[发明专利]一种用孔内雷达探测非金属管道周边地下空洞的方法

说明书

本发明提供了一种用孔内雷达探测非金属管道周边地下空洞的方法，它利用带孔内雷达天线的探地雷达设备探测非金属管道周边地下空洞，孔内雷达天线进入非金属管道内，从下游通过绳子的拖曳，孔内雷达天线沿非金属管道向前移动，并发射和接收电磁波信号，该孔内雷达天线通过中继电缆与地面雷达接收机连接，接收到的雷达信号传输至雷达接收机并存储，根据雷达反射波信号及同相轴特征判断非金属管道周边地下空洞。本发明有效解决了深埋管道(埋深超过5m)无法在地面有效探测和人员不能进行的管道无法探测问题(管径小、淤积严重等)，探测效率高、探测效果好(相当于近距离探测)，而且避免人员进入地下管道带来的安全问题。

技术领域

本发明涉及非金属管道外侧地下空洞的探测方法，适用于污水管、雨水管、暗涵等非金属管道隐患排查时探测管道外侧的地下空洞。

背景技术

近些年，城市轨道交通建设、地下空间开发等地下工程越来越多，随之城市道路地陷事故频发，国土资源部、水利部于2012年发布的《全国地面沉降防治规划(2011～2020年)》指出，全国有超过50个城市遭受地面沉降(地陷)灾害。发生城市地面沉降(地陷)灾害的原因有多方面，如施工扰动、路面超载、地下管道渗漏等，特别是地下管道渗漏带走管道周边的砂土，逐渐形成空洞，是导致地面沉降(地陷)灾害的最主要因素。为防治地面沉降(地陷)灾害事故，必须查明管道周边地下空洞。目前，探查管道周边地下空洞一般采用物探方法，由于城市道路不能钻孔，而且干扰因素多，适用且探测效果良好的物探方法少之又少，相对而言，探地雷达法效果相对较好。根据雷达探测原理，探地雷达的频率与探测深度成反比，电磁波频率越高，分辨率越高，探测深度越小；电磁波频率越低，分辨率越低，探测深度相对较大。由于探测管道外侧地下空洞需要具备较高的分辨率，探地雷达的频率通常不能太低，而较高的电磁波频率又限制了探测深度，权衡利弊一般采用50～100MHz，在含水土层中的有效探测深度一般不超过5m。如果从管道内部探测，必须具备人员可以进入管道的条件，探地雷达法也受到较大程度的制约。因此，针对当前城市地面沉降(地陷)灾害事故频发，也没有十分有效的探测深埋管道(埋深超过5m)的周边地下空洞的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种用孔内雷达探测非金属管道周边地下空洞的方法，以解决埋深大于5m的管道不能有效探测其周边空洞的问题和人员不能进入的管道无法进行管内探测的问题。为此，本发明采用以下技术方案：

一种用孔内雷达探测非金属管道周边地下空洞的方法，其特征在于它利用带孔内雷达天线的探地雷达设备探测非金属管道周边地下空洞，孔内雷达天线进入非金属管道内，从下游通过绳子的拖曳，孔内雷达天线沿非金属管道向前移动，并发射和接收电磁波信号，该孔内雷达天线通过中继电缆与地面雷达接收机连接，雷达信号传输至雷达接收机并存储，根据雷达反射波信号及同相轴特征判断非金属管道周边是否存在地下空洞及其位置、范围等。

在孔内雷达天线移动过程中按每移动一定距离采集一个测点，发射和接收电磁波信号，或按时间连续采集雷达信号并自动存储，直至托架到达下游检查井或中继电缆长度余量接近用完。

管道周边没有地下空洞时，管道周边土层与管道紧密接触，土层中不存在明显的介电常数变化界面(干燥砂土的相对介电常数为3～8，含水砂土的相对介电常数为8～30)，从管道内发射的电磁波进入管道周边土层后不会产生反射电磁波，在雷达图像上不会形成雷达反射波图像及同相轴；当管道周边存在地下空洞时，空洞中的水的相对介电常数为81，空洞中空气的相对介电常数为1，无论地下空洞中含水或空腔，均与砂土的介电常数存在明显的差异，从管道内发射的电磁波在地下空洞周边将产生反射电磁波，并被管道内的雷达天线所接收(原理与在地面雷达探测相同)，通过对雷达反射波信号的处理和解译，即可判定地下管道周边是否存在地下空洞以及地下空洞的位置、范围。由于电磁波在管道内向四周发射，故无法确定地下空洞的具体方位(是位于管道上方或下方)，但通常来说，对于深埋管道，地下空洞一般位于管道的上方。