地質(zhì)雷達(dá)法工程基礎(chǔ)深埋管線檢測(cè)★

郭 凱 楊豐碩

(沈陽(yáng)建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110168)

0 引言

在城市建設(shè)、管理的過(guò)程中，地下深埋管線的分布情況是其重要的基本建設(shè)資料之一。能夠在建設(shè)工程中準(zhǔn)確的測(cè)出地下深埋管線的走向，埋設(shè)深度等重要施工信息，則能夠?yàn)楣こ痰脑O(shè)計(jì)提供建設(shè)性參考，為工程施工過(guò)程避免不必要的損失。目前階段，基礎(chǔ)工程的檢測(cè)方法主要為鉆芯取樣法等有損檢測(cè)方法。探地雷達(dá)法作為近年來(lái)新興的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，具有無(wú)損性、快捷性、易操作性等特點(diǎn)，開始逐漸被越來(lái)越多的工程前期勘測(cè)階段所采用。

探地雷達(dá)法是利用探地雷達(dá)的探地天線對(duì)被測(cè)介質(zhì)進(jìn)行高頻率電磁脈沖輻射，通過(guò)分析由介質(zhì)反射得到的電磁回波的回波特征，來(lái)推定被掃描介質(zhì)的內(nèi)部構(gòu)造的一種無(wú)損檢測(cè)方法。由于不同介質(zhì)之間的電磁性質(zhì)差異較大，因此探地雷達(dá)法還具有高精度、高準(zhǔn)確性等特點(diǎn)[1-3]。但由于實(shí)際工程中的場(chǎng)地因素、環(huán)境因素等相關(guān)客觀因素的影響，探地雷達(dá)的檢測(cè)結(jié)果存在解讀困難問(wèn)題、差異性問(wèn)題等一系列問(wèn)題。由于城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對(duì)地下深埋管線的檢測(cè)精度提出的要求日益提高，對(duì)探地雷達(dá)法的檢測(cè)結(jié)果的定性與定量研究具有十分重要的意義[4]。

1 探地雷達(dá)法檢測(cè)原理

探地雷達(dá)功能化主機(jī)、天線及相關(guān)計(jì)算軟件等組成。通過(guò)電磁波在不同介質(zhì)中傳遞的差異性特點(diǎn)，利用探地雷達(dá)向被測(cè)介質(zhì)中輻射較高頻率的電磁波(MHz級(jí)別-GHz級(jí)別)。當(dāng)較高頻電磁波在傳播中遇到不均勻物體(不同介質(zhì)間界面)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁波的反射現(xiàn)象。而不均勻物體(界面)上的反射系數(shù)則由界面處兩相鄰的不同介質(zhì)的介電常數(shù)決定。最終通過(guò)對(duì)雷達(dá)功能主機(jī)收到的電磁波回波進(jìn)行后處理和圖像解讀，達(dá)到獲得被測(cè)物相關(guān)信息的目的。

電磁波在某一介質(zhì)中的傳遞速度V是恒定的。通過(guò)計(jì)算探地雷達(dá)功能主機(jī)上所測(cè)得的地面回波時(shí)間與介質(zhì)回波時(shí)間的時(shí)間差ΔT，便可計(jì)算出被測(cè)目標(biāo)物的所處深度H：

H=V×ΔT/2

(1)

其中，H為被測(cè)目標(biāo)物的位置深度。

電磁波在某一介質(zhì)中的傳遞速度V的計(jì)算公式如下所示：

(2)

其中，C為電磁波在空氣中的傳播速度，其數(shù)值大小約為3×108m/s；ε為電磁波掃過(guò)介質(zhì)層的介電常數(shù)。

電磁回波的振幅與介質(zhì)間界面的反射系數(shù)成正比。在低損耗能的被測(cè)介質(zhì)中，反射系數(shù)r可由下列公式計(jì)算表達(dá)：

(3)

其中，ε1,ε2分別為電磁波傳遞過(guò)程中的界面兩側(cè)兩相鄰介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。

2 工程實(shí)例分析

2.1 工程概述

沈陽(yáng)某設(shè)計(jì)研究院在沈陽(yáng)—撫順段高壓電鐵架設(shè)計(jì)施工過(guò)程中，據(jù)水利相關(guān)部門稱疑似有直徑為800 mm的金屬給水管線在67號(hào)鐵架地基處經(jīng)過(guò)，且塔基擬建區(qū)域地勢(shì)極為不平整，臨近河水，地下水位較淺，檢測(cè)環(huán)境復(fù)雜。該設(shè)計(jì)院相關(guān)勘測(cè)專家于2012年8月8日在位于沈撫交界處的67號(hào)高壓電鐵架地基采用探地雷達(dá)檢測(cè)手段進(jìn)行了檢測(cè)。

2.2 測(cè)線布置

由于擬建塔基所處的位置極不平整，不能滿足探地雷達(dá)探測(cè)條件。故將探測(cè)范圍擴(kuò)大，利用擬建塔基周圍的沈撫路及其輔路形成的閉合三角形進(jìn)行檢測(cè)測(cè)線布置設(shè)計(jì)。通過(guò)檢測(cè)塔基四周的管線走向來(lái)判斷擬建塔基處是否有金屬給水管線通過(guò)。測(cè)線布置如圖1所示。

2.3 檢測(cè)結(jié)果及分析

2.3.1測(cè)線1檢測(cè)結(jié)果及分析

如圖2所示，在本次探測(cè)中可以看出，地下水位線深度在3 m左右；且根據(jù)雷達(dá)回波圖顯示，地下共有2個(gè)回填層，分別為第一回填層和第二回填層，具體深度為：第一回填層的深度在6 m左右，第二回填層深度在10 m左右。

測(cè)線1深埋管線定位圖見圖3。

由于探地雷達(dá)在本區(qū)域的探測(cè)深度在10 m左右，能夠顯示出10 m深度范圍之內(nèi)的基本地層結(jié)構(gòu)、地下構(gòu)造與埋設(shè)物的情況。綜合本測(cè)線的探測(cè)結(jié)果，在測(cè)線30 m～31 m位置處，深度約為9.6 m～10.4 m范圍內(nèi)檢測(cè)到直徑約為800 mm的深埋管線。

2.3.2測(cè)線2檢測(cè)結(jié)果及分析

如圖4所示，在本次探測(cè)中可以看出，地下水位線深度在3 m左右；且根據(jù)雷達(dá)回波圖顯示，地下共有2個(gè)回填層，分別為第一回填層和第二回填層，具體深度為：第一回填層的深度在6 m左右，第二回填層深度在10 m左右；且與測(cè)線1各地層深度相近，與雷達(dá)測(cè)試原理推得的結(jié)果相符。

測(cè)線2深埋管線定位圖見圖5。

綜合本測(cè)線的探測(cè)結(jié)果，在測(cè)線73.5 m～74.5 m位置處，深度約為9.6 m～10.4 m范圍內(nèi)檢測(cè)到直徑約為800 mm的深埋管線。

2.3.3測(cè)線3檢測(cè)結(jié)果及分析

如圖6所示，在本次探測(cè)中可以看出，地下水位線深度在3 m左右；且根據(jù)雷達(dá)回波圖顯示，地下共有2個(gè)回填層，分別為第一回填層和第二回填層，具體深度為：第一回填層的深度在6 m左右，第二回填層深度在10 m左右；且與測(cè)線1、測(cè)線2所測(cè)得的結(jié)果相近。

綜合本測(cè)線的探測(cè)結(jié)果，在各地層范圍內(nèi)均未發(fā)現(xiàn)給水管線及其他埋設(shè)物。

3 探測(cè)結(jié)論

1)區(qū)域內(nèi)的地下水位線深度在3 m左右;2)區(qū)域內(nèi)共有兩次回填,第一回填深度在6 m左右,第二回填深度在10 m左右;3)在本區(qū)域內(nèi)共發(fā)現(xiàn)一根深埋管線，該管線呈大致東西走向，埋深位置約為深度9.6 m～10.4 m之間，管徑約為800 mm，具體走向如圖7所示。

4 結(jié)語(yǔ)

城市地下深埋管線的鋪設(shè)位置、深度，是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程所必要的基本資料。本次工作利用探地雷達(dá)法進(jìn)行地質(zhì)勘測(cè)，準(zhǔn)確的檢測(cè)出工程目標(biāo)位置區(qū)域地下埋設(shè)物的情況，并以此作為評(píng)估工程可行性的標(biāo)準(zhǔn)，為基礎(chǔ)工程建設(shè)提供了重要的基本信息，達(dá)到無(wú)損檢測(cè)的快捷、精確性目的。