地质雷达管线探测实施方案

地质雷达管线探测方案中南大学土木工程分院

地下管线探测是采取现场调查、仪器探测等方法获取工作区范围内现状地下管网属性和空间位置有关数据的过程。地下管线普查中使用的探测仪器以管线探测仪和探地雷达为主，其中由于管线探测仪的快速高效、简便灵活和高精度低成本的特点而得到广泛应用，但受其工作原理的限制，存在探测工作盲区：非金属管线如水泥、塑料与陶瓷等材质管线；传导电信号弱的金属管线（如橡胶垫接口的铸铁管、球墨铸铁管等）和探测信号难以区分的并行与交叉金属管线等。

探地雷达利用发射高频宽频带电磁波并接受来自地下界面的反射波，根据反射波的旅行时间、幅度与波形资料，解释推断地下介质结构。只要地下管线目标与周围介质之间存在足够的电性差异就能被探地雷达发现。探地雷达的管线探测能力弥补了管线探测仪的探测缺陷，因此探地雷达已成为城市地下管线探测必备的设备。

一探测内容

探地雷达法探测内容为：探查地面下方20m以内管线分布状况。

二探测原理

地质雷达法探测，其方法原理如下：地质雷达主机通过天线向地下发射频率为数百兆赫兹的电磁波，当电磁波遇到不同媒质的界面时便会发生反射，反射波返回地表面被接收天线所接收（发射与接收可为同一天线）。此时雷达主机记录下电磁波从发射到接收电磁波的双程旅行时∆t。在已知电磁波在地下传播速度V（V 可由已知介质测定）时，可由深度D = V •∆t/2公式求出地下异常体的深度，见图1。

图1 地质雷达二衬检测原理示意图

在地质雷达法勘探中，电磁波通常被近似为均匀平面波。其传播速度在高阻媒质中取决于媒质的相对介电常数 εr ，即： V = C/r ε

式中: C = 0.3 m/ns

εr 为媒质的相对介电常数

电磁波传播至不同媒质界面时会在界面附近产生反射波, 其反射系数为:

R = (1ε - 2ε )/ (1ε +2ε )

由此可知,电磁波的反射系数取决于界面两边媒质的相对介电常数的差异, 差异越大，反射系数越大。

三测线布置

根据需求，测线宜采用横、纵向垂直交叉1m等间距布置，如图2所示。

单位:m

单位:m

图2 测线布置示意图

四探测设备及参数设置

本次检测采用美国GSSI公司的SIR—3000型地质雷达，天线为100 Mhz 收发单置式天线，如图3。

图3 SIR-3000型地质雷达及100M天线

仪器参数设置为：

每秒扫描：40扫描/秒;

探测时窗：150 ns（有效探测深度约0～20 m）。

五资料处理

资料处理流程为:数据传输→距离均衡→滤波处理→资料解释。

资料解释:在了解测区工程概况及地质资料的基础上,对雷达图像记录中的异常段进行判释,分析异常信号的成因,去除干扰物体的干扰信号,最后确定地下管线分布情况。

六结果解释

通过对数据处理与分析，得出地下管线分布及埋深情况。

野外实测资料需通过资料整理：将每条测线进行编录整理、归一化测线长度使得每条测线的探测资料具有统一的道间距、采样间隔和时间窗口，再经过基本的信号滤波等方法对探测资料进行数字化处理以达到提高信号信噪比的目的。

通过对比处理后的探测资料图，以资料图中所反映的地下介质变化情况，以此达到探测的目的。如图4地下管线雷达探测图形：

图4 地质雷达管线探测图

通过以上列出的各类雷达图，可以看出不同材质、不同性质的管线在图上有不同的表现，不同埋深、不同大小的管线也有不同的表现，即使是同一种管线其埋入的土质（即周围环境不同）存有差异其表现也是不同的。也就是说管线探测是通过管线与其周围介质的物性差异进行的，而这种差异的大小直接影响到探测的有效性和精度，管线埋入的介质如果本身物性差异就很大，将会直接影响到探测工作的有效性，再加上周围环境条件的影响，对资料处理和解释工作都有影响，所以管线探测结果与实际情况可能会有一定的出入，尤其是盲探。