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過程中它不僅能夠用來探測金屬管線，還能用來探測聚氯乙烯管（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，要想更好地對地下管道進(jìn)行探測，這就必須要使用高分辨率的探測技術(shù)，才能適應(yīng)當(dāng)前復(fù)雜的地下管道探測情況，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)，能夠更好地對深淺地質(zhì)問題進(jìn)行深入探測。

        1、地下管線探測現(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，對城市管線探測提出了更高的要求，特別是近年來非金屬材質(zhì)管線的鋪設(shè)為管線探測帶來了新的難題，見表1。

        1.2常規(guī)地下管線探測方法

        在城市地下管線探測中，電磁法是最常用的地下管線探測方法，對應(yīng)的管線探測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)場實(shí)際情況采用不同的方法來探測管線。

        電磁法探測管線需要在目標(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)的金屬管線探測儀已不能滿足地下管線探測的要求，而探地雷達(dá)技術(shù)作為新的探測手段，能夠完成非金屬管線的探測工作，彌補(bǔ)了金屬探測儀的不足。

        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

        ①探測方法

        探地雷達(dá)探測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)合適的測線，在各條測線上采集探地雷達(dá)探測的數(shù)據(jù)；最后依據(jù)探測得到的圖像對目標(biāo)管線的位置和埋深進(jìn)行判斷。

        在布設(shè)測線時(shí)，測線方向應(yīng)垂直于目標(biāo)管線的可能走向，測線長度以覆蓋目標(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。測線應(yīng)布設(shè)多條，若探測結(jié)果已可準(zhǔn)確判斷目標(biāo)管線，則無須更多測線，如果探測結(jié)果不能確定，則需布置多條鄰近測線進(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)對應(yīng)的深度，但探地雷達(dá)圖像上縱軸一般對應(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)際探測工作中采用的方法一般為對比測量法，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)多條測線的重復(fù)探測，探測結(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)致無法從對應(yīng)圖像中判斷目標(biāo)管線位置。可見，土壤環(huán)境對探地雷達(dá)的探測效果會(huì)有較大影響。

        1.5土壤含水率對探地雷達(dá)探測效果影響

        通過對探地雷達(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)行探測時(shí)，土壤等介質(zhì)的對電磁波的吸收系數(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)管線對應(yīng)探地雷達(dá)圖像上的傳播時(shí)間。

        2、結(jié)束語

        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，其埋設(shè)環(huán)境也更加復(fù)雜，對地下管線的探測提出了更高要求。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，我們就必須要對探地雷達(dá)技術(shù)工作原理進(jìn)行深入探討，同時(shí)對相應(yīng)的探測方法進(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)用在地下管道探測中去。