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篇1

摘要：隨著城市的建設(shè)和發(fā)展，地下管線在市政建設(shè)中得到越來越多的應(yīng)用。由于工程和建設(shè)的需要，管線探測越來越得到重視，然而，一些非金屬管線如砼、瓷、PVC、PE類以及復(fù)雜管線如管線交錯、管線密集也逐漸成為管線探測中的難題之一。本文首先簡述了地質(zhì)雷達探測的基本原理及其在管線探測中的方法技術(shù)，結(jié)合實例分析，說明了地質(zhì)雷達在地下管線探測中獨特優(yōu)勢，文章最后對管線的識別解釋和地質(zhì)雷達的優(yōu)缺點進行了總結(jié)。

關(guān)鍵字：地質(zhì)雷達、管線探測、方法技術(shù)、應(yīng)用、識別解釋

中圖分類號：TN95文獻標(biāo)識碼： A

1 引言

在信息高速發(fā)展的當(dāng)今世界，地下管線已與人民的生活密切相關(guān)，發(fā)揮著越來越重要的作用，已成為城市基礎(chǔ)設(shè)施不可或缺的重要組成部分?，F(xiàn)代的大都市，地下管線無論從數(shù)量上，還是從種類上，都在逐步增多，類型主要有以下六種：給水管、排水管（雨水、污水管）、電力管（含路燈）、通信電纜（含光纜）、燃氣管、工業(yè)管道（如石油、化工管道）。

圖1城市綜合管線平面圖

城市管線的特點是管線類型多，屬性各不相同，但彼此相距很近。尤其是在道路各方向交匯路口，各種地下管線更是縱橫交錯，十分復(fù)雜（見圖1），加上路邊大幅鐵制廣告牌、變壓器的干擾，電磁干擾更加嚴(yán)重，采用金屬管線探測儀，對于一些非金屬材質(zhì)的的管類，如砼、瓷、無銅光纖、PVC、PE等，在上下疊加、多管并排等電磁干擾復(fù)雜的背景條件下，現(xiàn)場定位定深難度很大。地質(zhì)雷達探測方法從其原理上講，可以用于探測金屬與非金屬管線，而且具有較高的靈敏度和分辨率，獲取的圖像直觀易懂，結(jié)合金屬管線探測儀成果，更有助于提高管線探測的精確度[1]。其缺點在于成本高，設(shè)備較笨重，移動性不強，但隨著科技水平的發(fā)展，設(shè)備逐步改進，相信將來，地質(zhì)雷達方法作為上述疑難問題比較理想的解決手段之一，將會在地下管線探測中的應(yīng)用[8]越來越廣泛。

2 場地地質(zhì)特征與地球物理條件

地下管線多為采用開挖和機械頂管方式進行敷設(shè)，直埋管線埋深較淺，在0.5m～3m 之間，頂管埋深多位于3-5米，或更深[7]。管線周圍介質(zhì)主要為雜填土、砂質(zhì)土和粘土等，其上方可能存在人工填筑物，如雜填土、沙質(zhì)土、粘土、混凝土、瀝青等，管道內(nèi)的介質(zhì)主要為水、空氣、金屬線等。待探測目標(biāo)體埋深一般位于5米內(nèi)，管線材質(zhì)為鋼、鑄鐵、砼、塑料、光纜等[11]，管徑分圓管和方溝兩種。

表1 常見介質(zhì)的介電常數(shù)[10]

Table 1 Common dielectric constant[10]

介質(zhì) 介電常數(shù) 波速（m/ns）

砼

瀝青

雜填土、沙質(zhì)土、粘土

水

空氣 6.4

3-5

7-18

81

1 0.12

0.13-0.17

0.07-0.11

0.03

0.3

地質(zhì)雷達在管線探測中的場地條件是，待測管線與周圍物質(zhì)的介電常數(shù)和電磁波的傳播波速存在明顯差異[2]。由表1中數(shù)據(jù)可知，金屬管線（如鋼、鑄鐵等）由于電磁波的傳播波速接近零，與周邊介質(zhì)的電磁波傳播速比為無窮小，由此可見差異性非常明顯；非金屬管線除管線本身材質(zhì)（如砼、瓷、PVC、PE）與周圍介質(zhì)存在一定差異外，管道內(nèi)介質(zhì)如水、氣體等與周圍介質(zhì)電磁性存在差異?？傊?，無論是金屬管線，還是非金屬管線，均與周邊物質(zhì)存在介電常數(shù)差異及電磁波的傳播速度差異，而且探測深度位于可探測范圍內(nèi)，因此在管線探測場地中應(yīng)用地質(zhì)雷達具有可行性。

3 地質(zhì)雷達的工作原理

地質(zhì)雷達工作原理如下圖2所示。它首先通過發(fā)射天線向地下發(fā)射電磁脈沖，而后此脈沖在地下傳播過程中遇到管線及其它物質(zhì)的變化界面時會產(chǎn)生反射，反射波傳播回地面后由接收天線所接收，并將其傳至主機進行記錄和顯示，經(jīng)過一系列的資料處理過程，最后結(jié)合反演理論便可作定性定量解釋，推斷出管線及其它埋藏物的分布范圍、埋深等參數(shù)。

圖2 地質(zhì)雷達工作原理圖

4 地質(zhì)雷達在管線探測中的方法技術(shù)

4.1觀測方法

地質(zhì)雷達的觀測方法主要使用反射波法[3]，反射波法根據(jù)天線的移動特點和組合方式又可分為剖面法[4]、寬角法和多天線法[10]等。其中剖面法應(yīng)用比較普遍，所得到的雷達圖像直觀易懂，易于尋找探測體，因此它成為了管線探測中首選方法。下圖為地質(zhì)雷達剖面法工作示意圖。

圖3 地質(zhì)雷達剖面法工作示意圖

4.2 工作參數(shù)選擇

應(yīng)用地質(zhì)雷達查找地下管線能否成功，除需滿足前提條件外，還將取決于地質(zhì)雷達儀器各項探測參數(shù)選擇是否合理。要想獲得比較理想的地質(zhì)雷達實測剖面圖，有利于識辨一定深度范圍內(nèi)地下管線，則需要根據(jù)管線的埋藏深度和規(guī)模，合理選擇地質(zhì)雷達各項探測參數(shù)[4]。

4.2.1 天線中心頻率的選擇

天線中心頻率[9]的確定需考慮四個主要因素，即設(shè)計的分辨率、雜波的干擾、探測深度和天線的設(shè)計頻率，選取的原則是，前面三者的計算結(jié)果比較接近的天線的設(shè)計頻率。

假設(shè)要求的分辨率為（單位：m），周邊相對介電常數(shù)為，則天線中心頻率可由下式（1）初步選定。

（單位：MHz）（1）

在野外條件較復(fù)雜時，介質(zhì)中通常包括有非均勻體的干擾，可以減低頻率、提高較大目標(biāo)體的響應(yīng)，從而減小散射體的干擾。假設(shè)地下非均勻體尺寸為，選擇的地質(zhì)雷達天線中心頻率為

（單位：MHz） （2）

根據(jù)探測深度，也可以獲得中心頻率的選擇值。假設(shè)探測深度為，則

（單位：MHz） （3）

天線的設(shè)計頻率一般有40MHz、80MHz、100MHz、300MHz、500MHz、1500MHz等。不同廠家出產(chǎn)的天線，其設(shè)計頻率不盡相同。

通常情況下，如果野外參數(shù)如相對介電常數(shù)獲取準(zhǔn)確的情況下，以上三種頻率都能計算出來。如探測深度為5m內(nèi)，當(dāng)目標(biāo)體埋深與尺寸之比大于7時，中心頻率選擇100MHz較為理想。

4.2.2 時窗的選擇[11]

其主要取決于最大探測深度（單位：m）與地層電磁波速度（單位：m/ns）。時窗可由下式（4）估算。

（單位：ns） （4）

上式中地層電磁波速度隨地層介質(zhì)的改變可能發(fā)生變化，時窗的選擇需根據(jù)上式增加30%，即

（單位：ns） （5）

4.2.3 頻帶寬度[5]

反射波的頻帶寬度與探測分辨率具有相關(guān)性，探測分辨率又可分為橫向分辨率和縱向分辨率，一般情況下，信號頻帶寬度越窄，橫向分辨率也就越高，信號頻帶寬度越寬，縱向分辨率也就越高，然而二者具有相關(guān)性，難以同時兼顧。在實際工作中，需要對所采取的方法和技術(shù)作具體分析。

例如：當(dāng)探測地下管線等小目標(biāo)或密集分布的多目標(biāo)組合體時，則需盡量減小頻帶寬度，即選擇高頻率短脈沖；當(dāng)探測上、下重疊相距較近的平行管線時，應(yīng)當(dāng)盡量提高脈沖寬度，即選擇低頻率寬脈沖。在管線埋設(shè)比較復(fù)雜的情況下，可以先預(yù)設(shè)其頻帶寬度，往往為主頻的1/2到主頻的2倍，然后結(jié)合上述具體情況，合理選擇主頻及頻帶寬度，可提高探測分辨率。

當(dāng)然，除上述幾個主要方面以外，要獲得比較理想的地質(zhì)雷達實測剖面圖，更有利識辨地下管線，有些情況下，還需合理選擇收發(fā)天線間距、時間采樣率、天線的工作方位、天線尺寸、測點點距、濾波等參數(shù)[6]。

5 地質(zhì)雷達探測管線的應(yīng)用實例

5.1 在大直徑砼管探測中的應(yīng)用

在東莞長安107國道旁，待測目標(biāo)為一條管徑為1200mm圓形給水管，管材為砼和玻璃鋼相結(jié)合，直埋，埋設(shè)深度估計為3米左右，管線周邊可能有保護墻。根據(jù)調(diào)查資料，工作時所選的地質(zhì)雷達技術(shù)參數(shù)為：天線中心頻率為100MHz，天線距為0.6m，采樣點距為0.1m，時窗為100ns。在排除其他管線存在的區(qū)域布設(shè)測線，其中一條雷達剖面如圖4所示。

圖4 東莞長安雷達實測剖面圖

在雷達剖面上反射同相軸[7]明顯異于其它地方，而且具有一定的延續(xù)性，延續(xù)長度大約為1.5m，與實際管徑1.2m相近，由此可推測該處即為給水管引起的異常，異常中心即為給水管中心，該管道中心的地面投影在測線上3.7m處，反射回程時間為40ns，若假定給水管上覆地層的介電常數(shù)為12，則其波速約為0.1m/ns，根據(jù)公式計算得，其中心埋深約為2m。該圖另外一個特征就是該給水管上界面反射并非為弧狀反射，根據(jù)電磁波反射定律，從反射同相軸形態(tài)上推測，管線可能存在一方形箱涵中，然而其下未出現(xiàn)明顯圓形管反射弧形態(tài)，說明管線材質(zhì)與箱涵材質(zhì)接近或者一致，箱涵材質(zhì)一般為砼，由此可推定該管材質(zhì)為砼。后期管線遷移開挖驗證，中心位置、管徑、管材與推測結(jié)論一致，僅埋深推測偏淺，誤差約為0.5m，誤差產(chǎn)生原因為未考慮瀝青路面對電磁波速度的影響。

5.2 多條管并排區(qū)分

根據(jù)市政管線鋪設(shè)的相關(guān)規(guī)定，管線一般鋪設(shè)于慢車道和人行道上，埋深區(qū)域有限，管線分布往往較密集，多數(shù)為平行布置。應(yīng)用管線儀探測時，由于管線間隔小，電磁場極值很難從即時數(shù)據(jù)上分辨，時常造成遺漏或者極值與管線中心偏差較大[6]。下圖4為地質(zhì)雷達在廣州番禺某道路上探測管線的剖面圖。

圖5廣州番禺雷達實測剖面圖

圖6中山雷達實測剖面圖

上圖5中可以發(fā)現(xiàn)5處明顯反射弧異常，且異常中心位置清晰，異常編號從左往右依次編為①~⑤。其中①處存在多條反射弧疊加情況，左右兩側(cè)反射弧各半支，表明該處反射弧相互疊加，且相距很近，這種特征與管塊鋪設(shè)的管線特征比較類似，由此可推斷該處為多管并排的情況，其它4處反射弧形態(tài)完整，推斷為單一管線。結(jié)合管線普查圖分析，①處為400×100電信管，埋深0.8m；②處為一條燃氣管線，材質(zhì)為PE，管徑315mm，埋深0.62m；③、④兩處均為鑄鐵給水管，并排鋪設(shè)，管徑200mm，埋深0.45m；⑤處為一條雨水砼管，管徑400mm，埋深0.7m。

5.3 上、下重疊情況

管線上、下重疊，一般情況下，上部若為大直徑金屬管線，由于其完全屏蔽電磁波信號，則下部的管線無法分辨，然而對于上部為非金屬管線，由于電磁波能穿透，因此在其下部會再次出現(xiàn)同向軸反射弧特征。圖5為地質(zhì)雷達在中山某道路上查找污水管時的剖面圖。

從圖6上可以見到2.2米20ns處存在負(fù)向反射弧形態(tài)，其下部60ns處反射弧形態(tài)則比較平緩，與上部特征有本質(zhì)區(qū)別，因此可以推測該處存在兩條非金屬管，而且管徑不相同。后結(jié)合相關(guān)管線施工資料反映，上面為一條給水管，管徑為300mm，材質(zhì)為砼，埋深為1.2m，下面為一條污水管，管徑為800mm，材質(zhì)為砼，埋深為3.6m。

6 結(jié)語

6.1 地質(zhì)雷達圖像中對管線的識別解釋

根據(jù)上述實例分析，對管線識別解釋可以從兩方面著手。第一，反射同相軸是判別管線空間位置的重要標(biāo)識。當(dāng)管線為圓形管道時，其反射同相軸為向下開口的拋物線呈傘形狀，即所謂的反射??；當(dāng)為方型槽時，同相軸為有限平板，兩端各為半支下開口的拋物線；當(dāng)為管塊時，同相軸兩端均有半支反射弧，其中間則同相軸比較紊亂。第二，振幅的正負(fù)強弱直接或間接反映出管線的材質(zhì)。具有內(nèi)外管徑的管線一般存在兩層以上反射界面，即管線的內(nèi)外層以及管線內(nèi)部物質(zhì)界面。根據(jù)管材與土壤中周邊物質(zhì)介電常數(shù)差異性可知，非金屬管線界面的反射波振幅較弱；金屬管線界面反射振幅特別強，同時反射信號以管線的外層界面為主，其它層面較弱。若管線其內(nèi)為水、氣體或者金屬物時，則會增加反射層，并其反射波振幅視填充物與管材的介電差異性而不同。

6.2 優(yōu)缺點

以上結(jié)果可以看出：地質(zhì)雷達在管線探測中有著其獨特的優(yōu)勢，分辨率較高，金屬管線與非金屬管線均能探測，管線定位很準(zhǔn)確，其缺點在于效率低、無法從圖像上直接對管線定深、推測管徑、管材等，因此，在復(fù)雜地區(qū)進行管線探測時，應(yīng)結(jié)合實地調(diào)查和金屬管線探測儀探測成果，盡量選取無其他管線的區(qū)域開展地質(zhì)雷達，推斷管線存在位置，如此才能高效完成區(qū)域管線探測。

參考文獻：

[1]李光洪 , 陳金國 , 陳勇. 城市地下管線探測技術(shù)探討[J]. 測繪，2010 (06) ：41-43.

[2]李大心. 探地雷達方法與應(yīng)用[M]. 北京：地質(zhì)出版社，1994.

[3]陳義群，肖柏勛. 論探地雷達現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 工程地球物理學(xué)報，2005，2（2）：149～155.

[4]曾昭發(fā)，劉四新等主編. 探地雷達的方法原理及應(yīng)用[M]. 北京：科學(xué)出版社，2006. 88～94.

[5]劉勁 , 戴奉周 , 劉宏偉. 寬帶雷達探測性能分析[J]. 雷達科學(xué)與技術(shù)，2008 (02)：15～18+30.

[6]鄧世坤. 探地雷達野外工作參數(shù)選擇的基本原則[J]. 工程地球物理學(xué)報，2005，2（5）：323～329.

[7] 魏顯峰. SIR-20地質(zhì)雷達在工程中的應(yīng)用及圖譜解釋[J]. 國防交通工程與技術(shù), 2007(3)：82~84.

[8]黃南暉. 地質(zhì)雷達探測的波場分析[J]. 地球科學(xué)，1993，18（3）：294～302.

[9]張勝業(yè)，潘玉玲主編. 應(yīng)用地球物理學(xué)原理[M]. 中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2004. 335～364.