論地質雷達在城市非金屬地下管線探測中的應用

（西安煤航信息產業有限公司 陜西西安710199）

（西安煤航信息產業有限公司 陜西西安710199）

隨著城市現代化的發展，地下電纜、管道的密集度越來越大。它們的安全直接關系到經濟建設、市民生活，同時，也影響到施工人員的人身安全。因此，地下工程中如何在施工時避免破壞這些地下管線就變得越來越重要。

非金屬管線地質雷達傳播參數

隨著城市現代化的發展，地下電纜、管道的密集度越來越大。它們的安全直接關系到經濟建設、市民生活，同時，也影響到施工人員的人身安全。因此，地下工程中如何在施工時避免破壞這些地下管線就變得越來越重要。近年來，PE、PP、PVC、混凝土等非金屬管線被廣泛地運用于城市地下管線建設工程之中，在給水、煤氣和排水管道中更是大量采用，使用傳統的金屬管線探測儀已無法完全滿足現有的管線探測需要。對這些非金屬管線的探測已逐漸成為管線管理部門和施工單位的一大難題。而今天地質雷達的使用從本質上解決了這一問題。

1 地質雷達的工作原理

根據電磁波在有耗介質中的傳播特性，地質雷達以寬頻帶短脈沖的形式向介質內發射高頻電磁波(100M～500MHz)，當地下介質為均勻完整時，雷達波基本不發生反射或反射能量很弱；當地下介質存在較大差異或存在異常目標體時，雷達波會在界面發生反射；其路徑、電磁場強度與波形將隨所通過介質的電性特征和幾何形態的不同而變化。因此，根據接收到波的旅行時間(亦稱雙程走時)、幅度及波形資料，可推斷介質的結構、構造和反射界面的深度。

表1

在對接收天線接收到的雷達波進行處理和分析的基礎上，根據接收到的雷達波形、強度、雙程時間等參數便可推斷地下目標體的空間位置、結構、電性及幾何形態，從而達到對地下隱蔽目標物的探測。我們可以看到，一個水平的層面的信息是一條水平的軌跡，而一些小的結構物，諸如管線，則會形成一個拋物線式的軌跡。這是因為，水平層面的回波同時回到雷達系統；而諸如管線之類的小的結構物則因為管線側邊上的回波需要更長的時間才能回到雷達系統。所以會形成拋物線的形態。這是一種非破壞性的探測技術，可以安全地用于城市建設中的工程場地，并具有較高的探測精度和分辨率。

2 地質雷達在管線探測中的應用

2.1 電磁波在地下介質中的傳播參數

這里主要介紹與地質雷達有關的傳播參數。地質雷達的傳播參數主要是傳播的速度、衰減系數以及界面的反射系數。而這三個參數都與介質的電磁性質有關。常見介質的電磁波傳播參數見表1。

2.2 垂向分辨率

無論地層或具體目標體，都有上下2個面，假設這2個面跟圍巖或上下地層有明顯的電性差異，則在頂、底面上都能形成反射波，那么分辨率的概念就是分別從頂、底反射回來的2個脈沖不重疊，或重疊的不厲害，能分得開。我們將這段能分得開的最小距離稱為垂直分辨率。

2.3 橫向分辨率

如果把垂向分辨率說成時間分辨率，那么，橫向分辨率更多體現為空間分辨率的概念。射線理論認為，地下界面上的反射來自由斯奈爾幾何定律描述的1個點，但實際上，雷達波的傳播還有波動性的一面，由波動理論，當入射波前到達界面上形成反射波時，是以“反射點”為中心點的1個面上反射的綜合，它們是以干涉形式形成能量累加或相減的帶狀分布的。將圍繞反射點能量累加的這一圈反射干涉帶稱為菲涅爾帶(Fresnel帶)。

2.4 參數的選擇

在使用地質雷達進行探測時，進行合適的參數設置和選取，對探測到目標體以及正確反應出目標體的正確信息非常重要。地質雷達主要須考慮的參數有中心頻率、采樣時窗、采樣率以及天線距。

2.5 不同管線雷達成像對比

這里以不同管徑、不同埋深的排水管線為例，儀器采用瑞典MALAX3M二維雷達，分別說明雷達在管線探測中的應用。

（1）管徑、材質和內容物相同，深度不同。

（2）相同場地和材質，近似深度，不同管徑。

3 結語

地質雷達由于使用的是高頻寬頻帶短脈沖電磁波和高速采樣技術，其探測的分辨率要高于其它地球物理方法。但是，這不能說明地質雷達就是無所不能的。事實上，地質雷達在地下非金屬管線探測的應用中也有其局限性，對于大埋深小管徑的管線地質雷達也無能為力、地質雷達的探測深度也是亟待解決的問題，一些目標體異常尺寸足夠大但電性差異與周圍介質相差不大也不易被探測出。為此，針對管徑小等問題還有待于人們的進一步研究。

[1]楊向東.地下管線綜合探測技術在道路改造中的應用 [J].物探與化探,2001.

[2]李大心.探地雷達應用與方法 [M].北京:地質出版社，1994.

[3]曾昭發，劉四新，王者江，等.探底雷達方原理與應用 [M].北京:科學出版社.

[4]胡平,肖都,方慧.高頻探地雷達技術在香港工程質量檢測中的應用 [J].物探與化探, 2004.

[5]汪謀.地質雷達探測效果影響因素的研究 [M].雷達科學與技術,2007.

[6]袁明德.淺析灘地雷達的分辨率 [M].物探與化探,2003.

[7]康省楨.參數選取對探地雷達厚度檢測的影響 [J].養護機械與施工技術,2007.

論地質雷達在城市非金屬地下管線探測中的應用

■夏鵬王玉潔

F407.1[文獻碼]B

1000-405X（2016）-10-197-1