广东省地质局第五地质大队 广东肇庆 526000
摘要：掌握城市地下管线的分布、走向和埋深等信息具有重要的意义，利用地质雷达探测能准确地提供管线的平面位置和埋设深度等情况，为城市施工管理提供可靠依据。本文在简要介绍地质雷达基本原理后，结合工程实例，介绍了地质雷达在地下管线探测中的应用情况，并对探测结果进行了分析。
关键词：地质雷达；地下管线探测；高频电磁波；脉冲反射波
1 概述
城市地下管线是现代城市的主要传导设备、重要的基础设施，担负着信息传输、能源输送等工作。随着城市化建设的不断推进，各大城市的地下管线系统的规模也越来越大，地下管线的复杂程度也逐渐的提高，这就使得在城市的规划和建设中地下管线的探测技术的难度增加。目前管线探测工作中主要使用的仪器是地下管线探测仪和地质雷达。由于大量非金属管线的广泛应用，使用传统金属管线探测仪无法满足探测要求，因此对于非金属管线和较深管线来说地质雷达的作用就更加重大。
2 地质雷达工作原理简介
2.1 地质雷达探测原理
地质雷达是一种用于确定地下介质分布情况的高频电磁技术，主要基于地下介质的介电性差异，地质雷达通过一个天线发射高频电磁波，另一个天线接收地下介质反射回来的电磁波，通过配置的工作软件对接收到的信号进行处理、成像。详细工作过程是：由置于地面的天线向地下发射一高频电磁脉冲，当其在地下传播过程中遇到不同电性（主要是相对介电常数）界面时，电磁波一部分射透过界面继续传播，一部分反射至地面，被接收天线接收，并由主机记录。反射波从被发射天线发射到被接收天线接收的时间称为双程走时（t），当求得地下介质的波速或已知介质的相对介电常数时，可根据测到的精确t值便可求得目标体的位置和埋深。
2.1.1 地质雷达求深公式
如图1所示，T是发射天线，R是接收天线，h为待探测的目标体顶部埋深，t为电磁波双程走时，则有如下关系式：
因此，若知道地下介质的相对介电常数（εr），并精确地记录电磁发射波的走时（t，单位：s），由（3）式也可计算出待测目标体的深度（h，单位：km）。
2.1.2 地质雷达图像形式
地质雷达反射剖面图形常以脉冲反射波的波形形式表示，波形的正负峰分别以黑、白色显示（图2）。或者以灰阶（图3）或彩色（图略）显示，在图面上，同相轴呈等灰度或等色线束，形象地表征出地下不同介质的反射面。
3 工程应用与实例分析
3.1 方法试验工作
对于每个工程项目，进场时首先要针对地下管线的埋设状况，在测区内选择具有代表性的各类不同埋深的已知管线进行方法试验，以便选择最佳工作参数、建立不同目标物的反射波异常特征；根据已知目标物的埋深，通过反复计算获得场地介质电磁波传播的波速值或介电常数的参考值，为盲区探测的定量计算、定性解译做准备。
3.2 工作步骤与方法
每一个地下管线探测项目，首先尽量收集测区已有的地下管网资料，在资料收集工作的基础上，第一步进行实地调查。实地调查主要是寻找露头窨井，将其打开进行拍照、丈量深度、填写记录等。第二步，对于有露头的金属管或电力线，使用地下管线仪，采用钳夹法进行追踪探测或采用电磁感应法探测。第三步，对于非金属管道或管径大、埋藏深的金属管道，使用地质雷达进行探测。
地质雷达探测地下管线一般采用等间隔测点的剖面法，即发射天线和接收天线以固定间隔沿测线同步移动探测。在了解探测目标管线大致走向和位置的基础上，选择合适的场地布置测线，标志起始位置，剖面方向应垂直目标管线走向。对于管线分支或转折，应在不同管线方向或分支方向布置测线，确定管线位置、走向后采用交汇法定特征点。
3.3 探测实例
3.3.1 某路口地下管线探测
受施工单位委托，要求探测砼材质、直径为600mm给水管道位置、埋深和走向的工作任务。由于路面多次铺垫，管道埋设时代较年久，我们首先采用实地调查，大致了解了目标管道的大致走向；再RD8000型地下管线探测仪探测目标管道的周边各种金属管线分布情况并标注位置；最后布置合理的地质雷达探测剖面。图4是探测现场照片，图5为探测结果。
图5是采用灰阶形式表示的图像，通过增益模式处理，图中清晰可见三处单边双曲线形态的反射波异常。其中，1号异常单边双曲线顶部呈水平状，可清楚判读异常体宽度。2号异常单边双曲线顶部相对较尖锐，信号强度较强，且清晰可见单边双曲线内部有两组独立反射弧。3号异常单边双曲线顶部较平坦，双曲线内部出现清晰二次波反射。
结合现场实地调查，推断出1号异常为管块结构埋设的多根电力线，其双曲线顶部呈现的平顶即为水泥管块的宽度。2号异常为电力管线，采用套管直埋方式埋设，由于单边双曲线内部有两组独立反射弧，推测套管中可能有两根电缆。3号异常为给水管线，采用管埋方式埋设，由于采用地下管线探测仪追索无信号，推测为砼材质管，随后经开挖验证，确实为要探测的砼材质给水管道。
3.3.2 某处沉井及井盖探测
由于建设场地施工原因，导致部分污水沉井井盖被掩埋，急需寻找井室确切位置进行疏通。受市排水办的委托，我们采用地质雷达方法进行现场探测寻找（图6）。
图7是采用100MHz天线、采样时窗长度200ns、叠加次数64次、测点距0.20m的地质雷达探测结果的反射断面图。雷达图像经过指数增益模式处理，从图中清晰可见，在剖面上大约8m处出现一组单边双曲线形反射波异常。经过时深转换后，首次反射波大约出现在深度1.3m左右，结合现场调查推断认为是需要寻找的沉井井室位置。
4 结语
总之，地下管线属于隐蔽性工程，掌握地下管线的分布、走向和埋深等信息对城市的规划、设计和施工等都具有非常重要的意义。地质雷达探测地下管线的分布情况，具备无损、快捷、连续、准确、分辨率高等应用优势，在管线探测中可以发挥越来越重要的作用，但施工场地和地下地质条件比较复杂，很多地段无法获得目标物的准确信息，因此，探测工作要综合考虑现场的实际情况，分步骤有序进行，遵循从已知到未知，从简单到复杂，相对复杂条件下宜采用多种物探方法的原则，实现推动和谐城市建设进程的目的。笔者相信，随着人们对地质雷达进一步研究，它必将成为城市管线探测的最有效工具。
参考文献：
[1]朱军锋.地质雷达在地下管线探测中的应用[J].中国科技财富，2011（19）：120-120.
[2]晏雁.浅谈地质雷达在地下管线探测中的应用[J].工程技术：引文版，2016（11）：00290-00291.
论文作者:王艳军
论文发表刊物:《基层建设》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/25
标签：管线论文; 地下论文; 地质论文; 双曲线论文; 反射论文; 天线论文; 介质论文; 《基层建设》2017年第11期论文;