車載GPR檢測高鐵隧道的試驗(yàn)研究.pdf

1、我國高速鐵路發(fā)展迅速。由于高鐵隧道的特殊性和隱蔽性，對襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)量缺陷和病害難以實(shí)時檢測和識別，而車載探地雷達(dá)遠(yuǎn)距離檢測新技術(shù)具有高效快速大面積檢測的優(yōu)勢，運(yùn)用到高鐵隧道質(zhì)量普查和病害檢測中可以獲得高鐵隧道直觀的結(jié)構(gòu)剖面圖，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前有關(guān)遠(yuǎn)距離檢測高鐵隧道襯砌及背后狀態(tài)的理論和實(shí)踐，還處于前期研究階段，因此本文基于車載探地雷達(dá)技術(shù)，開展遠(yuǎn)距離檢測高鐵隧道襯砌狀態(tài)的試驗(yàn)研究，對保障高速鐵路隧道運(yùn)營安全具有重要意義。

2、>　　鐵路車載探地雷達(dá)隧道檢測系統(tǒng)采用空氣耦合天線，天線與襯砌表面之間有一定的距離。檢測過程中，電磁波在空氣中存在擴(kuò)散（幾何）衰減，在隧道襯砌與圍巖中存在吸收衰減。本文圍繞車載探地雷達(dá)電磁波這兩大衰減特性展開研究。通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)值仿真、室外試驗(yàn)等手段，尋找車載探地雷達(dá)電磁波在隧道襯砌與圍巖中的吸收衰減規(guī)律，分析電磁波在空氣中的幾何衰減對車載探地雷達(dá)探測深度的影響，為車載探地雷達(dá)檢測高鐵隧道襯砌狀態(tài)提供理論依據(jù)，主要工作（貢獻(xiàn)）如下:<

3、br>　　(1)基于兩種車載檢測工況，分析了高鐵隧道遠(yuǎn)距離車載檢測條件，天線到襯砌表面的距離需要3m～4m，從而確立了車載探地雷達(dá)檢測高鐵隧道的基本要求和條件。
　　(2)基于既有線車載探地雷達(dá)隧道檢測數(shù)據(jù)，選取襄渝二線、西康線和陽安線的33座隧道作為統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的樣本來源，應(yīng)用最小二乘法原理擬合得到188組襯砌—圍巖的電磁波衰減系數(shù)，在95％的置信條件下估計(jì)了300MHz天線隧道襯砌—圍巖的衰減系數(shù)是0.867～0.9，它是探究30

4、0MHz天線的車載探地雷達(dá)系統(tǒng)檢測高鐵隧道有效探測深度的基礎(chǔ)。
　　(3)圍繞車載探地雷達(dá)檢測高鐵隧道的基本要求和條件，開展了室外測試實(shí)驗(yàn)，研究車載GPR-300MHz天線在不同測試距離工況下的振幅響應(yīng)衰減曲線及有效探測深度，從而得到天線與襯砌表面之間空氣中的幾何衰減對車載探地雷達(dá)探測深度的影響;以數(shù)值仿真雷達(dá)圖像和遠(yuǎn)距離測試工況雷達(dá)圖譜為依托，根據(jù)衰減理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出高鐵隧道檢測距離與檢測深度之間的關(guān)系:當(dāng)檢測距離由1m逐漸

5、過渡到4m時，有效探測深度由2.61m減小到0.98m。當(dāng)天線位于高速鐵路機(jī)車車輛限界以內(nèi)時，200km/h客貨共線鐵路隧道，拱頂至天線輻射面距離2.85m～3.70m，最小檢測深度1.0m～1.4m;250km/h客運(yùn)專線隧道，拱頂至天線輻射面距離3.25m～3.88m，最小檢測深度約1.0m;350km/h客運(yùn)專線鐵路雙線隧道，拱頂至天線輻射面距離不低于3.98m，最小檢測深度約0.9m?？稍u價設(shè)計(jì)時速200km客貨共線的單線隧道的

6、襯砌圍巖狀態(tài)，而其它時速的高鐵隧道探測深度較淺，只能評價襯砌層狀態(tài)。
　　(4)針對高鐵隧道遠(yuǎn)距離測試工況，研究車載探地雷達(dá)信號增強(qiáng)技術(shù)，提出在數(shù)據(jù)采集時進(jìn)行多次累加的思想，有效補(bǔ)償了因天線離隧道壁距離增大而造成的擴(kuò)散損失。放大了深層回波信號，通過室外實(shí)驗(yàn)，累加次數(shù)越多，深層回波信號增強(qiáng)效果越明顯。當(dāng)累加參數(shù)為4，天線離襯砌表面4m時，探測深度從襯砌表面算起1.5m，可評價各時速公里高速鐵路隧道(200～350km/h)的襯砌及淺

7、部圍巖狀態(tài)。但是累加次數(shù)越多，測試速度越慢，建議累加次數(shù)為4，既能滿足襯砌結(jié)構(gòu)及淺部圍巖病害普查的要求，又能保持較高的采集速度。
　　(5)基于兩種車載檢測工況，提出了高鐵隧道遠(yuǎn)距離車載檢測條件，得出了對于單線隧道可進(jìn)行全斷面檢測，雙線隧道可單邊往復(fù)檢測的車載GPR遠(yuǎn)距離檢測方案。設(shè)計(jì)了一套高鐵隧道遠(yuǎn)距離檢測天線基座與固定方法，研究成果依托可進(jìn)入高鐵線路的軌道板車作為天線基座安裝的對象，具體給出了固定方法的解決方案。此外，這種支撐