郭 凱 楊豐碩

(沈陽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110168)

0 引言

在城市建設(shè)、管理的過程中，地下深埋管線的分布情況是其重要的基本建設(shè)資料之一。能夠在建設(shè)工程中準(zhǔn)確的測出地下深埋管線的走向，埋設(shè)深度等重要施工信息，則能夠為工程的設(shè)計提供建設(shè)性參考，為工程施工過程避免不必要的損失。目前階段，基礎(chǔ)工程的檢測方法主要為鉆芯取樣法等有損檢測方法。探地雷達(dá)法作為近年來新興的無損檢測技術(shù)，具有無損性、快捷性、易操作性等特點，開始逐漸被越來越多的工程前期勘測階段所采用。

探地雷達(dá)法是利用探地雷達(dá)的探地天線對被測介質(zhì)進(jìn)行高頻率電磁脈沖輻射，通過分析由介質(zhì)反射得到的電磁回波的回波特征，來推定被掃描介質(zhì)的內(nèi)部構(gòu)造的一種無損檢測方法。由于不同介質(zhì)之間的電磁性質(zhì)差異較大，因此探地雷達(dá)法還具有高精度、高準(zhǔn)確性等特點[1-3]。但由于實際工程中的場地因素、環(huán)境因素等相關(guān)客觀因素的影響，探地雷達(dá)的檢測結(jié)果存在解讀困難問題、差異性問題等一系列問題。由于城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對地下深埋管線的檢測精度提出的要求日益提高，對探地雷達(dá)法的檢測結(jié)果的定性與定量研究具有十分重要的意義[4]。

1 探地雷達(dá)法檢測原理

探地雷達(dá)功能化主機、天線及相關(guān)計算軟件等組成。通過電磁波在不同介質(zhì)中傳遞的差異性特點，利用探地雷達(dá)向被測介質(zhì)中輻射較高頻率的電磁波(MHz級別-GHz級別)。當(dāng)較高頻電磁波在傳播中遇到不均勻物體(不同介質(zhì)間界面)時會產(chǎn)生電磁波的反射現(xiàn)象。而不均勻物體(界面)上的反射系數(shù)則由界面處兩相鄰的不同介質(zhì)的介電常數(shù)決定。最終通過對雷達(dá)功能主機收到的電磁波回波進(jìn)行后處理和圖像解讀，達(dá)到獲得被測物相關(guān)信息的目的。

電磁波在某一介質(zhì)中的傳遞速度V是恒定的。通過計算探地雷達(dá)功能主機上所測得的地面回波時間與介質(zhì)回波時間的時間差ΔT，便可計算出被測目標(biāo)物的所處深度H：

H=V×ΔT/2

(1)

其中，H為被測目標(biāo)物的位置深度。

電磁波在某一介質(zhì)中的傳遞速度V的計算公式如下所示：

(2)

其中，C為電磁波在空氣中的傳播速度，其數(shù)值大小約為3×108m/s；ε為電磁波掃過介質(zhì)層的介電常數(shù)。

電磁回波的振幅與介質(zhì)間界面的反射系數(shù)成正比。在低損耗能的被測介質(zhì)中，反射系數(shù)r可由下列公式計算表達(dá)：

(3)

其中，ε1,ε2分別為電磁波傳遞過程中的界面兩側(cè)兩相鄰介質(zhì)的相對介電常數(shù)。

2 工程實例分析

2.1 工程概述

沈陽某設(shè)計研究院在沈陽—撫順段高壓電鐵架設(shè)計施工過程中，據(jù)水利相關(guān)部門稱疑似有直徑為800 mm的金屬給水管線在67號鐵架地基處經(jīng)過，且塔基擬建區(qū)域地勢極為不平整，臨近河水，地下水位較淺，檢測環(huán)境復(fù)雜。該設(shè)計院相關(guān)勘測專家于2012年8月8日在位于沈撫交界處的67號高壓電鐵架地基采用探地雷達(dá)檢測手段進(jìn)行了檢測。

2.2 測線布置

由于擬建塔基所處的位置極不平整，不能滿足探地雷達(dá)探測條件。故將探測范圍擴大，利用擬建塔基周圍的沈撫路及其輔路形成的閉合三角形進(jìn)行檢測測線布置設(shè)計。通過檢測塔基四周的管線走向來判斷擬建塔基處是否有金屬給水管線通過。測線布置如圖1所示。

2.3 檢測結(jié)果及分析

2.3.1測線1檢測結(jié)果及分析

如圖2所示，在本次探測中可以看出，地下水位線深度在3 m左右；且根據(jù)雷達(dá)回波圖顯示，地下共有2個回填層，分別為第一回填層和第二回填層，具體深度為：第一回填層的深度在6 m左右，第二回填層深度在10 m左右。

測線1深埋管線定位圖見圖3。

由于探地雷達(dá)在本區(qū)域的探測深度在10 m左右，能夠顯示出10 m深度范圍之內(nèi)的基本地層結(jié)構(gòu)、地下構(gòu)造與埋設(shè)物的情況。綜合本測線的探測結(jié)果，在測線30 m～31 m位置處，深度約為9.6 m～10.4 m范圍內(nèi)檢測到直徑約為800 mm的深埋管線。

2.3.2測線2檢測結(jié)果及分析

如圖4所示，在本次探測中可以看出，地下水位線深度在3 m左右；且根據(jù)雷達(dá)回波圖顯示，地下共有2個回填層，分別為第一回填層和第二回填層，具體深度為：第一回填層的深度在6 m左右，第二回填層深度在10 m左右；且與測線1各地層深度相近，與雷達(dá)測試原理推得的結(jié)果相符。

測線2深埋管線定位圖見圖5。

綜合本測線的探測結(jié)果，在測線73.5 m～74.5 m位置處，深度約為9.6 m～10.4 m范圍內(nèi)檢測到直徑約為800 mm的深埋管線。

2.3.3測線3檢測結(jié)果及分析

如圖6所示，在本次探測中可以看出，地下水位線深度在3 m左右；且根據(jù)雷達(dá)回波圖顯示，地下共有2個回填層，分別為第一回填層和第二回填層，具體深度為：第一回填層的深度在6 m左右，第二回填層深度在10 m左右；且與測線1、測線2所測得的結(jié)果相近。

綜合本測線的探測結(jié)果，在各地層范圍內(nèi)均未發(fā)現(xiàn)給水管線及其他埋設(shè)物。

3 探測結(jié)論

1)區(qū)域內(nèi)的地下水位線深度在3 m左右;2)區(qū)域內(nèi)共有兩次回填,第一回填深度在6 m左右,第二回填深度在10 m左右;3)在本區(qū)域內(nèi)共發(fā)現(xiàn)一根深埋管線，該管線呈大致東西走向，埋深位置約為深度9.6 m～10.4 m之間，管徑約為800 mm，具體走向如圖7所示。

4 結(jié)語

城市地下深埋管線的鋪設(shè)位置、深度，是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程所必要的基本資料。本次工作利用探地雷達(dá)法進(jìn)行地質(zhì)勘測，準(zhǔn)確的檢測出工程目標(biāo)位置區(qū)域地下埋設(shè)物的情況，并以此作為評估工程可行性的標(biāo)準(zhǔn)，為基礎(chǔ)工程建設(shè)提供了重要的基本信息，達(dá)到無損檢測的快捷、精確性目的。