樸彥輯

摘 要：探地雷達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，被廣泛應用于城市各種地下管道的探測項目中。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，嚴重影響了城市基礎建設施工安全和城市化進程。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合實際的工程案例來探討了探地雷達在城市污水管道探測中的應用。以供相關人員參考。

關鍵詞：探地雷達；污水管道

1 探地雷達概述

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

2 探地雷達基本原理

探地雷達是一般由控制單元、發(fā)射天線、接收天線、測距輪、計算機等幾部分組成。其工作原理是利用一個發(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體，電磁波在地下傳播過程中遇到存在電性差異的地質界面時會產生反射和折射，反射回的電磁波被地面的接收天線所接收，通過對接收到的雷達反射波的走勢、幅度及波形特征進行數據處理和分析，可推斷地下目標體的分布情況，探地雷達工作原理如圖1所示。

3 探地雷達在城市污水管道探測中的應用案例分析

針對本項目地區(qū)，使用探地雷達的目的是配合CCTV檢測機器人、潛望鏡QV等方法對城市地下管道安全隱患等級進行評估。項目大部分是在城市柏油路或水泥路上的人造地質環(huán)境中進行測量的，本次試驗只對該范圍內排水管道進行探查檢測。

3.1 作業(yè)流程及要求

到達現場后，首先根據探查及檢測好的圖紙在實地找出預備施工的位置（圖2），統(tǒng)一由南向北沿管線探測。儀器準備就緒后每隔5m采集一段剖面數據，依次邊緩慢行走，邊采集數據，同時在相應5m的標處打一個標。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，一段剖面數據采集完畢。以上是野外數據采集部分。

在后期處理中，需將主機中的數據讀入電腦，使用Radand5軟件進行圖像優(yōu)化。相對于其他作業(yè)方法，探地雷達的運作方式是動態(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監(jiān)測中一個重要環(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（存放數據的地方），選擇open->file打開原文件；點擊file菜單欄下的fileHeader，設置參數。

（2）將小窗口里的參數、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，動態(tài)為中等，探測深度為2～5m。

掃描樣點數：Samples/Scan共有128/scan256/scan1024/scan，2048/scan幾種。對于不同天線頻率F不同時窗長度Range，應滿足：

Samples≥10·Range*F（3）

式（3）可以保證在使用頻率下一個波形有10個采樣點。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采集多少掃描線的記錄，掃描速率大時采集密集，天線的移動速度可以增大。其原則是要保證最小探測目標（SOB）內至少有20條掃描線記錄：

TV≤Scan*sob/20（4）

本地區(qū)采用的是60scan/s，天線的移動速度大約是0.5m/s。

3..3 成果圖分析

在本項目探測中，探地雷達主要是用于輔助驗證的角色，即在CCTV檢測機器人及潛望鏡QV兩種方法成像后，直觀發(fā)現管道出現塌陷、滲漏、空洞、破損、缺陷等安全隱患；然后再對照雷達圖像確認，進一步延伸到拍攝所不能照的底層內部，確定異常的范圍。在以下編號為A5和A6，隱患類型為不密實的雷達圖像（圖5、圖6）中，距離Y73井西7m和30m處出現明顯的波形異常，這是典型的塌陷和不密實隱患點路況。對照瑞雷而波法勘探，此地出現頻散曲線紊亂，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，需要及時處理。

4結束語

通過使用探地雷達的淺層地質勘探，結合CCTV檢測機器人及潛望鏡QV、淺層地震勘探等方法，查清了該項目地下管道隱患危害：包括結構性病害和功能性病害。結果表明，探地雷達成圖效果相當明顯，同時探地雷達也擁有很高的探測效率，極大降低了成本。

參考文獻：

[1] 王勇.城市地下管線探測技術方法研究與應用[D].吉林大學，2017.

[2] 宿寧，魏東，姚愛軍，董磊.雷達探測技術在北京某住宅區(qū)地下管線探測中的應用[A] 2016：3.