地質雷達在地下管線探測中的應用研究

蘇寧，馬聽

(浙江省測繪科學技術研究院，浙江 杭州 310000)

1 引 言

地下管線是城市重要的功能設施之一，信息傳輸、能量傳輸、廢液排放等工作都由它來完成。隨著我國改革開放和當代經濟的騰飛，城市地下各種管線越來越密集，對地下管線的建設、維護、管理等提出了新的要求，也給地下管線的探測工作提出了新的挑戰[1～6]。本文結合北京某學院管線現狀，運用地質雷達探測方法，電磁方法，探測校園地下管線，提高了學校地下管線信息現代化管理水平，同時防范了管線災害事故的發生。

2 工程概況

2.1 工程目的及意義

本工程項目是在提高學校管理水平和校園信息化、數字化發展進程中的先行步驟。筆者繪制了整個1∶500比例尺的校園地形圖，并對校園內的電力、電信、給水、排水、燃氣、熱力監控等各種生活管線進行了普查工作，查明了地下的埋深，走向等物理屬性，形成了完整統一的管線探查資料和空間位置數據，給校園管網系統的建立，提供了真實可靠的基礎數據。

2.2 測區概況

如圖1為測區為北京某學院，面積約為19萬平方米，環境較好。測區物理特征：測區內，磁性較弱區域為距地表 1 m～3 m之間，電性差異相對于管線來說差異很明顯，在對各種管線進行勘查時，地質雷達方法和電磁探測方法異常值響應也相對明顯。通過調查和實際施工，一般管線埋深大多數在 2 m以內，1 m深左右的管線較多。由于不同材質反應不同介電性質，總體上，鋼、銅材質的管線信號異常特征非常明顯。

圖1 測區位置圖

施工環境：測區位于校園內部，管網錯綜復雜，歷經多期次改造，時間跨度大，有些管線甚至已經無資料查證。校園內施工場地多，由于施工地段的阻隔、建筑垃圾的占地及人員眾多，會給數據采集及后期處理帶來干擾。一些井蓋無法打開、積水嚴重及張冠李戴情況都增加了勘察和核實工作的工作量及難度。

3 物探技術方法

3.1 人員及設備

本工程項目共有12名技術人員參與。項目組實際由2個探測組，2個測量組，1個內業組組成。施工中投入主要設備如表1所示。

工程主要使用儀器設備表 表1

3.2 探測與數據處理方法

在實際施工前，通過對測區類似管類，進行現場準備試驗。準備試驗表明，對測區內上水管線探測時，用直連法效果較夾鉗法和感應法要好。而通信線纜在纏裹在一起的時候， 以夾鉗法效果較好。

讀取及處理數據運用的是勞雷公司旗下的雷達處理軟件RADAN6.5，其交互性好，使用方便，而且有英文和中文軟件兩個版本，更貼近中國用戶的習慣。通過一系列處理，突出有效波，抵制干擾波，收集有利信息，多通道資料對比分析。

圖2 RADAN6.5操作界面

3.3 已有資料分析與利用

在工程項目施工時，為了配合探測工作，學校提供了以前的部分管線編繪圖，這些圖表資料基本能顯示區域內大部分管線的初步模糊的位置，在實際調研的時候，從側面也可以反映出現在校園內管線的雜亂現狀。在區域內的實地探測，證實了大部分資料管線與實地位置偏差較大，甚至錯誤。學校提供的部分資料只能作為參考，不能用來確定管線點。

4 實地管線探測技術研究

首先對測區范圍內所包含明顯可見點的各種管線進行了詳細調查。在管線分類的時候就已經明確，因材質不同，管線地球物理特征差異較大，大致可分為金屬和非金屬管線。探測時必須根據不同條件選擇不同儀器設備，我們主要是運用地質雷達儀和管線探測儀，必要時必須進行綜合探測。在探測過程中靈活運用不同方法，以達到最佳勘探效果和相應的精度。

4.1 金屬管線探測

測區內，供暖管線材質為鋼鐵，有埋地部分和架空部分，架空部分只需要跟蹤就可以確定位置及走向；埋地部分，管線異常信號響應較好，探測比較順利，難度不大。上水管線也為金屬管線。但在運用管線探測儀探測時，其中年代較老的鑄鐵質的上水管，峰值信號不是很明顯，考慮到較深埋深地段和有施工干擾地段，對探測有一定影響，使精度稍稍下降。對管線可見露頭處，用直連法和夾鉗法兩側進行探測，管線走向追蹤和埋深定位效果較理想。

如圖3所示，由于供暖、供水管線都是金屬材質，在雷達剖面圖上響應很清晰。燃氣管線管徑相對于上水和暖氣管徑較大，峰尖繞射曲線有變寬的趨勢。暖氣管線因有上下兩根，下方會有繞射，雷達圖產生了多次波。對于埋深，雷達剖面圖進行時間深度轉換，大致相符合。與RD8000管線儀測深相比較誤差在 5 cm左右。

圖3 雷達實測剖面

4.2 對線纜類管線的探測

探測電力和通信線纜類等強電和弱電管線時。在探測時盡量采用了夾鉗法，在沒露頭和開挖段進行了感應法探測。測區是校區，交錯路口較多，也是管線交織最復雜的位置。探測通信等線纜和其他弱電管線時，分別從兩端前后均施加發射信號，通過接收機接收信號通過峰值響應，定位位置，確定方位以定深。

在對電力線纜和其他弱電如通信，監控等線纜的探測上，RD8000管線儀器非常適用，也比較準確，有露頭的直連和夾鉗的方法可以提高探測效率，在無源的情況下，強電電力管線感應法響應也非常明顯，相比之下弱電線纜在無源的時候信號感應不明顯。總的來說，在無源的情況下不容易區分目標管線。線纜類管線埋深較淺，實測雷達圖上也有這一準確信息，但是由于線纜有源干擾且管線管徑較小，雷達響應不是很清晰，在沒有RD8000管線儀對比分析情況下，只能解釋管線分布及埋深，但并不能確定目標管線，不能區分是強電還是弱電管線。

4.3 非金屬管線探測

如圖4和圖5，少部分管線會加金屬筋條，會有較弱的電磁信號。在工程實測中，除非加裝金屬套管，成本較高，效果也不是非常好，在本測區探測的非金屬管線有下水管、通信類線纜非金屬套管，分別采用了探地雷達、井蓋追蹤法、電磁探測。

圖4 下水管線雷達剖面圖 圖5 下水管線施工現場圖

如圖6所示，在非金屬管線的探測中，RD8000管線儀相對來說是不適用的，套金屬管會耗費很大的人力物力，精度也比想象中的要差。在地質雷達剖面圖中，我們可以清晰看見塑料下水管線的響應，在時深轉換后，與實際施工埋深相符合。

圖6 水泥管雷達實測剖面

6 結論與展望

用地質雷達儀器采集數據，充分考慮了項目區域的地質特點，選擇了合適的設置參數，數據真實可靠。在數據處理階段，利用勞雷公司RADAN處理軟件對原始數據進行了處理，有效地減少了誤差的干擾，削弱了背景噪音，突出有效信息，在解釋管線位置時結合了實際露頭和已知管線分布，特別是金屬管線更是結合了電磁勘探方法即RD8000探測儀的實際驗證，為CAD制圖軟件及南方CASS成圖系統后期成果最終成圖提供了有力的數據支持。

在實測區域管線探測技術上，年代較老的鑄鐵材質的金屬管，峰值信號不是很明顯，考慮到較深埋深地段和有施工干擾地段，對探測有一定影響，不可避免地會使精度稍稍下降，精準探測有一定難度。清晰的雷達剖面響應上，多次波及峰尖繞射曲線變寬的趨勢，可以指示下方管線的分層排列。在無源的情況下，強電電力管線感應響應較弱電線纜信號明顯，但仍不容易區分目標管線。線纜管線在地質雷達剖面圖的響應在沒有RD8000管線儀對比分析情況下，只能確定管線分布及埋深，不能區分是強電還是弱電管線。實測雷達剖面圖，非金屬管線中管徑較小的水泥管線的響應不是很清晰。探測區域為院校，情況較特殊，各種管線數量較多，分布相對比較集中，經過對校園內各種管線探查，調研及成圖驗證，管線埋深一般為 1 m～2 m，局部地段由于地勢起伏埋深可達 3 m。本次探查為學區，施工場地多，人員、車輛繁多，給探測、解釋帶來干擾，探測精度有所下降。本次工作區域內有些井內積水嚴重，井蓋無法打開并且存在一定的井蓋與實際不符現象，都給管線探測及后期的檢修維護工作帶來困難，建議管理部門及時進行處理。