摘要：随着社会的不断发展与进步，我国在地下管线探测上不断更新与进步。探地雷达作为地下管线探测中重要设备之一，分辨率较高，并且具有快速、准确、经济、便捷以及实时图像显示等优点，进而广泛应用于城市管线综合检测中。另外，探地雷达还能够很好的探测非金属地下管线，弥补普通管线探测仪运用过程中存在的不足。基于此，本文主要就探地雷达在地下管线探测中的应用进行分析与探讨。
关键词：探地雷达；地下管线；探测；应用
自改革开放以来，我国社会经济发展十分迅速。其中在地下管线探测上，需求不断升高。据了解，探地雷达（Ground Penetrating Radar）属于对地下或物体内不可见的目标体或界面进行定位的电磁技术。近年来，随着探地雷达技术的不断完善与优化，其以高分辨率、高工作效率的探测技术被广泛应用于地球物理勘探中，并作为有力工具存在。随着现代社会的不断发展与进步，在信号处理技术以及电子技术上，不断发展与进步，另外，随着工程实践、经验的不断累积，探地雷达技术发展十分迅速，并且不断更新，进而在应用范围上不断扩大。在当前的工程地质勘查、建筑结构调查以及生态环境等领域，探地雷达均有所应用。因此，在当前的探地雷达发展过程中，应当不断对其进行调查与研究，进而能够使其在应用过程中发挥出最大作用。
1.探地雷达的工作原理及工作方式
探地雷达（GPR）通过地面上的发射天线将高频和短脉冲形式的高频电磁波发射到地面。高频电磁波在地面或目标体被电差异反射后被接收天线接收后反射回地面。当高频电磁波传播时，其路径、电磁场强度和波形会随着介质的电学和几何形状而变化，因此通过收集、处理以及分析时域波形，地下界面的空间位置和结构或地质体便能够有效确定。
另外，探地雷达（GPR）通常以脉冲反射波形式记录。波形的正负峰值以黑、白两色表示，或者以灰色、彩色表示，因此同一相位轴或相同的灰线和相同的色线可以计算出地下反射面或目标体。在波形图中，波形中的所有点与测量线的铅垂线反向记录，进而形成雷达剖面。操作人员根据雷达剖面，可以确定地下障碍物。地下介质中地面穿透雷达的传播遵循波动方程理论。据了解，探地雷达（GPR）的探测效果主要取决于目标体与周围介质的电磁特性，目标体的深度以及介质对电磁波的吸收之间的差异，目标体的几何尺寸、干扰波类型、强度等因素都将会在不同程度上影响探地雷达（GPR）探测效果。
除此之外，笔者还了解到，在探地雷达（GPR）使用过程中，其根据工作需求而存在不同的工作方式。因此，在使用过程中，工作人员需要根据工作区域的具体情况，从而选择科学、合理的探地雷达（GPR）工作方式。常见的方法包括：剖面法、多次覆盖法以及宽角法等。实际工作中，可以根据不同的要求选择测量参数（发射和接收天线距离、时间窗口、点距，天线中心频率以及采样率等），并且能够获得具有不同分辨率以及不同检测精度的雷达剖面。通常情况下，在进入工作区域前，应对类似的现场条件进行目标选择测试，以达到最佳的检测效果。工作人员以及探地雷达（GPR）在进入工作区域之后，应当尽可能将测线以及测点通过被测目的物。另外，在进行不明显目的物的探测过程中，探测人员应当根据实际情况加密线距和点距，进而便于后续资料的整理与处理，提高探测效果。
2.地下管线探测现状
随着我国社会的不断发展与进步，各行业发展十分迅速。其中，随着城市化建设脚步的不断加快，在城市中不断增大各类管线的铺设，进而导致城市内部地下管线越来越密集。在此情况下，地下管线探测就显得尤为重要。以某中心城区为例，其主要道路配备电力、通讯、天然气、自来水以及供热等生活配套管线。随着城市建设的发展，公路上铺设的管道数量越来越多，管道直径越来越大，管道越来越复杂，进而在城市管道检测上提出了更高要求。尤其是近年来，随着在地下管线铺设上非金属材质的广泛使用，给管道检测带来了新的问题。因此，为有效解决管道检测中存在的问题，越来越多的研究人员就探地雷达在地下管线探测中的应用进行分析与探讨，并对其进行优化与完善，进而促进城市发展与进步。
3.管线探测方面的应用
随着探地雷达的不断发展与应用，其在管线探测方面的应用越来越广泛。因此，为更加了解探底雷达在地下管线探测中的应用，笔者就以下方面的应用进行详细分析与探讨：（1）地下金属管线探测；（2）地下水泥管线探测；（3）地下光缆探测等，详细分析如下：
3.1地下金属管线探测
笔者在进行调查与研究后发现，城市地下管线工程是一个隐藏项目。因此，为了有效达到施工目的以及效果，在其正式施工前，有必要进行准确定位。一般情况下，金属管道是通过地下管线探测仪搜索得到，而对于深埋或是导电性较差的金属管道，管线仪探测效果较差，进而在其探测施工过程中通常使用探测雷达。另外，由于金属管道的介电常数与周围介质明显不同，因此，当电磁波入射到地下管道表面时，会产生强烈的反射。通过比较分析反射波的几何形状，地面反射波的回波振幅和波形特征，可以确定地下金属管道的空间位置。
3.2地下水泥管线探测
在地下水泥管线的探测过程中，由于普通管线探测仪无法检测非金属管道，因此，自推出探地雷达以来，水泥管的检测才成为可能。据相关资料显示，影响探地雷达探测效果的主要物理参数是介电常数和导电率。另外，由于水泥管与其周围介质（土壤层，水，空气等）之间存在一些差异，反射波在水泥管内外界面上的叠加效应取决于天线的频率、管壁厚度以及周围介质的介电常数等。此外，由于介质的吸收系数与电导率成正比，当介质电阻率较小时，反射波衰减很大，导致反射波信号大大减弱。然而，在实际检测过程中，由于地下介质的电气差异在不同地区差异很大，所以在检测过程中应当在不同剖面上进行检测，进而有效提高探底雷达检测准确性。
3.3地下光缆探测
在当前的市场中，常用的探地雷达并不是屏蔽天线，而空中电缆发射的电磁波在空气中衰减很小，进而干扰较强，且影响范围较广。一旦叠加有效异常，就会影响探测效果。但这也启发了相关工作人员，使用探地雷达探测地下光缆。通常情况，由于光缆直径较小（几厘米），并且地下埋藏深度较深，导致探地雷达在探测过程中，其分辨率以及探测深度是无法满足探测需求的。但是，光缆为了能够有效屏蔽外界干扰，在其铺设过程中，其四周均存在钢丝绳，并钢丝绳做了通电处理，另外，其外面还进行防水、防导电绝缘层等处理，因此，在其通电后所产生的电磁波信号便为光缆探测提供可能。
4.应用实例
上述文章中，笔者就当前常见的探地雷达在地下管线探测中的应用进行分析与探讨。因此，为了更加详细了解探底雷达在地下管线探测中的应用，笔者就部分应用实例进行详细分析与探讨，其中包括：（1）综合管沟的探测；（2）近间距管线的探测；（3）各种管线的探测等，详细分析如下：
4.1综合管沟的探测
在探地雷达的实际使用过程中，管沟同样也是常见的管线普查之一。其中，主要包括电信的管块以及排水沟渠。由于其形状非常相似，因此在两者之间存在非常相似的地电特性，并且在其雷达探测图像上也非常接近。通过对两者探地雷达图像进行分析后发现，其主要特点为：同相轴是均是有限的平板，其界面的中心部分是两端都有衍射的平板，并且其均显示为具有半开口的双曲线。详见图1。
在对图1的探地雷达图像进行分析与观察后，能够非常容易的判断出管沟的中心位置以及管顶埋深，进而达到预期效果。
图1 综合管沟的探地雷达图像
4.2近间距管线的探测
笔者了解到，长期以来，在近间距管线探测上均在不同的问题，进而在以往的地下管线探测中，近间距管线探测已经成为一大难题。当两管线之间的中心间距＜管线中心埋深时，金属管线仪便无法对其进行有效分辨，但是，随着探地雷达的不断发展与应用，在近间距管线的探测过程中，使用探地雷达能够有效解决这一问题。因此，笔者就探地雷达在近间距管线探测中的实际应用进行详细分析与探究，具体检测结果详见图2。
根据图2 检测结果得知，其中：
a）：2条管，管径：ø200，材质：PVC、钢，中心间距：0.56m，管顶埋深：0.6m、0.8m；
b）：2条管，管径：ø110、ø200，材质：PVC、铸铁，中心间距：0.36m，管顶埋深：0.29m、0.84m；
c）：2条管，管径为ø160、ø200，材质：PVC、钢，中心间距：0.51m，管顶埋深：0：8m，1.0m。
由此可见，在近间距管线的探测过程中，使用探地雷达能够清楚、准确的了解到其近间距管线的铺设情况。
图2 近间距管线的雷达图像
4.3各种管线的探测
随着城市化建设脚步的不断加快，我国在城市化建设过程中，为了不断提高城市基础设备的完善，进而在管线铺设上不断加大力度。因此，在城市的发展过程中，其道路下方管线种类越来越中，进而最终形成多种多样的情况，在一段道路下方，常常存在多种不同类型的管线。因此，在其探测过程中便存在一定难度。但是，随着探地雷达的不断优化与完善，将其应用于各种管线的探测过程中，同样能够有效达到预期探测目的。基于此，笔者就某市管线进行综合检测过程中具体情况进行分析与探讨。
例如：某道路北端点向南64～67m一段道路下方，存在各种各样的管线，详见图3。（图中存在a、b、c、d共4处管线或管线群）。
其中：
（1）a、d为雨污水混凝土管线，雷达显示反射弧较大，基本没有边界衍射；
（2）b处的3条管道为交叉街道电缆，管道材料是金属，并做通电处理。另外，其发射界面较小，可见的衍射电弧较为明显；
（3）c是直径较小，深度较浅的金属管道。雷达图显示边缘衍射不明显，但反射能量较强，水泥管道的界面更清晰。
由此可见，在各种管线的探测过程中，通过探地雷达的实际应用，能够有效了解地下管线的情况，进而帮助地下管线的探测，进而促进城市发展与进步。
图3 各种管线雷达探测图
结束语
近年来，随着科技技术的不断与进步，探地雷达在地下管线探测中被广泛应用。因此，在未来的发展中，探地雷达非常有可能成为地下管线探测中的主要探测方式。但是，在探地雷达的实际使用过程中，仍然需要技术人员的不断改进与完善，并与高科技技术相融合，进而使探地雷达更加完善，探测效果更佳，并且能够更加符合地下管线探测需求。
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论文作者:王少兵
论文发表刊物:《基层建设》2018年第21期
论文发表时间:2018/8/17
标签：管线论文; 地下论文; 过程中论文; 间距论文; 管道论文; 反射论文; 介质论文; 《基层建设》2018年第21期论文;