城勘论文——地质雷达探测地下非金属给水管的管径.doc

文章编号： 中图分类号：P631.3+25 P258 文献标识码：A地质雷达探测地下非金属给水管的管径大小葛如冰* 丘广新（广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060）摘 要：通过不同管径、不同材料的地下非金属给水管线的雷达探测实例，探讨了应用地质雷达多次反射波探测地下管线管径的可能性，为管线普查、竣工测量提供了更充分的数据。关键词：地质雷达 多次反射波 非金属给水管 管径1 前言地质雷达在地下管线探测中取得了很重要的成就。但是，一直以来，地质雷达基本上只是探测地下管线的位置与埋深，对于管线的管径资料，基本上都是利用已知资料或开挖取证。有时也会利用雷达波的宽度对管径进行估计，这样的做法其误差往往会很大。近年来，我单位一直在进行广州市地下管线的竣工测量工作，其中绝大部分是管线覆土后的探测工作，利用地质雷达技术已取得了很好的成果。而在竣工测量工作中，管线的管径是一个非常重要的属性：因为城市道路中，管线很多，管线的异常多且杂。要区分开多种异常管线，不造成误判的话，就只有尽可能充分地了解实测异常的属性。在长期的探测过程中，通过不断地积累、总结，我们发现，在管线的地质雷达反射图像（主要是非金属给水管线的反射图象）中，其反射的多次波信号中，其实就包含着管径的信息。下面，我们将从实测数据出发，讨论这一问题。2 玻璃钢管的两次反射间距与其管径的关系图1是我们在广州市西湾路探测一条玻璃钢管时的雷达反射图像。该管管径大小是600mm，图中红线所指位置是玻璃钢管的反射信号（其材质大小及位置均有井位证实）。通过图象可以发现：该管道的雷达反射波，不仅出现了典型的双曲线形异常，图1 直径d=600mm的玻璃钢管反射图像 * 收稿日期：作者简介：葛如冰（1971年-），男，高级工程师，长期从事工程物探应用技术的开发与应用工作。而且在其下方还有一个伴生的二次异常，从不同点的探测资料可以看出，两个异常的垂直间距是固定的。这样的异常以前曾有不少人探测到，大家都称浅部的反射波为管线的顶部反射波，其下的伴生反射波为二次反射，也曾有人称之为底部反射波，意指其为管底的反射。从图中可以看出：这两个反射波的垂向间距基本上是固定的，大约是36ns。这样我们可以算出两个反射波的实际间距（考虑到给水管中充满水，其波速应取水介质中的电磁波速0.033m/ns）：d=(V水t)/2=0.6m。这个距离刚好就是该管线的管径！也就是说，二次反射波确实就是管底的反射波，其与顶部反射波的间距（用水中的电磁波速计算）恰恰是管径的反应。3 PVC给水管的多次反射波特征一般而言，二次反射都被人以顶底反射而界定，而当管线异常出现多次波时，却一直被人忽略。应用RIS-K2 以来，对于PVC给水管，我们就经常能探测到很多次的反射波。如图2示：图2是一条直径d=150mm的PVC给水管在不同位置探测的雷达反射波形。由图中可以看出：每一点的雷达反射均有多次反射，在同一图象中其多次反射波间距是固定的，而且在这条管的不同点反射图像中，其反射波间距也基本相等，大约等于9ns。同上，可以计算出：这个间距恰恰是管的直径0.15m（考虑到这些在用中的给水管里充满水，其波速均应取水介质中的电磁波速0.033m/ns，而不是取土介质中的电磁波 图2 直径为150mm的PVC给水管的多次反射图像图3 不同管径的PVC给水管的雷达反射波图像A、d=200mm；B、d=100mm ； C、d=150mm速），也就是说，该管的雷达多次波间距恰好是管径。是否可以这样解释：在该管线的雷达反射中，雷达波到达顶时产生雷达反射首波，同时一部分产生一部分电磁波透射，经过慢速的水介质，到达管底时，产生底部反射波，该反射波上行到达管顶时，一部分直接透射到达接收天线成为二次反射波，另一部分则再次反射击向下，至管底时再次产生三次反射波、四次反射波.多次波的走时差距恰好是管径的反映！4 不同管径非金属给水管的雷达反射波 为了证实上面的论述，我们不断地总结我们所探测到的雷达资料。在图3中，我们选取了不同管径的PVC给水管的反射图像进行对比：A、B、C三个图像分别反应的管直径分别是200mm、100mm、150mm，由图中可明显看出其多次反射波的间距有明显不同：A中间距最大，C次之，B最小，这与其管径大小差异恰好是相对应的。表1总结了本文中引用的全部雷达图像中：其雷达多次波间距(以首波与二次波的间距)与管径的对比结果，表中多次波间距的计算均是取其反射振幅最强处的雷达波走时差异，而管道的实际管径、材质均经过开井核实。由表1可以看出：非金属给水管线的雷达多次波的间距就是其管径的反应。表1 管线的雷达多次波间距与其管径大小的对比表序号图像号材 质首波与二次波的走时差（ns）首波与二次波间距d=(V水t)/2（m）实际管径d(m)偏差(m）1图1-A玻璃钢35.40.590.600.012图1-B玻璃钢34.60.580.600.023图1-C玻璃钢35.20.590.600.014图2-APVC9.10.150.1505图2-BPVC8.50.140.150.016图2-CPVC8.60.140.150.017图3-APVC12.20.210.200.018图3-BPVC6.30.110.100.019图3-CPVC8.80.150.150注： 1、V水=0.033m/ns；2、走时差t的求取原则：首波、二次波走时的提取均取其振幅最大点处的走时；3、表中管线的材质、实际管径均经过开井核实。5 结论 通过前面的讨论，我们可以得出：利用雷达多次反射波的间距求取非金属给水管线的管径是可行的，从而为管线探测的准确性提供了更充分的数据。值得指出的是：我们之所以提出是非金属给水管道，是因为这类管线的多次反射最易探测。金属管由于金属的电磁特性，电磁波基本无法穿透，因而基本上只能探测到强的反射波，有时会有较强的散射发生，基本上探测不到有规律的多次反射波。之所以提给水管，那是因为此类管中充满水介质，而水中的电磁波速非常慢，管顶、底的反射波及多次反射波能有效地分开。本文中全部雷达图像均是用意大利的RIS型地质雷达探测获取的。参考文献1、李大心，探地雷达方法与应用M。北京：地质出版社，1994。2、区福邦主编，城市地下管线普查技术研究与应用M，南京：东南大学出版社，1998。Using the GPR to detect the diameters of the non-metallic water pipesGe Ru-bing,Qiu Guang-xin(Guangzhou Ubran Planning Design Survey Research Institute Guangdong, Guangzhou 510060)Abstract: From the GPR field data detecting non-metallic water pipes with different material and different diameters, the subject is discussed here: From the repeatedly reflected waves of the GroundPenetrating-Radar (GPR), the diameters of the non-metal water pipes can be detected. A more adequate data can be provided for the pipeline detections (such as survey and the completion measurements).Key words: Ground-Penetrating-Radar, repe