摘要：本文詳細(xì)了論述了城市復(fù)雜地電條件下地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)的工作方法，并通過(guò)探測(cè)實(shí)例詳細(xì)介紹了城市地下管線探測(cè)中常見(jiàn)干擾情況下地下管線地質(zhì)雷達(dá)異常的解釋方法。

      關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá) 復(fù)雜地電條件 管線探測(cè)

      地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)是利用電磁波反射原理探測(cè)地下目標(biāo)體的一種方法，其應(yīng)用前提是地下目標(biāo)體與周?chē)橘|(zhì)存在電磁性差異。城市地下管線種類(lèi)繁多，各類(lèi)管線材質(zhì)、保護(hù)材料或管道內(nèi)媒介等與周?chē)临|(zhì)存在較大電磁性差異，因此，該方法已為我國(guó)許多管線專(zhuān)業(yè)探測(cè)隊(duì)伍所采用。目前，地質(zhì)雷達(dá)廣泛應(yīng)用于非金屬管線（如砼管、塑料管等）和導(dǎo)電性弱的金屬管線（如含絕緣墊層的鑄鐵管、球墨鑄鐵管等）的探測(cè)，復(fù)雜地段管線的檢查驗(yàn)證。由于路面層狀結(jié)構(gòu)、地下介質(zhì)不均勻及管線密集埋設(shè)等影響，使得地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)及異常解釋變得極其復(fù)雜。本文將詳細(xì)介紹城市地下管線地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)的野外工作方法及常見(jiàn)復(fù)雜異常的解釋方法。

一．地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)工作方法

1．現(xiàn)場(chǎng)踏勘及方法試驗(yàn)

      在城市地下管線探測(cè)中，由于城市地形條件復(fù)雜，淺部地下介質(zhì)極不均勻，管線布置密集，因此地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)及解釋工作變得相當(dāng)復(fù)雜。為更好的實(shí)施地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)工作，在布置地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線前，應(yīng)通過(guò)收集資料和現(xiàn)場(chǎng)踏勘盡可能詳細(xì)了解探測(cè)目標(biāo)管線的管徑、材質(zhì)及埋設(shè)情況；通過(guò)已探查的明顯管線點(diǎn)、分支管線了解目標(biāo)管線的大致走向、位置和埋深；現(xiàn)場(chǎng)了解場(chǎng)地條件、環(huán)境狀況（如溫度、濕度）及可能存在的強(qiáng)干擾源（如微波發(fā)射塔等）。針對(duì)地下管線的埋設(shè)狀況，在測(cè)區(qū)內(nèi)選擇不同種類(lèi)不同埋深的已知管線進(jìn)行方法試驗(yàn)，以便了解所使用設(shè)備和采用的探測(cè)方法的有效性及選擇最佳工作參數(shù)。同時(shí)，通過(guò)方法試驗(yàn)，了解各類(lèi)管線反射異常的形態(tài)、規(guī)模及波形特征，目標(biāo)管線所在地段的道路結(jié)構(gòu)、地下介質(zhì)、及其它管線對(duì)目標(biāo)管線探測(cè)的影響。當(dāng)管線埋設(shè)密集時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)了解其他管線的規(guī)格、材質(zhì)、埋深及其相對(duì)目標(biāo)管線的位置，有助于目標(biāo)管線異常的判別。

2．剖面探測(cè)

      地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)地下管線采用剖面法，即發(fā)射天線和接收天線以固定間隔距離沿測(cè)線同步移動(dòng)探測(cè)。在了解探測(cè)目標(biāo)管線大致走向和位置的基礎(chǔ)上，選擇合適的場(chǎng)地布置測(cè)線，標(biāo)志起始位置，測(cè)線方向應(yīng)垂直目標(biāo)管線走向。每一測(cè)點(diǎn)處應(yīng)至少布置2-3條測(cè)線，測(cè)線間距視現(xiàn)場(chǎng)條件而定，通常取1-2m。測(cè)線布置應(yīng)避開(kāi)地下管線檢修井及其他可能產(chǎn)生強(qiáng)反射的非目標(biāo)體，以免影響儀器參數(shù)的調(diào)節(jié)及目標(biāo)管線異常的判識(shí)。當(dāng)目標(biāo)管線附近存在其它平行布置的已知管線時(shí)，應(yīng)盡可能橫跨已知管線，以便進(jìn)行深度校正。對(duì)于管線分支或轉(zhuǎn)折，應(yīng)在不同管線方向或分支方向布置測(cè)線，確定管線位置、走向后采用交匯法定特征點(diǎn)。在管線變深、變徑及終止點(diǎn)等，應(yīng)加密剖面探測(cè)。當(dāng)管線規(guī)格較大且位置走向已知時(shí)，可沿走向位置布置測(cè)線探測(cè)。對(duì)掩埋的建（構(gòu)）筑物及附屬設(shè)施，亦可采用此方法查明。在管線密集地段及不均勻反射干擾嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)盡可能選擇非目標(biāo)管線位置已知且干擾小的地段施測(cè)剖面，以便有效異常的識(shí)別。

二．地質(zhì)雷達(dá)異常解釋

1．地質(zhì)雷達(dá)反射波組的識(shí)別標(biāo)志

      地質(zhì)雷達(dá)是通過(guò)位于地表的發(fā)射天線在沿測(cè)線移動(dòng)過(guò)程中每隔固定距離向地下發(fā)射電磁波，由接收天線接收來(lái)自地下界面的反射并通過(guò)數(shù)字采樣記錄下來(lái)，以波形或彩色（灰階）顯示在屏幕上，形成完整的探測(cè)雷達(dá)剖面圖像。在雷達(dá)剖面上，來(lái)自同一界面的反射波組通常具有以下特性：

      同相性：同一波組的相位特征沿剖面基本不變或有緩慢變化，同相軸為一平滑曲線；

      相似性：同一波組波形特征基本保持不變；

      特定波形特征：同一波組具有特定波形特征，不同波組波形特征差異較大。

      根據(jù)以上識(shí)別標(biāo)志可以從雷達(dá)剖面圖像識(shí)別來(lái)自同一地質(zhì)界面的反射波組。

2． 地下管線異常的基本特征

      從電磁波反射原理可知，當(dāng)測(cè)線垂直管線走向、地下介質(zhì)均勻的條件下，圓形截面管線（如給水、煤氣等）管頂反射呈現(xiàn)拱形曲線形態(tài)，拱形曲線頂點(diǎn)位置即為管線中心所在位置；頂部為平直面的管線（如管溝、管塊等），反射波形態(tài)呈現(xiàn)平直線形態(tài)，其中心位置為頂板中心。目標(biāo)管線管徑大，反射波曲線平緩；管徑小，曲線尖銳。管線埋深大，反射波異常幅度減弱，曲線形態(tài)趨向平緩。管線材質(zhì)與周?chē)橘|(zhì)電性差異愈大，反射愈強(qiáng)，波形幅度大；反之，反射弱，波形幅度小。當(dāng)頂板寬度相對(duì)埋深很小時(shí)，呈現(xiàn)類(lèi)似圓形截面的反射異常形態(tài)。頂部不規(guī)則斷面呈現(xiàn)不規(guī)則異常形態(tài)。如圖1為日本無(wú)線株式會(huì)社生產(chǎn)的JEJ-55A型地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)剖面。十字絲位置異常為400mm給水砼管反射，由于旁側(cè)管線干擾，給水砼管異常 右翼稍有畸變。右側(cè)上部平直部分同相軸為電力管塊反射異常。

圖 1

3.復(fù)雜條件下的異常解釋

      在實(shí)際探測(cè)工作中，由于道路及土層的層狀結(jié)構(gòu)、管線周?chē)橘|(zhì)不均勻、管線密集埋設(shè)等影響，探測(cè)雷達(dá)圖像除接收來(lái)自地下管線的反射外，還疊加了地下層狀界面、不均勻干擾體及旁側(cè)管線的反射，圖像變得極其復(fù)雜，有效異常難于識(shí)別。因此，圖像解釋人員應(yīng)在熟知各類(lèi)管線反射的基本異常形態(tài)、特征，掌握層狀界面干擾、地下介質(zhì)不均勻體干擾及淺部、旁側(cè)管線反射干擾的特點(diǎn)，分析各種干擾及其相互疊加后對(duì)目標(biāo)管線異?？赡茉斐傻挠绊懙幕A(chǔ)上，排除干擾異常，正確識(shí)別目標(biāo)管線的有效異常。

三.應(yīng)用實(shí)例

      本文以JEJ-55A型地質(zhì)雷達(dá)在南通和杭州等城市地下管線探測(cè)應(yīng)用實(shí)例，闡明復(fù)雜條件下地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)異常的解釋。

1．密集埋設(shè)管線異常解釋

      城市地下管線探測(cè)中，平行埋設(shè)的地下管線在實(shí)際探測(cè)中經(jīng)常遇到。地質(zhì)雷達(dá)采用剖面法探測(cè)，目標(biāo)管線的異常只能通過(guò)對(duì)單個(gè)剖面的分析解釋來(lái)確定。由于管線密集埋設(shè)，剖面記錄除顯示目標(biāo)管線異常外，含有許多非目標(biāo)管線異常及淺部不均勻干擾異常，有些異常形態(tài)和規(guī)模幾乎與目標(biāo)管線一樣，且相互疊加，無(wú)法準(zhǔn)確判別哪個(gè)目標(biāo)管線異常，因此，探測(cè)解釋前現(xiàn)場(chǎng)了解目標(biāo)管線的大致位置和埋深及剖面記錄范圍內(nèi)可能存在的其它管線的規(guī)格、材質(zhì)、位置、埋深等情況，有助于排除非目標(biāo)管線異常，準(zhǔn)確判定目標(biāo)管線異常。

      圖2為給水砼管探測(cè)記錄剖面，深部并排顯示了兩個(gè)形態(tài)基本相同的異常，水平位置和埋深分別為1.48m、0.84m和2.30m、0.84m。由已探測(cè)管線及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析可知，十字絲所在位置即

圖 2 圖 3 圖 4 圖 5

為探測(cè)目標(biāo)管線300mm給水砼管，另一異常為200mm煤氣鋼管。圖3和圖4為三條并排埋設(shè)管線的探測(cè)剖面，從左至右分別為200mm中壓煤氣鋼管、200mm低壓煤氣鋼管和500mm給水鑄鐵管，反射波異常相互疊加 ，但基本能從波峰分辨出來(lái)，其中目標(biāo)管線給水管道（如圖十字絲所示）異常規(guī)模明顯比煤氣管大。圖5為300mm給水砼管探測(cè)剖面，由于左側(cè)300x200mm電信塑料保護(hù)套管反射干擾，兩管初至反射波疊加后幾乎成一個(gè)異常，但后續(xù)波谷和波峰出現(xiàn)畸變，由此可判斷兩異常相互疊加而成，給水砼管和電信管線的水平位置、埋深分別為1.90m、0.76m和1.46m、0.72m。

2．地層界面反射干擾異常解釋

城市道路基礎(chǔ)下土層在未經(jīng)挖掘的情況下往往保持著原狀土的層狀結(jié)構(gòu)，不同土層電性特征存在差異，從而在地層界面上產(chǎn)生反射。埋設(shè)管位置由于挖掘回填，層狀結(jié)構(gòu)被破壞，地層界面反射中斷，隨之出現(xiàn)向下彎曲的反射波圖像。圖 6為300mm給水球墨鑄鐵管探測(cè)剖面，目標(biāo)管線拱形反射位于開(kāi)挖槽中央，兩翼對(duì)稱(chēng)出現(xiàn)，即十字絲位置。圖7為300mm球墨鑄鐵給水管探測(cè)剖面記錄，水平位置1.86m、埋深0.99m處為 圖 6 圖 7

目標(biāo)管線位置。

圖 6 圖7 圖 8 圖 9

3．路面層狀干擾異常解釋

由于道路層狀結(jié)構(gòu)影響，雷達(dá)剖面記錄上常常出現(xiàn)均勻分布水平反射條帶，且條帶的出現(xiàn)只與路面結(jié)構(gòu)有關(guān)，地下不同界面反射與之疊加形成復(fù)雜的探測(cè)雷達(dá)剖面。

圖8為900mm給水砼管探測(cè)剖面。水平位置3.3m以前為原路面，沒(méi)有層狀條帶反射；而3.3m以后為新修路面，其下出現(xiàn)條帶反

射。水平位置4.68m、深度為1.20m處為目標(biāo)管線反射異常。由于受反射條帶影響，拱形異常寬窄不均，甚至消失。圖9為該管另一處探測(cè)剖面，管頂反射異常波峰正好出現(xiàn)在反射條帶波峰處，異常幅度增強(qiáng)，拱形條帶變白，如圖中十字絲所示，兩翼由于條帶干擾影響無(wú)法分辨。此類(lèi)干擾在一些城市新修道路上特別明顯，嚴(yán)重影響雷達(dá)探測(cè)效果。

4． 不均勻介質(zhì)干擾異常解釋

城市道路路基及管道上覆回填土層中通常夾雜著許多塊石、磚頭等建筑垃圾，這些孤立的塊石磚頭與周?chē)临|(zhì)在電性特征上存在一定差異，在雷達(dá)剖面上形成復(fù)雜干擾異常，影響目標(biāo)管線異常的識(shí)別。在外業(yè)探測(cè)過(guò)程中，可在測(cè)點(diǎn)附近改變測(cè)線位置多次施測(cè)比較；在異常解釋時(shí)，應(yīng)充分了解目標(biāo)管線規(guī)格、材質(zhì)、埋設(shè)

情況及其反射波的異常形態(tài)、規(guī)模及波形特征，結(jié)合管道的連續(xù)性、干擾的隨機(jī)性的特點(diǎn)，從眾多干擾中，識(shí)別出連續(xù)出現(xiàn)、波形特征穩(wěn)定的目標(biāo)管線反射異常。在干擾嚴(yán)重路段可采用釬探或開(kāi)挖驗(yàn)證。圖10和11分別為500mm和600mm給水砼管探測(cè)雷達(dá)剖面，圖中記錄有大量的地下不均勻干擾體反射，由于管線規(guī)格較干擾體大，因此異常形態(tài)規(guī)模也較干擾異常大，如圖中十字絲所示。

5． 多次反射異常解釋

在個(gè)別路段，砼質(zhì)及塑料材質(zhì)給水管道與周?chē)临|(zhì)介電常數(shù)差異較大，管頂反射強(qiáng)烈，同時(shí)存在多次反射現(xiàn)象。如圖12中水平位置 2.10m、埋深0.96m處為500mm給水砼管管頂反射異常，其下二倍埋深處出現(xiàn)與上異常形態(tài)相同的二次反射波，但與一次反射相位相反。在實(shí)際探測(cè)中，由于淺部干擾影響，目標(biāo)管線管頂反

射變得模糊，難于準(zhǔn)確定位定深，此時(shí)可利用二次反射的特點(diǎn)，準(zhǔn)確確定埋設(shè)管位置，深度為二次反射異常深度的一半。圖13為該管另一位置探測(cè)圖像，水平位置2.24m、埋深1.74m處有一明顯管線異常，在其埋深一半處模糊可見(jiàn)部分管頂反射，埋深約0.87m。由此可知，對(duì)異常解釋人員來(lái)說(shuō)，解釋前詳細(xì)了解目標(biāo)管線埋深、位置、材質(zhì)等，對(duì)正確識(shí)別有效異常排除干擾十分有益處。


6． 新埋設(shè)管異常解釋

      新增管道往往是將原道路路面破碎后挖槽埋設(shè)，其中回填土中含大量的硬化路面碎塊且回填不實(shí)，路面結(jié)構(gòu)和材料也與原路面不完全相同，因此，在開(kāi)挖槽處出現(xiàn)大量的雜波干擾，形成豎向雜波干擾條帶，如圖14所示，水平位置 1.20m 、埋深 1.64m 處為 300mm 給水球墨鑄鐵管反射異常。部分新埋設(shè)管由于開(kāi)挖槽雜波干擾， 

      難于準(zhǔn)確識(shí)別管頂反射，只能判斷開(kāi)挖槽的位置和寬度，此時(shí)可采用釬探或開(kāi)挖確定埋深，如圖15所示。


四.結(jié)束語(yǔ)

      地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用于城市地區(qū)地下管線探測(cè)，由于城市地區(qū)復(fù)雜的地電條件，給地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)和解釋帶來(lái)一定困難。因此，在地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)解釋前，收集有關(guān)目標(biāo)管線資料，現(xiàn)場(chǎng)了解周?chē)h(huán)境狀況及管線的埋設(shè)情況；在探測(cè)過(guò)程中，通過(guò)大量的方法試驗(yàn)，掌握目標(biāo)異常的基本特征及干擾異常特點(diǎn)，盡可能避開(kāi)干擾或在干擾小的地點(diǎn)布置剖面，對(duì)識(shí)別有效異常排除干擾起著重要的作用。本文探測(cè)剖面圖像均來(lái)自外業(yè)實(shí)測(cè)，并得到我公司南通及杭州項(xiàng)目的大力支持，在此表示感謝。

參考文獻(xiàn)：
1.李大心編著，《探地雷達(dá)方法與應(yīng)用》，地質(zhì)出版社，1994.12