地质雷达在地下管线探测中的应用

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1、万方数据·工程质量检测·地质雷达在地下管线探测中的应用李铂霍延谯(铁道第三勘察设计院集团有限公司物探所天津300251)摘要在大量的城市施工建设过程中，地下管线的保护越来越受到重视，掌握施工区域的地下管线情况是确保施工安全，减少由不明地线管线的分布而造成损失。利用地质雷达对地下管线进行探测，可以有效解决管线探查中的许多疑难问题。关键词地质雷达地下管线探测技术随着现代化的发展，地下电缆、管道的密度越来越大。如何在施工过程中避免破坏这些地下管线就显得尤为重要。地质雷达是一种对地下或结构体内不可见的目标体或界面进行

2、定位的电磁技术。地质雷达以其探测的高分辨率和高效性，被广泛地应用于探明施工区域地下管线。将地质雷达应用于地下管线探测中，可以有效解决管线探查中的许多疑难问题。1地质雷达的原理和工作方法1．1工作原理(略)1．2工作方法将地质雷达的发射和接收天线密贴于目标表面，雷达波通过天线进入介质层中，遇到材质有差别的界面产生反射，接收天线接收到反射波，测出反射波的入射、反射双向走时，就可计算出反射波走过的路程长度，从而求出天线距反射面的距离d：1d=÷V·△￡(1)Z式中：扣天线到反射面的距离，cm；△f一雷达波的双程走时

3、，rlS；y一雷达波的传播速度，cm／ns；对于介质中雷达波的传播速度，可近似由rV=兰(2)_8式中，co为雷达波在空气中的传播速度(340m／s)，8为介质相对介电常数(表1)。实际上，雷达波之所以会在物体界面产生反射，就是因为界面两侧介质的介电常数不同。当存在地下管线时，由于地下目标体与周围介质的介电常数的对比差异，也使得地下目标体“可见”，见图1。图1检测结果与实际结构的对照图地质雷达在工作时，有连续测量和点测两种工作方式。连续方式具有检测点多、检测效率高的优点；而点测可通过选择消除背景、去除干扰、多

4、次叠加等手段提高信噪比，增加识别目标的能力。实际检测时，一般首先选用连续测量方式对整个目标段进行普查，而后再对发现异常的地方使用点测方式重点检测。2工程实例2．1工程概况天津市某立交桥桥墩施工区域内有地下管线。但线路分布复杂，管线类型多，埋深不等，很多不明管线可能与施工面相交，将直接影响到整个工程能否顺利进行。因此，探明施工区地下管线和线路的敷设情况是确保施工安全的重要前提。2．2设备选择和连接地质雷达SIR一2000型系统可针对用户的不同收稿日期：2007一11—25铁道建筑技术RAILWAYCONSTRU

5、CTIONTECHNOLOGY2008f增J461万方数据·工程质量检测·表1地下管线探测常见介质的物理量相对介电常数介质电导彰(s／m)介电常数(相对值)速度／(m／M)衰减系数／(dB／m)空气OlO．30纯水10一。3X10-28lO．033O．1冰3．2O．17O．Ol砂(干)10-。．10一34～60．150．Ol砂(湿)lO一．10—2300．06O．03_O．3黏土(湿)10～．18一12O．06l一300砂岩(湿)4×10—261．4xlO-42．6_150．13—0．17(占，=3-5)20

6、—30土壤．5．0x10。2—400．095(8。=10)o．15(s，=40)肥土15O．0r78混凝土6．40．12沥青3—5O．12一O．18要求，即探测目标种类、深度和分辨率的不同，实现一套探地雷达主机与工作于不同中心频率和带宽的收发天线相匹配的功能。该系统具有实时动态调试、图像连续显示、数据存贮、背景消除、点测波形堆积、快速回放、事后图像处理和识别及打印输出等功能。天线的选择需兼顾目标深度、目标最小尺度及天线尺寸是否符合场地需要等因素，为保证检测的垂向分辨率，选择中心频率的400MHz和100MHz

7、屏蔽天线。管线探测前需首先正确连接微机、雷达主机、天线和电源部分(图2)。图2设备的连接2．3地下管线分布的探查和资料解释在地质雷达探测中使用的参数应满足现场探测要求，选择连续测试后，将天线沿布置测线匀速拖行即可。探测利用100MHz和400MHz的屏蔽天线共测得4组对比数据，经过一维滤波、深度转换(速度取12cm／ns)等处理，得到与实际地下情况基本一致的深度剖面。图3是利用地质雷达SIR一2000，配备100MHz天线，选择连续测试方式，在施工区域由东至西测得(测线长30nl，图中给出测线的后20in)。

8、彩图的前半段由上至下显示出能量逐渐减弱的双曲线，是典型的非金属管道指示，后经明挖验证，该处分布有一排水管道；彩图的后半段有明显的下倾斜坡指示，这与该区域拆迁前为倾斜的山坡相符合。图3利用探地雷达进行地下管线探测的彩色图像为弄清地下管道的深度和对地下介质的垂向分布有一个定量的认识，对彩图进行了静校正、频谱分析、一维滤波和深度转换等一系列处理，得到地质雷达的深度剖面(图3)。从图中可以看到管道顶部埋深大