地质雷达在地下管线探测中的应用与实例分析

项立斌

（安徽省地球物理地球化学勘查技术院 ， 安徽合肥 230022）

地质雷达在地下管线探测中的应用与实例分析

项立斌

（安徽省地球物理地球化学勘查技术院 ， 安徽合肥 230022）

地下管网探测工作一般分为实地调查和盲区探测两个步骤。首先根据现有管线分布图进行实地调查，在调查工作的基础上对盲目管线进行探测。本文介绍了地质雷达探测工作的基本原理。列举了地质雷达在地下管线探测中应用的实例，并结合实地情况，对探测结果进行了分析。

地质雷达； 高频电磁波 ；地下管线探测 ； 实例分析

1　概述

随着城市建设的发展，地下管线探测工作日益增多，同时随着地下管线施工工艺及管道材质的发展，导致管线探测的难度也日益增加。

目前管线探测工作中主要使用的仪器是地下管线探测仪和地质雷达。地下管线探测仪只能探测金属管道或地下电缆，对于非金属管道探测，地质雷达的作用就显得更为重要。地质雷达应用于地下管线探测工程一般配备100MHz、250MHz屏蔽式天线，屏蔽式天线在城区探测工作中更显得必要。本文著者着重介绍地质雷达探测地下非金属管道、电缆和掩埋窨井的应用实例，并对不同目标体的地质雷达反射电磁波图像的异常特征进行了简要剖析。

2　地质雷达工作原理简介

2.1地质雷达探测原理

地质雷达是一种用于确定地下介质分布情况的高频电磁技术，主要基于地下介质的介电性差异，地质雷达通过一个天线发射高频电磁波，另一个天线接收地下介质反射回来的电磁波，通过配置的工作软件对接收到的信号进行处理、成像。详细工作过程是：由置于地面的天线向地下发射一高频电磁脉冲，当其在地下传播过程中遇到不同电性（主要是相对介电常数）界面时，电磁波一部分射透过界面继续传播，一部分反射至地面，被接收天线接收，并由主机记录。反射波从被发射天线发射到被接收天线接收的时间称为双程走时（t），当求得地下介质的波速或已知介质的相对介电常数时，可根据测到的精确t值便可求得目标体的位置和埋深。

2.1.1地质雷达求深公式

如图1所示，T是发射天线，R是接收天线，h为待探测的目标体顶部埋深，t为电磁波双程走时，则有如下关系式：

由于屏蔽式发射天线（T）与接收天线（R）相距很近，即x≈0，此时（1）可变换为：

图1　地质雷达反射测深原理图Fig. 1 Geological radar reflection sounding principle

因此，若知道电磁波在介质中的传播速度（v），并精确地记录电磁发射波的走时（t），就可计算出待测目标体的深度（h）。

地质雷达发射的电磁波频率很高（10nMHz），当只考虑地下介质的介电性时，电磁波的传播速度（v）可近似为：

所以（2）式变为：

因此，若知道地下介质的相对介电常数（εr），并精确地记录电磁发射波的走时（t，单位：s），由（3）式也可计算出待测目标体的深度（h，单位：km）。

2.1.2地质雷达图像形式

地质雷达反射剖面图形常以脉冲反射波的波形形式表示，波形的正负峰分别以黑、白色显示（图2）。或者以灰阶（图3）或彩色（图略）显示，在图面上，同相轴呈等灰度或等色线束，形象地表征出地下不同介质的反射面。

3　工程应用与实例分析

3.1方法试验工作

对于每个工程项目，进场时首先要针对地下管线的埋设状况，在测区内选择具有代表性的各类不同埋深的已知管线进行方法试验，以便选择最佳工作参数、建立不同目标物的反射波异常特征；根据已知目标物的埋深，通过反复计算获得场地介质电磁波传播的波速值或介电常数的参考值，为盲区探测的定

3.3.1安徽淮南市某路口地下管线探测

受施工单位委托，要求探测砼材质、直径为600mm给水管道位置、埋深和走向的工作任务。由于路面多次铺垫，管道埋设时代较年久，我们首先采用实地调查，大致了解了目标管道的大致走向；再RD8000型地下管线探测仪探测目标管道的周边各种金属管线分布情况并标注位置；最后布置合理的地量计算、定性解译做准备。

图2　同相轴波形形式雷达反射图像Fig. 2 Radar reflection image in the form of event waveform

图3　灰阶形式雷达反射记录图像Fig. 3 Gray scale-like radar reflection image

3.2工作步骤与方法

每一个地下管线探测项目，首先尽量收集测区已有的地下管网资料，在资料收集工作的基础上，第一步进行实地调查。实地调查主要是寻找露头窨井，将其打开进行拍照、丈量深度、填写记录等。第二步，对于有露头的金属管或电力线，使用地下管线仪，采用钳夹法进行追踪探测或采用电磁感应法探测。第三步，对于非金属管道或管径大、埋藏深的金属管道，使用地质雷达进行探测。

地质雷达探测地下管线一般采用等间隔测点的剖面法，即发射天线和接收天线以固定间隔沿测线同步移动探测。在了解探测目标管线大致走向和位置的基础上，选择合适的场地布置测线，标志起始位置，剖面方向应垂直目标管线走向。对于管线分支或转折，应在不同管线方向或分支方向布置测线，确定管线位置、走向后采用交汇法定特征点。

3.3探测实例质雷达探测剖面。图4是探测现场照片，图5为探测结果。

图4　地质雷达探测工作现场照片Fig. 4 Geological radar detection work spot photo

图5 地质雷达探测成果图像Fig. 5Geological radar detection results image

图5是采用灰阶形式表示的图像，通过增益模式处理，图中清晰可见三处单边双曲线形态的反射波异常。其中，1号异常单边双曲线顶部呈水平状，可清楚判读异常体宽度。2号异常单边双曲线顶部相对较尖锐，信号强度较强，且清晰可见单边双曲线内部有两组独立反射弧。3号异常单边双曲线顶部较平坦，双曲线内部出现清晰二次波反射。

结合现场实地调查，推断出1号异常为管块结构埋设的多根电力线，其双曲线顶部呈现的平顶即为水泥管块的宽度。2号异常为电力管线，采用套管直埋方式埋设，由于单边双曲线内部有两组独立反射弧，推测套管中可能有两根电缆。3号异常为给水管线，采用管埋方式埋设，由于采用地下管线探测仪追索无信号，推测为砼材质管，随后经开挖验证，确实为要探测的砼材质给水管道。

3.3.2合肥市巢湖路某处沉井及井盖探测

图6　地质雷达探测沉井现场Fig. 6 Scene of geological radar detection of sunk well

由于建设场地施工原因，导致部分污水沉井井盖被掩埋，急需寻找井室确切位置进行疏通。受合肥市排水办的委托，我们采用地质雷达方法进行现场探测寻找（图6）。

图7 地质雷达探测结果图像Fig. 7 Geological radar detection results image， raw

图7是采用100MHz天线、采样时窗长度200ns、叠加次数64次、测点距0.20m的地质雷达探测结果的反射断面图。雷达图像经过指数增益模式处理，从图中清晰可见，在剖面上大约8m处出现一组单边双曲线形反射波异常。经过时深转换后，首次反射波大约出现在深度1.3m左右，结合现场调查推断认为是需要寻找的沉井井室位置。

4　结语

地质雷达在解决地下管线及地下埋设物的探查中利用不同频率的天线组合，结合实地调查工作，确实能解决一些疑难复杂管线的定位问题，但由于受场地环境、电磁干扰等、人文活动等因素制约，很多地段无法获得目标物的准确信息，探测工作必须分步骤有序进行，特别是现场试验、实地调查工作环节十分重要。该方法是探测非金属管道的一种手段，对于金属管线可作为探测方法的一种补充。

［1］杨峰，彭苏萍.地质雷达探测原理与方法研究［M］. 北京： 科学出版社，2010.

［2］赵永峰.地质雷达技术在地下管线探测中的应用［J］. 地震地磁观测与研究，2009，2（4）：34～38.

［3］袁明德.探地雷达探测地下管线的能力［J］. 物探与化探，2002，26（2）：152～155，162.

APPLICATION OF GEOLOGICAL RADAR IN DETECTION OF UNDERGROUND PIPELINE AND CASE ANALYSIS

XIANG Li-bin
（Institute of Geophysical and Geochemical Survey Technology of Anhui Province， Hefei， Anhui 230022， China）

Underground pipe network detection is generally divided into spot survey and blind zone detection. Based on available pipeline distribution map， spot survey is conducted first， followed by detection of pipeline in blind zone. This paper introduced basic principle of geological radar detection， listed cases of the application，and analyzed detection results according to local conditions.

geological radar； high-frequency electromagnetic wave； underground pipeline detection； case analysis

1005－6157（2016）03－0222－3

P631.5

A

2016-02-25

项立斌（1963－ ），男，安徽巢湖人，高级工程师，现主要从事地球物理勘探工作。。