摘要：本文详细了论述了城市复杂地电条件下地质雷达探测的工作方法，并通过探测实例详细介绍了城市地下管线探测中常见干扰情况下地下管线地质雷达异常的解释方法。

      关键词：地质雷达 复杂地电条件 管线探测

      地质雷达探测是利用电磁波反射原理探测地下目标体的一种方法，其应用前提是地下目标体与周围介质存在电磁性差异。城市地下管线种类繁多，各类管线材质、保护材料或管道内媒介等与周围土质存在较大电磁性差异，因此，该方法已为我国许多管线专业探测队伍所采用。目前，地质雷达广泛应用于非金属管线（如砼管、塑料管等）和导电性弱的金属管线（如含绝缘垫层的铸铁管、球墨铸铁管等）的探测，复杂地段管线的检查验证。由于路面层状结构、地下介质不均匀及管线密集埋设等影响，使得地质雷达探测及异常解释变得极其复杂。本文将详细介绍城市地下管线地质雷达探测的野外工作方法及常见复杂异常的解释方法。

一．地质雷达探测工作方法

1．现场踏勘及方法试验

      在城市地下管线探测中，由于城市地形条件复杂，浅部地下介质极不均匀，管线布置密集，因此地质雷达探测及解释工作变得相当复杂。为更好的实施地质雷达探测工作，在布置地质雷达测线前，应通过收集资料和现场踏勘尽可能详细了解探测目标管线的管径、材质及埋设情况；通过已探查的明显管线点、分支管线了解目标管线的大致走向、位置和埋深；现场了解场地条件、环境状况（如温度、湿度）及可能存在的强干扰源（如微波发射塔等）。针对地下管线的埋设状况，在测区内选择不同种类不同埋深的已知管线进行方法试验，以便了解所使用设备和采用的探测方法的有效性及选择最佳工作参数。同时，通过方法试验，了解各类管线反射异常的形态、规模及波形特征，目标管线所在地段的道路结构、地下介质、及其它管线对目标管线探测的影响。当管线埋设密集时，现场了解其他管线的规格、材质、埋深及其相对目标管线的位置，有助于目标管线异常的判别。

2．剖面探测

      地质雷达探测地下管线采用剖面法，即发射天线和接收天线以固定间隔距离沿测线同步移动探测。在了解探测目标管线大致走向和位置的基础上，选择合适的场地布置测线，标志起始位置，测线方向应垂直目标管线走向。每一测点处应至少布置2-3条测线，测线间距视现场条件而定，通常取1-2m。测线布置应避开地下管线检修井及其他可能产生强反射的非目标体，以免影响仪器参数的调节及目标管线异常的判识。当目标管线附近存在其它平行布置的已知管线时，应尽可能横跨已知管线，以便进行深度校正。对于管线分支或转折，应在不同管线方向或分支方向布置测线，确定管线位置、走向后采用交汇法定特征点。在管线变深、变径及终止点等，应加密剖面探测。当管线规格较大且位置走向已知时，可沿走向位置布置测线探测。对掩埋的建（构）筑物及附属设施，亦可采用此方法查明。在管线密集地段及不均匀反射干扰严重时，应尽可能选择非目标管线位置已知且干扰小的地段施测剖面，以便有效异常的识别。

二．地质雷达异常解释

1．地质雷达反射波组的识别标志

      地质雷达是通过位于地表的发射天线在沿测线移动过程中每隔固定距离向地下发射电磁波，由接收天线接收来自地下界面的反射并通过数字采样记录下来，以波形或彩色（灰阶）显示在屏幕上，形成完整的探测雷达剖面图像。在雷达剖面上，来自同一界面的反射波组通常具有以下特性：

      同相性：同一波组的相位特征沿剖面基本不变或有缓慢变化，同相轴为一平滑曲线；

      相似性：同一波组波形特征基本保持不变；

      特定波形特征：同一波组具有特定波形特征，不同波组波形特征差异较大。

      根据以上识别标志可以从雷达剖面图像识别来自同一地质界面的反射波组。

2． 地下管线异常的基本特征

      从电磁波反射原理可知，当测线垂直管线走向、地下介质均匀的条件下，圆形截面管线（如给水、煤气等）管顶反射呈现拱形曲线形态，拱形曲线顶点位置即为管线中心所在位置；顶部为平直面的管线（如管沟、管块等），反射波形态呈现平直线形态，其中心位置为顶板中心。目标管线管径大，反射波曲线平缓；管径小，曲线尖锐。管线埋深大，反射波异常幅度减弱，曲线形态趋向平缓。管线材质与周围介质电性差异愈大，反射愈强，波形幅度大；反之，反射弱，波形幅度小。当顶板宽度相对埋深很小时，呈现类似圆形截面的反射异常形态。顶部不规则断面呈现不规则异常形态。如图1为日本无线株式会社生产的JEJ-55A型地质雷达探测剖面。十字丝位置异常为400mm给水砼管反射，由于旁侧管线干扰，给水砼管异常 右翼稍有畸变。右侧上部平直部分同相轴为电力管块反射异常。

图 1

3.复杂条件下的异常解释

      在实际探测工作中，由于道路及土层的层状结构、管线周围介质不均匀、管线密集埋设等影响，探测雷达图像除接收来自地下管线的反射外，还叠加了地下层状界面、不均匀干扰体及旁侧管线的反射，图像变得极其复杂，有效异常难于识别。因此，图像解释人员应在熟知各类管线反射的基本异常形态、特征，掌握层状界面干扰、地下介质不均匀体干扰及浅部、旁侧管线反射干扰的特点，分析各种干扰及其相互叠加后对目标管线异常可能造成的影响的基础上，排除干扰异常，正确识别目标管线的有效异常。

三.应用实例

      本文以JEJ-55A型地质雷达在南通和杭州等城市地下管线探测应用实例，阐明复杂条件下地质雷达探测异常的解释。

1．密集埋设管线异常解释

      城市地下管线探测中，平行埋设的地下管线在实际探测中经常遇到。地质雷达采用剖面法探测，目标管线的异常只能通过对单个剖面的分析解释来确定。由于管线密集埋设，剖面记录除显示目标管线异常外，含有许多非目标管线异常及浅部不均匀干扰异常，有些异常形态和规模几乎与目标管线一样，且相互叠加，无法准确判别哪个目标管线异常，因此，探测解释前现场了解目标管线的大致位置和埋深及剖面记录范围内可能存在的其它管线的规格、材质、位置、埋深等情况，有助于排除非目标管线异常，准确判定目标管线异常。

      图2为给水砼管探测记录剖面，深部并排显示了两个形态基本相同的异常，水平位置和埋深分别为1.48m、0.84m和2.30m、0.84m。由已探测管线及现场调查分析可知，十字丝所在位置即

图 2 图 3 图 4 图 5

为探测目标管线300mm给水砼管，另一异常为200mm煤气钢管。图3和图4为三条并排埋设管线的探测剖面，从左至右分别为200mm中压煤气钢管、200mm低压煤气钢管和500mm给水铸铁管，反射波异常相互叠加 ，但基本能从波峰分辨出来，其中目标管线给水管道（如图十字丝所示）异常规模明显比煤气管大。图5为300mm给水砼管探测剖面，由于左侧300x200mm电信塑料保护套管反射干扰，两管初至反射波叠加后几乎成一个异常，但后续波谷和波峰出现畸变，由此可判断两异常相互叠加而成，给水砼管和电信管线的水平位置、埋深分别为1.90m、0.76m和1.46m、0.72m。

2．地层界面反射干扰异常解释

城市道路基础下土层在未经挖掘的情况下往往保持着原状土的层状结构，不同土层电性特征存在差异，从而在地层界面上产生反射。埋设管位置由于挖掘回填，层状结构被破坏，地层界面反射中断，随之出现向下弯曲的反射波图像。图 6为300mm给水球墨铸铁管探测剖面，目标管线拱形反射位于开挖槽中央，两翼对称出现，即十字丝位置。图7为300mm球墨铸铁给水管探测剖面记录，水平位置1.86m、埋深0.99m处为 图 6 图 7

目标管线位置。

图 6 图7 图 8 图 9

3．路面层状干扰异常解释

由于道路层状结构影响，雷达剖面记录上常常出现均匀分布水平反射条带，且条带的出现只与路面结构有关，地下不同界面反射与之叠加形成复杂的探测雷达剖面。

图8为900mm给水砼管探测剖面。水平位置3.3m以前为原路面，没有层状条带反射；而3.3m以后为新修路面，其下出现条带反

射。水平位置4.68m、深度为1.20m处为目标管线反射异常。由于受反射条带影响，拱形异常宽窄不均，甚至消失。图9为该管另一处探测剖面，管顶反射异常波峰正好出现在反射条带波峰处，异常幅度增强，拱形条带变白，如图中十字丝所示，两翼由于条带干扰影响无法分辨。此类干扰在一些城市新修道路上特别明显，严重影响雷达探测效果。

4． 不均匀介质干扰异常解释

城市道路路基及管道上覆回填土层中通常夹杂着许多块石、砖头等建筑垃圾，这些孤立的块石砖头与周围土质在电性特征上存在一定差异，在雷达剖面上形成复杂干扰异常，影响目标管线异常的识别。在外业探测过程中，可在测点附近改变测线位置多次施测比较；在异常解释时，应充分了解目标管线规格、材质、埋设

情况及其反射波的异常形态、规模及波形特征，结合管道的连续性、干扰的随机性的特点，从众多干扰中，识别出连续出现、波形特征稳定的目标管线反射异常。在干扰严重路段可采用钎探或开挖验证。图10和11分别为500mm和600mm给水砼管探测雷达剖面，图中记录有大量的地下不均匀干扰体反射，由于管线规格较干扰体大，因此异常形态规模也较干扰异常大，如图中十字丝所示。

5． 多次反射异常解释

在个别路段，砼质及塑料材质给水管道与周围土质介电常数差异较大，管顶反射强烈，同时存在多次反射现象。如图12中水平位置 2.10m、埋深0.96m处为500mm给水砼管管顶反射异常，其下二倍埋深处出现与上异常形态相同的二次反射波，但与一次反射相位相反。在实际探测中，由于浅部干扰影响，目标管线管顶反

射变得模糊，难于准确定位定深，此时可利用二次反射的特点，准确确定埋设管位置，深度为二次反射异常深度的一半。图13为该管另一位置探测图像，水平位置2.24m、埋深1.74m处有一明显管线异常，在其埋深一半处模糊可见部分管顶反射，埋深约0.87m。由此可知，对异常解释人员来说，解释前详细了解目标管线埋深、位置、材质等，对正确识别有效异常排除干扰十分有益处。


6． 新埋设管异常解释

      新增管道往往是将原道路路面破碎后挖槽埋设，其中回填土中含大量的硬化路面碎块且回填不实，路面结构和材料也与原路面不完全相同，因此，在开挖槽处出现大量的杂波干扰，形成竖向杂波干扰条带，如图14所示，水平位置 1.20m 、埋深 1.64m 处为 300mm 给水球墨铸铁管反射异常。部分新埋设管由于开挖槽杂波干扰， 

      难于准确识别管顶反射，只能判断开挖槽的位置和宽度，此时可采用钎探或开挖确定埋深，如图15所示。


四.结束语

      地质雷达应用于城市地区地下管线探测，由于城市地区复杂的地电条件，给地质雷达探测和解释带来一定困难。因此，在地质雷达探测解释前，收集有关目标管线资料，现场了解周围环境状况及管线的埋设情况；在探测过程中，通过大量的方法试验，掌握目标异常的基本特征及干扰异常特点，尽可能避开干扰或在干扰小的地点布置剖面，对识别有效异常排除干扰起着重要的作用。本文探测剖面图像均来自外业实测，并得到我公司南通及杭州项目的大力支持，在此表示感谢。

参考文献：
1.李大心编著，《探地雷达方法与应用》，地质出版社，1994.12