隧道衬砌背后空洞的地质雷达检测试验与模拟研究

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隧道衬砌背后空洞的地质雷达检测试验与模拟研究
梁国卿1，耿大新2，胡方小2，周昌1
(1.江西省天驰高速科技发展有限公司，江西南昌330103:2.华东交通大学土木与建筑学院岩土研究所，江西南昌330013)
[摘要]衬砌背后空洞作为隧道常见的一种病害，对隧道支护结构的承载性能有较严重影响。然而，由于探地雷达检测的图像辨析程度及分辨率精度限制，隧道衬砌背后空洞辨识存在一定主观缺陷，且小尺寸空洞更难于辨识，为检测人员所忽视。针对隧道衬砌背后空洞这一特征病害，运用配有600MHz屏蔽天线的地质雷达检测隧道二次衬砌素混凝土区的空洞状况，研究空洞的形状、尺寸、埋深及积水对空洞反射波组特征的影响，并且基于时间域有限差分法(FDTD)采用GPRMAX2D软件对试验模型进行数值模拟分析，将数值模拟的结果与试验模型检测的雷达波组图进行对比验证并加以分析。

内容摘抄：

1 隧道衬砌模型及雷达检测
1．1试验模型
由于隧道衬砌施工时二衬主要有设置钢筋和不设钢筋两种情况，而素混凝土区围岩级别较高，地质情况较好，所以隧道衬砌中素混凝土区存在的病害往往不被人们重视，试验模拟隧道可能存在的病害，进行检测并加以分析。试验模型尺寸为6．24m×1．2m×0．6m，初衬厚度为20ram，二衬厚度为40mm，初衬和二衬间布设土工布和防水板(见图1)，以贴近真实工况，用商品混凝土现浇而成。

2正演数值模拟
目前，FDTD算法[14]。因具有可直接时域计算、计算程序的通用性、节约存储空间等特点，成为地质雷达正演数值模拟计算的最常用方法。综合考虑计算时间和试验验证要求，通过GPRMAX2D软件对试验模型空洞病害做了进一步的二维数值模拟，与试验实测数据进行对比分析。

3 结语
经试验与模拟对比论证，可知模拟结论与试验结论基本吻合，结论对衬砌空洞病害的现场检测及雷达图像识别有一定的参考价值。
1)研究衬砌背后空洞病害的反射波波组特征及反射波的强弱与空洞的形状、尺寸、埋深及积水状态密切的相关性，为现场检测的雷达图像识别提供定性的参考依据。
2)对比模拟与实际检测的雷达波组图可知，隧道实际检测过程中，由于隧道并不为理想单一介质，检测杂波较多，有些较小的空洞难以检测出来，使隧道运营存在安全隐患。应优化雷达检测仪器或低、高频天线结合细致分析隧道衬砌存在的小范围空洞，使地质雷达检测出来的波组图更加清晰可观，提高雷达检测的精确度，确保隧道的安全运营。

(略)

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