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。
技术实现要素：
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。
在探测完毕后，拷贝存储在雷达接收机中的雷达记录，采用与探地雷达设备配套的专用软件打开雷达记录，经滤波、增益恢复、时深转换等处理后得到雷达图像。结合管道类型及周边地层对雷达图像和雷达反射波同相轴进行解译，当在管道周边发现明显的雷达反射图像或反射波同相轴，可判断管道周边存在地下空洞，兵确定空洞的位置及范围。
在一个最佳的实施方案中，所述孔内雷达天线安装在非金属天线托架上，由非金属天线托架连接绳子。进一步地，所述非金属天线托架底部带有轮子。
在另一个最佳的实施方案中，所述绳子包括粗绳段和细绳段，细绳段连接在前部，细绳段的前端连接漂浮物；利用漂浮物先将细绳前端漂浮带至下游检测井，然后通过收拢细绳拖曳粗绳，再通过拖曳粗绳，带动孔内雷达天线沿非金属管道向前移动。进一步地，所述孔内雷达天线安装在非金属天线托架上，由非金属天线托架连接所述粗绳。所述漂浮物可采用泡沫块或其它具有浮力的装置，用于在管道内借助水流传送牵引细绳和粗绳。
粗绳和细绳的长度最好都大于上游检查井至下游检查井的距离，粗绳应可承受至少100kg的拉力，细绳应可承受至少20kg拉力。
本发明方法的步骤，可在管道中有水或无水情况下探测，探测方法、原理与地面雷达探测相同，成果解译与钻孔雷达探测类同。在现场探测时，测点间距可根据需要设定为0.1m～0.2m，也可以采用时间连续采集方式，但必须能够确定雷达天线的位置。
本发明利用孔内雷达在地下管道中间隔或连续采集管道周边的电磁波反射信号，根据雷达反射波图像及同相轴分析判断管道周边是否存在地下空洞以及地下空洞的范围，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。
附图说明
图1是本发明探测非金属管道周边地下空洞的方法示意图。
具体实施方式
参照附图。本发明的一种用孔内雷达探测非金属管道周边地下空洞的方法，采用孔内雷达天线1发射和接收电磁波信号，该孔内雷达天线通过中继电缆2与地面雷达接收机3连接，利用漂浮泡沫块4传带细绳5，利用细绳5传带粗绳6，然后用粗绳6牵引天线托架7在管道100中移动，天线托架7带动孔内雷达天线1移动，孔内雷达天线1在移动过程中发射和接收雷达反射波信号，传输至雷达接收机3并存储。孔内雷达天线是一根杆状天线，长度约1.2m，外径约40mm，天线频率一般为100mhz；雷达接收机可采用美国gssi公司生产的sir-20、30型等。
所述天线托架7用非金属材料(如塑料、木头等，金属材料会屏蔽或干扰雷达信号)制作，一长约1.5m、宽约30cm、底部带滚轮。孔内雷达天线1沿托架长度方向放置在天线托架7中间，并牢固固定；孔内雷达天线1通过中继电缆2连接放置在上游检查井101附近地面的雷达接收机3。
在天线托架7的前端先系一段粗绳6，再在粗绳6的前端系一段细绳5，最佳地，粗绳6和细绳5的长度均应大于上游检查井101至下游检查井102的距离；在细绳5的前端系上泡沫块4。
所述方法包括以下步骤：
(1)把泡沫块4从上游检查井101放入管道100，泡沫块4带着细绳5随水流飘向下游
(2)在管道下游检查井102中取出泡沫块4，并逐步收拢细绳5，粗绳6在细绳5牵引下也向管道100下游抽动；
(3)当下游检查井102中拉出粗绳6，把安装孔内雷达天线1的托架7放进上游检查井101的管道100内；
(4)在下游检查井102缓慢、匀速拉动粗绳6，牵引托架7沿管道100向下游移动；
(5)开启雷达接收机，按规定设置参数，在托架7移动过程中按每间隔10cm采集一个测点或按时间连续发射和采集雷达反射波信号并自动存储，直至托架7达到下游检查井102或中继线2余量接近用完，该测量间隔的长度可以通过收拢的粗绳的长度换算；
(6)关闭雷达接收机3，从上游检查井101中收拢中继线2，并牵引天线托架7直至从上游检查井101中取出，然后解开连接托架7的粗绳6，从下游检查井102逐步收回粗绳6和细绳5。
(7)从雷达接收机3中拷贝雷达记录，采用与探地雷达设备配套的专用软件打开雷达记录，经滤波、增益恢复、时深转换等处理后得到雷达图像。
(8)结合管道类型及周边地层对雷达图像及雷达同相轴进行解译，在管道周边发现明显的雷达反射图像或反射波同相轴，可判断管道周边存在地下空洞，根据雷达反射图像确定空洞位置及范围，并根据管道延伸方向和地下空洞位置确定空洞在地面的位置。
以上所述仅为发明的具体实施案例，本发明的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的保护范围之中。