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【摘要】：本文结合贵阳市中心城区地下管线探测的工作经验，阐述市内排水管线探测采用的技术方法。
【作者单位】：贵阳市城市建设档案馆
【关键词】：贵阳市 排水管线 探测
市内排水管线埋设较深，一般在1～3m之间，由于其断面較大且有一定的分布规律，故对高频电磁波有较好的反射作用，采用RAMAC/GPR型探地雷达，以点测方式，做雷达断面，对断面进行现场分析来确定非金属管线的位置和埋深。
1.测区常见介质对雷达电磁波的吸收和反射特征
测区内管线所处的介质从路面到岩层可划分为混凝土或沥青层、酸性黄壤或杂填土层、基岩层，以酸性黄壤层为主要介质。
常见介质的介电常数、电导率及波速值如下表：
①介质对探地雷达电磁波的吸收特征用吸收系数 来表征，由此式可知：介质的电导率很大时，反射波在其反射路径上的衰减很大，接收天线所接收的管线界面反射信号就会很弱，介质电导率太大不利于探地雷达。
对于黄壤、杂填土介质，其介电常数值取εγ=14，其电导率σ在不同地段和不同季节差别很大，定义 为穿透深度。雨季取 =0.002时，穿透深度s=1m；旱季取 =0. 02时，穿透深度s=10m，所以，雨后一周内不宜从事地质雷达探测。
②介质对雷达电磁波的反射特征用反射系数来表征。
管线外界面反射系数 ；管线内界面反射系数 。
介质的介电常数，管道的介电常数， 管道内载体的介电常数。
由上可知：对埋设于黄壤、杂填土内的管线对电磁波的反射特征，因管线内的载体不同而呈现出不同的反射特征。
2.雷达工作参数的选择
①工作频率f：本次雷达探测，主要是针对非金属管线，管径一般在15cm以上，取χ=0.15m，对于黄壤、杂填土，εr=14，
根据公式：
则算得天线的工作频率f=267.26MHz，本次雷达探测工作频率为250MHz。
②时窗ω：本次普查的管线大多埋设在黄壤、杂填土内，其埋深h在0.3m~3m之间，对于黄壤、杂填土的波速为v=0.08m/ns，取埋深hmax=3 m，由 算得时窗ω=97.5ns，本次雷达探测时窗选取为100 ns。
③采样率Δt：由于本次雷达监测，地面不平坦，采用点测，天线频率f=250MHz，根据公式 算得Δt=0.67 ns，本次采样率确定为Δt=1 ns
④介质波速v：在已知埋深hi的管线点上得到管线异常的时距曲线，准确地确定弧顶走时t0i，由此得到一组（hi，t0i），由公式 算得介质的若干波速值vi，取其平均值： 。
本次在5个已知埋深的管线点实测管线的时距曲线，算得本测区介质的波速v=0.08m/ns，由此可知：测区地质雷达探测地下管线时，其管顶埋深可由h=0.04t0求得。
3.雷达数据采集
①工作方式：为了减少旁侧与顶部的反射，本次使用带屏蔽的250 MHz天线，采用发射天线和接收天线以固定间距沿测线同步移动的剖面测量方式；测线垂直管线走向布置，因地面起伏，采用点测，逐点观测，取得来自管状目标体的反射波图形。完成一个剖面后，发射天线与接收天线对调，重复工作，其探测结果取两次探测异常点中心，能够有效地消除偶然误差。其剖面法测量结果用时间剖面图像来表示，横坐标表示天线在地表的位置，纵坐标为反射波双程走时，表示雷达脉冲从发射天线出发经地下界面反射回到接收天线所需的时间。
②测点距：为了保证不漏测管线，测点距应为管线周围介质中波长的1/4，则测点距可按下式来确定：
对于黄壤、杂填土介质，其介电常数值一般取εγ=14左右，
本次天线频率f=250MHz，算得nx=0.08m。
4.数据处理方法
采用频率滤波，消除某一频段的干扰；采用反褶积来压制多次反射波；采用空间滤波的有效道叠加和道间差的方法，使异常具有更好的连续性或独立性，提高数据图像的可解释性；采用平滑数据的点平均法消除信号中的高频干扰；再根据地质情况、电性特征、被探测体的性质和规模进行分析。
5.异常特征分析
对于管线雷达探测，地下目标管线一般存在4层介质界面，即管线的内外各两层，反射波以上层内界面为主，其他层面较弱,其地下管线异常特征如下。
①反射波组的同相性形成同相轴是判别管线空间位置的重要标识，管线作为孤立的埋设物，其反射波的同相轴特征如下：
当管线为圆形管道时，同相轴特征为向下开口的抛物线，呈伞形状，顶部反射振幅最强；当管线为沟道或管块时，同相轴特征为有限平板状，反射界面的中部为平板状，两端各为半支向下开口的抛物线。
②地下界面上下介质的物性差异决定电磁波的传播特性，物性差异越大，反射波越强，上下介质中波速大小决定反射波振幅方向。
对于充水砼管：R外=0.13~0.19 ＞0R内=－0.56＜0,说明两界面反射波振幅反向；| R内|＞| R外|，说明内界面的反射波强度大于外界面的反射波强度。
对于充气砼管：R外=0.13~0.19 ＞0R内=0.43＞0,说明两界面反射波振幅同向；| R内|＞| R外|，内界面的反射波强度大于外界面的反射波强度；
在砼管壁厚不大（15cm左右）的情况下，内外界面的反射波相互叠加，其反射波波形视雷达的天线频率、管壁厚度和周围介质的介电常数等因素不同而有很大的差异。
本文就贵阳市排水管线探测的技术方法进行简单的评价和介绍，不足之处请各位前辈批评指正。
【作者单位】：贵阳市城市建设档案馆
【关键词】：贵阳市 排水管线 探测
市内排水管线埋设较深，一般在1～3m之间，由于其断面較大且有一定的分布规律，故对高频电磁波有较好的反射作用，采用RAMAC/GPR型探地雷达，以点测方式，做雷达断面，对断面进行现场分析来确定非金属管线的位置和埋深。
1.测区常见介质对雷达电磁波的吸收和反射特征
测区内管线所处的介质从路面到岩层可划分为混凝土或沥青层、酸性黄壤或杂填土层、基岩层，以酸性黄壤层为主要介质。
常见介质的介电常数、电导率及波速值如下表：
①介质对探地雷达电磁波的吸收特征用吸收系数 来表征，由此式可知：介质的电导率很大时，反射波在其反射路径上的衰减很大，接收天线所接收的管线界面反射信号就会很弱，介质电导率太大不利于探地雷达。
对于黄壤、杂填土介质，其介电常数值取εγ=14，其电导率σ在不同地段和不同季节差别很大，定义 为穿透深度。雨季取 =0.002时，穿透深度s=1m；旱季取 =0. 02时，穿透深度s=10m，所以，雨后一周内不宜从事地质雷达探测。
②介质对雷达电磁波的反射特征用反射系数来表征。
管线外界面反射系数 ；管线内界面反射系数 。
介质的介电常数，管道的介电常数， 管道内载体的介电常数。
由上可知：对埋设于黄壤、杂填土内的管线对电磁波的反射特征，因管线内的载体不同而呈现出不同的反射特征。
2.雷达工作参数的选择
①工作频率f：本次雷达探测，主要是针对非金属管线，管径一般在15cm以上，取χ=0.15m，对于黄壤、杂填土，εr=14，
根据公式：
则算得天线的工作频率f=267.26MHz，本次雷达探测工作频率为250MHz。
②时窗ω：本次普查的管线大多埋设在黄壤、杂填土内，其埋深h在0.3m~3m之间，对于黄壤、杂填土的波速为v=0.08m/ns，取埋深hmax=3 m，由 算得时窗ω=97.5ns，本次雷达探测时窗选取为100 ns。
③采样率Δt：由于本次雷达监测，地面不平坦，采用点测，天线频率f=250MHz，根据公式 算得Δt=0.67 ns，本次采样率确定为Δt=1 ns
④介质波速v：在已知埋深hi的管线点上得到管线异常的时距曲线，准确地确定弧顶走时t0i，由此得到一组（hi，t0i），由公式 算得介质的若干波速值vi，取其平均值： 。
本次在5个已知埋深的管线点实测管线的时距曲线，算得本测区介质的波速v=0.08m/ns，由此可知：测区地质雷达探测地下管线时，其管顶埋深可由h=0.04t0求得。
3.雷达数据采集
①工作方式：为了减少旁侧与顶部的反射，本次使用带屏蔽的250 MHz天线，采用发射天线和接收天线以固定间距沿测线同步移动的剖面测量方式；测线垂直管线走向布置，因地面起伏，采用点测，逐点观测，取得来自管状目标体的反射波图形。完成一个剖面后，发射天线与接收天线对调，重复工作，其探测结果取两次探测异常点中心，能够有效地消除偶然误差。其剖面法测量结果用时间剖面图像来表示，横坐标表示天线在地表的位置，纵坐标为反射波双程走时，表示雷达脉冲从发射天线出发经地下界面反射回到接收天线所需的时间。
②测点距：为了保证不漏测管线，测点距应为管线周围介质中波长的1/4，则测点距可按下式来确定：
对于黄壤、杂填土介质，其介电常数值一般取εγ=14左右，
本次天线频率f=250MHz，算得nx=0.08m。
4.数据处理方法
采用频率滤波，消除某一频段的干扰；采用反褶积来压制多次反射波；采用空间滤波的有效道叠加和道间差的方法，使异常具有更好的连续性或独立性，提高数据图像的可解释性；采用平滑数据的点平均法消除信号中的高频干扰；再根据地质情况、电性特征、被探测体的性质和规模进行分析。
5.异常特征分析
对于管线雷达探测，地下目标管线一般存在4层介质界面，即管线的内外各两层，反射波以上层内界面为主，其他层面较弱,其地下管线异常特征如下。
①反射波组的同相性形成同相轴是判别管线空间位置的重要标识，管线作为孤立的埋设物，其反射波的同相轴特征如下：
当管线为圆形管道时，同相轴特征为向下开口的抛物线，呈伞形状，顶部反射振幅最强；当管线为沟道或管块时，同相轴特征为有限平板状，反射界面的中部为平板状，两端各为半支向下开口的抛物线。
②地下界面上下介质的物性差异决定电磁波的传播特性，物性差异越大，反射波越强，上下介质中波速大小决定反射波振幅方向。
对于充水砼管：R外=0.13~0.19 ＞0R内=－0.56＜0,说明两界面反射波振幅反向；| R内|＞| R外|，说明内界面的反射波强度大于外界面的反射波强度。
对于充气砼管：R外=0.13~0.19 ＞0R内=0.43＞0,说明两界面反射波振幅同向；| R内|＞| R外|，内界面的反射波强度大于外界面的反射波强度；
在砼管壁厚不大（15cm左右）的情况下，内外界面的反射波相互叠加，其反射波波形视雷达的天线频率、管壁厚度和周围介质的介电常数等因素不同而有很大的差异。
本文就贵阳市排水管线探测的技术方法进行简单的评价和介绍，不足之处请各位前辈批评指正。