地質(zhì)雷達(dá)在地下管線探測(cè)中的應(yīng)用

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1、萬方數(shù)據(jù)·工程質(zhì)量檢測(cè)·地質(zhì)雷達(dá)在地下管線探測(cè)中的應(yīng)用李鉑霍延譙(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司物探所天津300251)摘要在大量的城市施工建設(shè)過程中，地下管線的保護(hù)越來越受到重視，掌握施工區(qū)域的地下管線情況是確保施工安全，減少由不明地線管線的分布而造成損失。利用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)地下管線進(jìn)行探測(cè)，可以有效解決管線探查中的許多疑難問題。關(guān)鍵詞地質(zhì)雷達(dá)地下管線探測(cè)技術(shù)隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，地下電纜、管道的密度越來越大。如何在施工過程中避免破壞這些地下管線就顯得尤為重要。地質(zhì)雷達(dá)是一種對(duì)地下或結(jié)構(gòu)體內(nèi)不可見的目標(biāo)體或界面進(jìn)行

2、定位的電磁技術(shù)。地質(zhì)雷達(dá)以其探測(cè)的高分辨率和高效性，被廣泛地應(yīng)用于探明施工區(qū)域地下管線。將地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用于地下管線探測(cè)中，可以有效解決管線探查中的許多疑難問題。1地質(zhì)雷達(dá)的原理和工作方法1．1工作原理(略)1．2工作方法將地質(zhì)雷達(dá)的發(fā)射和接收天線密貼于目標(biāo)表面，雷達(dá)波通過天線進(jìn)入介質(zhì)層中，遇到材質(zhì)有差別的界面產(chǎn)生反射，接收天線接收到反射波，測(cè)出反射波的入射、反射雙向走時(shí)，就可計(jì)算出反射波走過的路程長度，從而求出天線距反射面的距離d：1d=÷V·△￡(1)Z式中：扣天線到反射面的距離，cm；△f一雷達(dá)波的雙程走時(shí)

3、，rlS；y一雷達(dá)波的傳播速度，cm／ns；對(duì)于介質(zhì)中雷達(dá)波的傳播速度，可近似由rV=蘭(2)_8式中，co為雷達(dá)波在空氣中的傳播速度(340m／s)，8為介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)(表1)。實(shí)際上，雷達(dá)波之所以會(huì)在物體界面產(chǎn)生反射，就是因?yàn)榻缑鎯蓚?cè)介質(zhì)的介電常數(shù)不同。當(dāng)存在地下管線時(shí)，由于地下目標(biāo)體與周圍介質(zhì)的介電常數(shù)的對(duì)比差異，也使得地下目標(biāo)體“可見”，見圖1。圖1檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際結(jié)構(gòu)的對(duì)照?qǐng)D地質(zhì)雷達(dá)在工作時(shí)，有連續(xù)測(cè)量和點(diǎn)測(cè)兩種工作方式。連續(xù)方式具有檢測(cè)點(diǎn)多、檢測(cè)效率高的優(yōu)點(diǎn)；而點(diǎn)測(cè)可通過選擇消除背景、去除干擾、多

4、次疊加等手段提高信噪比，增加識(shí)別目標(biāo)的能力。實(shí)際檢測(cè)時(shí)，一般首先選用連續(xù)測(cè)量方式對(duì)整個(gè)目標(biāo)段進(jìn)行普查，而后再對(duì)發(fā)現(xiàn)異常的地方使用點(diǎn)測(cè)方式重點(diǎn)檢測(cè)。2工程實(shí)例2．1工程概況天津市某立交橋橋墩施工區(qū)域內(nèi)有地下管線。但線路分布復(fù)雜，管線類型多，埋深不等，很多不明管線可能與施工面相交，將直接影響到整個(gè)工程能否順利進(jìn)行。因此，探明施工區(qū)地下管線和線路的敷設(shè)情況是確保施工安全的重要前提。2．2設(shè)備選擇和連接地質(zhì)雷達(dá)SIR一2000型系統(tǒng)可針對(duì)用戶的不同收稿日期：2007一11—25鐵道建筑技術(shù)RAILWAYCONSTRU

5、CTIONTECHNOLOGY2008f增J461萬方數(shù)據(jù)·工程質(zhì)量檢測(cè)·表1地下管線探測(cè)常見介質(zhì)的物理量相對(duì)介電常數(shù)介質(zhì)電導(dǎo)彰(s／m)介電常數(shù)(相對(duì)值)速度／(m／M)衰減系數(shù)／(dB／m)空氣OlO．30純水10一。3X10-28lO．033O．1冰3．2O．17O．Ol砂(干)10-。．10一34～60．150．Ol砂(濕)lO一．10—2300．06O．03_O．3黏土(濕)10～．18一12O．06l一300砂巖(濕)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瀝青3—5O．12一O．18要求，即探測(cè)目標(biāo)種類、深度和分辨率的不同，實(shí)現(xiàn)一套探地雷達(dá)主機(jī)與工作于不同中心頻率和帶寬的收發(fā)天線相匹配的功能。該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)試、圖像連續(xù)顯示、數(shù)據(jù)存貯、背景消除、點(diǎn)測(cè)波形堆積、快速回放、事后圖像處理和識(shí)別及打印輸出等功能。天線的選擇需兼顧目標(biāo)深度、目標(biāo)最小尺度及天線尺寸是否符合場(chǎng)地需要等因素，為保證檢測(cè)的垂向分辨率，選擇中心頻率的400MHz和100MHz

7、屏蔽天線。管線探測(cè)前需首先正確連接微機(jī)、雷達(dá)主機(jī)、天線和電源部分(圖2)。圖2設(shè)備的連接2．3地下管線分布的探查和資料解釋在地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)中使用的參數(shù)應(yīng)滿足現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)要求，選擇連續(xù)測(cè)試后，將天線沿布置測(cè)線勻速拖行即可。探測(cè)利用100MHz和400MHz的屏蔽天線共測(cè)得4組對(duì)比數(shù)據(jù)，經(jīng)過一維濾波、深度轉(zhuǎn)換(速度取12cm／ns)等處理，得到與實(shí)際地下情況基本一致的深度剖面。圖3是利用地質(zhì)雷達(dá)SIR一2000，配備100MHz天線，選擇連續(xù)測(cè)試方式，在施工區(qū)域由東至西測(cè)得(測(cè)線長30nl，圖中給出測(cè)線的后20in)。

8、彩圖的前半段由上至下顯示出能量逐漸減弱的雙曲線，是典型的非金屬管道指示，后經(jīng)明挖驗(yàn)證，該處分布有一排水管道；彩圖的后半段有明顯的下傾斜坡指示，這與該區(qū)域拆遷前為傾斜的山坡相符合。圖3利用探地雷達(dá)進(jìn)行地下管線探測(cè)的彩色圖像為弄清地下管道的深度和對(duì)地下介質(zhì)的垂向分布有一個(gè)定量的認(rèn)識(shí)，對(duì)彩圖進(jìn)行了靜校正、頻譜分析、一維濾波和深度轉(zhuǎn)換等一系列處理，得到地質(zhì)雷達(dá)的深度剖面(圖3)。從圖中可以看到管道頂部埋深大