地质雷达探测地下管线及其周边病害体实例1-深圳市龙华区书香小学

       2018年11月20日，深圳市龙华区书香小学球场东北部地面局部发生塌陷。场地地下分布有电力、给水、排水等地下管线，地表可见多个井盖和雨水篦。初步调查认为塌陷原因为前期铺设地砖时对废弃管丼没有做填实处理，仅在井口进行简单的木板支护，后因重物、雨水等作用而造成塌陷。为确保师生的生命财产安全，防止类似事件发生，深圳市新通物探工程有限公司开展了地质雷达探测工作，以查明场地地下管线分布，是否还存有类似的原废弃管井及管线(井)周边是否存在有可能引起地面塌陷的地下空洞。

2 工作方法
       根据场地实际情况，东西向布设了间距1m的测线22条，南北向布设了间距0.75m的测线5条(图1)。
       仪器采用瑞典MALA公司生产的CUII型地质雷达探测系统，250MHz屏蔽天线。采集软件为Ground Vision2.0，采样频率3286.7MHz，采样点数532，叠加次数8次，道间距0.05m。对所测雷达数据利用Reflexw数据处理软件做如下处理：模数转换→增加/删除道→调整零值→去零漂→增益恢复→带通滤波→去除背景→点平均→统一测线方向→形成地质雷达断面影像图。
3 雷达波信号特征
       27张雷达断面影像图中，正常反射波信号波形均匀，幅值较弱，无或很少有界面反射信号，可视为区内雷达波的“背景”信号，大部分区域为此类信号。
异常反射波信号共106处，可分为5种类型：
(1)抛物线或单支双曲线型。雷达反射波信号特征为明显的抛物线或倒悬的单支双曲线，抛物线中间信号振幅最强，向两侧逐渐衰减。反射波信号至少存有一组强振幅信号，或存在多次等时差多次反射，强震荡向下延伸。共87处，分布在L1～L22测线，以红色线圈圈出。
(2)区域性分布，强振幅震荡，相位基本连续型。雷达反射波信号自上而下呈水平带状区域性分布，强振幅震荡，相位连续。浅部信号强振幅，中、深部信号强振幅但信号规律性低于浅部。共12处，分布在L2～L4、L6～L8、L14～L16测线，以红色线框圈出。
(3)区域性分布，强振幅震荡，浅部相位连续，中深部相位错断型。雷达反射波信号自上而下呈近水平带状区域性分布，强振幅震荡，浅部信号相位连续，中深部信号同相轴相位错断，不连续，杂乱分布。共发现1处，分布在L12线，以蓝色线框圈出。
(4)区域性分布，强振幅震荡，同相轴相位错断、不连续、杂乱分布型。共5处，分布在L3、L5、L6、L8和L19线，以青色线圈圈出。

(5)幅值较强，呈典型的孤立体相位特征，为近规整的双曲线波形，三振相明显，其下部仍有强反射界面信号。共1处，分布在L10线，以淡蓝色线框圈出。

4 雷达波信号解译

       病害土体的平面分布区见图1。场地内未发现其它隐蔽的废弃管井和脱空等其它病害土体。

       为确定管线及病害土体顶部埋深，首先采用双曲线弧度法计算出场地土层电磁波的传播速度V。如图5(左)，地下管线管顶反射波异常信号一般为一条倒悬的双曲线图形。假设管顶埋深为h(m)。雷达波双程旅行时间在管顶处为t1(ns)，在偏离顶点位置a(m)处为t2(ns)。则电磁波在土层中的综合传播速度V=2a/。然后利用计算出的综合波速V，按照公h=Vt1/2=a/即可求出管顶部埋深。也可以根据公式V=C/反算出管线上方土层的综合介电常数ε。
       如图5(右)为本场地L8测线一处实测管线的雷达异常信号(编号为管线I)。可以看出，t1=17ns，当a=0.7m时，t2=22.5ns，可计算出管线上方土层电磁波传播速度V=0.095m/ns，管顶埋深h=0.81m，该计算深度与实际深度基本吻合。
       按照V=0.095m/ns，将影像图中反射波走时换算为深度，根据管线、土体不密实、空洞和塌陷等异常体的分布，结合实际情况，即可估算出目标体的顶部埋深和水平宽度。一般来说，异常体的顶部埋深等于异常信号的顶部埋深，水平宽度大致等于异常的水平宽度。
5 结束语
       本次地质雷达探测工作， 基本查明了书香小学球场地下3m左右深度的管线及管线周边病害土体的分布情况。通过工作，发现各类管线15条，圈出管线周边病害土体不密实区5处、疑似空洞1处和管井塌陷区1处。除位于L12测线15.7～16.6m之间的隐蔽废弃管井塌陷外，场地内未发现其它隐蔽的废弃管井。地质雷达探测结果为书香小学球场土体病害的下一步治理工作提供了可靠的基础资料。