地质雷达法工程基础深埋管线检测★

郭 凯 杨丰硕

(沈阳建筑大学土木工程学院，辽宁 沈阳 110168)

0 引言

在城市建设、管理的过程中，地下深埋管线的分布情况是其重要的基本建设资料之一。能够在建设工程中准确的测出地下深埋管线的走向，埋设深度等重要施工信息，则能够为工程的设计提供建设性参考，为工程施工过程避免不必要的损失。目前阶段，基础工程的检测方法主要为钻芯取样法等有损检测方法。探地雷达法作为近年来新兴的无损检测技术，具有无损性、快捷性、易操作性等特点，开始逐渐被越来越多的工程前期勘测阶段所采用。

探地雷达法是利用探地雷达的探地天线对被测介质进行高频率电磁脉冲辐射，通过分析由介质反射得到的电磁回波的回波特征，来推定被扫描介质的内部构造的一种无损检测方法。由于不同介质之间的电磁性质差异较大，因此探地雷达法还具有高精度、高准确性等特点[1-3]。但由于实际工程中的场地因素、环境因素等相关客观因素的影响，探地雷达的检测结果存在解读困难问题、差异性问题等一系列问题。由于城市的基础设施建设对地下深埋管线的检测精度提出的要求日益提高，对探地雷达法的检测结果的定性与定量研究具有十分重要的意义[4]。

1 探地雷达法检测原理

探地雷达功能化主机、天线及相关计算软件等组成。通过电磁波在不同介质中传递的差异性特点，利用探地雷达向被测介质中辐射较高频率的电磁波(MHz级别-GHz级别)。当较高频电磁波在传播中遇到不均匀物体(不同介质间界面)时会产生电磁波的反射现象。而不均匀物体(界面)上的反射系数则由界面处两相邻的不同介质的介电常数决定。最终通过对雷达功能主机收到的电磁波回波进行后处理和图像解读，达到获得被测物相关信息的目的。

电磁波在某一介质中的传递速度V是恒定的。通过计算探地雷达功能主机上所测得的地面回波时间与介质回波时间的时间差ΔT，便可计算出被测目标物的所处深度H：

H=V×ΔT/2

(1)

其中，H为被测目标物的位置深度。

电磁波在某一介质中的传递速度V的计算公式如下所示：

(2)

其中，C为电磁波在空气中的传播速度，其数值大小约为3×108m/s；ε为电磁波扫过介质层的介电常数。

电磁回波的振幅与介质间界面的反射系数成正比。在低损耗能的被测介质中，反射系数r可由下列公式计算表达：

(3)

其中，ε1,ε2分别为电磁波传递过程中的界面两侧两相邻介质的相对介电常数。

2 工程实例分析

2.1 工程概述

沈阳某设计研究院在沈阳—抚顺段高压电铁架设计施工过程中，据水利相关部门称疑似有直径为800 mm的金属给水管线在67号铁架地基处经过，且塔基拟建区域地势极为不平整，临近河水，地下水位较浅，检测环境复杂。该设计院相关勘测专家于2012年8月8日在位于沈抚交界处的67号高压电铁架地基采用探地雷达检测手段进行了检测。

2.2 测线布置

由于拟建塔基所处的位置极不平整，不能满足探地雷达探测条件。故将探测范围扩大，利用拟建塔基周围的沈抚路及其辅路形成的闭合三角形进行检测测线布置设计。通过检测塔基四周的管线走向来判断拟建塔基处是否有金属给水管线通过。测线布置如图1所示。

2.3 检测结果及分析

2.3.1测线1检测结果及分析

如图2所示，在本次探测中可以看出，地下水位线深度在3 m左右；且根据雷达回波图显示，地下共有2个回填层，分别为第一回填层和第二回填层，具体深度为：第一回填层的深度在6 m左右，第二回填层深度在10 m左右。

测线1深埋管线定位图见图3。

由于探地雷达在本区域的探测深度在10 m左右，能够显示出10 m深度范围之内的基本地层结构、地下构造与埋设物的情况。综合本测线的探测结果，在测线30 m～31 m位置处，深度约为9.6 m～10.4 m范围内检测到直径约为800 mm的深埋管线。

2.3.2测线2检测结果及分析

如图4所示，在本次探测中可以看出，地下水位线深度在3 m左右；且根据雷达回波图显示，地下共有2个回填层，分别为第一回填层和第二回填层，具体深度为：第一回填层的深度在6 m左右，第二回填层深度在10 m左右；且与测线1各地层深度相近，与雷达测试原理推得的结果相符。

测线2深埋管线定位图见图5。

综合本测线的探测结果，在测线73.5 m～74.5 m位置处，深度约为9.6 m～10.4 m范围内检测到直径约为800 mm的深埋管线。

2.3.3测线3检测结果及分析

如图6所示，在本次探测中可以看出，地下水位线深度在3 m左右；且根据雷达回波图显示，地下共有2个回填层，分别为第一回填层和第二回填层，具体深度为：第一回填层的深度在6 m左右，第二回填层深度在10 m左右；且与测线1、测线2所测得的结果相近。

综合本测线的探测结果，在各地层范围内均未发现给水管线及其他埋设物。

3 探测结论

1)区域内的地下水位线深度在3 m左右;2)区域内共有两次回填,第一回填深度在6 m左右,第二回填深度在10 m左右;3)在本区域内共发现一根深埋管线，该管线呈大致东西走向，埋深位置约为深度9.6 m～10.4 m之间，管径约为800 mm，具体走向如图7所示。

4 结语

城市地下深埋管线的铺设位置、深度，是基础设施建设工程所必要的基本资料。本次工作利用探地雷达法进行地质勘测，准确的检测出工程目标位置区域地下埋设物的情况，并以此作为评估工程可行性的标准，为基础工程建设提供了重要的基本信息，达到无损检测的快捷、精确性目的。