作者：刘福红

地下管线有很多种，包括给水、排水、燃气、电力、通讯等。虽然地下管线种类很多，但各种管线的埋设形状具有自己的形态，直埋类管道形状为柱状，管埋和管块埋设的线缆类形状为近似板状，管沟埋设的管线为中空体。由于形状的差异为地质雷达识别不同管线提供了理论基础。

 
1、地质雷达工作原理
地质雷达是利用电磁波在地下介质电磁性差异界面产生反射来确定地下目标体的一种探测技术。它利用发射天线向地下发射高频宽频短脉冲电磁波，电磁波在介质中传播时，遇到与周围介质电磁性差异较大地下管线将产生反射，通过接收天线可接收来自地下介质界面的反射波。来自地下界面的反射波其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电磁性质及几何形态而变化，由此可根据反射波的旅行时间（双程走时）、幅度、波形及介质电磁波速度等资料，推测地下管线的空间位置和埋深。（见图1）已知管顶处反射波旅行时间、介质电磁波速，则地下管线管顶埋深可由下式计算得到：

d₀=v·t₀/2

式中：  d₀——地下管线管顶埋深；V——为地下介质电磁波速；t₀——管顶处反射波旅行时间。
 

 
地质雷达简单来讲，就是波形的形态特征，它描述了电磁波传播的时间与空间的关系，反映了目标体的几何形态。每一张地质雷达图像其实就是根据天线与目标体之间垂直距离与传播时间的关系所进行的“图像重构”。在图像重构的过程中，当反射界面远大于天线波长的时候，其波形形态是界面的真实反映；当反射界面近似等于或小于天线波长的时候，会产生波动的绕射现象，这种绕射波虽然不是界面的真实反映，但同样可以作为我们识别某类目标体的重要特征。
 
2、地下管线的识别
下面就不同几何形态的管线怎么进行识别进行说明。
 
（1）管状目标体
管状目标体在地下管线中最常见的是给水、燃气、热力以及排水等管线，当地质雷达垂直于管状目标体探测，其图像的形态特征表现为一条抛物线。抛物线的顶点真实反映了管状目标体在空间中位置；除顶点外抛物线两侧的“翅膀”，则是波动的绕射现象，它并不真实存在，但却是管状目标体的重要指示特征。
①理论基础

从A点开始，天线便可接收到来自管状目标体的反射波，此时反射波传播路径最长，反射波旅行时间最大；在A→B段，反射波传播路径变短，旅行时间变小；
在B点处，路径最短，时间最小（此时波形位于抛物线的顶点）；
在B→C段，路径变长，旅行时间变大。
 
②实测数据

图1给水管线实测图像（700MHz天线）
 

 
（2）中空目标体
中空目标体在地下管线中，主要包括排水方渠、地下车库、地下方渠、地下管廊等中空结构。当用地质雷达对中空目标体进行探测时，侧壁的反射及多次反射波是其重要的异常特征。
 
①理论基础
由于中空体的介电常数（ε=1）和围岩介质差异较大，使得一次反射波重新折回地下而形成多次反射。

 
②实测数据

 

上面两图像为两个项目排水方渠的实测图像，可以看出明显的侧壁的反射及多次反射。
 
3、层状目标体
在地下管线中管埋和管块埋设的线缆顶面近似水平，这里可以看成层状目标体。当地质雷达对层状目标体探测时，其图像的形态特征表现为一条具有连续性的同相轴（相位相同的峰值连线），其同相轴的起伏反映了界面的空间起伏，其同相轴的连续性反映了界面的连续性。在地下管线中管埋和管块埋设的线缆顶面近似水平，这里可以看成层状目标体，同时由多排、多层柱状空管组成，探测图像不仅有层状目标体的反应，可能在边缘处还存在柱状目标体的绕射现象和中空体的多次反射现象。
 
①理论基础

②实测数据

上图为河南某项目供电的实测图像，可以看出明显的顶面的板状异常和边缘的绕射现象。

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