地下管線探測中探地雷達技術(shù)的作用及具體應用策略

張占地

河北九華勘查測繪有限責任公司，中國·河北 保定 071051

近些年來隨著城市建設的不斷推進，地下電纜給水管道密集度越來越大，為后續(xù)工程施工帶來了一定的影響。需要做好管道保護工作，避免影響工程的進行，威脅到施工人員的人身安全。因此，引進探地雷達技術(shù)，做好對地下管線的探測工作，掌握施工現(xiàn)場的實際情況，制定詳細計劃。在論文的研究工作中，主要對探地雷達技術(shù)進行簡述，分析它的作用以及不足之處，探究該技術(shù)在地下管線探測中的具體應用，以期為相關(guān)工程提供一定的參考。

地下管線探測；探地雷達技術(shù)；應用策略

1 引言

探地雷達技術(shù)廣泛應用于探測地下管道的工作中，它不受管線材質(zhì)的約束，能對管線探測中的難點非金屬管道起到輔助作用。而且不會對地下管道產(chǎn)生一定的損害，確?，F(xiàn)場作業(yè)的安全性。相關(guān)工程應用該項技術(shù)需要提前做好準備工作，收集各項資料，掌握探地雷達技術(shù)要點，合理應用該技術(shù)，從而了解地下管線的具體情況，包括地下金屬管道，非金屬管道，地下光纜等的分布，為工程施工提供一定的參考。

2 探地雷達技術(shù)的概述

2.1 工作原理

探地雷達由地面上的發(fā)射天線將高頻帶短脈沖形式的高頻電磁波定向送入地下，在地下遇到電性差異的目標體反射反饋地面，然后由天線接收。在傳播的過程中，由于介質(zhì)電性和結(jié)合形態(tài)的不同，從而對高頻電磁波的路徑、電磁場強度和波形產(chǎn)生影響，出現(xiàn)變化。因此，通過收集波形進行處理分析，從而判斷地下空間位置和結(jié)構(gòu)的具體情況。在應用過程中，探地雷達采取脈沖反射波的波形形式進行記錄，在波形圖上，各測點使用測線的鉛垂反向記錄波形構(gòu)成雷達剖面，從而可以判斷地下的不明障礙物[1]。

實際工程應用中，探地雷達采集方式一般采用剖面法探測（如圖1 所示），將發(fā)射、接收天線以固定的分離距，沿測線方向以等步長同步移動，所有單道反射信息構(gòu)成了雷達圖像剖面，如圖2 所示。其中橫坐標表示天線在水平方向的位置，縱坐標記錄的是反射波的雙程旅行時間。該剖面常以脈沖反射波的波形形式記錄，波形的正負峰分別以黑、白表示，或者以灰階或彩色表示，這樣，同相軸或等灰線、等色線即可形象地表征出地下反射界面或目的體。

圖1 探地雷達工作示意圖

圖2 雷達剖面圖

與其他物探方法相比，探地雷達具有很高的縱向、橫向分辨率，這對于查明擬測區(qū)的管線平面位置、埋深、大小格外重要。

2.2 影響因素

在地下管線探測工作中，應用探測雷達技術(shù)會受到多種因素的影響，使得圖像更加復雜。地下管線的材質(zhì)不同，它的介電常數(shù)和電導率就不同。介電常數(shù)差異越大，兩種介質(zhì)的反射界面就越明顯，最后生成的異常圖像就越清楚。電導率與介質(zhì)吸收系數(shù)成反比，介質(zhì)電阻率很小，吸收系數(shù)很大，那么電磁波的穿透深度會很小，很有可能接收不到地下管線的反射信號，從而影響到探測工作的效率。

地下管線周圍介質(zhì)均勻程度不同也會對接，電導數(shù)和電導率產(chǎn)生影響，進而在雷達剖面上形成復雜的干擾異常最后影響到識別效果。例如，一些地下管線在埋設時，周圍存在磚頭石塊等雜質(zhì)[2]。

探測環(huán)境也會對探測工作產(chǎn)生影響，若周圍存在大量金屬物體或無線電的射頻源，那么就會影響到雷達的反射波，導致雷達系統(tǒng)無法工作。

地下管網(wǎng)系統(tǒng)錯綜復雜，不可避免地出現(xiàn)近距離的管線埋設情況，有的管線平行排列，有的上下排列，這就會對雷達探測產(chǎn)生很大影響。

3 地下管線探測中探地雷達技術(shù)的作用

3.1 保障現(xiàn)場安全性

在工程建設過程中，需要根據(jù)地下管線分布的具體情況，進一步細化工程施工的內(nèi)容，避免破壞地下管線威脅施工人員的人身安全，影響工程的順利進行。因此，在前期準備工作中，需要認識到地下管線所帶來的影響應用探地雷達技術(shù)。工程場地條件寬松，比較適合泰迪雷達技術(shù)的應用，發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，獲取雷達剖面圖進行分析，掌握地下管道實際情況，進一步優(yōu)化工作方案，也能保證現(xiàn)場的安全性和穩(wěn)定性，為施工人員提供一個良好的工作環(huán)境。

3.2 提高工作效率

探地雷達技術(shù)與傳統(tǒng)的地下探測技術(shù)相比，具有較強的抗電磁干擾能力，在城市內(nèi)各種噪聲環(huán)境下都可進行工作。而且該項技術(shù)的探測深度和分辨率比較優(yōu)良，在現(xiàn)場可以直接提供實時剖面記錄圖。而且在實際的應用中使用輕便類的儀器，只需要三人或更少人員即可進行操作，能夠提高地下探測工作的效率，獲得更加詳細的圖像信息，做好地下管線的分辨工作，為工程提供重要依據(jù)[3]。

4 地下管線探測中探地雷達技術(shù)的具體應用策略

4.1 在地下金屬管線探測中的應用

隨著城市建設規(guī)劃規(guī)模不斷擴大，地下管道敷設的數(shù)量也日益增多，對后續(xù)工程的建設產(chǎn)生一定影響，為了確保工程建設的穩(wěn)定性，還需要做好對地下管線的定位定深等一系列工作。因此，應用探地雷達技術(shù)，開展地下金屬管線的探測工作。在以往的工作中，主要使用的是地下管線探測儀，但它對于一些特殊材質(zhì)，如球磨鑄鐵，或防腐層做得比較完好，導電差的材質(zhì)比較難精確定位，不能獲取地下管線的數(shù)據(jù)精度，無法滿足工作需求。而應用探地雷達技術(shù)，金屬管線周圍的介質(zhì)的介電常數(shù)有很大的區(qū)別，使用該技術(shù)時，接收到的反射的電磁波有很大的強度，通過有效分析，從而能夠判斷出金屬管線所在的位置和深度。地下金屬管道與土壤界面會對雷達波產(chǎn)生較強的反射能力，而在剖面圖上將會出現(xiàn)很強的反射波組。通過對比分析幾種管線的雷達圖，可以發(fā)現(xiàn)金屬管線具有震蕩現(xiàn)象，發(fā)射波和反射波會一直在發(fā)射機與金屬介質(zhì)之間震蕩運動。通過分析，掌握一些成像規(guī)律，為探測工作提供一定的幫助[4]。

4.2 在地下非金屬管線探測中的應用

以往的地下管線探測工作中使用到的儀器只能探測到金屬管線，而隨著技術(shù)水平不斷提升，現(xiàn)有的一些管道使用非金屬合成材料，傳統(tǒng)的儀器設備不再適用，因此應用探地雷達技術(shù)進行有效探測，可以解決以往工作的問題。非金屬管道與周圍的空氣土層等介質(zhì)存在一定的差異，使用探地雷達發(fā)射電磁波會受到周圍環(huán)境介質(zhì)的影響，同時也會受到非金屬管道管壁厚薄、天線頻率等的影響，從而影響到反射波的效果。而與金屬管道相比，非金屬管道的電磁反射系數(shù)比較小。在實際的探測工作中，需要采取不同剖面位置的探測方式，獲取多組數(shù)據(jù)。通過選擇恰當位置，進行正確探測，加強質(zhì)量控制保障探測效果的各項參數(shù)，從而判斷地下管線的具體材質(zhì)。

4.3 在地下防空洞的探測

地下防空洞一般由混凝土做拱頂和砌磚，做墻壁與周圍介質(zhì)電性差異比較大。應用探地雷達技術(shù)形成的圖形上呈現(xiàn)出大拋物線形狀，因此在實際的探測工作中，可應用該項技術(shù)進行探測，收集到相關(guān)信息，在現(xiàn)場形成雷達剖面圖，預約地下管道等具有較大的差異。通過綜合對比分析，可及時有效地進行判斷，提高工作效率。

5 地下管線探測中探地雷達技術(shù)應用的管控措施

5.1 做好前期資料收集工作

為了進一步優(yōu)化探地雷達技術(shù)在地下管線探測中的具體應用，提高工作效率，就需要做好前期準備工作。工程單位需要收集全面資料，包括各種專業(yè)的管線圖、需要探測的管線設計與施工圖紙、工程施工需求等多項內(nèi)容，通過收集全面的資料，可以了解現(xiàn)場的具體情況制定探索方案優(yōu)化探地雷達技術(shù)的應用。與此同時也需要做好實地勘察工作，調(diào)查各條道路地下管線分布情況、人口密集以及等級控制點的分布情況，獲取全面數(shù)據(jù)信息，優(yōu)化技術(shù)分配，制定完善的作業(yè)方案，提高地下管線探測的工作效率。

5.2 選擇恰當儀器設備

精密的儀器設備也能保證探地雷達技術(shù)的應用效果，為此在實際的應用工作中，還需要選擇恰當?shù)膬x器設備和探測方法，做好維修保養(yǎng)工作，收集全面的數(shù)據(jù)資料。首先，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，選擇最佳的探測方法和儀器設備，并加強對人員培訓，確保儀器設備的合理使用，從而提高工作質(zhì)量。其次定期開展設備的維修保養(yǎng)工作，避免出現(xiàn)故障問題，影響性能的發(fā)揮。設備正式應用前，還需要開展檢驗工作，調(diào)節(jié)恰當?shù)膮?shù)，確保能夠達到良好的效果。

5.3 健全管理制度

在現(xiàn)場作業(yè)中需要有一個健全的管理制度，規(guī)范具體操作，明確各崗位的具體職責，確保工作人員有效配合，從而實現(xiàn)預期的工作目標。為此工程項目需要提高作業(yè)管理制度的重視程度，根據(jù)工程特點，進一步細化規(guī)章制度。首先引進責任制，合理設置崗位，明確各崗位的具體職責，確保工作人員能夠了解作業(yè)的目的，任務和范圍，強化他們的責任意識。其次，規(guī)范地下管線探測的工作流程和具體方法。確保各環(huán)節(jié)能夠銜接到位，加強現(xiàn)場質(zhì)量控制，提高工作效率。

5.4 加強數(shù)據(jù)采集和分析

在現(xiàn)場探測工作中，探地雷達技術(shù)能夠及時有效地收集相關(guān)數(shù)據(jù)，形成雷達剖面圖，在這一過程中會接收到各種干擾波為了壓制干擾就需要做好數(shù)據(jù)處理，提高雷達記錄的分辨率。收集完數(shù)據(jù)后進行對比分析，從而確定地下管線的位置，結(jié)構(gòu)屬性和形態(tài)，繪制地下管線圖，建立完善的地下管網(wǎng)系統(tǒng)。

5.5 資料的處理與解釋

探地雷達探測資料解釋包括數(shù)據(jù)處理和圖像解釋兩部分。介質(zhì)對電磁波不同程度的吸收以及介質(zhì)的不均勻性，對波形產(chǎn)生影響，出現(xiàn)較大的變化，而且在探索過程中，不同程度的隨機噪聲也會產(chǎn)生一定干擾，從而歪曲了實測數(shù)據(jù)。為此，在實際應用中需要適當?shù)靥幚斫邮招盘?，改善?shù)據(jù)資料，提供清晰的圖像，因此需要加強數(shù)據(jù)處理分析工作，對記錄的波形進行處理。例如，采用到平均和道間，平均以壓制目的體的雜亂回波，為了有效控制隨機干擾，也可采取多次測量的方式，進行濾波處理，從而除去高頻雜波，突出被測物體。在分析圖像的工作中可以識別出異常反射，然后對其進行地質(zhì)解釋。通過綜合分析，能夠掌握地下管線的反射規(guī)律。例如，受到電磁波傳播規(guī)律和記錄方式的因素影響，地下管線形成的雷達圖像存在偏移問題。地下管線反射走時曲線在幾何形態(tài)上呈雙曲線。掌握這些規(guī)律，進一步分析雷達圖像，從而有效判斷地下管線。

6 結(jié)語

綜上所述，探地雷達技術(shù)在地下管線探測中發(fā)揮著越來越重要的作用，隨著技術(shù)水平不斷提升該技術(shù)性能不斷優(yōu)良，各項設備也不斷精進，能夠為地下管線探測工作提供各位優(yōu)良的服務。在金屬管道、非金屬管道、地下光纜、防空洞等的不同探測工作中，能夠發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，收集詳細的數(shù)據(jù)資料，做好分析處理，從而判斷地下管線的位置材質(zhì)等內(nèi)容，為工程提供招標依據(jù)。與此同時，也需要加強質(zhì)量控制工作，做好前期資料的收集，加強現(xiàn)場質(zhì)量，把控，合理應用各項技術(shù)，收集數(shù)據(jù)信息，進行分析處理。在未來發(fā)展中探地雷達技術(shù)，將會發(fā)揮更為重要的作用，保障工程施工安全。