探析探地雷达在高水位区管线探测中的应用

摘要 ：随着城镇建设速度的加快，使得城市地下管线的数量及种类 越来越多，地下管线已经成为城市建设中的重要组成部分。但因施 工挖断管线带来的问题层出不穷，因此探测地下管线的位置及走向 已成为施工前的必备工作。探地雷达由于其携带方便，测量精准的 特点被广泛应用于探测地下管线之中，本文就浅析探地雷达在高水 位区管线探测中的应用。

关键词： 管线、探地雷达、应用

一、城市地下管线

地下管线因在城市建设中发挥的作用不同，地下管线的埋设位 置及使用材料不同。如担任通信职能的地下管线通常采用由铜铝材 料构成的电缆；供热、供水、燃气的地下管线常采用由钢材铸铁构 成的金属管线；而排水一般用水泥陶瓷等材料制成的非金属管道 [1]。地下管线由于其职能的多样性导致构成的地下管线网络和地下 管线的材质极其复杂，因此探测地下管线的仪器就必须具有分辨率 高抗干扰性强的特点。

二、城市地下管线的探测方法

地下管线的位置和埋深是我们探测管线的主要目的，不同的地 下管线其所处的地下环境不同，物理性质与周围介质存在着差异， 各种探测地下管线的方法都是这种物性差异进行探测的。

探测时由地下管线与周围介质物性差异的不同选择不同的探测方 法，目前主要采用电磁感应法来探测金属管线。电磁感应法即根据 地下管线与周围介质在导电、导磁等物理性质的差异，利用天然电 磁场或人工电磁场使地下管线产生电流再利用电磁感应原理去探测 地下管线的一种技术手段，但电磁感应法主要用来探测管线长度大 于管线埋深时的金属管线，在探测非金属管线时效果就不理想了。 而探地雷达既可测金属管线也可测非金属管线，所以目前探地雷达 已经成为探测地下不可见目标体的重要技术手段。

三、探地雷达

1、探地雷达的工作原理

目前我国的探地雷达由控制面板、发射机、发射天线、接收天 线、接收机等组成。探地雷达是利用电磁波传播时随着介质物性的 变化而改变，通过对时域波形的处理分析确定地下目标体的位置及 结构的一种探测技术。探地雷达工作时先由发射天线将高频电磁波 从地面定向送入地下，然后高频电磁波在地下经过反射后返回地 面，再由接收天线接收，通过对电磁波反射信号的时频特征和振幅 特征的分析从而确定地层或目标体的组成和结构的方法^[2] 。

表1：电磁波在介质中的传播参数

• 2、探地雷达的测试方法

探地雷达在野外工作时可以根据探测区域的性质及探测要求选 择合适的探测方法。常用的探测方法有剖面法、宽角法和投射法。 下面简述这两种探测方法：

（1）剖面法：剖面法是指测试时将发射天线和接收天线固定，再以 固定间距沿测线同步移动的一种测量方法。发射天线和接收天线每 移动一次便获得一个记录，其测量结果用脉冲反射波的波形形式记 录，黑白灰阶常用来表示波形的正负峰，波形图上种测点均以测线 的铅锤反向记录波形，构成雷达剖面。探地雷达剖面图象横坐记录 天线在地表的位置，纵坐标为反射波双程行程；还可以换算成地质 剖面的深度。

图1剖面法测试原理图

（2）宽角法：宽角法主要用于测量电磁波在地下介质中的传播速 度。测试时保持两天线中心点位置不变反向等距移动发射天线和接 收天线，此时记录的是电磁波通过地下各个不同层的传播时间，从 而反应了不同介质的速度分布。宽角法主要用来探测地下介质相对 均匀并且反射界面近于水平的目标体。

图2宽角法测波速示意图

（3）透射法：透射法是在目标体的两侧放置发射天线和接收天线， 通过测量穿透目标体的直达波的到达时间来计算出雷达波的速度的 方法。透射法记录的波形易识别和计算，常用来探测墙体柱体的质 量检测。

3、探地雷达的技术参数

• （1）分辨率

探地雷达的分辨率决定了分辨最小异常介质的能力，地下管线

与周围介质的物性差异都可影响探地雷达的分辨率。因此探地雷达 在探测地下管线时要根据地下管线及周围的介质特性选择合适的分 辨率，以便区分目标体。

• （2）探测深度

地下管线的埋设及其位置错乱复杂，需要探测的深度也不同。 发射天线发射的电磁波的频率不同，发射天线的发射功率不同，导 致探地雷达的测量深度不同。发射频率高的探地雷达分辨率高，穿 透距离浅；发射频率低的探地雷达分辨率低但穿透距离深。为了探 测不同深度的地下管线，要设定合适的参数。

表2不同天线频率的探测深度和分辨率

四、探地雷达在实际探测中的应用

探地雷达由于其分辨率高，无损探测及抗干扰能力强的特点， 广泛应用于探测地下不可见的目标体。剖面法作为探地雷达的一种 测试方法，在探测时可以得到目标体整个剖面上的雷达记录，从剖 面图中可以区分不同介质的界面，并可精确计算介质层的深度和厚 度，常常用来地下管线的探测及工程的勘测。如在施工前对施工区 域进行管线探测，检测地下管线情况避免挖断管线出现事故；对施 工地质进行探测，检测该区域地质能否满足施工需要，避免因地质 不符导致的施工灾难。