城鎮燃氣PE管道探測中探地雷達的應用

陳 昊

（北京建筑大學，北京 100044)

城鎮燃氣PE管道探測中探地雷達的應用

陳 昊

（北京建筑大學，北京 100044)

針對城鎮燃氣PE管道無法采用地下管道探測儀進行定位的難題，在簡單介紹PE管道主要特征的基礎上，提出一種以探地雷達為核心的新地下管道探測方法，并對這種方法的采集系統構成、原理進行深入分析，最后通過研究與實踐得出在對城鎮燃氣PE管道進行探測時，使用探地雷達完全可行的結論，為城鎮地下管道建設與防止不必要事故的發生提供可靠的技術支撐。

PE管道；地下管道探測；探地雷達；應用

1 城鎮燃氣PE管道特征

PE管道即聚乙烯管道可分為中密度聚乙烯管道與高密度聚乙烯管道，而且按照不同的壁厚還能分成SDR11與SDR17.6。其中，SDR11系列主要用于輸送人工煤氣，而SDR17.6系列以輸送天然氣為主。相比普通鋼管，PE管道工藝簡單，具有良好韌性，而且無需進行防腐處理，能省略大部分工序；但其器械性差于鋼管，在施工時必須重點考慮熱力供暖的安全間距，同時要避免直接暴露在陽光和空氣之下，且對化學物品較為敏感，要做好污水管道防滲工作，否則將對管道造成傷害[1]。

2 以探地雷達為核心的城鎮燃氣PE管道探測系統

2.1 采集系統

在管道探測系統當中，探地雷達實際上充當采集系統的作用。探地雷達由三部分構成，分別為主機、天線與處理軟件。其中，天線的頻率有很多種，頻率主要和探測結果分辨率及探測深度有關。

2.2 探測原理

對探地雷達而言，它最早是將空氣作為傳播介質來完成探測任務的。當人們在對非金屬管道實施探測作業受到阻礙時，發現應用探地雷達可以取得較好的效果。在對非金屬管道進行探測時，想要應用探地雷達并發揮預期的作用，需要滿足以下物性前提：被探測管道和周圍傳播介質之間，有明顯的電磁波傳速差與介電常數差。

所有傳播介質中，金屬介電常數最大，所以電磁波無法透過金屬，即電磁波全反射。而其他傳播介質都有電磁波反射條件。因此，在這種特性的支持下，可以利用雷達波形來判斷非金屬管道的具體位置[2]。

2.3 工作原理

通過對采集系統與探測原理的分析可知，在對非金屬管道進行探測時使用探地雷達，不僅能實現無損探測與連續作業的目標，還能加快探測效率，降低勞動強度，提高探測精度，其工作原理見圖1。

當雷達的天線到達被探測管道正上方，同時系統主機發出進行掃描工作的指令時，天線開始向地下不斷發送對高頻極化電磁波。因地下分布著不同的傳播介質，而且在相同的傳播介質當中還不能排除不均勻的問題，所以部分發射出去的電磁波會從不同絕緣實體之間形成反射，以此對地下目標進行探測。

從理論角度講，只要可以滿足探測基本條件，雷達就能探測所有材質的管道。沒有發生發射的電磁波，依照能量守恒，其能量會被底層不斷吸收，直至被底層完全吸收，信號十分微弱。在介質分界線上發生的電磁波反射，主要由各種基礎物體及土壤層材料所產生的磁場、電場反應引起。

探測過程中，發射與接收天線十分接近，甚至重合，使發射天線邊界到被探測管道頂端的距離約等于管道和土層介質邊界到接收天線的距離。如果天線位置改變，則天線到被探測管道的距離會發生明顯變化。圖1中，X-N，…，X0，…，XN表示被探測管道和天線之間的水平距離，而d-N，…，d0，…，dN表示被探測管道所處深度。雷達可對信號往返時間進行測量，再根據電磁波在相應傳播介質當中的速度，通過計算得出天線和被探測管道之間的距離。對于探地雷達發出的電磁波，其有效穿透深度除了和天線頻率有關外，還會受到地下不同傳播介質的導電率的影響，表現為隨導電率的增加，有效穿透深度減小[3]。

圖1 探地雷達工作原理

3 結束語

研究與實踐表明，在對城鎮燃氣PE管道進行探測時，使用探地雷達是完全可行的，但存在無法準確確定三通點、近距并行管道與拐點的實際問題。對此，可采用幾何的方法，結合管道工程設計資料與巡檢工作人員經驗，得出管道具體位置。以探地雷達為核心的PE管道探測方法具有較高的精度和效率，且無需開挖驗證，在城鎮燃氣管線領域有著十分廣闊的應用開發前景。

[1] 曾岳梅，賈向煒，李英杰.埋地PE管道定位探測技術綜述[J].測繪通報，2016，（S1）：64-66，88.

[2] 熊俊楠，孫銘，彭超，等.基于探地雷達的城鎮燃氣PE管道探測方法[J].物探與化探，2015，（05）：1079-1084.

[3] 曾岳梅，賈向煒，李英杰.埋地PE管道聲學定位探測技術應用研究[J].煤氣與熱力，2015，（07）：30-32，44.

Application of Ground Penetrating Radar in Gas Pipeline Detection of Urban Gas

Chen Hao

Based on the brief introduction of the main features of the PE pipe，a new method for detecting the new underground pipeline is proposed，which is based on the ground penetrating radar.In this paper，Finally，through the research and practice，it is concluded that the use of ground penetrating radar is feasible and feasible for the construction of urban underground pipelines and the prevention of unnecessary accidents.The technical support.

PE pipe；underground pipeline exploration；ground penetrating radar；application

TU996

A

1003–6490（2017）11–0105–01

2017–09–10

陳昊（1986—），男，北京人，工程師，主要研究方向為燃氣工程的施工技術與應用。