探地雷達(dá)在城市污水管道探測中的應(yīng)用

樸彥輯

摘 要：探地雷達(dá)作為一種新型的地球物理探測方法，具有高效、無損、分辨率高等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于城市各種地下管道的探測項(xiàng)目中。而城市地下污水管道分布不明、管線接入混亂等問題越來越突出，嚴(yán)重影響了城市基礎(chǔ)建設(shè)施工安全和城市化進(jìn)程。因此，城市地下污水管道的精確探測越來越重要?；诖吮疚慕Y(jié)合實(shí)際的工程案例來探討了探地雷達(dá)在城市污水管道探測中的應(yīng)用。以供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：探地雷達(dá)；污水管道

1 探地雷達(dá)概述

探地雷達(dá)的英文縮寫是GPR，作為20世紀(jì)70年代左右興起的一種針對(duì)特定目標(biāo)進(jìn)行探測的有效方法，它借助發(fā)射天線發(fā)射出的高頻寬帶電磁波在傳播時(shí)碰到電性特征存在差異的目標(biāo)體會(huì)發(fā)生反射的特性，利用接收天線接收來自目標(biāo)物的回波（該回波可能是介質(zhì)界面的反射波、異常體的散射波或者是經(jīng)過某一路徑到達(dá)接收天線的透射波），然后針對(duì)得到的接收波到達(dá)時(shí)間、幅度大小、相位和頻譜特征以及同相軸形態(tài)等信息進(jìn)行分析，以此分析得到介質(zhì)結(jié)構(gòu)和介質(zhì)性質(zhì)。隨后，由于該技術(shù)不斷地向前推進(jìn)，并產(chǎn)生了性能更好的高頻天線，探地雷達(dá)檢測技術(shù)在更多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用和發(fā)展，包括工程勘探和地質(zhì)勘探，隧道、管線和建筑等工程領(lǐng)域的探測等。

2 探地雷達(dá)基本原理

探地雷達(dá)是一般由控制單元、發(fā)射天線、接收天線、測距輪、計(jì)算機(jī)等幾部分組成。其工作原理是利用一個(gè)發(fā)射天線將寬頻帶短脈沖形式的高頻電磁波定向發(fā)射到地下地層或者目標(biāo)體，電磁波在地下傳播過程中遇到存在電性差異的地質(zhì)界面時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射和折射，反射回的電磁波被地面的接收天線所接收，通過對(duì)接收到的雷達(dá)反射波的走勢(shì)、幅度及波形特征進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，可推斷地下目標(biāo)體的分布情況，探地雷達(dá)工作原理如圖1所示。

3 探地雷達(dá)在城市污水管道探測中的應(yīng)用案例分析

針對(duì)本項(xiàng)目地區(qū)，使用探地雷達(dá)的目的是配合CCTV檢測機(jī)器人、潛望鏡QV等方法對(duì)城市地下管道安全隱患等級(jí)進(jìn)行評(píng)估。項(xiàng)目大部分是在城市柏油路或水泥路上的人造地質(zhì)環(huán)境中進(jìn)行測量的，本次試驗(yàn)只對(duì)該范圍內(nèi)排水管道進(jìn)行探查檢測。

3.1 作業(yè)流程及要求

到達(dá)現(xiàn)場后，首先根據(jù)探查及檢測好的圖紙?jiān)趯?shí)地找出預(yù)備施工的位置（圖2），統(tǒng)一由南向北沿管線探測。儀器準(zhǔn)備就緒后每隔5m采集一段剖面數(shù)據(jù)，依次邊緩慢行走，邊采集數(shù)據(jù)，同時(shí)在相應(yīng)5m的標(biāo)處打一個(gè)標(biāo)。測完一條中間測線，再向左右各偏移0.7m，測兩條測線，總共需測3條測線。至此，一段剖面數(shù)據(jù)采集完畢。以上是野外數(shù)據(jù)采集部分。

在后期處理中，需將主機(jī)中的數(shù)據(jù)讀入電腦，使用Radand5軟件進(jìn)行圖像優(yōu)化。相對(duì)于其他作業(yè)方法，探地雷達(dá)的運(yùn)作方式是動(dòng)態(tài)的，即邊走邊測量。

3.2 原始資料處理流程

受很多因素（地下電纜、非排水管道、噪音、操作失誤等）干擾，在野外惡劣環(huán)境中測量出的雷達(dá)原始圖其成圖效果較差。如何剔除這些干擾，突出隱患段也是雷達(dá)監(jiān)測中一個(gè)重要環(huán)節(jié)。下面以圖3中某測線為例說明使用Radand5軟件進(jìn)行處理的流程。

（1）打開軟件RADAN，選擇文件夾ViewCustomize（自定義）一Directories（存放數(shù)據(jù)的地方），選擇open->file打開原文件；點(diǎn)擊file菜單欄下的fileHeader，設(shè)置參數(shù)。

（2）將小窗口里的參數(shù)、cans/m改為60，m/mark改為5，Positeion改為一7.4，Top改為5，An-tenna改為270MHZ，DielConstan改為16，Depth改為5.625，Rangs（ns）改為150，Comp改為T1R1，scans/sec改為60；將A/D采樣分辨率分為8bit16bit，24bit。由于本地區(qū)采用屬于中高頻天線，故用16bit的A/D采樣分辨率，動(dòng)態(tài)為中等，探測深度為2～5m。

掃描樣點(diǎn)數(shù)：Samples/Scan共有128/scan256/scan1024/scan，2048/scan幾種。對(duì)于不同天線頻率F不同時(shí)窗長度Range，應(yīng)滿足：

Samples≥10·Range*F（3）

式（3）可以保證在使用頻率下一個(gè)波形有10個(gè)采樣點(diǎn)。因本地區(qū)探測采用Range=150；F=270MHZ，因此可選擇接近值512掃描速率：它是定義每秒鐘雷達(dá)采集多少掃描線的記錄，掃描速率大時(shí)采集密集，天線的移動(dòng)速度可以增大。其原則是要保證最小探測目標(biāo)（SOB）內(nèi)至少有20條掃描線記錄：

TV≤Scan*sob/20（4）

本地區(qū)采用的是60scan/s，天線的移動(dòng)速度大約是0.5m/s。

3..3 成果圖分析

在本項(xiàng)目探測中，探地雷達(dá)主要是用于輔助驗(yàn)證的角色，即在CCTV檢測機(jī)器人及潛望鏡QV兩種方法成像后，直觀發(fā)現(xiàn)管道出現(xiàn)塌陷、滲漏、空洞、破損、缺陷等安全隱患；然后再對(duì)照雷達(dá)圖像確認(rèn)，進(jìn)一步延伸到拍攝所不能照的底層內(nèi)部，確定異常的范圍。在以下編號(hào)為A5和A6，隱患類型為不密實(shí)的雷達(dá)圖像（圖5、圖6）中，距離Y73井西7m和30m處出現(xiàn)明顯的波形異常，這是典型的塌陷和不密實(shí)隱患點(diǎn)路況。對(duì)照瑞雷而波法勘探，此地出現(xiàn)頻散曲線紊亂，存在異常，路段不吻合的情況，故而，判定該隱患段存在空洞或裂縫，需要及時(shí)處理。

4結(jié)束語

通過使用探地雷達(dá)的淺層地質(zhì)勘探，結(jié)合CCTV檢測機(jī)器人及潛望鏡QV、淺層地震勘探等方法，查清了該項(xiàng)目地下管道隱患危害：包括結(jié)構(gòu)性病害和功能性病害。結(jié)果表明，探地雷達(dá)成圖效果相當(dāng)明顯，同時(shí)探地雷達(dá)也擁有很高的探測效率，極大降低了成本。

參考文獻(xiàn)：

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