浅析雷达检测在管线探测和路面分层的应用

【摘要】：在简述雷达基本原理和探测方法的基础上，结合各种检测实例介绍了探地雷达在管线探测、路面分层(各结构层厚度)等市政工程检测方面的应用。

【Abstract】：Based on the basic principle and detection method of the radar, combined with a variety of testing examples of ground penetrating radar in detection of pipeline, pavement layer ( thickness of the structure ) application of municipal engineering detection.

【关键词】：雷达检测；管线探测；路面分层；天线

【Key word】：Radar detection；pipeline detection；Layered Pavement；antenna

中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：

1、引言

随着我国城市建设的飞速发展，由于原有城市地下管线资料欠缺严重，进行开挖施工时,稍有不慎就会挖到管线,往往造成很大的损失, 因此，开挖施工前查明地下管线并确定具体分布、埋深及走向非常重要。雷达检测以其轻便、快捷、准确等特点，已成为地下管线勘察的首选方法。

以往工程验收时要想知道路面各层厚度,就要随机钻孔取芯检测，但钻孔取芯法对面层具有一定的破坏性，其检查频度受到严格限制。而利用地质雷达就可以在路面上进行连续无损检测,其检测结果与取芯结果相当一致，检测结果不仅在具体点位上相当精确，而且其对指定区段的总评也非常可靠。

2、工作原理

探地雷达（Ground Probing Radar，简称GPR）是利用高频电磁波（106—109Hz）以宽频带短脉冲，向地下发送并接收目标体的反射波，探测地下目标或介质分布的一种勘探地球物理方法。因与探空雷达技术相似，故亦称“地质雷达”。

探地雷达由主机、天线和配套软件等几部分组成，探测时，利用发射天线发射高频宽带电磁波，当电磁波遇到电性不同的分界面时，就会产生反射，为接收天线所接收。然后通过雷达转换卡将脉冲电信号转换成数字信号，并传送给雷达主机；最后经过一系列的滤波、去噪等处理，得到形象的连续雷达剖面，达到探测识别地下目标物的目的(见图2.1)。

图2.1探地雷达基本原理示意图

（被测的隐蔽物体在雷达图中表现为一条 “双曲线”）

2.1管线的探测方法

对地下管线进行探测时，将雷达天线在地面上拖动，高频电磁波由天线进入土层中。当电磁波遇到地下的各种材质的管道（金属、PE或水泥管等）时，产生反射，并被接收天线所接收。管线的位置可以直接由天线的定位系统给出，深度可以由以下公式得出：d=v*t/2式中：d为地下管线的深度；v是电磁波在地下的传播速度；t为电磁波的双程传播时间。因为电磁波的传播时间可以直接在雷达图上读出，所以只要知道波速，就可以准确的得到管线的深度。某一地区的土壤中的电磁波速度通常可以用以下两种方法得到：

①在现场通过一个已知管线的深度，然后由上式反推出电磁波在该地区土壤中的传播速度；

②对于介质中的波速，可以由公式v=C/ε1/2得到。其中，C为电磁波在空气中的传播速度(30cm/ns)，ε为介质的介电常数。因此，只要得到该地区土壤的介电常数，就可以算出电磁波在地下的传播速度。

2.2路面分层的探测方法

路面分层的探测方法和管线的探测方法是一致的，所不同的是：管线探测是电磁波遇到管道反射，而路面分层探测是电磁波遇到分层界面反射。

2.3常用天线为80 MHz 、200MHz 、400MHz 、600MHz、1600MHz、2000 MHz和多频率天线阵，频率越低，可探测深度越深。另外，两个或两个以上的天线还可以组合成天线阵，这样就可探测各深度的目标。

3、管线探测实例

3.1 金属管线探测实例

使用意大利RIS雷达系统及600MHz天线在公路边缘处探测金属自来水管，探测方向垂直于公路。图3.1为实测得到的雷达图，图中方框表示自来水管的位置，管线顶部的埋深为1.1米。经过实际开挖验证，该结果和实际情况吻合。

图3.1金属自来水管探测雷达图

3.2 PVC管线探测实例

使用600MHz天线在某小区测量PVC自来水管道。图3.2为实测得到的雷达图，图中方框表示PVC自来水管的位置，管线顶部的埋深约为0.75米。

图3.2 PVC自来水管探测雷达图

3.3 水泥管线探测实例

使用600MHz天线在某市政工地检测水泥管。图3.3为实测得到的雷达图，图中方框表示水泥管的位置，水泥管管顶深度为1.3米。

图3.3水泥管探测雷达图

3.4地下光缆的探测实例

图3.4 雷达检测图中方框表示两管线，和实际开挖结果吻合

3.5地下复杂管线探测实例

以下是使用200MHz+600MHz天线进行管线探测的例子，该区域管线纵横交错，且管线之间相距很近，探测难度很大。扫描方向垂直于管线走向，扫描间隔为两米，雷达图经后处理软件处理完（图3.5、3.6）导入CAD2000（图3.7）。

图3.5横向扫描的管线雷达图（圆圈标出管位置）

图3.6纵向扫描管线雷达图（圆圈标出管位置）

图3.7后处理软件在CAD2000上自动绘制的管线分布图

复杂管线的分布图还可以添加到实际的地形图上，更加直观地反映出实际管道的位置情况。

4、路面分层实例

4.1沥青路面分层实例（如图4.1）

使用意大利IDS及频率为2000Mhz天线，配合手推车在某公路第二条车道进行扫描，雷达分层图见图4.1。

图4.1 路面结构分层

图4.1雷达图已通过现场抽芯比对校核出实际的雷达波速，黄色线、红色线、绿色线、蓝色线为各层的分界线，在各分界线上每100mm距间取一个深度(每条分界线100个深度值)计算平均值，得出第一层平均值为37.1mm；第二层平均值为51.0mm；第三层平均值为187.6mm；第四层平均值为247.3mm。路面的设计为40mm和60mm厚的沥青面层；200mm厚的基层；250mm厚的底基层。

4.2、混凝土路面厚度探测实例（图4.2）

使用意大利IDS及频率为2000Mhz天线，配合手推车在某公路第二条车道进行扫描，雷达分层图见图4.2。

图4.2混凝土路面厚度探测雷达图

图中红线表示混凝土板与土层的分界面，混凝土板厚度平均值为230mm。

5、结后语

雷达检测是近些年新发展起来的一项高科技技术，由于具有快速、精度高、无损探测、可实时成像监控等优点，这种非常规的探测方法已逐渐被工程界认可，并已被应用到若干工程当中。

雷达探测技术可应用于各种建筑工程、市政工程、地基、埋设物、各类地下管线、公路、机场跑道、隧道及地下构筑物渗水、漏水的检测与探测。

雷达技术在检测与探测混凝土构筑物方面有其优势，在高频天线可探测范围内，使用连续透视扫描探测，可定量地给出厚度、钢筋、缺损、预埋物、渗水积水等有关参数，可提供二维图像，方便使用。

6、参考文献

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