單孔共偏移距鉆孔雷達在深埋管線探測中的應用

崔 華 曾美英

（南昌市測繪勘察研究院，江西南昌 330038）

隨著我國科學技術的高速發展，也進一步推動了我國現代化城市的建設進程。因此，當下城市地下的管線規模和復雜程度越來越高，在城市建設過程中，特別是在地下空間的整體布局過程中，經常會出現管線被損壞的問題，因此只有做好日常的運維工作，才可以促進城市的建設和發展。

1 管線探測技術面臨著的挑戰

在現階段的發展中，科學技術也處于不斷發展中，管道材料的種類越來越多，大量的非金屬材料使用，對當下電磁感應法的傳統管線探測技術提出了更高的要求。一些非開挖技術的使用，使得城市中出現了較多類型的深埋管線，管線建設方式依然使用傳統的地面探測方法，已經無法滿足探測的實際需求。現代化城市的建設過程中，地面建筑越來越多，道路建設越來越密集，導致探測工作無法順利開展。此外地下建筑群數量的增加，使探測的過程中也會受到各種類型的干擾。在實際的探測過程中，干擾因素沒有得到有效排除，會嚴重影響管線的探測效果。

基于目前地下管線的探測問題，需要進行探測技術方面的創新，妥善利用超深地下管線提升探測的效果。

2 探測超深地下管線的技術

目前超深埋設的管線主要是頂部埋深超出3 m的管線，在敷設的過程中使用非開挖的鋪設技術。

2.1 電磁感應法

在金屬管線的探測過程中，主要采用電磁閥感應法。在具體的使用過程中，主要利用管線與周圍土質環境的導電特征，與磁性之間存在較大差異，可以利用感應電磁場的實際分布特征，對管線的實際位置進行確定。例如，市面上RD系列管線探測儀就是利用這種方式進行管線的位置確定。該技術在使用的過程中，僅能夠作用于一些導電性能良好的金屬管線，對于非金屬管線無法起到良好的探測效果。

2.2 探地雷達法

探地雷達法是一種輔助的探測手段，可以作用于一些非金屬的管線。在具體的應用過程中，主要利用管線與周圍環境的介電常數差異性，對管線表面反射的高頻電磁波進行分析，通過分析波形與能量的情況，有效確定地下管線的實際位置。

探地雷達法比較容易受到周圍環境的影響，例如在一些位置出現地下水位較高的情況，就會對實際的探測效果造成較大影響。

2.3 磁梯度法

磁梯度法的原理是通過金屬管線與周圍介質之間的磁性不同，基于磁場在空間中的不同變化率，確定管線的實際位置。磁梯度法在使用的過程中，可以有效對一些深度較大的地下管線進行探測，但經常會受到一些磁體的影響。磁梯度法僅用于磁性體干擾較低的區域中，對地下隱蔽的鐵磁性管道進行探測。

2.4 充電法

充電法主要對金屬管線進行充電，在管線的周圍土層中產生電場，以此對充電點位以及電位地圖曲線進行觀察，判斷管線的實際位置。充電法與電磁法的弊端相似。

2.5 淺層地震波法

淺層地震波法主要利用人工振源的方式，基本原理與探地雷達法相同，對振動過程中產生的反射波進行分析，以此判斷管線的實際位置。淺層地震波法探測的范圍較大，但探測的分辨率較低，常用于一些大型的管線項目。

上述幾種探測技術都是地球物理方法的管線探測法，使用前提是管線與周圍的地層之間存在一定的物性差異，因可以有效在地表利用各種儀器對物性差異進行采集，管線的直徑降低或管線的埋深提升，都會導致物性的差異降低，無法有效對一些埋深較深的管線進行探測。為了解決深埋管線的探測難題，出現了孔中探測的方式，可以解決傳統探測方式存在的各種問題。

在現階段鉆孔雷達的運行中，主要有兩種模式，分別為單孔反射模式與跨孔層析成像模式。

3 鉆孔雷達技術原理

鉆孔雷達的技術方式是利用雷達波在地層中傳播進行探測的一種技術方式，鉆孔雷達與普通探地雷達的運行原理基本相同。目前使用的雷達波頻率基本都為10～1 000 MHz。在運行的過程中，發射天線可以發出高頻的電磁波譜，接收條線可以對地下介質產生的發射波進行接收。一旦在地下介質出現不均勻的地質體，會直接導致發射波的波形、振幅以及相位發生相應的變化。可以利用反射波的振幅與波形信息的不同，推測地下巖土介質的結構性特征。另外，在探地雷達的運行過程中，受到地面探測的限制，使得探測的實際深度有限。為了進一步提升探測的整體工作范圍，雷達的反射裝置與接收裝置都放在鉆孔中，形成鉆孔雷達，提升探測的深度。

鉆孔雷達技術原理如圖1所示。

圖1 鉆孔雷達技術原理

這種測量方式就是一種將原本地面上的探測裝置放入井中進行探測。在將發射裝置與接收天線放置在同一個鉆孔中后，利用固定間距的方式，沿著鉆孔的垂直方向進行移動。鉆孔雷達探測方式使用的光纖在傳輸信號的過程中，具有能量損耗低、傳輸距離遠、抗干擾能力強等特點。在實際的使用過程中，可以利用光纖材料有效提升信號的質量。一般情況下，采用偶極子天線作為雷達的天線，裝置在使用的過程中，可以全方位進行信號的接收。

鉆孔雷達單孔技術的測量過程中，對于數據的解釋與地面探地雷達的原理相同。在接收信號的過程中，單孔測量過程中的信號是全方位反射信號，不只是接收同一個方向的信號。在進行信號接收的過程中，無法基于單一個鉆孔的數據信息對探測對象位置進行確定，但可以基于鉆孔與探測對象的實際距離、形態以及鉆孔之間所形成的夾角進行確定。接收天線接到的信號后，其反射波會形成雷達剖面，可以利用反射波的各種信息數據，確定目標的信息。

地線管線形成的幾何形態屬于點狀體的類型，在發射波成像的過程中，會呈現雙曲線的形態，對距離鉆孔的距離進行判定時，可以利用發射波進行判斷。使用單孔反射波測量的過程中，無法準確確定管線異常體的實際位置，可以利用多個單孔發射所有型號形成的數據，進行綜合性比較分析，以此較為全面對被測對象進行各種數據信息的判斷。

4 工程實例應用

4.1 工程概況

2015年，某地鐵建設工程項目車站主體結構的下方敷設了鋼筋混凝土管道，管道臨近車站主體，后續建設中會對工程造成較大的影響，需要對其管道的高程以及平面位置進行確定，以此保障工程項目的施工過程不會對管道造成質量方面的影響。

4.2 探測方案

探測前，工作人員搜集各方面的管道資料，得到管道在平面的大致位置，根據垂直管道走向進行鉆孔的布置。探測方案中，鉆孔深度設計為30 cm，在鉆孔當中放置能夠到達鉆孔底部的PE套管，兩組不同的鉆孔剖面間距為8 cm。在不同的鉆孔中使用雷達天線，放置在鉆孔和的底部位置，對管道中的反射波信號進行采集，準確判斷鉆孔與管道的實際距離。在儀器的使用方面，本方案采用了RIS-K2型號的探地雷達，搭配150 MHz井中天線進行探測。

在實際的探測過程中，淺部位置存在較為強烈的地面反射波，雷達圖像表現為半幅雙曲線，雙曲線的頂部位置表示鉆孔的實際位置。在20.3 m的深度位置發現一個較為典型的雙曲線型管線異常現象，可以判斷這個異常是由探測對象引起的現象。

4.3 結論分析

采用全新的探測方案后，有效確定了管線的實際位置超過了2 m，且為非金屬管線。

探底技術是一種高分辨率的物探技術類型，可以有效利用鉆孔與孔當中補助天線，開展鉆孔雷法探測，提升探測的有效深度，對于大埋深的管線十分有利。

鉆孔雷達的探測技術方式可以根據目標管線的大致位置進行科學合理的鉆孔控制。為了實現良好的探測效果，還需要保障鉆孔與目標管線的水平距離合理性。一旦距離管線過近，會導致鉆孔對管線造成質量方面的威脅。鉆孔雷達接收的反射波主要源于鉆孔的四周，為了保障確定出探測對象的具體位置，需要保障鉆孔在2個以上，保證能夠有效進行數據方面的綜合性分析。

5 結語

綜上所述，在目前的物探技術使用過程中，傳統的技術方式無法對一些深埋設的管線進行位置確定，提出一種單孔共偏移距鉆孔雷達技術方式，可以滿足現階段對管線探測的要求。