探地雷达在隧道衬砌空洞检测的正演模拟应用研究

按照时域有限差分解麦克斯韦偏微分方程的思路,通过基于时域有限差分的数值模拟方法,利用Matlab语言,编制了隧道衬砌空洞的二维正演程序,正演探地雷达波形在隧道衬砌空洞中的传播规律,分析了探地雷达在探测隧道衬砌空洞的有效性以及衬砌空洞的雷达波反射特征。正演模拟结果表明:衬砌空洞雷达反射信号强,且呈现多次反射特征,通常呈现双曲线特征,振幅强,频率低,在空洞下部仍有强反射界面信号,上下界面两组信号时程差较大。借助于实例,将模拟结果与实际检测结果进行了对比分析,取得了良好的效果,说明数值模拟是探地雷达波形识别的一种有效手段,因而,可以采用该方法对隧道结构衬砌背后的空洞病害进行有效检测,以指导隧道的安全评估。     

探地雷达在隧道衬砌缺陷检测中的应用

研究目的:隧道衬砌缺陷是隧道检测的一个重要内容,探地雷达在隧道衬砌检测方面具有显著的效果和广泛的应用空间,分析总结典型衬砌缺陷的探地雷达波形特征,对于隧道衬砌检测具有参考意义。研究结论:通过研究可知,隧道围岩比衬砌雷达反射信号振幅大,且波形杂乱;衬砌钢结构的雷达反射信号外观上呈现双曲线特征,但钢筋的双曲线幅度窄,钢拱架的双曲线纵向延伸大,横向延伸小;衬砌空洞与围岩空洞的反射波同相轴错乱,有多次反射特征,反射波能量强,频率低。     

隧道衬砌病害探地雷达三维正演模拟及工程验证

从Maxwell旋度方程出发,通过引入复介电常数和复磁导率,推导导电介质UPML吸收边界在考虑和不考虑磁损耗情况下各区的电场和磁场分量的时域差分公式。通过选取各区不同的匹配参数,建立模型区与UPML吸收边界电场和磁场分量的统一离散差分公式。用MATLAB语言编制基于UPML吸收边界的图像可视化的探地雷达三维正演模拟程序。正演模拟衬砌内方形空洞三维地电模型,揭示方形空洞在不同显示剖面上的图谱特征。单剖面的响应特征类似"平锅盖形",z方向切片图定出空洞的形状;反射界面呈强负相反射异常,在立体剖视图中,空洞角点位置产生了2个交叉的双曲线绕射波。将该方法应用于现场隧道衬砌质量的检测,并开孔验证。结果表明:不密实区反射界面多且不规则,同相轴错断、零乱、不连续的较强反射能量团块状异常;在z方向切片图上能清楚反映隧道衬砌密实程度,并且判译直观、准确。     

电气化铁路隧道衬砌质量检测精度研究

针对我国既有电气化铁路隧道,空气耦合式探地雷达开始应用于隧道衬砌质量检测当中,其检测精度成为其应用的关键。应用Gpr Max二维模拟软件,结合空气耦合式探地雷达实际检测背景,对隧道衬砌5种实际工况进行模拟。通过建立各种工况不同尺寸隧道病害模型,对分界层进行识别,并对其进行逼近分析,计算衬砌及病害层厚度。根据反射回波特性,分析隧道衬砌及病害界面反射时间,探究空气耦合式探地雷达对隧道病害识别的精度,研究证明检测结果可以很好反映隧道衬砌实际情况。对探地雷达隧道检测数据分析及检测结果判定提供了理论依据,为探地雷达隧道衬砌质量在实际应用中隧道缺陷和病害能否识别以及识别分辨率问题提供了依据。     

含缺陷高铁隧道衬砌探地雷达检测模型试验

依托银西高铁某隧道建立含缺陷高铁隧道衬砌模型,采用900和400 MHz探地雷达天线分别进行检测试验,在分析雷达剖面缺陷表现形式的基础上,总结缺陷处波形特征和频谱特征;提出1种利用点状物体反射双曲线确定雷达波零线位置并反演雷达波传播速度,进而计算隧道衬砌厚度的方法;通过在模型中对应位置钻孔取芯,验证采用雷达波波形特征和频谱特征识别隧道衬砌缺陷的准确性和衬砌厚度计算方法的精度。结果表明:雷达波波形特征和频谱特征可用于辅助识别衬砌缺陷类型,2种天线对衬砌中空洞缺陷和钢筋分布的探测效果良好,能探测到面积不足0.1 m~2的空洞;计算8处设计缺陷的衬砌厚度,最大相对误差4.11%,平均相对误差1.53%,衬砌厚度计算方法具有较高的精度;目标体埋藏深度对检测结果的影响远大于目标体规模,如探测埋深较大的目标体,需提高设备的发射功率或降低天线的中心频率;缺陷检出率与缺陷规模、测线密度等因素相关,可通过增加测线数量来提高缺陷检出率。     

应用地质雷达电磁波反射检测隧道衬砌质量缺陷

介绍了地质雷达电磁波反射的理论基础.以襄渝线安康至重庆段增建第二线第Ⅴ标段为例,介绍地质雷达电磁波反射检测隧道衬砌质量缺陷的测试过程及结果统计分析.     

地质雷达信号定量识别用小波基选取的正演及模型试验研究

针对隧道衬砌结构地质雷达检测信号分析用小波基函数难以选取及信号特征点信息不易提取的问题,在小波分析原理及信号特征点识别理论基础上,从各小波基函数基本性质出发对适用于地质雷达信号分析用小波基进行初步选取.构建含空洞地质雷达正演模型,开展含空洞沙槽模型地质雷达探测试验.基于初选的小波基函数,采用小波时-能密度法对空洞检测信号进行特征点提取与空洞尺寸量化分析,并对适用于地质雷达信号奇异性检测的最优小波基进行分析和优选.研究结果表明:小波时-能密度谱法对信号特征点的突出和放大作用非常明显,该方法能更准确、快速地确定奇异点所在位置;相对于Bior3.9双正交基,由Bior2.6小波基计算得出的空洞位置信息与实际值更接近,该小波基更适合用于地质雷达信号奇异性检测中,研究结果可为隧道衬砌结构质量缺陷的准确识别与定位提供理论基础与参考.     

铁路隧道整体式衬砌地质雷达检测模拟试验研究

根据我国铁路隧道模筑混凝土整体式衬砌结构,足尺寸施做整体式衬砌试件模型,并设置衬砌背后空洞、回填不密实等典型工况,进行地质雷达检测模拟试验。试验结果表明:地质雷达扫描图能反映各种预先设置的衬砌背后空洞、回填不密实等衬砌异常情况;并出现强反射区、同相轴连续等典型特征;衬砌及衬砌背后回填不密实厚度在准确测定各介质层相对介电常数条件下,能够进行定量分析,检测精度可达±4cm;衬砌背后空洞厚度则可通过其与反射波振幅比的线性关系计算。模拟试验结果可为实际工程地质雷达检测结果定性、定量解释提供参考。     

既有线电气化铁路隧道病害全断面车载检测技术

介绍既有线电气化铁路隧道病害全断面车载检测技术和车载检测系统。车载探地雷达的6组天线辐射面不超过车辆界限,可以80～175 km/h速度采集隧道衬砌结构与围岩结构的雷达回波,并根据雷达回波图像判断隧道衬砌厚度、断裂、错台,围岩破碎、变形,衬砌后面是否有空洞等隧道病害。经现场试验证明可行、有效,可用于隧道衬砌质量和隧道病害普查。     

地铁隧道衬砌病害探地雷达图像特征分析

为科学检测矿山法施工地铁隧道的工程质量,对矿山法施工隧道衬砌可能出现的二衬与初支间存在脱空、二衬后存在空洞、二衬混凝土不密实、隧道围岩欠挖及二衬厚度不够等病害探地雷达图像特征进行分析,总结各种病害的的异常特征.实践结果表明,采用探地雷达检测技术可以比较准确地检测出这些病害.     

基于FDTD的探地雷达数值仿真与成像研究

研究目的:探地雷达探测受天气、场地以及经济条件等因素的影响,应用FDTD方法对探地雷达的探测机理进行仿真,能够克服上述不利因素,节约成本,提高探测效率和数据采集质量,为探地雷达的正演模拟提供指导.偏移成像技术是探地雷达数据处理中重要的方法之一,能够把雷达记录中的每个反射点移到其真正位置,获得反映地下介质的真实图像.研究结论:对地下管线探测模型进行了仿真,从共偏移距剖面上得到了管线异常,反映了FDTD方法模拟探地雷达进行探测的可行性.对共偏移距剖面进行偏移成像技术后,得到了地下管线的真实位置,说明了偏移技术在探地雷达数据处理中能够起到归位的作用,得到横向分辨率极大提高的地下构造原像.     

探地雷达天线阵技术在隧道衬砌质量检测中的应用

介绍了探地雷达基本原理、工作方法及天线阵技术原理.结合工程实例,详细阐述了用探地雷达天线阵技术检测隧道衬砌中衬砌厚度、混凝土衬砌疏松高含水、拱架与钢筋网、初衬与二衬之间脱空区等,并给出了相应的雷达图像和波形特征,实践证明探地雷达天线阵技术检测效率高,效果好.     

探地雷达在隧道衬砌金属构件探测中的应用

以隧道衬砌雷达检测实践为依据,在详细分析金属构件雷达响应波相特征的基础上,有针对性地阐述了如何应用雷达技术确定隧道衬砌中金属构件的间距、金属构件的变形以及金属构件与围岩的接触关系.     

隧道质量无损检测中雷达波形分析与探讨

通过对不同衬砌类型下的衬砌密实性、拱架的特征波形做进一步地梳理和深入探讨,分析不同衬砌工况下空洞、拱架对应的主要判定特征;对衬砌结构划分类别,并对衬砌密实性、拱架的判定特征在不同衬砌工况下多条隧道雷达波形差异性进行分析和对比,总结出不同衬砌工况下的共性。在隧道二次衬砌内无钢筋布设时,空洞和拱架之间存在影响,但可以判定;在隧道二次衬砌内存在钢筋布设时,钢筋对背后的脱空和拱架具有屏蔽作用,影响雷达图像的判释。     

背后存在空洞时盾构隧道管片的开裂机理及承载能力分析

为探讨盾构隧道管片背后存在空洞时管片空间受力特征及承载力变化情况,基于扩展有限元原理,采用载荷-结构计算方法,以长沙轨道交通2号线为研究背景,建立隧道衬砌三维计算模型,分别对衬砌结构16点位和2点位背后存在空洞时衬砌结构空间受力特征进行分析比较,根据分析结果,再对衬砌结构2点位背后存在空洞时衬砌结构极限承载力变化情况、开裂形态进行模拟分析。研究结果表明:衬砌结构16点位和2点位背后分别存在沿环向20°,30°和40°范围空洞时,空洞处衬砌应力集中明显,但均未出现开裂现象;随着荷载的增大,管片开裂主要位于管片环8点位和2点位方向,8点位处表现为内侧纵向开裂,2点位处表现外侧环向开裂;空洞的存在明显降低了衬砌结构的极限承载力,当衬砌结构2点位背后存在沿环向40°空洞时,衬砌极限承载力下降了30.68%。该研究可为隧道衬砌裂缝诱因分析、衬砌病害防治与修复研究提供一定的参考与借鉴。     

隧道衬砌检测判识标准及缺陷处理措施研究

针对现行规范对隧道衬砌背后缺陷问题的描述不细致问题,结合某在建铁路隧道现场地质雷达检测结果,以及检测发现问题是否需要进一步处理的必要性,将衬砌背后脱空缺陷从不密实缺陷中划分出来。当不密实区某单个最大空腔体的测线长度小于等于钢拱架间距与开挖进尺限制条件中的小值,同时在雷达测线上空腔图谱断开的距离Li≤50 cm时判定为不密实;发现某个空腔体的测线长度大于钢拱架间距或开挖进尺时,判定为衬砌背后脱空。不密实缺陷只能在以后的施工中通过改善施工工艺避免,而无需返工处理。将原来的缺陷密实、不密实及空洞细化为密实、不密实、脱空及空洞4种情况,并给出相关建议性处理措施。使得结果更易于理解,便于决策者根据检测结果更加准确地确定隧道缺陷处理措施。     

地质雷达法检测高速铁路隧道常见质量缺陷及图像解释

地质雷达法以其快速、无损、连续探测、实时成像、数据处理直观方便以及探测精度高等优点在隧道工程质量检测中得到了广泛应用。本文以一在建高速铁路隧道为例,介绍了高速铁路隧道衬砌厚度不足、背后空洞,钢架和钢筋的间距过大、数量不足,保护层厚度不足等常见缺陷类型,对其地质雷达法检测图像特征做出解释,并对部分缺陷进行了破损验证。验证结果表明,地质雷达在高速铁路隧道衬砌质量检测中准确性较高,并可大大提高检测效率。     

无砟轨道CA砂浆层病害探地雷达检测及三维正演模拟

无砟轨道在长期列车荷载与外部环境的作用下其结构中CA砂浆层会出现空洞、脱空等损伤病害,这些损伤病害对铁路运营的安全产生巨大了的威胁.因此,对无砟轨道CA砂浆层的病害的防治与检测显得尤为重要.通过对多种无损检测方法的比对择优,采用探地雷达的探测方式,基于时域有限差分法编制Matlab程序,对地电模型进行三维正演模拟,确定探地雷达技术的可行性,而后建立无砟轨道板物理模型,在CA砂浆层设置不同大小的空洞病害,并使用探地雷达对模型进行探测,验证技术的可行性.研究结果表明:轨道板中分布的钢筋网对无砟轨道CA砂浆层病害的检测有着不同程度的影响;设置正反探测路线,能够准确识别出处于钢筋网环境下的病害的位置;随着空洞直径的逐步缩小,空洞的信号特征成减弱趋势.     

兰新线妖魔山隧道病害整治

为保证兰新线妖魔山隧道内电气化改造顺利实施,采用地质雷达检测、现场调查等方法对隧道结构运营状态进行全面检测和评估。检测结果表明,该隧道不存在影响电气化挂网的衬砌内部及其背后空洞,但存在衬砌裂损、局部混凝土剥离、渗漏水等病害。分析病害产生的原因,采取堵排结合的方法,对隧道衬砌裂损和渗漏水进行综合整治,可为类似工程提供参考。     

地质雷达在隧道衬砌质量检测中的应用及探讨

地质雷达广泛应用于工程勘察领域的各个方面,并在铁路隧道衬砌质量检测中起到了很好的效果。本文从地质雷达基本原理入手,探讨施工过程中各种隧道衬砌缺陷的形成机制,分析相应的地质雷达图像特征,用以指导各类隧道衬砌病害缺陷的判识。