探地雷达在燃气PE管道全面检验中的应用

倪曦

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

摘 要：燃气PE管道的广泛运用，带来了全面检验的问题。探地雷达以其免开挖的便捷性、无损性得以成为检验中不可替代的技术手段。该文详细阐述了英国雷迪公司LD9000型探地雷达的工作原理、特点、仪器设备、参数设定、检测方法，列举了雷达数据分析的一般原则，剖析了在实际检测过程中的各种不利因素，最后对探地雷达优缺点进行了总结。

关键词：探地雷达 PE管道 全面检验 数据分析

中图分类号：P63 文献标识码：A 文章编号：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

在城镇燃气行业中，聚乙烯（PE）管材因寿命长、耐腐蚀等特点，其使用越来越普遍。依据特种设备目录，最高工作压力≥0.1 MPa，公称直径DN≥50 mm的燃气管道属于特种设备，须按照《特种设备安全法》进行监管。燃气PE管道在安装监督检验合格后，一般投用满3年，即进行首次全面检验。根据统计，管道失效概率在投用初期较高，很多问题会在第一个使用周期中显现出来。因此，提高首次全面检验质量，对管道安全运行至关重要。

燃气PE管道是埋地非金属管道，目前有效的检测技术手段不多，很多时候需要开挖探坑来检测。在城市交通状况普遍恶化的现在，开挖检测因愈加不利于交通状况的改善，而受到了严格限制。这种情况下，不用开挖便可进行检测的探地雷达显得非常适用、方便。

1 原理

探地雷达（Ground Penetrating Radar，简称GPR），原理是在地面上发射高频短脉冲（106～109 Hz）电磁波向地下介质传播，当遇到存在介电性差异的两种介质的分界面（如，空洞、目標体），产生反射波。接收天线在地面接收反射波，通过数据处理和分析，以雷达图象的方式显示探测结果，从而达到判定地下目标体的一种非侵入性无损检测方法。是当前国际上最先进的地球物理勘探手段之一。

GPR采用偶极子反射法，类似于声纳定位设备。它以反射波波形的形式来反映地下目标体的特征；只要所探测的目标体与周围土壤介质有足够的介电性差异，就会产生反射波；不同形状的目标体的反射波形具有不同的特征。

2 仪器设备

该文采用的是英国雷迪有限公司生产的LD9000型探地雷达系统。主要部件为：主机、雷达天线（GCB-300）、笔记本电脑（装有GAS采集软件和GPRsoft STD数据后处理软件）、四轮可折叠手推车（装有测距装置）、电池、连接线、卫星定位器等。组装后的设备如图1所示。

3 检测方法

3.1 参数设定

首先，应先进行参数设定。探地雷达的主要参数有：土壤介电常数、扫描方式、增益参数、背景滤波、标定轮距等。参数设置完毕后，还应在已知管线地段（比如阀门井处）利用深度校正功能或双曲线拟合功能校准，以提高检测精度。

参数设定非常重要，如果数值不准确，很容易造成对比度不足，图像不清晰，或者结果出现偏差，从而造成漏检、误检。

3.2 测线布置

在检测开始前，应先查阅资料，获取管线必要信息，了解场地条件、地段环境、管线分布等情况。然后通过实际巡线检查，确定高风险地段。利用探地雷达进行针对性检测，测点的选择应注重代表性。路面塌陷地段、非机动车道变更为机动车道、机动车道等应作为高风险区域进行重点抽查。对非机动车道、车辆无法到达的地段可适当减少抽查。

雷达测线布置应做到以下几点。

（1）选择地面平整的路面，无障碍物。

（2）垂直于管线走向布置测线，雷达置于测线起点。

（3）覆盖目标管线，至少应包括两侧各2 m。

（4）避开管道拐点和倾斜段；拐点的确定宜利用交会法。

（5）避开高压电线杆等电磁干扰大的区域。

3.3 检测质量

（1）介质和PE管道的介电常数差异性，决定雷达图形的对比度，二者差异越大，对比度越高，越易于识别；差异越小，越难以识别。它是影响检测质量的主要因素。

（2）天线的频率越低，检测的深度越深，但浅部的分辨率越差；天线的频率越高，检测的深度越浅，浅部的分辨率越好。

（3）介质的含水量直接影响检测质量，含水量越高影响越大，干燥沙土地带探测效果最好。应避免在雨天或地面潮湿时检测。

（4）介质的均匀程度也直接影响检测质量，越均匀效果越好。夹杂物越多效果越差。

（5）沥青、水泥、盐碱、含金属网等路面对检测质量有不利影响，宜尽量避免。

4 数据分析

4.1 一般原则

（1）波形特征是指反射波的形态、振幅和相位。

（2）管线的同相轴波形为双曲线形态，即弧形特征反射波形。

（3）管线的弧形特征反射在其走向方向上应具有连续性和可重复性。无法判定时，布置多处测线，可区分管线与孤立目标体。

（4）双曲线顶点对应的横轴位置为管线中心位置。

（5）双曲线顶点对应的纵轴深度刻度值为管顶埋深。

（6）双曲线顶部的平缓段基本反映出目标体水平大小。

4.2 雷达异常解释

PE管线波形的基本特点为光滑、规则的双曲线，杂波的特点是不规则、不光滑的波形。从理论上讲，通过分析异常波形与双曲线的相似程度，可判别该异常波形是否为PE管道波形。

但在实际的检测工作中，常常因为分界面介电常数相近、检测线倾斜、不均匀介质的漫反射、孤立目标体的反射、高阻抗面（水泥地等）的振荡反射、金属（水泥管）的绕射等原因，导致实测管线波形不标准，产生较大的畸变，甚至消失。给雷达异常解释带来困难。此时，可以采取平移探测线、布置辅助测线等方法，综合判断其是否具有重复性、连续性。必要时增加现场资料调查工作，借助相关资料，来进行判断。（如图2）

5 结语

在燃气PE管道全面检验的过程中，探地雷达发挥着巨大的作用，是目前不可替代的无损检测手段。它可以帮助我们在检验中，查明PE管线的具体位置，周围情况。弄清其埋深、安全间距是否符合相关规范要求，是否有沉降。是否存在其他可能风险。这对燃气PE管道的安全运行有着非常积极的意义。

探地雷达也存在其不足之处，体现在雷达异常解释未实现智能化，需要人工判定，对人员的要求较高；对背景噪声容忍度较低，易受现场各种电磁信号干扰；对地质条件复杂的管线，探测精度有待提高等。

总体来说，探地雷达优点是多于其缺点的，随着科技的进步，相信探地雷达还有很大提升的空间。同时也希望能出现新材料、新技术、新手段，来为人们的安全、发展服务。

参考文献

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