基于探地雷达的城市地下非金属管线探测识别研究

发布时间：2020-08-09 21:16

【摘要】：城市轨道交通建设中,地下管线探测是重要环节。由于老旧管网信息不完善、各部门之间无法有效共享管网信息等原因导致施工过程中造成诸多管线损坏。故需对地下管线进行准确地探测,为工程建设提供技术保障。针对上述问题和研究现状,本文结合数值模拟和工程实例开展了探地雷达管线探测课题的理论和实践研究。首先讨论了数值模拟中的三个重要控制要素──数值色散、解的稳定性和边界控制条件,其中重点介绍了完全匹配层(PML)在边界效应控制中的优势。其次利用数值模拟软件GprMax2D模拟构建了不同情况下的城市地下管线模型,结合MATLAB软件输出数值模拟结果。5组数值模拟结果表明:相同中心频率下,随着深度的增加,探测分辨率不断下降;可以根据管线双曲线反射弧下方的多次反射信号来判别充气管线和充水管线;探地雷达的分辨率是影响探测效果的重要因素,当并行管线间距较小时,模拟结果表明无法区分两根管线的双曲线反射弧,当间距不断扩大时,原先重叠的双曲线反射弧逐渐分离;依据经验雷达天线的中心频率越高时其探测分辨率也越高,但这一规律只在一定的探测深度内有效,正演模拟发现随着埋深的增加,高频天线并不总能探测到模拟设置的管线;上部管线会对下部管线的探测形成干扰,尤其是充水管线会完全掩盖下部充气管线的反射信号。然后基于数值模拟研究结果,选取了合理的探测系统进行现场实测。研究表明:从管线的雷达波反射的双曲线特征可以准确地分辨出充气或充水非金属管线;金属管线的双曲线反射弧顶端比非金属管线的双曲线反射弧顶端表现地更“尖”;受场地条件影响,探地雷达的实际分辨率并不能达到理论的探测分辨率。受数值模拟软件模型构建功能的限制和测试场地诸多干扰条件的影响,本文对地下管线的探测研究还不够充分,包括对多层并列铺设管线、管径大小计算以及数据的精细处理解释等需进一步探讨研究。图39表10参考文献100
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU990.3;P631.3
【图文】：

视电阻率图,管线探测,高密度电法

2）主动源法相较于被动源法通过观测天然的电磁场的变化，主动源法是通过人工技术手段对探测场地的管线周围施加一个交变电磁场，通过观测目标管线的磁通量及产生的交变电流量和周围场地环境的比较来判断管线的具体走向。主动源法又可具体划分为直接法、夹钳法和感应法三种，三种探测方法各有优缺点。直接法可以将管线的感应电磁场强度变大从而与周围场地的差异被放大，可以清晰地探测出管线的位置及走向，但其缺点即探测非金属管线的效果较差；夹钳法的缺点是只能探测一些管径较小的地下管线，另外对于埋藏地下的管线需要先开挖一部分后才能进行探测工作；感应法的应用范围广阔，虽然适用于城市地下管线的盲探工作，但对探测场地电磁场的要求比较高。（2）高密度电法高密度电法是以探测目标管线的电性性质与周围覆盖介质体的电性性质差异这一现象原理为基础，向探测场地施加稳定的直流电场，通过事先布置好的电极进行扫描采集数据从而判断管线信息的探测方法。

测线布置,管线探测,高密度电法,测区

安徽理工大学硕士学位论文丁美青（2017）等利用高密度电法对某厂区的地下管线进行探测研究，通演得到测线成果图（图 1），准确地判断出了深埋管线[42]；吴嵩等（2016）利密度电法仪 CUGDCX-1 结合反演准确地探测出某地地下一根钢制管线，并结论当测线布置与管线走向斜交时，探测到的管线管径会比实际的管径大小[43]，测线布置如图 2 所示。

示意图,管线探测,瞬态瑞雷波法,示意图

图 2 高密度电法管线探测测区测线布置图[43]Fig. 2 Line layout of high density resistivity survey area[43]地震勘探法与高密度电法和电磁感应法主要应用于浅埋管线探测不同的是浅层地震往被应用来探测埋藏深度较大、管口直径较大的管线。浅层地震波法的是利用地下不同介质体的波阻抗差异，在地面人工施加地震源如夯击锤来产生地震波向探测场地内部传播，当波在传播的过程中遇到不同波阻面时就会产生反射、折射和投射再被地表检波器所接受[42]。

【参考文献】