探地雷達(dá)應(yīng)用于盾構(gòu)開(kāi)挖面的地質(zhì)探測(cè)方法與圖像分析研究.pdf

1、隨著市政建設(shè)的發(fā)展，非開(kāi)挖技術(shù)施工(如頂管工程、盾構(gòu)施工)越來(lái)越多，迅速、緊缺地查清施工前向的地質(zhì)狀況(如暗河、管線、樁基、舊基礎(chǔ)等地下障礙物)分布具有重要意義。探地雷達(dá)作為一種用于確定地下介質(zhì)分布的廣譜電磁技術(shù)，由于其具有高效、快速、連續(xù)、無(wú)損傷、低成本和高分辨率成像等特點(diǎn)，目前已經(jīng)成為隧道、公路、水壩、堤防等基礎(chǔ)工程設(shè)施無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的重要組成部分。在隧道開(kāi)挖面地質(zhì)探測(cè)中，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法如：水平聲波剖面法(HSP)、地電阻影像探測(cè)以及

2、地質(zhì)鉆孔、探地雷達(dá)探測(cè)，只能做到盾構(gòu)開(kāi)挖前的大面積探測(cè)，或者先讓盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)停止工作，派操作人員到盾構(gòu)機(jī)掌子面前方進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，均無(wú)法對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境作實(shí)時(shí)在線探測(cè)。 本文針對(duì)上述探地雷達(dá)應(yīng)用技術(shù)問(wèn)題，提出將探地雷達(dá)應(yīng)用在盾構(gòu)掌子面上，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)前向地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。 本文首次地將探地雷達(dá)應(yīng)用于盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中的前向探測(cè)，將雷達(dá)安裝在盾構(gòu)刀盤上，利用電磁波在不同介質(zhì)內(nèi)傳播的特性，探測(cè)前方地質(zhì)情況，并通過(guò)信息傳輸通道將雷達(dá)信號(hào)傳輸?shù)?/p>

3、后方的計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，成功實(shí)施系統(tǒng)方案。 在實(shí)施方案前，考慮到刀盤是盾構(gòu)的掘削系統(tǒng)，具有開(kāi)挖地層、穩(wěn)定開(kāi)挖面、攪拌碴土等功能，承受大扭矩、大推力和沖擊載荷的作用，工作狀況非常惡劣。為此，在采用類比法完成機(jī)械改造結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，必須對(duì)刀盤結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度進(jìn)行校核，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)有限元分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化的互動(dòng)，可有效提高刀盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體水平與可信度。 在實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從理論上給出了探地雷達(dá)的探測(cè)性能參數(shù)和測(cè)

4、量參數(shù)的公式，并結(jié)合自身對(duì)多種雷達(dá)的操作，研究3m內(nèi)不同雷達(dá)頻率下和不同尺寸異常體的雷達(dá)圖像，對(duì)比分辨率，給出了主流雷達(dá)的性能比較，為后續(xù)的雷達(dá)探測(cè)模擬和實(shí)地測(cè)試提供了理論基礎(chǔ)和選型依據(jù)。 同時(shí)，本文致力于電磁波在不同土層和障礙物中的傳播規(guī)律研究。方法是通過(guò)時(shí)域有限差分法(finite—differencetime—domainmethod)二維正演數(shù)值模擬探地雷達(dá)發(fā)射出的電磁波，研究其在不同土層中的傳播規(guī)律和遇到障礙物反射情況

5、，總結(jié)反射規(guī)律，為探地雷達(dá)目標(biāo)電磁波的波相識(shí)別奠定基礎(chǔ)。 并通過(guò)Matlab模擬典型地質(zhì)條件下不同目標(biāo)物體雷達(dá)成像，研究盾構(gòu)前向探測(cè)可以實(shí)現(xiàn)的最佳探測(cè)頻率，并引入地震學(xué)中的反演技術(shù)，通過(guò)偏移技術(shù)處理雷達(dá)圖像，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)特征識(shí)別。 本文提出將探地雷達(dá)應(yīng)用至《盾構(gòu)前向在線實(shí)時(shí)探測(cè)中，實(shí)現(xiàn)開(kāi)挖面前方短距離內(nèi)的地質(zhì)預(yù)報(bào)，具有高探測(cè)精度、實(shí)時(shí)、連續(xù)的功能特點(diǎn)，無(wú)需停工，所獲數(shù)據(jù)直接傳遞給盾構(gòu)進(jìn)行控制，減少工程成本。和傳統(tǒng)超前預(yù)報(bào)方