0 引言
地下管線探測工作用數(shù)據(jù)準(zhǔn)確描述地下管線的空間位置和屬性信息等基本情況，為規(guī)劃、建設(shè)和施工提供**完整的調(diào)查資料，對城市發(fā)展起著十分重要的作用。面對分布復(fù)雜的地下管線，尤其是要求從多種類型管線中探測出某幾種目標(biāo)體管線的任務(wù)，如何制定出因地制宜、科學(xué)優(yōu)化的探測方案和技術(shù)流程，一直是行業(yè)內(nèi)研究的課題［1］。
王學(xué)海、戴學(xué)輝［2］利用探地雷達(dá)和管線探測儀相結(jié)合的技術(shù)方法，通過合理的方案流程，準(zhǔn)確、有效地解決了從復(fù)雜的管線環(huán)境中探明雨污管線的難題，為在管線密集區(qū)域探明非金屬管線找到了新的解決方案和思路。
1 探地雷達(dá)和管線探測儀工作原理
1.1 探地雷達(dá)工作原理
探地雷達(dá)工作時，脈沖源產(chǎn)生周期性的信號形成雷達(dá)波并經(jīng)由發(fā)射天線耦合到地下。當(dāng)信號在傳播路徑上遇到介質(zhì)的非均勻體（面）時產(chǎn)生反射現(xiàn)象，返回地面后由接收天線接收并傳送到接收機(jī)進(jìn)行整形和放大等處理。在微機(jī)中對信號按照幅度大小進(jìn)行編碼，然后以灰色電平圖或波形堆積圖的方式顯示［3］。依據(jù)波形、強(qiáng)度、幾何形態(tài)等因素，來確定地下目標(biāo)體的性質(zhì)和狀態(tài)［4］，探測基本原理如圖 1 和圖 2所示。
1.2 管線探測儀工作原理
管線探測儀通常指電磁法管線探測儀器［5］，電磁法屬于常規(guī)物探儀探測方法，以地下管線與周圍介質(zhì)的導(dǎo)電性及導(dǎo)磁性差異為主要物性前提。工作時，發(fā)射機(jī)在發(fā)射線圈中提供的諧變電流在地下建立諧變磁場，目標(biāo)管線在諧變磁場的激勵下形成二次電流并通過接收線圈測定二次電流產(chǎn)生的諧變磁場推測地下目標(biāo)物的具體位置［6］。具體方法有直接法、夾鉗法、感應(yīng)法和示蹤法等。
2 工程實例
2.1 工程概況
某電子廠需要進(jìn)行雨污管線探測，查明廠區(qū)范圍內(nèi)雨污管線的分布位置，為相關(guān)需要提供物探依據(jù)。廠區(qū)內(nèi)現(xiàn)有雨污、通訊、電纜以及自來水等多種管線，其中雨污管線作為目標(biāo)管線勘測，其他管線和建筑物則作為非目標(biāo)管線干擾因素。對于目標(biāo)體管線的準(zhǔn)確識別以及非目標(biāo)體管線的有效排查是工作的重點和難點，因此采用探地雷達(dá)和管線探測儀為主、調(diào)查為輔、其他方法為補(bǔ)充的技術(shù)方案。
2.2 技術(shù)流程
首先整體查清雨污管線分布情況，對雨污管線信息有較為直觀準(zhǔn)確的掌握；然后對存在連接關(guān)系不明的相關(guān)雨污管線進(jìn)行整理，利用探地雷達(dá)對廠區(qū)進(jìn)行整體探測；再于探測成果基礎(chǔ)上利用管線儀進(jìn)行探測，以排查非目標(biāo)體管線干擾以及*終識別確認(rèn)目標(biāo)體管線。
對于探地雷達(dá)探測，不同材質(zhì)的管線反射相位有所區(qū)別，主要和介電常數(shù)、周圍介質(zhì)介電常數(shù)大小有關(guān)。本次探測目標(biāo)體為水泥管，由于水泥管線材質(zhì)反射信號為負(fù)相位，探測結(jié)果具有多解性，在實際工作中易受干擾因素影響引起誤判，所以根據(jù)波形振幅、弧形形態(tài)等特征判斷管線位置后，還要進(jìn)行相位轉(zhuǎn)換以驗證管線異常［7］。在利用管線儀探測時遵循從已知到未知的原則，在已知管線點上采用多種頻率
及多種方法技術(shù)查探，選擇*佳方法技術(shù)及校正系數(shù)再向未知管線段追蹤。探地雷達(dá)采用美國產(chǎn) SIR-30E 型探地雷達(dá)及 100 MHz天線、200 MHz 天線400 MHz 天線，觀測方式以時間模式為主，其中時窗、掃描數(shù)、采樣頻率和濾波等技術(shù)參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場試驗以及各不同頻率天線特征取得。管線儀采用英國雷迪公司產(chǎn) RD8000 大功率管線儀。
2.3 管線異常特征解釋
探地雷達(dá)測線共計布設(shè) 19 條（編號依次為 L1～L19），布置范圍覆蓋全廠區(qū)，主要分布在廠區(qū)內(nèi)部道路上以及廠區(qū)外圍，測線整體呈縱橫交錯關(guān)系。每條測線均用 100 MHz天線、200 MHz 天線、400 MHz 天線探測，單一測線累計長度 2 858 m，總工作量 8 574 m，累計測點 25 722 個。
探地雷達(dá)探測是對地下目標(biāo)體的一種間接探測方法，地下相同尺寸但屬性不同的目標(biāo)體反映在雷達(dá)探測成果上可表現(xiàn)為同一異常特征［8］。通常單一地下管線在地質(zhì)雷達(dá)成果中表現(xiàn)出的典型特征為雙曲線特征，如圖 3 所示，但同時具備雙曲線特征的不僅有管線，也可以為其他不明介質(zhì)。故判斷管線目標(biāo)體除了雙曲線特征外，還需結(jié)合其他特征共同確認(rèn)，結(jié)合廠區(qū)管線實地特點，佐以管線上方開挖回填特征、管線連續(xù)性特征以及多次反射等特征共同確認(rèn)管線目標(biāo)體。
本次探測有以下不同管線異常特征：管線截面非圓形特征，如圖 4 所示，頂部短水平反射軸表示為水平頂板，頂板兩端有繞射曲線等特征；管線與周圍介質(zhì)存在較大空隙特征（回填不密實等），如圖 5 所示，主要表現(xiàn)為管線雙曲線形態(tài)外見有強(qiáng)反射且非多次波特征；管線多次波反射特征，如圖6 所示，主要表現(xiàn)為雙曲線形態(tài)垂向多次重復(fù)出現(xiàn)且反射能量較強(qiáng)，推測為管內(nèi)大部分空間為空洞狀態(tài)所致；回填型管線典型特征，如圖 7、圖 8 所示，上方介質(zhì)見有同相軸不連續(xù)且具有倒“八”字型異常形態(tài)；頂管管線特征，如圖 9 所示，上方介質(zhì)連續(xù)性較好，未見開挖回填特征；管線儀探測見有信號推測為通訊管線，非管線異常的雙曲線特征推測為路基回填雜物干擾異常。在圖 3 至圖 9 中，橫坐標(biāo)代表測線里程，縱坐標(biāo)代表探測深度，兩者均以“m”為單位。
2.4 探測成果分析匯總
結(jié)合探地雷達(dá)綜合探測成果以及現(xiàn)場實際情況對測線L1～L19 進(jìn)行分析解譯，其中探地雷達(dá)測線與雨污管線相交點管線異常均吻合較好，不做單獨解譯。另外對于埋深 0.5 m以內(nèi)的孤立管線異常，大多屬于廢棄管線等范疇，也不進(jìn)行重點關(guān)注。部分測線分析解釋如下：
L1 測線位于廠區(qū)東側(cè)南北向，全長 205 m，起始段見有消防管線。路基段路基回填相對雜亂，存在回填雜物干擾，對于 200 MHz、400 MHz 天線影響較大。測線 L1 共見有 7處異常，依次編號為 G1-1～G1-7，其中 G1-5 處管線儀探測無信號，推測為水泥管或塑料管。
L2 測線位于廠區(qū)北側(cè)東西向，全長 170 m，路基結(jié)構(gòu)較為特殊且鋼筋密集。對于探地雷達(dá) 200 MHz、400 MHz 天線影響較大，尤其對于 400 MHz 天線探測效果影響嚴(yán)重，主要是對于電磁波信號具有一定屏蔽作用，本段數(shù)據(jù)以 100MHz、200 MHz 天線為主，整體未見明顯管線異常特征。
L4 測線位于廠區(qū)東側(cè)東西向，全長 90 m，地表為剛性路基且鋼筋相對密集，整體見有 4 處異常，編號為 G4-1～G4-1。管線儀探測均未見管線信號，推測為不明異常。
L10 測線位于廠區(qū)西南側(cè)南北向，全長 88 m，路基結(jié)構(gòu)較為特殊，并且鋼筋較為密集，對于地質(zhì)雷達(dá) 200 MHz、400MHz 天線影響較大，尤其對于 400 MHz 天線探測效果影響嚴(yán)重，主要是鋼筋對于電磁波信號具有一定屏蔽作用。本段數(shù)據(jù)以 100 MHz、200 MHz 天線為主，整體未見明顯管線異
常特征。
L11 測線位于廠區(qū)西南側(cè)東西向，全長 73 m，地表為剛性路基且鋼筋相對密集，整體見有 1 處異常，編號為 G11-1。管線儀探測未見管線信號，推測為不明異常。
L12 測線位于廠區(qū)中部東西向，全長 206 m，地表為剛性路基且鋼筋相對密集，整體見有 1 處異常，編號為 G12-1。管線儀探測見有管線信號，推測為通訊管線。
L14 測線位于廠區(qū)西北側(cè)東西向，全長 106 m，整體見有1 處異常，編號為 G14-1。管線儀探測未見管線信號，地表見有開挖修補(bǔ)路面。
L15 測線位于廠區(qū)西側(cè)南北向，全長 127 m，整體見有1 處異常，編號為 G15-1。管線儀探測未見管線信號，地表見有開挖修補(bǔ)路面。
L17 測線位于廠區(qū)中部南北向，全長 138 m，地表為剛性路基且鋼筋相對密集。地表金屬構(gòu)筑物較多，對于探測存在一定影響，整體未見明顯管線異常。
L18 測線位于廠區(qū)東南側(cè)東西向，全長 335 m，地表為剛性路基且鋼筋相對密集，中間段路基回填較為雜亂，整體見有 3 處異常，編號為 G18-1～G18-3。管線探測未見管線信號，推測為不明異常。
L19 測線位于廠區(qū)東側(cè)和北側(cè)外圍，主要是補(bǔ)充廠區(qū)內(nèi)部由于建筑設(shè)施以及施工等情況無法探測的區(qū)域。測線起自廠區(qū)外圍西北位置至東北再至東南結(jié)束于橋頭處，全長653 m，路面為市政瀝青材質(zhì)，路基結(jié)構(gòu)均勻性較好，整體探測效果較為理想。整體見有 11 處異常，編號分別為 G18-1至 G18-11，管線探測未見管線信號，推測為不明異常。其中G19-3、G19-4 兩處異常位于北門外側(cè)，附近見有已封堵雨污管線；G19-5 位于廢水站外側(cè)；G19-6～G19-8 三處異常附近有高壓電力過路，存在一定干擾；除上述 11 處異常外，尚見有若干處淺部異常，推測為淺部市政雨污管線。結(jié)合上述各管線特征，對探地雷達(dá)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出雷達(dá)探測成果共見有 85 處管線異常，將各異常具體位置、深度信息以及管線性質(zhì)等匯總成表。
2.5 管線排查
探地雷達(dá)探測成果中包括非目標(biāo)體管線，故現(xiàn)場根據(jù)成果表進(jìn)行綜合管線探測排查，對各管線屬性進(jìn)行確認(rèn)。依據(jù)管線儀探測排查結(jié)果，在上述管線成果中發(fā)現(xiàn)電力線 1 處，消防管線 3 處，通訊線 3 處，廢棄管線 1 處，路基回填雜物1 處等。對于廠區(qū)內(nèi)部的 18 處異常，排除已查明屬性的 9 處異常，剩余 9 處異常，推測為廠區(qū)在改擴(kuò)建等施工過程中廢棄管線；外圍的 11 處管線異常中，部分管線異常，見有廠區(qū)內(nèi)部雨污管線延伸至市政雨污的情況；測線所在道路近期經(jīng)過翻修，存在部分管線被掩埋或廢棄的情況。
3 結(jié)語
采用以探地雷達(dá)和管線儀為主的綜合技術(shù)方法，按照科學(xué)合理的流程進(jìn)行管線探測，可以達(dá)到從復(fù)雜環(huán)境中有效識別目標(biāo)管線的目的，探測成果準(zhǔn)確可信。探地雷達(dá)探測地下目標(biāo)體的主要依據(jù)是地下介質(zhì)等的介電常數(shù)差異［9］。由于一般的管線如水泥管、金屬管、電力管、PE 管等介電常數(shù)與周圍介質(zhì)差異較大，對于淺部管線在探測深度和精度方面都可以達(dá)到較好的效果，尤其是管線中含有水或空氣時效果*為明顯。為了實現(xiàn)探測深度與探測分辨率的*佳組合，特別對于大深度小管徑管線，往往需要選擇多種天線組合進(jìn)行綜合探測以達(dá)到理想效果。探地雷達(dá)對地下介質(zhì)的情況要求比較嚴(yán)格，如果地下介質(zhì)雜亂無章，會較難出現(xiàn)完整清晰的弧形異常信息，給探地雷達(dá)使用帶來難度，在實際工作中應(yīng)特別注意判斷。由于探地雷達(dá)和管線儀探測均為無損探測技術(shù)，所以對于管線異常的*終確認(rèn)宜采取開挖和靜力觸探等方式進(jìn)行配合。
