應用探地雷達的地下管道探測實例研究

袁建華

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2015.36.066

摘 要：該文作者通過多年實際應用加拿大EKKO100型探地雷達，對其應用于地下管道探測的效果進行了有益的探索與分析。區別于其他物探手段，天線的數字化功能、光纜傳輸、實時顯示圖像、設備便攜、無損探測及剖面連續等是探地雷達的技術優勢。論文首先分析了探地雷達進行地下管道探測的可行性，進而列舉了3個具體的探測實例，相信對從事相關工作的同行能有所裨益。

關鍵詞：探地雷達 地下管道 探測 瓷管 污水管

中圖分類號：P631 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）12（c）-0066-02

勘探地球物理學學科側重于先進的手段和扎實的理論解釋基礎，沒有先進的儀器設備難以提供科學的決策意見。探地雷達用于探地，由德國的G.Leimback和Lowy于1910年提出，在近百年的發展歷程中，其革命性的轉折發生于近10年，主要得益于微電子技術的發展和信號傳輸技術的進步，即高速采樣技術和信息處理技術解決了制約探地雷達在工程中應用的關鍵因素，使之成為當前國際上最先進的地球物理勘探手段之一。國產探地雷達體積龐大或信號采集效果不理想的特點，使得我國目前正在使用的探地雷達多數來源于進口。該文作者通過多年實際應用加拿大EKKO100型探地雷達，對其應用于地下管道探測的效果進行了有益的探索與分析。

1 探地雷達探測地下管道的可行性分析

地下管道中的介質一般為水或空氣，管道自身材料為金屬、搪瓷或水泥筑成，管道上覆介質一般為巖石或沙土。地下管道界面兩側介質的物性差異很大，電磁波在其中的傳播速度亦明顯不同，實際應用中，需要以理論數據為參考，依據探測目的體所處介質的部分已知深度反推出該項探測的電磁波的應用速度，即反演出深度符合速度值。

雷達波的穿透能力取決于介質的衰減系數B=60 PR/Er，其值越小，雷達波的穿透深度越大，由公式可知，B值隨介質的相對介電常數Er的增大而減小，隨介質電導率R的增大而增大；由于使用了高頻、寬頻帶、短脈沖和高速采樣技術，探地雷達的探測精度高于其他種類的地球物理勘探手段。電磁波在介質中傳播時的路徑、電磁場強度和波形將隨所穿過介質的電性質及幾何形態而變化，依據記錄到的電磁波雙程走時的波幅、同相軸等波形資料，可以解譯出目的體的幾何形態或結構異常。地下管道的埋藏深度不大，但要求的探測精度較高。因此，探地雷達配置200 MHz天線應用于一定深度范圍內的地下管道探測是科學的。

2 上海某瓷管探地雷達探測

根據瓷管的客觀條件，選擇配置200 MHz天線的Pulse EKKO 100型探地雷達可滿足探測工作的基本要求，探測原理如圖1所示。

探測時探地雷達的參數為：天線間距0.5 m，探測物理點間距為0.05 m，選擇連續探測方式，時窗開至180 ns。數據處理時的參數選擇如下：64次疊加，200AGC增益，7點平均，3道平均，無道差分。實際應用中多采用與實測深度相符合的速度值，因該搪瓷管被埋藏于較干燥的淺層沙土中，其實測深度符合速度值為0.07 m/ns。在雷達剖面圖的全寬和深度1.4 ～3.0 m段形成了典型的雙典線形態，頂點在水平0. 9 m位置。以雙曲線頂點為中心，重復探測以獲得0.8 m長的雷達圖像，該次集中探測僅將探測物理點間距改為0.025 m，探測圖像及解釋結果如圖2所示。王母池搪瓷管在雷達剖面圖上呈雙曲線形態，其埋藏深度為1.4 m，管直徑為0.30 m。

3 某鋼筋水泥制污水管探地雷達探測

探地雷達配置200 MHz天線可滿足該水泥制污水管探測工作的基本要求。第一次探測時探地雷達的參數為：天線間距0.5 m，探測物理點間距為0.1 m，選擇連續探測方式，時窗開至275 ns；數據處理時參數選擇為：64次疊加，200AGC增益，7點平均，3道平均，無道差分，探測泰山八仙橋橋南污水管的深度符合速度值為0.07 m/ns。由圖像可見該圓管的雙曲線形態非常明顯，只是在剖面圖中的位置有偏差，可利用探地雷達的技術優勢進行及時的重復探測。第二次探測時僅將探測區集中，使管的位置居于雷達剖面圖的中央位置。雷達探測圖像的可重復性很好。追蹤電磁波的同相軸，兩條規則、圓滑的雙曲線幾乎平行出現，表明該管為標準圓形斷面，且表面光滑。解釋結果是：該水泥制污水管埋深0.8 m，管直徑0.58 m。

4 某大學操場地下溝探地雷達探測

配置200 MHz天線的探地雷達可滿足該大學操場地下溝探測的基本要示。探測時探地雷達的參數為：天線間距0.4 m，探測物理點間距為0.2 m，選擇連續探測方式，時窗開至180 ns；數據處理時參數為64次疊加，200AGC增益，7點平均，3道平均，無道差分，由于該地下溝斷面較大，頂板為較厚的鋼筋混凝土（表土層相對較薄），故實測深度符合速度值為0.1 m/ns。雷達探測圖像顯示兩條溝洞間有一薄墻相隔，溝頂為不規則弧形，該溝建筑深度1.7 m，高2.0 m，兩條溝寬分別為3.60 m和2.60 m。

5 主要結論

（1）天線的數字化功能、實時顯示圖像、無損探測及剖面連續等是探地雷達的技術優勢；（2）配置200 MHz天線的探地雷達，其探測深度誤差為±0.05 m；（3）配置一定天線的探地雷達，其探測結果的水平誤差與物理測點的點間距成正比；（4）追蹤同相軸的連續性、找尋反射界面處同相軸的缺失現象是探地雷達剖面圖像解釋的關鍵；（5）實踐證明，探地雷達用于探測地下管道是科學的。

參考文獻

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