釶E管道全面檢驗(yàn)的過程中，探地雷達(dá)發(fā)揮著巨大的作用，是目前不可替代的無損檢測(cè)手段。它可以幫助我們?cè)跈z驗(yàn)中，查明PE管線的具體位置，周圍情況。弄清其埋深、安全間距是否符合相關(guān)規(guī)范要求，是否有沉降。是否存在其他可能風(fēng)險(xiǎn)。這對(duì)燃?xì)釶E管道的安全運(yùn)行有著非常積極的意義。

探地雷達(dá)也存在其不足之處，體現(xiàn)在雷達(dá)異常解釋未實(shí)現(xiàn)智能化，需要人工判定，對(duì)人員的要求較高；對(duì)背景噪聲容忍度較低，易受現(xiàn)場(chǎng)各種電磁信號(hào)干擾；對(duì)地質(zhì)條件復(fù)雜的管線，探測(cè)精度有待提高等。

總體來說，探地雷達(dá)優(yōu)點(diǎn)是多于其缺點(diǎn)的，隨著科技的進(jìn)步，相信探地雷達(dá)還有很大提升的空間。同時(shí)也希望能出現(xiàn)新材料、新技術(shù)、新手段，來為人們的安全、發(fā)展服務(wù)。

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