基于瞬变电磁雷达的检测技术及其在隧道衬砌中的应用

基于自主研发的瞬变电磁雷达技术对铁路隧道衬砌质量进行检测,结合双极性叠加法与小波去噪法对采集信号作去噪处理,利用欠阻尼探测天线,得到隧道衬砌各部位缺陷特征;结合地质雷达（GPR）检测和现场钻孔数据,通过典型图像分析,对比瞬变电磁雷达在探测深度、图像分辨率方面与地质雷达的差异,总结其相对于普通衬砌检测雷达所具有的优势。综合分析表明,瞬变电磁雷达应用于衬砌检测具有如下特性：（1）探测深度较大,穿透性较强;（2）图像分辨率较高,电磁波反射具有体积效应,成像直观清晰;（3）操作更便捷,雷达主机与采集终端为无线数据传输且设备轻便,可单人操作,数据可现场处理,从而可快速实时查看隧道衬砌缺陷,并标定衬砌缺陷部位便于后续处理。     

隧道典型衬砌缺陷的电磁波数值模拟及有效识别

隧道初期支护与二衬之间、初期支护与围岩交界之间是隧道衬砌最易出现缺陷的区域,衬砌脱空及脱空、渗水、砼混合体典型缺陷的波形响应特征是隧道工程试验检测的难点和重点。基于高频Ricker子波的探地雷达(GPR)能够有效地检测衬砌缺陷的位置,但对这些典型缺陷的严重程度无法定性,难以为设计加固与运营维护提供精确指导。从麦克斯韦方程组出发,建立了复杂典型的衬砌缺陷数值模型,改进衬砌缺陷模型的吸收边界条件,提出卷积完全匹配层吸收边界条件,以提高典型衬砌缺陷GPR探测的计算精度,更真实地模拟开放的问题空间,并分别从典型衬砌缺陷的电场分量波场快照、分量成像结果等方面开展数值试验。结果表明:单分量波场快照和成像结果,能有效地剔除探地雷达检测的虚假反射异常,提高了探地雷达探测图谱解释的准确性,为隧道衬砌的缺陷整治和维护加固提供更精确的指导。     

超声波和雷达法在隧道衬砌裂缝检测中的应用

采用超声波法和地质雷达法对隧道二衬裂缝进行综合检测,可以提高检测结果的准确度。通过对浅层裂缝和深层裂缝这2种典型裂缝情况的检测分析,结果表明:2种方法的结合可以较好地分析二衬裂缝深度及背后的缺陷情况,能够对比分析深层裂缝是否贯通隧道二衬,以及裂缝对应的隧道衬砌背后是否存在缺陷。     

高铁隧道复合衬砌脱空统计分析与防治

隧道施工中衬砌脱空缺陷广泛存在,若处理不及时将极大的影响衬砌结构承载力和耐久性。现有研究多局限于分析拱顶脱空的成因、影响和整治方法,缺乏探究衬砌脱空的分布规律、空洞特性及其与围岩条件的关系。通过统计方法分析某隧道整治前后无损检测结果,可得衬砌脱空为主要施工缺陷,拱顶脱空占总脱空37%;脱空长度分布服从λ为4.76 m的泊松函数,深度分布服从N(9.3,3.62)的正态分布;围岩条件越好,脱空长度越大,深度越小;注浆整治效果在拱顶好而在边墙部分较差。研究结果对脱空缺陷无损检测、脱空处理及施工预防具有重要意义。     

隧道衬砌雷达检测与钻芯验证分析

通过对隧道衬砌检测特征雷达图象及单道波形的研究,提出如何识别衬砌界面、脱空缺陷、钢筋、钢拱架及施工缝的雷达图象,并结合具体工程实例对雷达检测结果进行验证分析。     

高速公路隧道二次衬砌裂损机理及安全分析

隧道衬砌裂损影响衬砌结构的整体稳定性,使隧道衬砌承载能力减弱,严重威胁隧道内行车安全,缩短了隧道的维护周期和使用寿命。基于衬砌裂损机理分析,文章对围岩变形机制与衬砌受力及变形机制进行了研究。结合重庆已竣工验收的5个高速公路隧道项目,采用荷载结构法建立计算模型,对拱部衬砌欠厚及脱空缺陷、边墙衬砌欠厚及脱空缺陷、不同部位衬砌欠厚及脱空缺陷分别进行了安全分析。该研究为衬砌裂损产生原因分析提供了借鉴,也为后续隧道衬砌裂损的防治与加固修复打下了基础。     

公路隧道衬砌病害展布图拼接技术研究

在隧道检测车上不同位置布置多个CCD相机,可快速采集隧道衬砌表观离散图像,通过图像匹配、图像融合及图像插值,对图像进行拼接,将拼接结果用于隧道衬砌病害的识别、完成隧道检测工作.实践证明,此种方法用于隧道图像拼接可行,有助于提高隧道检测效率,便于与多年隧道检测数据进行对比,具有较好的经济效益和社会效益.     

张家坪隧道病害整治

衬砌裂纹、脱空对隧道运营来说是个较大的安全隐患,漏水现象会使隧道衬砌在春秋季节结冰,影响行车安全。根据现场调查及检测报告结果,针对张家坪隧道的衬砌裂纹、脱空、漏水病害分别采取了不同的方法进行整治,使隧道衬砌更加稳固,脱空回填密实,使隧道的漏水得到很好的抑制,保证了隧道的运营安全。     

隧道二次衬砌脱空成因及地质雷达无损检测简析

隧道二次衬砌是隧道的重要承载结构和最后一道防水防线,其安全对整个隧道工程质量起着至关重要的影响,但因为种种原因,隧道二次衬砌脱空屡见不鲜。主要介绍了二次衬砌脱空原因及后期利用地质雷达进行无损检测两个方面内容。     

图像分块下的隧道裂缝识别方法

针对隧道衬砌表面不均匀光照、渗水和噪声等强视觉干扰,设计了基于图像分块的隧道衬砌裂缝检测算法;根据中国西部地区的地理特征和隧道衬砌的外观病害,研制开发出一种快速、自动化的非接触式智能隧道结构物外观检测系统; 以非均匀光照下隧道图像数据集为研究对象,在图像分块的基础上提出一种适用于隧道裂缝特征提取的图像识别算法;研究了电子元件产生的噪声,并分析和总结了隧道衬砌的灾害特征;根据裂缝特征和分辨率将图像矩阵划分为适当数量的区域块,根据区域块的灰度特征将原始图像划分为目标背景区、目标病害区、病害背景区和其他区域,通过最大类间方差法和局部阈值法分割得到了隧道裂缝的粗图像,在此基础上进行了粗图像裂缝特征提取;对原始图像的每个区域块进行了对比度受限的自适应直方图均衡操作和局部阈值分割,得到了细节图像;将细节图像和粗图像的重叠区域设为理想裂缝二值化图像;结合隧道结构物外观检测系统对不同方向的裂缝图像进行了二值化试验,并通过隧道裂缝定位和投影法得到了隧道衬砌图像中裂缝的位置信息和方向。研究结果表明:提出的算法对隧道裂缝识别的准确值、召回率和F值可分别达90.34%、98.78%和94.37%,既可以保证隧道裂缝的完整性,也可以在非均匀光照下最大程度地保留目标裂缝的细节,可用于处理一般灰度图像的二值化问题。      

基于数字图像的隧道表观病害识别方法研究

阐述了公路隧道结构快速检测车图像采集的原理,以隧道结构表观图像为研究目标,系统分析了隧道裂缝和渗漏水病害的图像特征;基于裂缝图像特征,通过CTA测度算法和边缘检测结合可准确地识别裂缝;根据渗漏水图像特征,采用改进的CTA算法,并结合形态学处理方法,可实现隧道结构渗漏水的识别与定位。研究表明:采用CTA测度及其改进算法可较好地实现表观病害识别,可有效地减弱线缆干扰、光照变化带来的影响。     

隧道衬砌质量检测中探地雷达图像特征研究

探地雷达采用了先进的连续透视扫描无损探伤技术,能够快速而又非常简便地对隧道衬砌的实际情况进行检测。不同的衬砌缺陷对电磁波具有不同的反射特性,表现在探地雷达图像上具有不同的图像特征。本文简要介绍了探地雷达隧道衬砌质量检测技术,数据采集过程中的测线布置和参数设置,系统研究了衬砌不同缺陷类型的雷达图像特征,据此提高隧道衬砌质量检测中探地雷达图像的解释精度。     

基于红外图像增强算法的混凝土内部缺陷检测研究

由于混凝土的不良导热性能,传统红外检测方法分辨率低、缺陷特征不明显.针对上述问题,研究了结合红外热像和增强图像算法的混凝土内部缺陷检测方法;开展了混凝土中不同深度、大小的缺陷的红外检测试验,并采用时域拟合与限制对比度直方图均衡算法相结合的方式对红外检测图像进行处理;对比了处理前后的热像图缺陷识别效果.试验结果表明:算法应用后缺陷识别所需温差从0.3℃降至0.1℃,边缘细节得到优化,提高了红外图像混凝土内部缺陷检测的精度和实用范围.该方法拓展了红外热像在混凝土无损检测中的应用范围.     

基于样本自动标注的隧道裂缝病害智能识别

隧道表面裂缝的检测已经成为地铁运营人员的重要巡检任务之一.为实现隧道裂缝病害的自动监测，提出一种结合病害特征提取和深度学习的隧道裂缝样本自动标注与识别算法；针对隧道裂缝形态特征建立裂缝图像的特征样本库，改进了AlexNet深度卷积网络结构；设计研制了轨道移动式隧道图像采集系统以及巡检车，采集并构建了包含4 500张裂缝图像样本和1 500张测试图像的数据集，用以验证算法的可行性和有效性.研究结果表明：采集的图像清晰度符合要求，所设计算法可完成裂缝目标自动标注；裂缝图像测试集的识别率达到97.8%，证明了算法研究和采集系统的有效性.     

地质雷达检测隧道衬砌常见病害模型实验研究

建立了由素混凝土、单层钢筋网及双层钢筋网3个区段组成的隧道衬砌试验模型,模型中布设了常见病害（空洞、空洞积水和混凝土析水）。模型自然养护28天,运用地质雷达对衬砌模型进行检测。对比隧道衬砌模型的地质雷达剖面图与实际的衬砌布设情况,可得结论：地质雷达检测对钢筋的存在反应敏感;双层钢筋网检测存在一定程度的缺陷;病害复杂（叠加）处检测图像辨识准确度较差;钢筋网的存在对其上下方病害的检测存在一定的影响;空洞积水的反射特征明显,易于识别;地质雷达（配800 MHz天线）的检测精度约在50 mm范围内,不能完成小尺寸空洞的检测。这为隧道衬砌常见病害的检测识别提供了一定的经验依据,并对隧道衬砌中双层钢筋网内病害和小尺度病害的检测做了初步探讨和研究。     

探地雷达正演模拟在隧道衬砌病害检测中的应用研究

为了研究探地雷达(Ground Penetrating Radar, GPR)方法在隧道衬砌病害检测中的应用,利用GprMax和MATLAB软件平台,采用时域有限差分(Finite Difference Time Domain, FDTD)方法分别对素混凝土、不同间距的双层钢筋混凝土结构下方存在的典型脱空病害进行正演模拟,得到了衬砌病害的典型GPR图谱特征,并结合2个工程实例对隧道衬砌GPR检测数据进行分析。结果表明：探地雷达正演模拟得到的衬砌病害图谱特征可为实际衬砌病害的客观判读和正确解译提供指导,能准确圈定实测衬砌内部存在脱空病害的埋深和分布范围。     

地质雷达在隧道衬砌质量检测中的应用

受诸多因素影响,隧道衬砌混凝土可能会出现不够密实、不够厚等工程质量问题.为及时发现隧道衬砌混凝土的质量问题,可利用具有快速、高效、分辨率高的地质雷达法沿测线扫描检测.地质雷达因其高精度的分辨率,快速的无损检测方法而迅速的在各个工程行业得到了推广.针对实际隧道工程地质雷达的应用及其原理的论述,为类似的工程检测提供一个实用的参考及借鉴.     

严寒区高速铁路隧道工程衬砌质量缺陷检测与整治技术探讨

以严寒区高速铁路沿线上的高台隧道为工程背景，根据缺陷检测结果，提出严寒地区高速铁路隧道工程衬砌“多道防护，综合治理”原则。同时探讨了衬砌一般病害、结构补强、渗漏水等整治措施及其相关施工方案。基于大气降水渗入量法计算得到高台隧道正常涌水量接近600 m³/d,最大涌水量接近1 200 m³/d。按照提出的整治措施进行处理后，隧道不再出现流水和喷水病害，渗水病害范围减少52%,隧道缺陷问题得到显著改善，后期服役性能良好。     

地质雷达探测隧道开挖轮廓面背后围岩体内溶洞的关键技术

依托云湖1号隧道,应用地质雷达检测隧道二次衬砌的无损探测原理,在隧道开挖后,探索使用地质雷达探测隧道开挖轮廓面背后围岩体内溶洞的方法;同时,研究使用REFLEXW分析软件进行雷达波数据分析处理的关键技术。探测时采用了网状布线的探测方式进行数据采集,全面掌握了溶洞在开挖轮廓面背后的分布形态,并准确定位了溶洞的规模。为使用地质雷达探测隧道开挖轮廓面背后围岩体内溶洞提供思路,此外,也进一步拓展在隧道建设领域的使用范围。     

隧道检测车并联车载稳定平台系统研究

隧道检测车在应用过程中还有众多技术升级工作需要开展。公路隧道内部光照强度有限,视觉采集系统对外界环境的适应性降低,不同设计时速下的隧道断面尺寸不同、检测车行驶过程中不可避免地左右摇摆、路面颠簸等外界多维扰动等原因,这些都会导致衬砌表面与视觉采集系统之间的距离发生变化,从而降低成像分辨率。在视觉采集系统和检测车之间添加一套车载稳定平台系统,实时检测光学系统与被测隧道衬砌之间的距离,通过控制系统实时补偿运动量,间接调整光学系统参数,从而达到快速调焦、高质量获取图像的目标。