论地质雷达在城市非金属地下管线探测中的应用

（西安煤航信息产业有限公司 陕西西安710199）

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随着城市现代化的发展，地下电缆、管道的密集度越来越大。它们的安全直接关系到经济建设、市民生活，同时，也影响到施工人员的人身安全。因此，地下工程中如何在施工时避免破坏这些地下管线就变得越来越重要。

非金属管线地质雷达传播参数

随着城市现代化的发展，地下电缆、管道的密集度越来越大。它们的安全直接关系到经济建设、市民生活，同时，也影响到施工人员的人身安全。因此，地下工程中如何在施工时避免破坏这些地下管线就变得越来越重要。近年来，PE、PP、PVC、混凝土等非金属管线被广泛地运用于城市地下管线建设工程之中，在给水、煤气和排水管道中更是大量采用，使用传统的金属管线探测仪已无法完全满足现有的管线探测需要。对这些非金属管线的探测已逐渐成为管线管理部门和施工单位的一大难题。而今天地质雷达的使用从本质上解决了这一问题。

1 地质雷达的工作原理

根据电磁波在有耗介质中的传播特性，地质雷达以宽频带短脉冲的形式向介质内发射高频电磁波(100M～500MHz)，当地下介质为均匀完整时，雷达波基本不发生反射或反射能量很弱；当地下介质存在较大差异或存在异常目标体时，雷达波会在界面发生反射；其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性特征和几何形态的不同而变化。因此，根据接收到波的旅行时间(亦称双程走时)、幅度及波形资料，可推断介质的结构、构造和反射界面的深度。

表1

在对接收天线接收到的雷达波进行处理和分析的基础上，根据接收到的雷达波形、强度、双程时间等参数便可推断地下目标体的空间位置、结构、电性及几何形态，从而达到对地下隐蔽目标物的探测。我们可以看到，一个水平的层面的信息是一条水平的轨迹，而一些小的结构物，诸如管线，则会形成一个抛物线式的轨迹。这是因为，水平层面的回波同时回到雷达系统；而诸如管线之类的小的结构物则因为管线侧边上的回波需要更长的时间才能回到雷达系统。所以会形成抛物线的形态。这是一种非破坏性的探测技术，可以安全地用于城市建设中的工程场地，并具有较高的探测精度和分辨率。

2 地质雷达在管线探测中的应用

2.1 电磁波在地下介质中的传播参数

这里主要介绍与地质雷达有关的传播参数。地质雷达的传播参数主要是传播的速度、衰减系数以及界面的反射系数。而这三个参数都与介质的电磁性质有关。常见介质的电磁波传播参数见表1。

2.2 垂向分辨率

无论地层或具体目标体，都有上下2个面，假设这2个面跟围岩或上下地层有明显的电性差异，则在顶、底面上都能形成反射波，那么分辨率的概念就是分别从顶、底反射回来的2个脉冲不重叠，或重叠的不厉害，能分得开。我们将这段能分得开的最小距离称为垂直分辨率。

2.3 横向分辨率

如果把垂向分辨率说成时间分辨率，那么，横向分辨率更多体现为空间分辨率的概念。射线理论认为，地下界面上的反射来自由斯奈尔几何定律描述的1个点，但实际上，雷达波的传播还有波动性的一面，由波动理论，当入射波前到达界面上形成反射波时，是以“反射点”为中心点的1个面上反射的综合，它们是以干涉形式形成能量累加或相减的带状分布的。将围绕反射点能量累加的这一圈反射干涉带称为菲涅尔带(Fresnel带)。

2.4 参数的选择

在使用地质雷达进行探测时，进行合适的参数设置和选取，对探测到目标体以及正确反应出目标体的正确信息非常重要。地质雷达主要须考虑的参数有中心频率、采样时窗、采样率以及天线距。

2.5 不同管线雷达成像对比

这里以不同管径、不同埋深的排水管线为例，仪器采用瑞典MALAX3M二维雷达，分别说明雷达在管线探测中的应用。

（1）管径、材质和内容物相同，深度不同。

（2）相同场地和材质，近似深度，不同管径。

3 结语

地质雷达由于使用的是高频宽频带短脉冲电磁波和高速采样技术，其探测的分辨率要高于其它地球物理方法。但是，这不能说明地质雷达就是无所不能的。事实上，地质雷达在地下非金属管线探测的应用中也有其局限性，对于大埋深小管径的管线地质雷达也无能为力、地质雷达的探测深度也是亟待解决的问题，一些目标体异常尺寸足够大但电性差异与周围介质相差不大也不易被探测出。为此，针对管径小等问题还有待于人们的进一步研究。

[1]杨向东.地下管线综合探测技术在道路改造中的应用 [J].物探与化探,2001.

[2]李大心.探地雷达应用与方法 [M].北京:地质出版社，1994.

[3]曾昭发，刘四新，王者江，等.探底雷达方原理与应用 [M].北京:科学出版社.

[4]胡平,肖都,方慧.高频探地雷达技术在香港工程质量检测中的应用 [J].物探与化探, 2004.

[5]汪谋.地质雷达探测效果影响因素的研究 [M].雷达科学与技术,2007.

[6]袁明德.浅析滩地雷达的分辨率 [M].物探与化探,2003.

[7]康省桢.参数选取对探地雷达厚度检测的影响 [J].养护机械与施工技术,2007.

论地质雷达在城市非金属地下管线探测中的应用

■夏鹏王玉洁

F407.1[文献码]B

1000-405X（2016）-10-197-1