地質(zhì)雷達(dá)在地下管線探測(cè)中的應(yīng)用研究

蘇寧，馬聽

(浙江省測(cè)繪科學(xué)技術(shù)研究院，浙江 杭州 310000)

1 引 言

地下管線是城市重要的功能設(shè)施之一，信息傳輸、能量傳輸、廢液排放等工作都由它來(lái)完成。隨著我國(guó)改革開放和當(dāng)代經(jīng)濟(jì)的騰飛，城市地下各種管線越來(lái)越密集，對(duì)地下管線的建設(shè)、維護(hù)、管理等提出了新的要求，也給地下管線的探測(cè)工作提出了新的挑戰(zhàn)[1～6]。本文結(jié)合北京某學(xué)院管線現(xiàn)狀，運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)方法，電磁方法，探測(cè)校園地下管線，提高了學(xué)校地下管線信息現(xiàn)代化管理水平，同時(shí)防范了管線災(zāi)害事故的發(fā)生。

2 工程概況

2.1 工程目的及意義

本工程項(xiàng)目是在提高學(xué)校管理水平和校園信息化、數(shù)字化發(fā)展進(jìn)程中的先行步驟。筆者繪制了整個(gè)1∶500比例尺的校園地形圖，并對(duì)校園內(nèi)的電力、電信、給水、排水、燃?xì)狻崃ΡO(jiān)控等各種生活管線進(jìn)行了普查工作，查明了地下的埋深，走向等物理屬性，形成了完整統(tǒng)一的管線探查資料和空間位置數(shù)據(jù)，給校園管網(wǎng)系統(tǒng)的建立，提供了真實(shí)可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 測(cè)區(qū)概況

如圖1為測(cè)區(qū)為北京某學(xué)院，面積約為19萬(wàn)平方米，環(huán)境較好。測(cè)區(qū)物理特征：測(cè)區(qū)內(nèi)，磁性較弱區(qū)域?yàn)榫嗟乇?1 m～3 m之間，電性差異相對(duì)于管線來(lái)說(shuō)差異很明顯，在對(duì)各種管線進(jìn)行勘查時(shí)，地質(zhì)雷達(dá)方法和電磁探測(cè)方法異常值響應(yīng)也相對(duì)明顯。通過(guò)調(diào)查和實(shí)際施工，一般管線埋深大多數(shù)在 2 m以內(nèi)，1 m深左右的管線較多。由于不同材質(zhì)反應(yīng)不同介電性質(zhì)，總體上，鋼、銅材質(zhì)的管線信號(hào)異常特征非常明顯。

圖1 測(cè)區(qū)位置圖

施工環(huán)境：測(cè)區(qū)位于校園內(nèi)部，管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，歷經(jīng)多期次改造，時(shí)間跨度大，有些管線甚至已經(jīng)無(wú)資料查證。校園內(nèi)施工場(chǎng)地多，由于施工地段的阻隔、建筑垃圾的占地及人員眾多，會(huì)給數(shù)據(jù)采集及后期處理帶來(lái)干擾。一些井蓋無(wú)法打開、積水嚴(yán)重及張冠李戴情況都增加了勘察和核實(shí)工作的工作量及難度。

3 物探技術(shù)方法

3.1 人員及設(shè)備

本工程項(xiàng)目共有12名技術(shù)人員參與。項(xiàng)目組實(shí)際由2個(gè)探測(cè)組，2個(gè)測(cè)量組，1個(gè)內(nèi)業(yè)組組成。施工中投入主要設(shè)備如表1所示。

工程主要使用儀器設(shè)備表 表1

3.2 探測(cè)與數(shù)據(jù)處理方法

在實(shí)際施工前，通過(guò)對(duì)測(cè)區(qū)類似管類，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備試驗(yàn)。準(zhǔn)備試驗(yàn)表明，對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)上水管線探測(cè)時(shí)，用直連法效果較夾鉗法和感應(yīng)法要好。而通信線纜在纏裹在一起的時(shí)候， 以?shī)A鉗法效果較好。

讀取及處理數(shù)據(jù)運(yùn)用的是勞雷公司旗下的雷達(dá)處理軟件RADAN6.5，其交互性好，使用方便，而且有英文和中文軟件兩個(gè)版本，更貼近中國(guó)用戶的習(xí)慣。通過(guò)一系列處理，突出有效波，抵制干擾波，收集有利信息，多通道資料對(duì)比分析。

圖2 RADAN6.5操作界面

3.3 已有資料分析與利用

在工程項(xiàng)目施工時(shí)，為了配合探測(cè)工作，學(xué)校提供了以前的部分管線編繪圖，這些圖表資料基本能顯示區(qū)域內(nèi)大部分管線的初步模糊的位置，在實(shí)際調(diào)研的時(shí)候，從側(cè)面也可以反映出現(xiàn)在校園內(nèi)管線的雜亂現(xiàn)狀。在區(qū)域內(nèi)的實(shí)地探測(cè)，證實(shí)了大部分資料管線與實(shí)地位置偏差較大，甚至錯(cuò)誤。學(xué)校提供的部分資料只能作為參考，不能用來(lái)確定管線點(diǎn)。

4 實(shí)地管線探測(cè)技術(shù)研究

首先對(duì)測(cè)區(qū)范圍內(nèi)所包含明顯可見點(diǎn)的各種管線進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查。在管線分類的時(shí)候就已經(jīng)明確，因材質(zhì)不同，管線地球物理特征差異較大，大致可分為金屬和非金屬管線。探測(cè)時(shí)必須根據(jù)不同條件選擇不同儀器設(shè)備，我們主要是運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)儀和管線探測(cè)儀，必要時(shí)必須進(jìn)行綜合探測(cè)。在探測(cè)過(guò)程中靈活運(yùn)用不同方法，以達(dá)到最佳勘探效果和相應(yīng)的精度。

4.1 金屬管線探測(cè)

測(cè)區(qū)內(nèi)，供暖管線材質(zhì)為鋼鐵，有埋地部分和架空部分，架空部分只需要跟蹤就可以確定位置及走向；埋地部分，管線異常信號(hào)響應(yīng)較好，探測(cè)比較順利，難度不大。上水管線也為金屬管線。但在運(yùn)用管線探測(cè)儀探測(cè)時(shí)，其中年代較老的鑄鐵質(zhì)的上水管，峰值信號(hào)不是很明顯，考慮到較深埋深地段和有施工干擾地段，對(duì)探測(cè)有一定影響，使精度稍稍下降。對(duì)管線可見露頭處，用直連法和夾鉗法兩側(cè)進(jìn)行探測(cè)，管線走向追蹤和埋深定位效果較理想。

如圖3所示，由于供暖、供水管線都是金屬材質(zhì)，在雷達(dá)剖面圖上響應(yīng)很清晰。燃?xì)夤芫€管徑相對(duì)于上水和暖氣管徑較大，峰尖繞射曲線有變寬的趨勢(shì)。暖氣管線因有上下兩根，下方會(huì)有繞射，雷達(dá)圖產(chǎn)生了多次波。對(duì)于埋深，雷達(dá)剖面圖進(jìn)行時(shí)間深度轉(zhuǎn)換，大致相符合。與RD8000管線儀測(cè)深相比較誤差在 5 cm左右。

圖3 雷達(dá)實(shí)測(cè)剖面

4.2 對(duì)線纜類管線的探測(cè)

探測(cè)電力和通信線纜類等強(qiáng)電和弱電管線時(shí)。在探測(cè)時(shí)盡量采用了夾鉗法，在沒(méi)露頭和開挖段進(jìn)行了感應(yīng)法探測(cè)。測(cè)區(qū)是校區(qū)，交錯(cuò)路口較多，也是管線交織最復(fù)雜的位置。探測(cè)通信等線纜和其他弱電管線時(shí)，分別從兩端前后均施加發(fā)射信號(hào)，通過(guò)接收機(jī)接收信號(hào)通過(guò)峰值響應(yīng)，定位位置，確定方位以定深。

在對(duì)電力線纜和其他弱電如通信，監(jiān)控等線纜的探測(cè)上，RD8000管線儀器非常適用，也比較準(zhǔn)確，有露頭的直連和夾鉗的方法可以提高探測(cè)效率，在無(wú)源的情況下，強(qiáng)電電力管線感應(yīng)法響應(yīng)也非常明顯，相比之下弱電線纜在無(wú)源的時(shí)候信號(hào)感應(yīng)不明顯?？偟膩?lái)說(shuō)，在無(wú)源的情況下不容易區(qū)分目標(biāo)管線。線纜類管線埋深較淺，實(shí)測(cè)雷達(dá)圖上也有這一準(zhǔn)確信息，但是由于線纜有源干擾且管線管徑較小，雷達(dá)響應(yīng)不是很清晰，在沒(méi)有RD8000管線儀對(duì)比分析情況下，只能解釋管線分布及埋深，但并不能確定目標(biāo)管線，不能區(qū)分是強(qiáng)電還是弱電管線。

4.3 非金屬管線探測(cè)

如圖4和圖5，少部分管線會(huì)加金屬筋條，會(huì)有較弱的電磁信號(hào)。在工程實(shí)測(cè)中，除非加裝金屬套管，成本較高，效果也不是非常好，在本測(cè)區(qū)探測(cè)的非金屬管線有下水管、通信類線纜非金屬套管，分別采用了探地雷達(dá)、井蓋追蹤法、電磁探測(cè)。

圖4 下水管線雷達(dá)剖面圖 圖5 下水管線施工現(xiàn)場(chǎng)圖

如圖6所示，在非金屬管線的探測(cè)中，RD8000管線儀相對(duì)來(lái)說(shuō)是不適用的，套金屬管會(huì)耗費(fèi)很大的人力物力，精度也比想象中的要差。在地質(zhì)雷達(dá)剖面圖中，我們可以清晰看見塑料下水管線的響應(yīng)，在時(shí)深轉(zhuǎn)換后，與實(shí)際施工埋深相符合。

圖6 水泥管雷達(dá)實(shí)測(cè)剖面

6 結(jié)論與展望

用地質(zhì)雷達(dá)儀器采集數(shù)據(jù)，充分考慮了項(xiàng)目區(qū)域的地質(zhì)特點(diǎn)，選擇了合適的設(shè)置參數(shù)，數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。在數(shù)據(jù)處理階段，利用勞雷公司RADAN處理軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，有效地減少了誤差的干擾，削弱了背景噪音，突出有效信息，在解釋管線位置時(shí)結(jié)合了實(shí)際露頭和已知管線分布，特別是金屬管線更是結(jié)合了電磁勘探方法即RD8000探測(cè)儀的實(shí)際驗(yàn)證，為CAD制圖軟件及南方CASS成圖系統(tǒng)后期成果最終成圖提供了有力的數(shù)據(jù)支持。

在實(shí)測(cè)區(qū)域管線探測(cè)技術(shù)上，年代較老的鑄鐵材質(zhì)的金屬管，峰值信號(hào)不是很明顯，考慮到較深埋深地段和有施工干擾地段，對(duì)探測(cè)有一定影響，不可避免地會(huì)使精度稍稍下降，精準(zhǔn)探測(cè)有一定難度。清晰的雷達(dá)剖面響應(yīng)上，多次波及峰尖繞射曲線變寬的趨勢(shì)，可以指示下方管線的分層排列。在無(wú)源的情況下，強(qiáng)電電力管線感應(yīng)響應(yīng)較弱電線纜信號(hào)明顯，但仍不容易區(qū)分目標(biāo)管線。線纜管線在地質(zhì)雷達(dá)剖面圖的響應(yīng)在沒(méi)有RD8000管線儀對(duì)比分析情況下，只能確定管線分布及埋深，不能區(qū)分是強(qiáng)電還是弱電管線。實(shí)測(cè)雷達(dá)剖面圖，非金屬管線中管徑較小的水泥管線的響應(yīng)不是很清晰。探測(cè)區(qū)域?yàn)樵盒?，情況較特殊，各種管線數(shù)量較多，分布相對(duì)比較集中，經(jīng)過(guò)對(duì)校園內(nèi)各種管線探查，調(diào)研及成圖驗(yàn)證，管線埋深一般為 1 m～2 m，局部地段由于地勢(shì)起伏埋深可達(dá) 3 m。本次探查為學(xué)區(qū)，施工場(chǎng)地多，人員、車輛繁多，給探測(cè)、解釋帶來(lái)干擾，探測(cè)精度有所下降。本次工作區(qū)域內(nèi)有些井內(nèi)積水嚴(yán)重，井蓋無(wú)法打開并且存在一定的井蓋與實(shí)際不符現(xiàn)象，都給管線探測(cè)及后期的檢修維護(hù)工作帶來(lái)困難，建議管理部門及時(shí)進(jìn)行處理。