肥東縣供水管網(wǎng)普查項目地質(zhì)雷達大規(guī)模應(yīng)用現(xiàn)場紀實
作者:苑宗方、李文華
1、工程概況
肥東縣,隸屬于安徽省合肥市,地處安徽省中部,總面積2181.6平方千米。截至2022年10月,肥東縣下轄13個鎮(zhèn)、6個鄉(xiāng),另設(shè)有2個功能區(qū)。肥東有“吳楚要沖、包公故里”之譽,境內(nèi)有中國五大淡水湖之一的巢湖,古廬陽八景之一的“四頂朝霞”,“北九華”之稱的浮槎山。
近年來,城市建設(shè)發(fā)展迅猛,地下給水管線敷設(shè)也越來越多,為了避免由于管線資料不全或與現(xiàn)狀不符等因素而造成挖斷或損壞給水管線的事故發(fā)生,采用科學的手段查清給水管線的敷設(shè)現(xiàn)狀,成為了城市給水行業(yè)管理者的當務(wù)之急。經(jīng)公開招投標,保定金迪地下管線探測工程有限公司承擔了肥東縣供水管網(wǎng)普查項目。
普查范圍為肥東縣縣城及鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域DN100及以上供水管網(wǎng),預(yù)計1000km。分支管線測至機關(guān)、單位、工廠、院校庭院、封閉小區(qū)內(nèi)部的貿(mào)易結(jié)算水表(總表),若分支管線無總表,則探測至該院落的管線總閥門,若沒有總閥門則探測至該區(qū)域臨街道路紅線或第一排建筑物。涉及的管材材質(zhì)包括球墨鑄鐵管、鋼管等金屬管材和水泥管、PE管、PVC管等非金屬管材。
肥東縣供水管網(wǎng)普查項目組于6月初進入施工現(xiàn)場,經(jīng)過三個多月奮力拼搏,在一年中最熱的月份,項目組克服種種困難,目前已基本完成外業(yè)工作,正在進行甲方審圖工作。
2、測區(qū)概況及地球物理特征
2.1、測區(qū)概況
普查范圍為肥東縣縣城及鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域,測區(qū)為東部低山丘陵區(qū),北部丘陵崗丘區(qū),中部波狀平原區(qū),南部濱湖平原區(qū),地形起伏較大,主要道路人流、車流量較大,給探測工作帶來不利的影響;地下給水管線敷設(shè)的管材多樣,有球墨鑄鐵、鋼、砼、PE等,地下管線與周圍介質(zhì)存在明顯的地球物理差異,具備了采用物探方法確定地下管線空間位置的客觀條件。
測區(qū)內(nèi)非金屬管線占比極高,其次為球墨鑄鐵、砼、鋼、PVC等。為保證工程探測質(zhì)量,圓滿完成項目工作,項目組決定開設(shè)兩個雷達探測組。
2.2、測區(qū)地球物理特征
本區(qū)道路路面材料主要為瀝青或水泥,便道以水泥方磚為主,其下淺部土層主要為粘土,同時伴有大量建筑垃圾和碎石,地下介質(zhì)極不均勻。供水管線材質(zhì)主要為PE。部分路段路為球墨鑄鐵、砼、鋼、PVC管等,由電磁波反射原理可知,電磁波反射主要發(fā)生在介電常數(shù)存在差異的界面上。通常,空氣的介電常數(shù)為1,水為81,混凝土為5,土層大約為7~24,與周圍土質(zhì)間存在明顯的差異,為地質(zhì)雷達探測提供了理論依據(jù)。然而,由于部分道路鋪層層狀界面的反射及回填土中介質(zhì)不均勻?qū)е履繕斯芫€反射信號被干擾,有效異常識別困難,從而影響地質(zhì)雷達的探測效果。
3、地質(zhì)雷達工作原理
地質(zhì)雷達是利用電磁波在地下介質(zhì)電磁性差異界面產(chǎn)生反射來確定地下目標體的一種探測技術(shù)。它利用發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻寬頻短脈沖電磁波,電磁波在介質(zhì)中傳播時,遇到與周圍介質(zhì)電磁性差異較大地下管線將產(chǎn)生反射,通過接收天線可接收來自地下介質(zhì)界面的反射波。來自地下界面的反射波其路徑、電磁場強度與波形將隨所通過介質(zhì)的電磁性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化,由此可根據(jù)反射波的旅行時間(雙程走時)、幅度、波形及介質(zhì)電磁波速度等資料,推測地下管線的空間位置和埋深。(見圖3.1)已知管頂處反射波旅行時間、介質(zhì)電磁波速,則地下管線管頂埋深可由下式計算得到:
普查范圍為肥東縣縣城及鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域,測區(qū)為東部低山丘陵區(qū),北部丘陵崗丘區(qū),中部波狀平原區(qū),南部濱湖平原區(qū),地形起伏較大,主要道路人流、車流量較大,給探測工作帶來不利的影響;地下給水管線敷設(shè)的管材多樣,有球墨鑄鐵、鋼、砼、PE等,地下管線與周圍介質(zhì)存在明顯的地球物理差異,具備了采用物探方法確定地下管線空間位置的客觀條件。
測區(qū)內(nèi)非金屬管線占比極高,其次為球墨鑄鐵、砼、鋼、PVC等。為保證工程探測質(zhì)量,圓滿完成項目工作,項目組決定開設(shè)兩個雷達探測組。
2.2、測區(qū)地球物理特征
本區(qū)道路路面材料主要為瀝青或水泥,便道以水泥方磚為主,其下淺部土層主要為粘土,同時伴有大量建筑垃圾和碎石,地下介質(zhì)極不均勻。供水管線材質(zhì)主要為PE。部分路段路為球墨鑄鐵、砼、鋼、PVC管等,由電磁波反射原理可知,電磁波反射主要發(fā)生在介電常數(shù)存在差異的界面上。通常,空氣的介電常數(shù)為1,水為81,混凝土為5,土層大約為7~24,與周圍土質(zhì)間存在明顯的差異,為地質(zhì)雷達探測提供了理論依據(jù)。然而,由于部分道路鋪層層狀界面的反射及回填土中介質(zhì)不均勻?qū)е履繕斯芫€反射信號被干擾,有效異常識別困難,從而影響地質(zhì)雷達的探測效果。
3、地質(zhì)雷達工作原理
地質(zhì)雷達是利用電磁波在地下介質(zhì)電磁性差異界面產(chǎn)生反射來確定地下目標體的一種探測技術(shù)。它利用發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻寬頻短脈沖電磁波,電磁波在介質(zhì)中傳播時,遇到與周圍介質(zhì)電磁性差異較大地下管線將產(chǎn)生反射,通過接收天線可接收來自地下介質(zhì)界面的反射波。來自地下界面的反射波其路徑、電磁場強度與波形將隨所通過介質(zhì)的電磁性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化,由此可根據(jù)反射波的旅行時間(雙程走時)、幅度、波形及介質(zhì)電磁波速度等資料,推測地下管線的空間位置和埋深。(見圖3.1)已知管頂處反射波旅行時間、介質(zhì)電磁波速,則地下管線管頂埋深可由下式計算得到:
d0=v·t0/2
式中: d0------地下管線管頂埋深;
v ----為地下介質(zhì)電磁波速;
t0----管頂處反射波旅行時間。
式中: d0------地下管線管頂埋深;
v ----為地下介質(zhì)電磁波速;
t0----管頂處反射波旅行時間。
圖3.1 地質(zhì)雷達工作原理示意圖
4、儀器設(shè)備
4.1、設(shè)備簡介
本次探查采用了意大利IDS公司生產(chǎn)的DetectorDUO管線雷達,天線為700MHz 和 250MHz 天線組成的一體式天線陣。該天線的使用,可同時獲取兩種不同頻率的采集數(shù)據(jù),以便了解地下不同深度的管線埋設(shè)狀況,既提高了管線探測精度,同時提高了雷達探測的工作效率。
4.2、主要采集參數(shù)
掃描速度: 850掃/秒
脈沖重復(fù)頻率:400KHz
250MHz+700MHz 組合天線
時窗: 9999 nsec
采樣點數(shù): 128-8192
疊加數(shù): 1-32768
分辨率: 5psec
信噪比〉160dB
工作溫度: -10~50℃
A/D轉(zhuǎn)換 : 16bit
5、雷達工作場景及部分成果