应用探地雷达的地下管道探测实例研究

袁建华

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2015.36.066

摘 要：该文作者通过多年实际应用加拿大EKKO100型探地雷达，对其应用于地下管道探测的效果进行了有益的探索与分析。区别于其他物探手段，天线的数字化功能、光缆传输、实时显示图像、设备便携、无损探测及剖面连续等是探地雷达的技术优势。论文首先分析了探地雷达进行地下管道探测的可行性，进而列举了3个具体的探测实例，相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词：探地雷达 地下管道 探测 瓷管 污水管

中图分类号：P631 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）12（c）-0066-02

勘探地球物理学学科侧重于先进的手段和扎实的理论解释基础，没有先进的仪器设备难以提供科学的决策意见。探地雷达用于探地，由德国的G.Leimback和Lowy于1910年提出，在近百年的发展历程中，其革命性的转折发生于近10年，主要得益于微电子技术的发展和信号传输技术的进步，即高速采样技术和信息处理技术解决了制约探地雷达在工程中应用的关键因素，使之成为当前国际上最先进的地球物理勘探手段之一。国产探地雷达体积庞大或信号采集效果不理想的特点，使得我国目前正在使用的探地雷达多数来源于进口。该文作者通过多年实际应用加拿大EKKO100型探地雷达，对其应用于地下管道探测的效果进行了有益的探索与分析。

1 探地雷达探测地下管道的可行性分析

地下管道中的介质一般为水或空气，管道自身材料为金属、搪瓷或水泥筑成，管道上覆介质一般为岩石或沙土。地下管道界面两侧介质的物性差异很大，电磁波在其中的传播速度亦明显不同，实际应用中，需要以理论数据为参考，依据探测目的体所处介质的部分已知深度反推出该项探测的电磁波的应用速度，即反演出深度符合速度值。

雷达波的穿透能力取决于介质的衰减系数B=60 PR/Er，其值越小，雷达波的穿透深度越大，由公式可知，B值随介质的相对介电常数Er的增大而减小，随介质电导率R的增大而增大；由于使用了高频、宽频带、短脉冲和高速采样技术，探地雷达的探测精度高于其他种类的地球物理勘探手段。电磁波在介质中传播时的路径、电磁场强度和波形将随所穿过介质的电性质及几何形态而变化，依据记录到的电磁波双程走时的波幅、同相轴等波形资料，可以解译出目的体的几何形态或结构异常。地下管道的埋藏深度不大，但要求的探测精度较高。因此，探地雷达配置200 MHz天线应用于一定深度范围内的地下管道探测是科学的。

2 上海某瓷管探地雷达探测

根据瓷管的客观条件，选择配置200 MHz天线的Pulse EKKO 100型探地雷达可满足探测工作的基本要求，探测原理如图1所示。

探测时探地雷达的参数为：天线间距0.5 m，探测物理点间距为0.05 m，选择连续探测方式，时窗开至180 ns。数据处理时的参数选择如下：64次叠加，200AGC增益，7点平均，3道平均，无道差分。实际应用中多采用与实测深度相符合的速度值，因该搪瓷管被埋藏于较干燥的浅层沙土中，其实测深度符合速度值为0.07 m/ns。在雷达剖面图的全宽和深度1.4 ～3.0 m段形成了典型的双典线形态，顶点在水平0. 9 m位置。以双曲线顶点为中心，重复探测以获得0.8 m长的雷达图像，该次集中探测仅将探测物理点间距改为0.025 m，探测图像及解释结果如图2所示。王母池搪瓷管在雷达剖面图上呈双曲线形态，其埋藏深度为1.4 m，管直径为0.30 m。

3 某钢筋水泥制污水管探地雷达探测

探地雷达配置200 MHz天线可满足该水泥制污水管探测工作的基本要求。第一次探测时探地雷达的参数为：天线间距0.5 m，探测物理点间距为0.1 m，选择连续探测方式，时窗开至275 ns；数据处理时参数选择为：64次叠加，200AGC增益，7点平均，3道平均，无道差分，探测泰山八仙桥桥南污水管的深度符合速度值为0.07 m/ns。由图像可见该圆管的双曲线形态非常明显，只是在剖面图中的位置有偏差，可利用探地雷达的技术优势进行及时的重复探测。第二次探测时仅将探测区集中，使管的位置居于雷达剖面图的中央位置。雷达探测图像的可重复性很好。追踪电磁波的同相轴，两条规则、圆滑的双曲线几乎平行出现，表明该管为标准圆形断面，且表面光滑。解释结果是：该水泥制污水管埋深0.8 m，管直径0.58 m。

4 某大学操场地下沟探地雷达探测

配置200 MHz天线的探地雷达可满足该大学操场地下沟探测的基本要示。探测时探地雷达的参数为：天线间距0.4 m，探测物理点间距为0.2 m，选择连续探测方式，时窗开至180 ns；数据处理时参数为64次叠加，200AGC增益，7点平均，3道平均，无道差分，由于该地下沟断面较大，顶板为较厚的钢筋混凝土（表土层相对较薄），故实测深度符合速度值为0.1 m/ns。雷达探测图像显示两条沟洞间有一薄墙相隔，沟顶为不规则弧形，该沟建筑深度1.7 m，高2.0 m，两条沟宽分别为3.60 m和2.60 m。

5 主要结论

（1）天线的数字化功能、实时显示图像、无损探测及剖面连续等是探地雷达的技术优势；（2）配置200 MHz天线的探地雷达，其探测深度误差为±0.05 m；（3）配置一定天线的探地雷达，其探测结果的水平误差与物理测点的点间距成正比；（4）追踪同相轴的连续性、找寻反射界面处同相轴的缺失现象是探地雷达剖面图像解释的关键；（5）实践证明，探地雷达用于探测地下管道是科学的。

参考文献

[1] 李大心.探地雷达方法与应用[M].北京：地质出版社，1994.

[2] 刘传孝.探地雷达仪器原理及涵洞探测应用研究[J].应用基础与工程科学学报，1999，7（3）：274-278.

[3] 王惠濂.探地雷达目的体物理模拟研究结果[J].地球科学，1993，18（3）：266-284.