2.5 地质雷达探测技术
近年来国内引入了地质雷达这项技术。只要地下管线目标与周围介质之间存在足够的物性差异，就能被探地雷达发现。探地雷达的管线探测能力弥补了管线探测仪的探测缺陷，因此在城市地下管线的探测中得到普遍应用。利用雷达探测管线不仅能准确地提供管线的平面位置和埋设深度等情况，为施工或管理提供可靠参数，更重要地是对非金属管线的探测提供了有力的技术支持。
2.5.1 探测方法及原理
当发射天线T以宽频带、短脉冲方式向地下发射电磁波时，遇到具有不同介电特性的介质（如管线、空洞、分界面），就会有部分电磁波能量反射（回波），接收天线接收到反射回波并记录反射时间，原理如图2-36所示。
图2-36 探地雷达工作原理
对于反射波，我们可以用下面的反射波往返行程时间计算公式进行计算：
式中 z——探测目标体埋深；
x——发射、接受天线的距离（在线阵雷达公式中，z一般比x大很多，故x可忽略）；
v——电磁波在介质中的传播速度。
地下介质中的波速为已知时，可根据测到的精确值t（ns），由式（2-2）求出反射体的埋深z（m）。工作中同一剖面x值是固定不变的，称之为天线距。
探地雷达以数字化形式采样记录，图像以波形或灰阶表示。雷达探测是通过数据处理和图像识别来确定目的体的位置和埋深。从理论上讲，管线异常在雷达图像上反映的是一条平滑的双曲线，可根据这一异常特征来判定管线位置、深度。
探地雷达的优越性表现在：
1）它是一种非破坏性技术，适用范围广，效率高；
2）采用微机控制与成图，图像清晰直观。就管线探测而言，又有其不足之处，如受回填土的杂乱回波干扰较大，临近目标管线的非目标管线反射波干扰，另一方面还受管线管径大小、探测场地的限制和干扰。
2.5.2 RAMAC地质雷达设备简介
图2-37 RAMAC地质雷达
如图2-37所示，RAMAC X3M是瑞典MALA公司推出的产品。RAMAC X3M是完备的雷达控制单元系统，它直接固定在屏蔽天线上，由外接电源供电。它与100MB、250MB、500MB及800MB RAMAC/GPR天线兼容。它的体积小，重量轻，运输和使用更方便。RAMAC X3M工程探测型探地雷达工作时，只需一人拖动天线或推动专用小推车即可。探测的图像直接显示在屏幕上。它可以非常简单地对地下异常体进行定位：当发现地下异常体时，只需反方向拉小推车，电脑屏幕的图像中会有一根光标线显示水平移动位置，当光标线与屏幕上要确定的异常体重合时，天线正下方即为异常体所在位置，因此现场定位极为方便。当然也可以回到办公室后对探测的图像进行处理、分析及打印。RAMAC X3M可以采用Ground Vision采集软件，它的内置自动叠加功能可在最大探测速度的基础上获得最高质量的数据。它的功耗极低，可以连续工作10h以上。
与其他探地雷达不同，RAMAC X3M属于工程专用探测雷达，其最大优点是探测速度快，其配备了4种不同频率的天线，交换使用可以用来探测不同深度、不同管径的被探物体，因为天线频率的不同所适合探测的范围也会变化，交替使用天线更具有针对性，结果更为准确。
RAMAC监视器及天线简介见表2-3，技术指标见表2-4。
表2-3 RAMAC监视器及天线简介
（续）
表2-4 技术指标
2.5.3 地质雷达探测地下管线工程实例
图2-38 天桥大致桩位编号
如图2-38所示，以使用RAMAC地质雷达探测人行天桥的城市地下管线工程为例，其目的在于：查明在天桥各桩位点处地下1～6m深度范围内，是否存在各种城市地下管线，为人行天桥的桩位开挖施工服务。
由于每个桩位的开挖直径大小约为1.5m左右，为了更好地控制地下的探测范围，在条件允许的情况下，在每个桩位处都布置两条长3m以上的垂直雷达测线。城市地下管线的埋深范围，一般都在1～6m以内，因此选择250MHz的天线就可满足探测要求。
从图2-39的雷达扫描图上看，1号、3号桩位与桩身擦边处0.5m埋深的地方，存在明显的拱形异常，推断为管线。另外，在3号桩右侧2.5m处，埋深1.2m的地方也存在一明显拱形异常，推断为给水管。
2号桩的一条雷达测线上有明显的异常发射面，另一条垂直的雷达测线上存在明显的拱形异常，推断为金属管线。
从图2-40的雷达扫描图上看：4号桩位无明显的异常反应；5号桩与桩身擦边处有一处较明显异常，推断是路边的干扰引起；6号桩与桩身擦边处有一处拱形异常，推断为管线。
图2-39 1号、2号、3号桩位的一条测线和2号桩的另一条垂直测线
图2-40 6号、5号、4号桩位的一条测线
图2-41 降水井雷达扫描图
对图2-38降水井的位置布置三条测线，其探测结果如图2-41所示。三条测线放在一个文件中，从图2-41中可以看出，前两条测线在1.0～1.3m范围内都存在明显反射层，但不是管线。第三条测线从雷达扫描图上看，存在一个明显的拱形异常，推断为管线，所以建议将打井位置选在图2-38降水井设想位置的上方。
应用RAMAC系列探地雷达进行地下管线探测的实例表明，该系列雷达能够成功用于城市地下管线的探测，具有探测准确、适用于各种类型管线探测的优点，对后期工程钻孔定位具有指导意义。