探地雷達(dá)是如今被廣泛應(yīng)用的電磁技術(shù)，它應(yīng)用的范圍極廣，在城市地下管線探測(cè)過程中它不僅能夠用來探測(cè)金屬管線，還能用來探測(cè)聚氯乙烯管（PVC）、聚乙烯塑料管（PE）、水泥管等非金屬管線，具有許多以前管線探測(cè)儀器所不具備的優(yōu)點(diǎn)。本文通過結(jié)合工程實(shí)例來探討探地雷達(dá)在地下管線探測(cè)中的廣泛應(yīng)用。

        關(guān)鍵詞：地下管線；探地雷達(dá)技術(shù)；應(yīng)用

        引言

        探地雷達(dá)是一種對(duì)地下或物體內(nèi)不可見的目標(biāo)體或界面進(jìn)行定位的電磁技術(shù)，同時(shí)它以探測(cè)的高分辨率和高工作效率而成為地球物理勘探的一種有力工具。隨著城市建設(shè)的加快，使得地下管道路線變得日益復(fù)雜。因此，要想更好地對(duì)地下管道進(jìn)行探測(cè)，這就必須要使用高分辨率的探測(cè)技術(shù)，才能適應(yīng)當(dāng)前復(fù)雜的地下管道探測(cè)情況，而具有高分辨率的探地雷達(dá)技術(shù)能夠勝任這一挑戰(zhàn)，能夠更好地對(duì)深淺地質(zhì)問題進(jìn)行深入探測(cè)。

        1、地下管線探測(cè)現(xiàn)狀

        1.1城市管線鋪設(shè)情況

        當(dāng)今，城市的地下埋藏著無數(shù)的地下管線，是城市運(yùn)轉(zhuǎn)的命脈組成部分而且隨著城市的不斷發(fā)展，其埋設(shè)環(huán)境的復(fù)雜度日益提升，導(dǎo)致地下管線探測(cè)難度的直線上升。以佛山市中心城區(qū)為例，其各條主干道均鋪設(shè)有電力、通信、天然氣、自來水、排水等各類生活配套管線。隨著市區(qū)房地產(chǎn)項(xiàng)目的開發(fā)，道路上鋪設(shè)的管線數(shù)量越來越多、管線的管徑越來越大、管線的走向也越來越復(fù)雜，對(duì)城市管線探測(cè)提出了更高的要求，特別是近年來非金屬材質(zhì)管線的鋪設(shè)為管線探測(cè)帶來了新的難題，見表1。

        1.2常規(guī)地下管線探測(cè)方法

        在城市地下管線探測(cè)中，電磁法是最常用的地下管線探測(cè)方法，對(duì)應(yīng)的管線探測(cè)儀比較常用的有雷迪RD8000、富士PL1000等型號(hào)，一般由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩部分組成。電磁法探測(cè)地下管線的原理是通過發(fā)射機(jī)在目標(biāo)管線上加載電流，然后利用接收機(jī)在目標(biāo)管線上方感應(yīng)磁場(chǎng)產(chǎn)生電流信號(hào)，根據(jù)電流的強(qiáng)弱來判斷管線的位置和埋深等信息，在目標(biāo)管線上加載電流可以采用直連法、感應(yīng)法和夾鉗法等，一般需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用不同的方法來探測(cè)管線。

        電磁法探測(cè)管線需要在目標(biāo)管線上加載和傳遞電流，因此要求目標(biāo)管線需是金屬等導(dǎo)電材質(zhì)，而對(duì)于非金屬管線來說，它不具備導(dǎo)電的性質(zhì)，使用電磁法探測(cè)就失去了效果。隨著城市非金屬材質(zhì)地下管線的鋪設(shè)越來越常見，傳統(tǒng)的金屬管線探測(cè)儀已不能滿足地下管線探測(cè)的要求，而探地雷達(dá)技術(shù)作為新的探測(cè)手段，能夠完成非金屬管線的探測(cè)工作，彌補(bǔ)了金屬探測(cè)儀的不足。

        1.3探地雷達(dá)原理及應(yīng)用

        （1）探地雷達(dá)原理

        探地雷達(dá)一般由便攜式計(jì)算機(jī)、主機(jī)、天線、電源及其他附件組成通過天線發(fā)射和接收高頻電磁波信號(hào)，然后經(jīng)過主機(jī)的處理，由便攜式計(jì)算機(jī)將結(jié)果顯示出來，如圖1所示。探地雷達(dá)所發(fā)射的高頻電磁波信號(hào)由緊貼地面的發(fā)射天線發(fā)出后，穿過土壤等介質(zhì)到達(dá)目標(biāo)管線時(shí)，因土壤和管線材質(zhì)的導(dǎo)電性存在差異，部分電磁波信號(hào)會(huì)被反射至地面被天線接收，然后雷達(dá)主機(jī)將天線接收到的信號(hào)處理后以圖像的形式顯示出來，即可以根據(jù)圖像來判斷目標(biāo)管線的位置等信息。

        （2）探地雷達(dá)用于管線探測(cè)

        ①探測(cè)方法

        探地雷達(dá)探測(cè)地下管線前首先需要搜集目標(biāo)管線周圍的管線資料，依據(jù)現(xiàn)有資料對(duì)目標(biāo)管線位置進(jìn)行初步判斷；然后需要在目標(biāo)管線疑似位置布設(shè)合適的測(cè)線，在各條測(cè)線上采集探地雷達(dá)探測(cè)的數(shù)據(jù)；最后依據(jù)探測(cè)得到的圖像對(duì)目標(biāo)管線的位置和埋深進(jìn)行判斷。

        在布設(shè)測(cè)線時(shí)，測(cè)線方向應(yīng)垂直于目標(biāo)管線的可能走向，測(cè)線長(zhǎng)度以覆蓋目標(biāo)管線可能的分布位置為宜，至少應(yīng)包括目標(biāo)管線兩側(cè)各2m范圍。測(cè)線位置應(yīng)選擇在平坦地面上，地面無金屬物和障礙物，盡量選擇泥土及方磚地面，避開瀝青地面。測(cè)線應(yīng)布設(shè)多條，若探測(cè)結(jié)果已可準(zhǔn)確判斷目標(biāo)管線，則無須更多測(cè)線，如果探測(cè)結(jié)果不能確定，則需布置多條鄰近測(cè)線進(jìn)行綜合判斷，如圖2所示。

        ②管線位置及埋深判斷

        以如圖3所示對(duì)應(yīng)的管線為例，目標(biāo)管線的平面位置即為該圖像上拋物線的最高點(diǎn)所在位置，在探測(cè)時(shí)，遇到的多為圓柱形管線，當(dāng)探地雷達(dá)經(jīng)過圓柱形管線時(shí)，電磁波的回波信號(hào)呈現(xiàn)為拋物線的形狀，管線的中央位置離地面距離最近，因此拋物線的頂端所在位置即為管線位置。另外，管線的埋深也取決于拋物線最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的深度，但探地雷達(dá)圖像上縱軸一般對(duì)應(yīng)的是電磁波信號(hào)傳遞的準(zhǔn)確時(shí)間，還需準(zhǔn)確判斷電磁波在目標(biāo)管線周圍土壤等介質(zhì)中的傳播速度才可獲取管線的準(zhǔn)確埋深，但往往土壤中的介質(zhì)是不均勻的，電磁波在其中的傳播速度也沒有統(tǒng)一的計(jì)算模型。目前在實(shí)際探測(cè)工作中采用的方法一般為對(duì)比測(cè)量法，即先獲取目標(biāo)管線附近已知埋深為hi的管線的雷達(dá)圖像，然后通過如下公式計(jì)算目標(biāo)管線的準(zhǔn)確埋深

        圖5  旱地中采集的探地雷達(dá)圖像

        （2）無效案例

        通過多次的探測(cè)實(shí)踐，筆者發(fā)現(xiàn)探地雷達(dá)在一些情況下效果是不明顯的。如圖5所示，該探地雷達(dá)圖像是在夏季的旱地中采集的，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際存在一條埋深為1.8m，管徑為2m的排污管線，在確定探地雷達(dá)不存在故障的前提下，經(jīng)多條測(cè)線的重復(fù)探測(cè)，探測(cè)結(jié)果始終如圖5所示，沒有明顯的回波信號(hào)，無法判斷管線所在位置，探地雷達(dá)失去了效果。據(jù)分析，因此時(shí)旱地中土壤含水量較高，且比較疏松，其對(duì)電磁波的吸收比較明顯，探地雷達(dá)天線無法接收到目標(biāo)管線反射的電磁波信號(hào)，導(dǎo)致無法從對(duì)應(yīng)圖像中判斷目標(biāo)管線位置?？梢姡寥拉h(huán)境對(duì)探地雷達(dá)的探測(cè)效果會(huì)有較大影響。

        1.5土壤含水率對(duì)探地雷達(dá)探測(cè)效果影響

        通過對(duì)探地雷達(dá)無效案例的分析，筆者發(fā)現(xiàn)土壤的含水率的大小決定了探地雷達(dá)探測(cè)管線的效果，含水量較高的土壤或是在雨量較多的季節(jié)，探地雷達(dá)探測(cè)管線的效果較差，不易獲取目標(biāo)管線的有效信息。反之，土壤較為干燥的情況下，其對(duì)電磁波的吸收較少，探地雷達(dá)的效果較好。

        探地雷達(dá)發(fā)射高頻電磁波進(jìn)行探測(cè)時(shí)，土壤等介質(zhì)的對(duì)電磁波的吸收系數(shù)β與電導(dǎo)率σ成正比，即

        式中，ti表示已知管線在探地雷達(dá)圖像上對(duì)應(yīng)的傳播時(shí)間；H為目標(biāo)管線的埋深；T為目標(biāo)管線對(duì)應(yīng)探地雷達(dá)圖像上的傳播時(shí)間。

        2、結(jié)束語(yǔ)

        綜上所述，在城市的不斷發(fā)展中，地下管線的數(shù)量在不斷增長(zhǎng)，其埋設(shè)環(huán)境也更加復(fù)雜，對(duì)地下管線的探測(cè)提出了更高要求。因此，為了能夠更好地促進(jìn)探地雷達(dá)技術(shù)在地下管線的運(yùn)用，我們就必須要對(duì)探地雷達(dá)技術(shù)工作原理進(jìn)行深入探討，同時(shí)對(duì)相應(yīng)的探測(cè)方法進(jìn)行運(yùn)用，才能更為靈活地運(yùn)用探地雷達(dá)技術(shù)，使得更好地運(yùn)用在地下管道探測(cè)中去。