0 引言
地下管線探測(cè)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(duì)城市發(fā)展起著十分重要的作用。面對(duì)分布復(fù)雜的地下管線，尤其是要求從多種類(lèi)型管線中探測(cè)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(cè)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(cè)儀相結(jié)合的技術(shù)方法，通過(guò)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(cè)儀工作原理
1.1 探地雷達(dá)工作原理
探地雷達(dá)工作時(shí)，脈沖源產(chǎn)生周期性的信號(hào)形成雷達(dá)波并經(jīng)由發(fā)射天線耦合到地下。當(dāng)信號(hào)在傳播路徑上遇到介質(zhì)的非均勻體（面）時(shí)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(duì)信號(hào)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(lái)確定地下目標(biāo)體的性質(zhì)和狀態(tài)［4］，探測(cè)基本原理如圖 1 和圖 2所示。
1.2 管線探測(cè)儀工作原理
管線探測(cè)儀通常指電磁法管線探測(cè)儀器［5］，電磁法屬于常規(guī)物探儀探測(cè)方法，以地下管線與周?chē)橘|(zhì)的導(dǎo)電性及導(dǎo)磁性差異為主要物性前提。工作時(shí)，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(chǎng)，目標(biāo)管線在諧變磁場(chǎng)的激勵(lì)下形成二次電流并通過(guò)接收線圈測(cè)定二次電流產(chǎn)生的諧變磁場(chǎng)推測(cè)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(shí)例
2.1 工程概況
某電子廠需要進(jìn)行雨污管線探測(cè)，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(lái)水等多種管線，其中雨污管線作為目標(biāo)管線勘測(cè)，其他管線和建筑物則作為非目標(biāo)管線干擾因素。對(duì)于目標(biāo)體管線的準(zhǔn)確識(shí)別以及非目標(biāo)體管線的有效排查是工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)，因此采用探地雷達(dá)和管線探測(cè)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(duì)雨污管線信息有較為直觀準(zhǔn)確的掌握；然后對(duì)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(duì)廠區(qū)進(jìn)行整體探測(cè)；再于探測(cè)成果基礎(chǔ)上利用管線儀進(jìn)行探測(cè)，以排查非目標(biāo)體管線干擾以及*終識(shí)別確認(rèn)目標(biāo)體管線。
對(duì)于探地雷達(dá)探測(cè)，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?chē)橘|(zhì)介電常數(shù)大小有關(guān)。本次探測(cè)目標(biāo)體為水泥管，由于水泥管線材質(zhì)反射信號(hào)為負(fù)相位，探測(cè)結(jié)果具有多解性，在實(shí)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(yàn)證管線異常［7］。在利用管線儀探測(cè)時(shí)遵循從已知到未知的原則，在已知管線點(diǎn)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(guó)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(cè)方式以時(shí)間模式為主，其中時(shí)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(chǎng)試驗(yàn)以及各不同頻率天線特征取得。管線儀采用英國(guó)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(cè)線共計(jì)布設(shè) 19 條（編號(hào)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(cè)線整體呈縱橫交錯(cuò)關(guān)系。每條測(cè)線均用 100 MHz天線、200 MHz 天線、400 MHz 天線探測(cè)，單一測(cè)線累計(jì)長(zhǎng)度 2 858 m，總工作量 8 574 m，累計(jì)測(cè)點(diǎn) 25 722 個(gè)。
探地雷達(dá)探測(cè)是對(duì)地下目標(biāo)體的一種間接探測(cè)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(cè)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(shí)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(shí)地特點(diǎn)，佐以管線上方開(kāi)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(cè)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?chē)橘|(zhì)存在較大空隙特征（回填不密實(shí)等），如圖 5 所示，主要表現(xiàn)為管線雙曲線形態(tài)外見(jiàn)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(cè)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(jiàn)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(jiàn)開(kāi)挖回填特征；管線儀探測(cè)見(jiàn)有信號(hào)推測(cè)為通訊管線，非管線異常的雙曲線特征推測(cè)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(cè)線里程，縱坐標(biāo)代表探測(cè)深度，兩者均以“m”為單位。
2.4 探測(cè)成果分析匯總
結(jié)合探地雷達(dá)綜合探測(cè)成果以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)測(cè)線L1～L19 進(jìn)行分析解譯，其中探地雷達(dá)測(cè)線與雨污管線相交點(diǎn)管線異常均吻合較好，不做單獨(dú)解譯。另外對(duì)于埋深 0.5 m以?xún)?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(diǎn)關(guān)注。部分測(cè)線分析解釋如下：
L1 測(cè)線位于廠區(qū)東側(cè)南北向，全長(zhǎng) 205 m，起始段見(jiàn)有消防管線。路基段路基回填相對(duì)雜亂，存在回填雜物干擾，對(duì)于 200 MHz、400 MHz 天線影響較大。測(cè)線 L1 共見(jiàn)有 7處異常，依次編號(hào)為 G1-1～G1-7，其中 G1-5 處管線儀探測(cè)無(wú)信號(hào)，推測(cè)為水泥管或塑料管。
L2 測(cè)線位于廠區(qū)北側(cè)東西向，全長(zhǎng) 170 m，路基結(jié)構(gòu)較為特殊且鋼筋密集。對(duì)于探地雷達(dá) 200 MHz、400 MHz 天線影響較大，尤其對(duì)于 400 MHz 天線探測(cè)效果影響嚴(yán)重，主要是對(duì)于電磁波信號(hào)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(jiàn)明顯管線異常特征。
L4 測(cè)線位于廠區(qū)東側(cè)東西向，全長(zhǎng) 90 m，地表為剛性路基且鋼筋相對(duì)密集，整體見(jiàn)有 4 處異常，編號(hào)為 G4-1～G4-1。管線儀探測(cè)均未見(jiàn)管線信號(hào)，推測(cè)為不明異常。
L10 測(cè)線位于廠區(qū)西南側(cè)南北向，全長(zhǎng) 88 m，路基結(jié)構(gòu)較為特殊，并且鋼筋較為密集，對(duì)于地質(zhì)雷達(dá) 200 MHz、400MHz 天線影響較大，尤其對(duì)于 400 MHz 天線探測(cè)效果影響嚴(yán)重，主要是鋼筋對(duì)于電磁波信號(hào)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(jiàn)明顯管線異
常特征。
L11 測(cè)線位于廠區(qū)西南側(cè)東西向，全長(zhǎng) 73 m，地表為剛性路基且鋼筋相對(duì)密集，整體見(jiàn)有 1 處異常，編號(hào)為 G11-1。管線儀探測(cè)未見(jiàn)管線信號(hào)，推測(cè)為不明異常。
L12 測(cè)線位于廠區(qū)中部東西向，全長(zhǎng) 206 m，地表為剛性路基且鋼筋相對(duì)密集，整體見(jiàn)有 1 處異常，編號(hào)為 G12-1。管線儀探測(cè)見(jiàn)有管線信號(hào)，推測(cè)為通訊管線。
L14 測(cè)線位于廠區(qū)西北側(cè)東西向，全長(zhǎng) 106 m，整體見(jiàn)有1 處異常，編號(hào)為 G14-1。管線儀探測(cè)未見(jiàn)管線信號(hào)，地表見(jiàn)有開(kāi)挖修補(bǔ)路面。
L15 測(cè)線位于廠區(qū)西側(cè)南北向，全長(zhǎng) 127 m，整體見(jiàn)有1 處異常，編號(hào)為 G15-1。管線儀探測(cè)未見(jiàn)管線信號(hào)，地表見(jiàn)有開(kāi)挖修補(bǔ)路面。
L17 測(cè)線位于廠區(qū)中部南北向，全長(zhǎng) 138 m，地表為剛性路基且鋼筋相對(duì)密集。地表金屬構(gòu)筑物較多，對(duì)于探測(cè)存在一定影響，整體未見(jiàn)明顯管線異常。
L18 測(cè)線位于廠區(qū)東南側(cè)東西向，全長(zhǎng) 335 m，地表為剛性路基且鋼筋相對(duì)密集，中間段路基回填較為雜亂，整體見(jiàn)有 3 處異常，編號(hào)為 G18-1～G18-3。管線探測(cè)未見(jiàn)管線信號(hào)，推測(cè)為不明異常。
L19 測(cè)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(wú)法探測(cè)的區(qū)域。測(cè)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(zhǎng)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(cè)效果較為理想。整體見(jiàn)有 11 處異常，編號(hào)分別為 G18-1至 G18-11，管線探測(cè)未見(jiàn)管線信號(hào)，推測(cè)為不明異常。其中G19-3、G19-4 兩處異常位于北門(mén)外側(cè)，附近見(jiàn)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(guò)路，存在一定干擾；除上述 11 處異常外，尚見(jiàn)有若干處淺部異常，推測(cè)為淺部市政雨污管線。結(jié)合上述各管線特征，對(duì)探地雷達(dá)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出雷達(dá)探測(cè)成果共見(jiàn)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(cè)成果中包括非目標(biāo)體管線，故現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)成果表進(jìn)行綜合管線探測(cè)排查，對(duì)各管線屬性進(jìn)行確認(rèn)。依據(jù)管線儀探測(cè)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(duì)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(cè)為廠區(qū)在改擴(kuò)建等施工過(guò)程中廢棄管線；外圍的 11 處管線異常中，部分管線異常，見(jiàn)有廠區(qū)內(nèi)部雨污管線延伸至市政雨污的情況；測(cè)線所在道路近期經(jīng)過(guò)翻修，存在部分管線被掩埋或廢棄的情況。
3 結(jié)語(yǔ)
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(cè)，可以達(dá)到從復(fù)雜環(huán)境中有效識(shí)別目標(biāo)管線的目的，探測(cè)成果準(zhǔn)確可信。探地雷達(dá)探測(cè)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?chē)橘|(zhì)差異較大，對(duì)于淺部管線在探測(cè)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(shí)效果*為明顯。為了實(shí)現(xiàn)探測(cè)深度與探測(cè)分辨率的*佳組合，特別對(duì)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(cè)以達(dá)到理想效果。探地雷達(dá)對(duì)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(wú)章，會(huì)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(lái)難度，在實(shí)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(cè)均為無(wú)損探測(cè)技術(shù)，所以對(duì)于管線異常的*終確認(rèn)宜采取開(kāi)挖和靜力觸探等方式進(jìn)行配合。
