隧道衬砌探地雷达检测数值解析及应用

基于时域有限差分法和有限单元法,对隧道衬砌中钢筋网下的脱空和衬砌背后的脱空进行二维正演模拟,并与实例结果进行对比分析。结果表明: 雷达天线的中心频率越高,其分辨率越高,区分的效果越好;钢筋的密度越小,雷达探测脱空区域的效果越好。通过正演模拟和工程实测相结合,可提高采用探地雷达进行隧道衬砌检测的准确性及解释精度。     

盾构隧道壁后注浆步进频率式雷达开发与现场测试

针对盾构隧道壁后注浆检测需求,通过对比分析时域雷达和步进频率式雷达的优劣,开发了步进频率式天线及雷达系统。通过开展天线设计及测试,并结合现场试验对天线的检测频带和后处理方式进行了探索。认为天线检测频带在300～900MHz有利于壁后注浆的检测,同时后期处理采用去除背景及直达波消除有助于提升壁后注浆体的识别。     

探地雷达钢筋正演模拟及偏移成像研究

探地雷达（ground penetrating radar,GPR）在工程检测领域应用广泛,特别是应用于隧道衬砌结构检测。利用时域有限差分方法（finite difference time domain,FDTD）和完全匹配层（perfect match layer,PML）吸收边界条件,采用900 MHz天线,模拟了不同间距、不同深度、不同对应位置的单、双层钢筋混凝土结构,并运用频率-波速域（F-K）波动方程偏移技术分别进行了成像处理。研究表明： 1）有效探测范围内钢筋间距、埋深越大时,干扰信号越少,钢筋的反映越明显; 2）F-K偏移可较好地分辨出单层（上层）钢筋,斜对双层钢筋的分辨率比正对高。     

基于模型试验的矿山法地铁隧道支护结构病害检测与识别

为提高矿山法地铁隧道支护结构病害检测与识别的准确性,采用基于时域有限差分的数值模拟方法,建立常见形状空洞、充水空洞、不同填充介质脱空以及钢格栅拱架、H型钢架下空洞模型,模拟探地雷达波在不同病害中的传播规律,并通过青岛地铁3号线探测实例验证。结果表明:空洞病害雷达反射波通常呈双曲线形状,反射信号强,但上三角形空洞图像与其他空洞图像有较大差异,表现为倾斜平行的同相轴特征;当空洞或脱空内部含水时,空洞或脱空下部出现明显反射波;钢结构雷达波反射强烈,会对钢结构下方病害探测产生干扰,在实际探测中,应将初期支护与二次衬砌分开探测。     

基于GPRMAX正演模拟的关于探地雷达空气耦合天线在隧道衬砌质量检测中的可行性研究

为了研究空气耦合天线进行隧道衬砌的质量检测,采用GPRMAX正演模拟方法,分别对不同厚度的钢筋混凝土衬砌、素混凝土衬砌及衬砌内部的空洞进行建模,正演分析了空气耦合天线电磁波的传播特性及衰减特性,得出采用空气耦合天线探地雷达完成隧道衬砌质量检测理论上是可行的,并为后期的空气耦合天线在衬砌质量检测工作中的实际试验研究工作提出指导和建议,可解决地面耦合天线探地雷达检测衬砌质量存在效率低、安全风险高、结果准确率低等问题。     

TBM施工隧道管片衬砌段回填注浆质量检测综合物探方法研究及应用

针对目前无损检测方法应用于管片壁后回填注浆质量检测的局限性，综合地质雷达和地震映像法的优点对注浆质量进行可靠性检测。首先利用有限差分数值模拟方法分别对2种方法在管片后注浆质量的检测进行模拟，验证方法的理论检测效果。在该结果基础上，采用预测反褶积滤波技术对2种方法结果中的多次波进行有效滤除，以提高检测结果的准确性及可靠性。最后根据数值模拟实验结果，将数据滤波技术及最优探测参数在西藏某公路双护盾TBM施工隧道回填注浆质量检测中进行实际应用，并结合钻孔内窥结果对检测结果进行评价。结果表明： 预测反褶积滤波技术能够有效滤除管片内钢筋模所产生的多次反射波，并能提高2种方法的分辨率； 地质雷达法探测结果分辨率高，但受限于管片内钢筋模的影响，400 MHz天线有效探测深度约为1 m，地震映像法探测深度能达到5 m左右，但分辨率低于地质雷达法，2种物探方法优劣互补； 综合利用2种方法能够有效解决管片衬砌段回填注浆质量检测的难题，保障隧道建设安全。     

运营铁路隧道衬砌背后较大空洞的精确检测技术

目前采用地质雷达等无损检测技术可快速、准确检测衬砌厚度和衬砌中钢筋数量等参数,并可有效判识衬砌背后空洞等缺陷沿隧道纵向和环向长度,但对这类缺陷的径向尺度因介电常数的差异、反射面的识别等原因而无法准确判识。依托西南地区某运营铁路隧道衬砌背后存在较大空洞的工程实际,结合现场钻孔调查和地质雷达无损检测,首次运用钻孔三维激光扫描技术对运营铁路隧道衬砌背后空洞进行扫描,实现精确检测,得到衬砌背后空洞的三维形态和具体尺寸,检测成果可为隧道病害整治提供准确的数据,可设计出更具针对性和操作性的整治方案。提出的“物探+钻孔三维激光扫描”技术,能实现衬砌背后空洞“粗中有细”的全面检测。     

地质雷达在铁路隧道混凝土衬砌质量检测中几个问题的探讨

针对近年来使用美国GSSI公司生产的SIR-3000型地质雷达检测仪从事铁路隧道混凝土衬砌质量检测过程中积累的经验以及遇到的问题,从衬砌背后空洞检测、钢筋、钢拱架检测、衬砌厚度检测和仰拱厚度检测等方面分析问题产生的原因,探讨提高地质雷达检测精度的一些措施。对于衬砌背后空洞的规模大小以及一些沿隧道环向分布的空洞,受检测条件以及现有的无损检测技术条件的限制,只能通过结合锤击法和钻芯法来综合评判; 对于钢筋、钢拱架的检测,通常双层钢筋中第2层钢筋的数量受雷达分辨率的影响很难看清,因受电磁波趋肤效应的影响,钢筋混凝土的衬砌厚度、初期支护钢拱架和初期支护空洞等的检测情况都不理想,所以务必要在隧道二次衬砌施工前完成初期支护混凝土质量及钢拱架数量的检测及整改工作; 对于衬砌厚度的检测,由于隧道衬砌介质的不均匀性,使得相对介电常数无法得出一个精准的数值,故不应该过分依赖从雷达剖面提取出来的厚度实测值,应允许一定范围内的误差; 对于仰拱厚度的检测,一般需要结合设计、施工等资料,必要时候借助钢筋的埋深位置等对仰拱厚度进行初步判断,但很多时候因受分辨率影响,检测结果往往与实际结果有较大误差,这时还需结合钻芯法来进一步确认。地质雷达检测技术的关键是做好以下几方面的工作： 建立合理的检测机制,严格工作纪律,不断优化检测方法。     

基于路面雷达的水泥路面脱空检测正演模拟与试验分析

针对路面雷达在路面结构层缺陷检测中对判定人员的经验要求高、不同的脱空类型难以区分的问题,采用电磁波时域有限差分法对水泥混凝土路面板底脱空进行正演模拟,分析板底存在不同尺寸气充空洞和水充空洞时的图像差异。通过现场的脱空模拟试验,验证了理论分析结果,提出了路面雷达在水泥路面检测过程中的测试要求。     

水泥混凝土路面板下脱空的路面雷达电磁波模拟

建立了路面雷达电磁波在水泥混凝土路面结构中传播的二维时域有限差分(2D-FDTD)方程,并针对空气耦合式天线雷达进行了水泥混凝土路面板下存在脱空病害的路面雷达电磁波模拟。进一步分析了水泥混凝土板下脱空出现水充空洞及气充空洞两种情况的路面雷达回波特性,本文的研究对路面雷达技术应用于水泥混凝土路面脱空病害检测实施具有重要的理论参考意义。     

雷达探测隧道壁后空洞的现场验证及空洞影响分析

针对王市岭隧道隧改路工程,采用探地雷达检测衬砌壁后空洞,并进行钻孔取芯验证,结果表明探地雷达用于壁后空洞检测可行且具有较高的可信度。为系统分析壁后空洞对隧道结构的影响,基于现场原位测试数据,建立了连拱隧道的三维快速拉格朗日有限差分模型。数值分析结果表明,拱顶、拱肩和边墙部位的空洞均会导致衬砌局部产生拉压应力集中,应力集中程度受空洞位置与尺寸的双重影响。在竖向地应力为主的条件下,拱肩部位的空洞对衬砌危害最大,易导致拱肩上侧部位出现较大的应力集中,因此在隧道壁后空洞病害检测时应重点考虑拱肩部位。     

探地雷达在公路隧道质量检测中的应用研究

随着公路事业的发展,隧道工程在山区和丘陵地区公路建设中所占的比重越来越大,隧道工程质量安全问题愈来愈受到人们的重视。本文在简述探地雷达工作原理的基础上,详细讨论了探地雷达检测隧道质量时的数据采集方法、信号处理技术以及典型目标体雷达波组特征,分析了钢拱架在各种影响因素下的雷达波组特征,以及采用小波多尺度变换图像增强技术对雷达信号进行信噪分离,放大显示衬砌内部细节结构,识别衬砌内部的不密实区域、裂缝和钢筋等的雷达波组特征。     

探地雷达在承朝高速公路东营子隧道质量检测中的应用

采用地质雷达检测的方法可以对隧道衬砌混凝土的厚度、密实度、脱空进行检测,具有精度高、快速、无损检测等优点。文章结合探地雷达在承朝高速公路东营子隧道检测的工程实例,分析隧道衬砌后空洞、松散的典型波形,总结探地雷达的应用效果。     

隧道衬砌质量全断面检测台车研究与应用

为解决人工手持雷达天线进行隧道衬砌质量无损检测存在的测线偏移、仪器脱离隧道表面、往复作业检测效率低、安全隐患多等问题，研制一款可实现单次全断面机械化作业的隧道衬砌质量检测台车。该台车集成多级伸缩机械臂及九通道隧道质量检测系统，具有单次多线机械化同步检测、多通道雷达天线数据采集控制、雷达天线与隧道壁自适应、里程综合定位及视频采集等关键技术，并已在湖北郑万高铁某隧道使用，检测效果良好。相较于传统单次单线检测方式，检测效率由15 h/km提高至1 h/km；雷达天线自适应功能保证仪器紧贴隧道表面，检测连续可靠；同时，九通道隧道质量检测系统的应用，一定程度上实现了衬砌质量检测的信息化。     

地质雷达超前预报正演模拟及应用

地质雷达超前预报往往受环境、操作、数据处理和图像解释等因素影响,使得预报结果有一定的误差。文中针对各向同性均匀介质和典型不良地质情况进行建模,利用时域有限差分法对地质雷达探测进行正演模拟,通过分析雷达剖面图、时域波形图和频谱图,总结出典型不良地质体的地质雷达解释准则,电导率越大,波的振幅吸收越明显;相邻界面相对介电常数的差值越大,反射波振幅越大;在非色散介质中,雷达信号具有较好的保真性能,色散介质对信号吸收更强,保真性较差。并结合工程实例验证了地质雷达探测正演模拟和解释准则的可靠性。     

水泥混凝土路面板下脱空的路面雷达电磁波模拟

文章建立了路面雷达电磁波在水泥混凝土路面结构中传播的二维时域有限差分(2D-FDTD)方程,并针对空气耦合式天线雷达进行了水泥混凝土路面板下存在脱空病害的路面雷达电磁波模拟。文章进一步分析了水泥混凝土板下脱空出现水充空洞及气充空洞两种情况的路面雷达回波特性。     

冲击回波法精细探测公路隧道衬砌空洞的模型试验及分析

为研究空洞缺陷尺寸以及监测点和震源点的位置对检测结果的影响,根据冲击回波法的特点,设计并进行一系列空洞直径不同时混凝土板的检测试验,模拟检测公路隧道衬砌的壁后空洞。采用快速傅里叶变换分析振动加速度信号,研究应力波的频域信号特征,以探索冲击回波法探测衬砌空洞的可能性与机制。试验结果表明,冲击回波法在探测衬砌空洞缺陷中显示出较为良好的检测效果,影响检测效果的因素主要包括空洞缺陷直径、测点布置和激振位置等。     

基于FDTD的探地雷达道路检测正演模拟

探地雷达是目前道路检测常用工具之一。由于地下介质情况复杂,为了提高探地雷达解释的精度,需对探地雷达检测结果进行数值处理。文中通过建立与道路实际情况相对应的地电模型,运用时域有限差分法(FDTD)进行正演模拟分析,模拟结果表明运用有限差分法能获得道路结构的理论雷达图像,通过对雷达图像的分析和识别,能为实测雷达数据的反演解释提供参考,提高数据解释的精度。     

条石衬砌公路隧道病害检测及安全性评估

采用地质雷达对白岭窟隧道条石衬砌壁后空洞病害进行了检测,基本探明了该隧道壁后空洞的分布形态和分布规律。根据病害检测结果,开展了不同空洞组合、不同围岩特性、特定位置不同外水压力、不同衬砌厚度等条件下衬砌的内力有限元分析,并对衬砌结构进行了整体抗拉(压)强度检算、偏心距检算以及条石衬砌灰缝局部抗拉和抗剪验算,继而对隧道的整体安全性进行了评估。     

凯里环城高速北段隧道衬砌检测及缺陷分析

对地质雷达应用于隧道检测的适应性进行分析,发现地质雷达除在有双层钢筋网遮挡时无法判断其背后情况外,对混凝土内部缺陷、衬砌内钢筋和型钢均具有较高的识别能力且满足工程需求;采用地质雷达对贵州凯里环城高速公路北段隧道衬砌进行检测,分析衬砌质量缺陷,发现衬砌脱空主要集中在拱顶处,厚度不足主要集中在拱腰处。