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

        關(guān)鍵詞：地下管線(xiàn)；探地雷達技術(shù)；應用

        引言

        探地雷達是一種對地下或物體內不可見(jiàn)的目標體或界面進(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(zhù)城市建設的加快，使得地下管道路線(xiàn)變得日益復雜。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)，才能適應當前復雜的地下管道探測情況，而具有高分辨率的探地雷達技術(shù)能夠勝任這一挑戰，能夠更好地對深淺地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行深入探測。

        1、地下管線(xiàn)探測現狀

        1.1城市管線(xiàn)鋪設情況

        當今，城市的地下埋藏著(zhù)無(wú)數的地下管線(xiàn)，是城市運轉的命脈組成部分而且隨著(zhù)城市的不斷發(fā)展，其埋設環(huán)境的復雜度日益提升，導致地下管線(xiàn)探測難度的直線(xiàn)上升。以佛山市中心城區為例，其各條主干道均鋪設有電力、通信、天然氣、自來(lái)水、排水等各類(lèi)生活配套管線(xiàn)。隨著(zhù)市區房地產(chǎn)項目的開(kāi)發(fā)，道路上鋪設的管線(xiàn)數量越來(lái)越多、管線(xiàn)的管徑越來(lái)越大、管線(xiàn)的走向也越來(lái)越復雜，對城市管線(xiàn)探測提出了更高的要求，特別是近年來(lái)非金屬材質(zhì)管線(xiàn)的鋪設為管線(xiàn)探測帶來(lái)了新的難題，見(jiàn)表1。

        1.2常規地下管線(xiàn)探測方法

        在城市地下管線(xiàn)探測中，電磁法是最常用的地下管線(xiàn)探測方法，對應的管線(xiàn)探測儀比較常用的有雷迪RD8000、富士PL1000等型號，一般由發(fā)射機和接收機兩部分組成。電磁法探測地下管線(xiàn)的原理是通過(guò)發(fā)射機在目標管線(xiàn)上加載電流，然后利用接收機在目標管線(xiàn)上方感應磁場(chǎng)產(chǎn)生電流信號，根據電流的強弱來(lái)判斷管線(xiàn)的位置和埋深等信息，在目標管線(xiàn)上加載電流可以采用直連法、感應法和夾鉗法等，一般需根據現場(chǎng)實(shí)際情況采用不同的方法來(lái)探測管線(xiàn)。

        電磁法探測管線(xiàn)需要在目標管線(xiàn)上加載和傳遞電流，因此要求目標管線(xiàn)需是金屬等導電材質(zhì)，而對于非金屬管線(xiàn)來(lái)說(shuō)，它不具備導電的性質(zhì)，使用電磁法探測就失去了效果。隨著(zhù)城市非金屬材質(zhì)地下管線(xiàn)的鋪設越來(lái)越常見(jiàn)，傳統的金屬管線(xiàn)探測儀已不能滿(mǎn)足地下管線(xiàn)探測的要求，而探地雷達技術(shù)作為新的探測手段，能夠完成非金屬管線(xiàn)的探測工作，彌補了金屬探測儀的不足。

        1.3探地雷達原理及應用

        （1）探地雷達原理

        探地雷達一般由便攜式計算機、主機、天線(xiàn)、電源及其他附件組成通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射和接收高頻電磁波信號，然后經(jīng)過(guò)主機的處理，由便攜式計算機將結果顯示出來(lái)，如圖1所示。探地雷達所發(fā)射的高頻電磁波信號由緊貼地面的發(fā)射天線(xiàn)發(fā)出后，穿過(guò)土壤等介質(zhì)到達目標管線(xiàn)時(shí)，因土壤和管線(xiàn)材質(zhì)的導電性存在差異，部分電磁波信號會(huì )被反射至地面被天線(xiàn)接收，然后雷達主機將天線(xiàn)接收到的信號處理后以圖像的形式顯示出來(lái)，即可以根據圖像來(lái)判斷目標管線(xiàn)的位置等信息。

        （2）探地雷達用于管線(xiàn)探測

        ①探測方法

        探地雷達探測地下管線(xiàn)前首先需要搜集目標管線(xiàn)周?chē)墓芫€(xiàn)資料，依據現有資料對目標管線(xiàn)位置進(jìn)行初步判斷；然后需要在目標管線(xiàn)疑似位置布設合適的測線(xiàn)，在各條測線(xiàn)上采集探地雷達探測的數據；最后依據探測得到的圖像對目標管線(xiàn)的位置和埋深進(jìn)行判斷。

        在布設測線(xiàn)時(shí)，測線(xiàn)方向應垂直于目標管線(xiàn)的可能走向，測線(xiàn)長(cháng)度以覆蓋目標管線(xiàn)可能的分布位置為宜，至少應包括目標管線(xiàn)兩側各2m范圍。測線(xiàn)位置應選擇在平坦地面上，地面無(wú)金屬物和障礙物，盡量選擇泥土及方磚地面，避開(kāi)瀝青地面。測線(xiàn)應布設多條，若探測結果已可準確判斷目標管線(xiàn)，則無(wú)須更多測線(xiàn)，如果探測結果不能確定，則需布置多條鄰近測線(xiàn)進(jìn)行綜合判斷，如圖2所示。

        ②管線(xiàn)位置及埋深判斷

        以如圖3所示對應的管線(xiàn)為例，目標管線(xiàn)的平面位置即為該圖像上拋物線(xiàn)的最高點(diǎn)所在位置，在探測時(shí)，遇到的多為圓柱形管線(xiàn)，當探地雷達經(jīng)過(guò)圓柱形管線(xiàn)時(shí)，電磁波的回波信號呈現為拋物線(xiàn)的形狀，管線(xiàn)的中央位置離地面距離最近，因此拋物線(xiàn)的頂端所在位置即為管線(xiàn)位置。另外，管線(xiàn)的埋深也取決于拋物線(xiàn)最高點(diǎn)對應的深度，但探地雷達圖像上縱軸一般對應的是電磁波信號傳遞的準確時(shí)間，還需準確判斷電磁波在目標管線(xiàn)周?chē)寥赖冉橘|(zhì)中的傳播速度才可獲取管線(xiàn)的準確埋深，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(méi)有統一的計算模型。目前在實(shí)際探測工作中采用的方法一般為對比測量法，即先獲取目標管線(xiàn)附近已知埋深為hi的管線(xiàn)的雷達圖像，然后通過(guò)如下公式計算目標管線(xiàn)的準確埋深

        圖5  旱地中采集的探地雷達圖像

        （2）無(wú)效案例

        通過(guò)多次的探測實(shí)踐，筆者發(fā)現探地雷達在一些情況下效果是不明顯的。如圖5所示，該探地雷達圖像是在夏季的旱地中采集的，現場(chǎng)實(shí)際存在一條埋深為1.8m，管徑為2m的排污管線(xiàn)，在確定探地雷達不存在故障的前提下，經(jīng)多條測線(xiàn)的重復探測，探測結果始終如圖5所示，沒(méi)有明顯的回波信號，無(wú)法判斷管線(xiàn)所在位置，探地雷達失去了效果。據分析，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，探地雷達天線(xiàn)無(wú)法接收到目標管線(xiàn)反射的電磁波信號，導致無(wú)法從對應圖像中判斷目標管線(xiàn)位置?？梢?jiàn)，土壤環(huán)境對探地雷達的探測效果會(huì )有較大影響。

        1.5土壤含水率對探地雷達探測效果影響

        通過(guò)對探地雷達無(wú)效案例的分析，筆者發(fā)現土壤的含水率的大小決定了探地雷達探測管線(xiàn)的效果，含水量較高的土壤或是在雨量較多的季節，探地雷達探測管線(xiàn)的效果較差，不易獲取目標管線(xiàn)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，探地雷達的效果較好。

        探地雷達發(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β與電導率σ成正比，即

        式中，ti表示已知管線(xiàn)在探地雷達圖像上對應的傳播時(shí)間；H為目標管線(xiàn)的埋深；T為目標管線(xiàn)對應探地雷達圖像上的傳播時(shí)間。

        2、結束語(yǔ)

        綜上所述，在城市的不斷發(fā)展中，地下管線(xiàn)的數量在不斷增長(cháng)，其埋設環(huán)境也更加復雜，對地下管線(xiàn)的探測提出了更高要求。因此，為了能夠更好地促進(jìn)探地雷達技術(shù)在地下管線(xiàn)的運用，我們就必須要對探地雷達技術(shù)工作原理進(jìn)行深入探討，同時(shí)對相應的探測方法進(jìn)行運用，才能更為靈活地運用探地雷達技術(shù)，使得更好地運用在地下管道探測中去。