车载GPR与高频面波对隧道衬砌检测的试验研究

发布时间：2018-02-03 19:55

  本文关键词： 隧道衬砌 无损检测 车载探地雷达 高频面波 正演模拟　出处：《西南交通大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：我国是隧道与地下工程最多且地质环境最为复杂、建设发展速度最快的国家。在隧道建设突飞猛进的大背景下,质量问题不容忽视。由于隧道衬砌在建设完成后是整体闭合的,如果针对隧道衬砌检测依旧借鉴常规的检测方法势必会对衬砌产生一定破坏,而且工作效率低下,同时经济成本较高,因此无损检测成为了很好的选择。目前现有的无损检测方法有探地雷达检测、面波检测以及红外线热成像等方法,其中车载探地雷达以快速、连续等优点逐渐广泛应用到隧道病害普查领域。高频面波以便捷、高分辨率、不受铁磁屏蔽等优点,可进行隧道病害和质量详查以及力学特性评估,在铁路运营线上,可减少钻孔或替代钻孔。目前,两种技术在隧道检测与评估领域的运用均处于初级阶段,特别是对衬砌背后空洞的识别、衬砌厚度的精准拾取还尚有不足。为进一步完善车载探地雷达检测隧道衬砌的图像解释理论和方法,本文主要从以下几方面开展分析研究:1)由于目前大部分探地雷达检测,天线须与衬砌表面紧贴,所以关于探地雷达检测隧道的数值模拟都是基于地面耦合天线。而车载探地雷达采用空气耦合天线进行检测,天线与衬砌表面之间有一定的距离,因此本文基于空气耦合天线进行车载探地雷达检测隧道的数值模拟。根据时域有限差分法,应用GprMax软件,对车载检测条件下,衬砌背后不同大小、不同填充物的空洞模型进行数值模拟,结果表明:(1)在天线高度1m、衬砌厚度0.4m的情况下,可探测最小充气空洞半径为0.4m;可探测最小充水空洞半径为0.15m。(2)在不同天线高度的数值模拟中,天线高度1.9m,可探测最小充气空洞半径为0.6m。2)探地雷达与高频面波对两组模型的试验表明,两种方法对空洞的检测都有很好的效果,但是探地雷达图谱更为直观。关于厚度的提取,探地雷达与高频面波都能有效的提取其相应的厚度,但高频面波对衬砌厚度检测的精度更高。本文主要是不同模型的正演模拟、车载探地雷达与高频面波对物理模型的实测,三者相互验证补充,研究结果可为隧道衬砌检测提供参考。
[Abstract]:China is the largest tunnel and underground engineering geological environment and the most complex, the construction of the fastest developing countries. In the background of tunnel construction by leaps and bounds, quality problems can not be ignored. Because the tunnel lining is in the closed after the completion of the construction of the tunnel lining, if the test is still using conventional detection methods will inevitably produce some damage to the lining, and the work efficiency is low, while the economic cost is higher, so the nondestructive detection has become a good choice. The nondestructive detection method of the GPR detection, detection of surface wave and infrared thermal imaging method, in which the vehicle ground penetrating radar to quickly and continuously developed and widely applied to tunnel etc. high frequency surface wave field. The disease census with convenient, high resolution, no ferromagnetic shielding properties to evaluate tunnel diseases and quality investigation and mechanical properties in railway operation Online, can reduce the drilling drilling or replacement. At present, using two kinds of technology in the field of detection and evaluation of the tunnel are still in the initial stage, especially the identification of the cavities behind the lining, accurate picking lining thickness are inadequate. In order to further improve the detection of tunnel lining in vehicle radar interpretation theory and method in this paper. Mainly to carry out research and analysis from the following aspects: 1) because most of the GPR detection, and the antenna should be close to the lining surface, so the numerical simulation on the radar detecting tunnel are ground coupled antenna. Based on the vehicle ground penetrating radar was used to detect the antenna coupling to air, there is a certain distance between the antenna and the lining surface therefore, this paper based on the numerical simulation of antenna coupling to air vehicle detecting radar tunnel. Based on the finite difference time domain method, using GprMax software for vehicle detection. Under, behind the lining of different sizes, different filling cavity model for numerical simulation, results show that: (1) the antenna height 1m, thickness of lining under the condition of 0.4m, the minimum detectable gas cavity radius is 0.4m; the minimum detectable water filling hole radius is 0.15m. (2) in the numerical simulation of different antenna height in 1.9m, the height of the antenna, can detect the minimum radius of 0.6m.2) inflatable hollow ground penetrating radar and high frequency surface wave test on the two groups of model shows that the two methods have a good effect on the hole detection, but the GPR map is more intuitive. Extraction on the thickness of the ground penetrating radar with high frequency surface wave can effectively extract the corresponding thickness, but the high frequency surface wave on the lining thickness detection accuracy. The main purpose of this paper is the forward modeling of different models, the vehicle ground penetrating radar and high frequency surface wave measurement of the physical model, the interaction of the three verification of the research. The results can provide reference for tunnel lining detection.

【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U455.91;P631.3

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本文编号：1488232