地质雷达在地下管线探测中的应用研究

地质雷达在地下管线探测中的应用研究

摘要：在城市建设发展速度不断加快的背景下，城市建设中针对地下空间管线

探测的工作量日益增多。更为关键的是，随着地下管线施工工艺的发展以及管道

材质的多元化完善，地下管线探测的难度也在日益增加。地质雷达作为一种高频

宽度电磁波地下管线探测技术，适用于地下浅层深度的探测作业，具有分辨率高、准确可靠、安全无损、快捷连续等一系列优势，在地下管线探测领域中具有非常

确切的应用价值。本文即在分析地质雷达探测原理的基础之上，概述地质雷达技

术在地下管线探测中的应用优势，并就其实际应用要点展开分析与探讨，望能够

引起业内人士的高度关注与重视。

关键词：地下管线；地质雷达；探测；应用

在城市建设发展速度不断加快的背景下，城市地下空间的利用率也不断提升，地下管线类型众多且在用途、材料性质以及尺寸上均存在非常明显的差异性，因

此针对不同类型地下管线需应用的探测技术也会存在一定的差异性。传统意义上

所选用的地下管线探测技术无法准确针对损伤程度进行评估，地下管线的铺设质

量也难以得到准确的反应，由此可能导致一系列质量安全隐患的产生，对地下管

线探测质量产生非常不良的影响。地质雷达作为一种高频宽度电磁波地下管线探

测技术，适用于地下浅层深度的探测作业，具有分辨率高、准确可靠、安全无损、快捷连续等一系列优势，在地下管线探测领域中具有非常确切的应用价值，本文

即针对地质雷达技术在地下管线探测领域中的应用问题进行分析与探讨。

1 地质雷达探测原理

地质雷达是一种用于评估并分析地下介质分布情况的高频电磁技术。地下雷

达探测以地下介质在介电性方面的差异为依据，通过天线发射或接收高频电磁波

信号的方式，利用工作软件处理所接收信号并成像，从而帮助工作人员得到相应

探测结果。应用地质雷达技术进行地下管线探测的基本原理如下图（见图1）所示。

图1：地质雷达的技术进行地下管线探测的基本原理示意图

在应用地质雷达技术进行地下管线探测作业的过程中，最基础的操作过程是：由放置于地面的天线面向地下待探测区域发射高频电磁脉冲信号，在高频电磁脉

冲信号于地下空间内进行传播的过程当中，若遭遇相对介电常数不同（及有不同

电性表现）的界面时，高频电磁脉冲信号中一部分透射界面并继续向地下空间其

他区域进行传播，而另一部分信号则在该位置直接反射会地面，由地面所安装接

收天线进行接收并记录至主机中。在这一操作过程当中，若地下介质波速已知或

地下探测空间中介质的相对介质常数已知，则可以根据所测定反射波自发射天线

发出至接收天线接受耗时（以下定义为t）的具体结果，计算所地质雷达技术所

探测物体的埋深以及具体位置。在这一过程当中，假定T为发射天线，R为地面

接收天线，h为地下管线目标体顶部埋设深度，r为电磁波双程走时，则可建议如下所示关系：

vt＝（4h2＋x2）-1 (1)

该式中，定义屏蔽式发射体现为t，接收天线为r，两者距离为x，若两者距

离高度相近，即在x无线趋近于0的情况下，可将式（1）转换为：

h＝1/2vt (2)

根据上式，若电磁波在介质中的传播速度v处于已知状态，并且电磁发射博

的走时的t可以加以准确计算，则就能够通过以上方式得到待测定目标物体的深

度取值。

2 地质雷达技术在地下管线探测中的应用价值

第一，分辨率高。在地下管线探测过程中，应用地质雷达探测技术具有较高

的分辨率，所呈现出的地下管线分布图像清晰度高，能够直接掌握所探测区域地

下管线的实际分布情况，并在探测结果的辅助下展开科学有效的设计施工作业，

强化地下管线设计质量，并更好的为地下管线正式施工提供服务，保障地下管线

铺设的安全性与可靠性。同时，依托于地质雷达技术所提供的高分辨率图像，还

能够为整个城市建设探测提供重要指导，支持对城市建设水平的综合评定与分析。

第二，准确可靠。地质雷达探测技术的准确性高，在应用地下管线探测的过

程中呈现出了连续性的特点，确保所探测地下管线分布数据状态的完整性与动态性。地质雷达探测技术通过对介质介电性质以及几何形态的分析，以改变电磁场

强度以及波形特征，使功能、形态以及性质存在差异的地下管线能够通过地质雷

达探测图像所呈现出来，方便工作人员对地下管线进行合理的选取，确保管线铺

设质量，并为后续针对地下管线的高精度探测提供指导。

第三，快捷无损。地质雷达探测技术在地下管线探测中的应用在浅层分布探

测目标中有良好的适用性，检测过程安全且缺损。整个检测过程中，通过对高频

宽谱无损电磁波的发射与接收，来辨别被探测区域中地下介质的分布情况，也可

在现代化互联网辅助技术的支持下，转移至地面进行探测，发挥地质雷达技术高

速反射的功能优势，方便相关工作人员更为及时与准确的掌握地下管线分布情况，及时对安全隐患进行识别与防控，以促进地下管线探测质量与探测效率的进一步

提升与优化。

3 地质雷达技术在地下管线探测中的应用实例

在地下管线探测过程中，工作人员首先需要对探测区域内的地下管网资料进

行收集与整理，展开实际调查，安排专人进入地下管线探测区域现场，寻找露头

窨井，将其打开进行拍照、丈量深度、填写记录等。然后，针对现场发现的露头

金属管或电力管线，应当在爱地下管线仪器辅助下进行电磁感应探测。而针对非

金属性管道，或埋藏深度较深、管径较大的金属材质管线，则以应当优先选用通

过地质雷达技术进行探测。在当前工程实践领域中，针对地质雷达探测技术的应

用多采用等间隔测点剖面探测的方式，在了解探测目标管线大致走向和位置的基

础上，选择恰当的场地布置测线，详细标志起始位置，并与目标管线走向保持垂

直状态确定探测剖面方向。针对存在转折或分支的地下管线，在地质雷达探测过

程中需要沿管线不同方向以及分支方向合理布置测线，在明确管线具体走向以及

位置后经交汇法处理，实现对现场探测特征点的合理定位。

例：受到建设场地施工因素影响，导致地下管线系统中部分污水沉井井盖被

掩埋，为确保施工质量，及时进行疏通，要求工程人员快速且准确定位地下污水

沉井井室位置。为达到这一目标，应用地质雷达探测技术对施工现场进行探查。

采用100.0MHz天线，采样时窗长度取值为200.0ns，叠加64侧，测点距为

0.02m，所得到地质雷达探测结果如下图（见图2）所示。结合图2可见，在指数增益模式处理后，所生成地质雷达探测结果中剖面8.0m位置可见一组明显异常

信号，信号表现为单边双曲线性反射波异常信号。对该信号进行时深转换处理后，异常反射波信号首次出现在1.3m深度区域，结合现场调查结果将其定位为地下