淺談地質雷達在管線探測中的應用

孫宇

【摘 要】隨著城市的發展，地下管線的建設好壞直接關系到城市建設的速度及市容形象，如何更好地建設地下管線，成為當前城市建設的一項重要工作。現在管線探測中存在的難點主要是非金屬管線的探測，現在應用比較多的就是地質雷達進行探測，本文就地質雷達在管線探測中的工作原理及不同管線的探測方法進行闡述，并分析不同的探查方法的優劣，以供管線建設工作者選擇。

【關鍵詞】地質雷達 工作原理 探測方法

1 地質雷達的工作原理

探地雷達（Ground Penetrating Radar，簡稱GPR）是利用超高頻短脈沖電磁波在介質中傳播時其路徑、電磁波強度與波形隨通過介質的電性差異和幾何形態的不同而變化的特征，根據接收到地下介質身射電磁波的旅行時間（雙程走時）、幅度與頻率資料來判斷管線的深度、位置和估算管線直徑的一種地球物理方法。當所要探測的管線方向可以確定時，探測的路線應該垂直要探測管線長軸。沿測線發射和接收電磁波。如圖1，最終得到雷達探測實時剖面圖，地下管線反射波在實時剖面上形成拋物線態圖形。拋物線頂點橫向坐標值是管線中心軸線測量起始點的水平距離，拋物線頂點豎向坐標值為管線上表面距測量表面的深度值。

2 探查方法

（1）對想要探測的未知管線進行探測時，應該在測區附近首先應在現場確定好坐標，一般都是做測區控制網，手機控制點要做在固定的能夠永久保存的標識點上，防止被破壞，沒有坐標起算和檢核依據。測線根據實地管線分布情況而定，最好布設呈網狀，每條相鄰測線的間距根據測量的區域形狀和要求的成果精度決定，在符合精度的前提下盡量距離大。也有根據天線寬度決定的，一般的在1-2倍之間。對于大多數管線都不會出現遺漏。在顯示屏上要想判斷一條管線是不是連續的。要看拋物線與探測管線垂直的波形反應，如果在同一方向上的相鄰測量上，反應的波形相近或者絕大多數類似，說明是一條連續管線。相反要是波形不同，或差異很大就說明這地方有混凝土塊、箱形物體或者不是一條管線，或者是中間埋深變化或變化點。測區地下介子電性差異變化大，消除的方法也是做成網狀形式的。

（2）對管線深度和水平位置的探測：在雷達剖面顯示屏上可以直接讀取管線的深度探地雷達自帶的系統直接把時間域轉換成空間域。電磁波在不同介質中的傳播速度是不一樣的，在確定管線深度之前，最好在測量區域內找一條已知管線進行傳播速度測試。探測管線的水平位置可由測量輪精確測得，最值得一提的是，探底雷達具有現場天線回來定位功能，當探地雷達顯示出管線波形時，可將天線回拉，回來的方向要與探測管線方向垂直，顯示屏上天線的光標會隨著天線的回拉在屏幕上移動，由于天線回拉方向與管線垂直，所以光標會隨著天線的移動在拋物線上移動，當光標到達拋物線頂點時，天線的位置就是探測管線的中心平面位置，左右多試幾次就能精準的確定管線平面位置。

（3）探測管線管徑：一般的探地雷達在精度要求范圍內很難確定探測管線的管徑，一般都是根據個人經驗及開井量測，一般都是根據現場詢問甲方或者現場開挖。要是經驗不足或者沒有開井或者開挖很難達到技術要求。但是加拿大pulse EKKO 100A探地雷達自帶的后處理軟件REFLEXW提供了一種通過擬合拋物線形狀大小的方法來判斷管線管徑的方法，我們在管線半徑的窗口內輸入預判的探測管線半徑值，根據經驗不同所花費的時間不一樣，當輸入的探測管線半徑值，所出現的擬合拋物線的形狀大小和探測出來的拋物線形狀大小完全吻合，說明輸入的管線半徑就是探測的管線的半徑。這種方法是我們解決管線直徑的探測問題的一種有效手段。

（4）探地雷達對非金屬管線的探測方法：非金屬管線探測儀主要由震蕩器（發射機）、探頭、放大器、震動器、接收機、耳機等部分組成，一般適用于的管線是內部流體為液態，并且帶壓力的非金屬管道，比如PVC材質的給水管線，砼材質的污水和雨水管線，PVC材質的煤氣管線。主要是利用聲波原理，聲音在不同物質中的傳播速度不同，特別是在有壓力的流動液體內，這樣就能確定探測管線的位置。基本使用方法是：震蕩器（發射機）發出一定頻率的聲波信號，該信號通過與管線相連接的震動器傳輸到管線上，并沿埋于地下的管線向遠端傳遞，同時該聲波信號也能傳送至地面。探頭在地面上捕捉該聲波信號并通過接收機將信號放大后輸出到顯示儀表和耳機，從而確定地下管線的位置。

（5）導向儀探測法：針對一些電力、通訊類空管管線、非開挖管線，包括未使用的非開挖燃氣、自來水、雨污水管線，可采用導向儀探測法定位、定深，其原理是利用放置金屬探頭在管內，利用外力沿管內慢慢移動，通過地面導向管線儀（亦可采用RD8000型接收機）進行信號接受，每移動約5米距離進行定位并測深。此種方法我單位在蘇州軌道交通管線探測施工中、福州市內所有非開挖管線探測的施工中，均獲得了較好的探測效果。

3 結語

本文主要介紹了地質雷達在管線探測中的工作原理及在管線探測中的探測方法，在非金屬及金屬管線探測中得到了很大的認可，但是此技術還不是非常成熟，我希望在隨著科技力量的不斷發展，此技術能得到更好的更新及改進，使管線探測越來越容易。

參考文獻：

[1]楊峰.地質雷達探測原理與方法研究[J].科學出本社，2010.

[2]陳軍，趙永輝，萬明浩.地質雷達在地下管線探測中的應用[J].工程地球物理學報，2005（4）.