CN111665571A - 地质雷达检测盾构隧道管片背后缺陷模拟模型及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种地质雷达检测盾构隧道管片背后缺陷模拟模型，涉及一种模拟模型及检测方法，模型包括由里往外同轴竖直埋置在地下的隧道管、隔墙，隧道管由多个管片拼装而成，该隧道管与隔墙之间的环形空腔通过连接墙分成多个缺陷区；隔墙还设有缺口，缺口至隧道管外壁之间的空间为用于减小隔墙带来的系统误差的正演区，正演区回填有用于模拟管片周围自然土质密实工况的压实土，压实土的顶部覆盖有混凝土面层。方法包括步骤A检测前准备；B开始检测；C确定管片厚度位置和管片相对介电常数；D数据处理；E数据解释。本发明可准确分析盾构隧道管片的背后缺陷类型，可解决无法大量验证盾构隧道检测成果的难题，具有判断精度高、结构可靠的特点，易于推广使用。

Description

地质雷达检测盾构隧道管片背后缺陷模拟模型及检测方法

技术领域

本发明涉及一种模拟模型及检测方法，特别是一种地质雷达检测盾构隧道管片背后缺陷模拟模型及检测方法。

背景技术

随着城市交通的发展，地铁已成为一个城市最高效的交通工具。目前地铁隧道多采用盾构机进行掘进，在掘进过程中为控制不均匀沉降，一般会对管片背后进行注浆。但由于注浆液的各项性能指标存在差异、隧道所处地层不均匀，以及地下含水量变化等原因，导致管片背后的注浆存在不密实的缺陷情况，从而带来一系列问题，如管片偏移、地面沉降过大等。而地质雷达作为一种高分辨率、高效的无损检测技术，已开始应用于盾构隧道管片背后缺陷的检测。但是：（1）地质雷达检测成果通常需要进行对比试验或现场开挖验证，但盾构隧道的检测现场受施工条件约束，无法大量验证。（2）由于钢筋（磁性金属）对电磁波具有较强的屏蔽作用，因此地质雷达天线有效反射取决于钢筋网的间距、天线间距，以及探测目标的大小和埋深。而在盾构管片内，钢筋网的布设比较密集，地质雷达天线发射的大部分电磁波信号被盾构管片内设的密集双层钢筋网阻挡和吸收，见图1、图2所示的雷达天线发射-反射模型结构示意图，盾构隧道管片背后缺陷有效反射到接收天线的电磁波较少，因此采用地质雷达难以准确检测到盾构隧道管片背后缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种地质雷达检测盾构隧道管片背后缺陷模拟模型及检测方法，以解决现有技术存在的采用地质雷达检测无法大量验证盾构隧道的检测成果、难以检测到盾构隧道管片背后缺陷的不足之处。

本发明的设计原理：由反射系数公式可以看出：

，r为反射系数，ε₁、ε₂分别为两种物质的介电常数；

（1）两种物质电磁属性相差越大，其反射率越高，越容易接收到目标的反射信号；

（2）通过电磁波回波的相位属性可以大致推断反射界面的性质；电磁波从高速介质进入低速介质，以及从介电常数小的介质进入介电常数大的介质时，反射系数为负，此时反射波与入射波相位特征相反，透射波相位不发生变化。即雷达波从介电常数小进入介电常数大的介质时，从高速介质进入低速介质时，从光疏进入光密介质时，反射系数为负，即反射波振幅反向。反之，从低速进入高速介质，反射波振幅与入射波同向。

解决上述技术问题的技术方案是：一种地质雷达检测盾构隧道管片背后缺陷模拟模型，包括由里往外同轴竖直埋置在地下的环形的隧道管、隔墙，且隧道管、隔墙的顶端与地面齐平；所述的隧道管由多个管片拼装而成，该隧道管与隔墙之间的环形空腔通过连接墙分成多个用于模拟各种工况的缺陷区；所述的隔墙还设有缺口，该缺口至隧道管外壁之间的空间为用于减小隔墙带来的系统误差的正演区，正演区回填有用于模拟管片周围自然土质密实工况的压实土，压实土的顶部覆盖有混凝土面层。

本发明的进一步技术方案是：所述的缺陷区包括缺陷Ⅰ区、缺陷Ⅱ区、缺陷Ⅲ区、缺陷Ⅳ区；所述的缺陷Ⅰ区包括填土区，且在填土区与隧道管外壁之间还设置有注浆密实区、注浆空洞区。

本发明的进一步技术方案是：所述的缺陷Ⅱ区埋设有不同位置的工字钢及钢筋网片；所述的缺陷Ⅱ区还在管片后分别设置有不规则空洞、管状空洞、金属管。

本发明的再进一步技术方案是：所述的缺陷Ⅲ区为用于模拟管片周围溶洞工况的大型空腔区。

本发明的再进一步技术方案是：所述的缺陷Ⅳ区为碎石回填区，用于观测碎石在管片背后的雷达波反射特征；该缺陷Ⅳ区还设置有空洞工况。

本发明的更进一步技术方案是：所述的隔墙内壁至隧道管内壁的距离为800～1000mm；所述的隧道管的底部还设置泄水孔，在隧道管的顶部周围安装有防止人员坠落的防锈护栏；在各个缺陷区顶部覆盖有用于防止人员坠落的圆环水篦。

本发明的另一技术方案是：一种地质雷达检测盾构隧道管片背后缺陷模拟模型的检测方法，该方法包括以下步骤：

A、检测前准备：

A1、选择天线

选择400M～1500M频率屏蔽天线；

A2、测线布设

采用纵向探测与环向探测结合方式布设测线，沿隧道管的内圆周表面纵向布设多根纵向测线，沿隧道管的内圆周表面环向布设多根环向测线；

A3、调整检测仪器设置

检测前将仪器设置的0～7ns采样时段增益压制7～10dB, 7ns后采样时段分段增益增大至25dB～30dB，以增强管片背后的信号强度，便于现场检测人员发现缺陷位置并及时复测锁定；

B、开始检测

检测人员进入到隧道管的管腔，将检测仪器地质雷达分别沿隧道管内圆周表面的纵向测线和环向测线进行检测；检测时纵向测线时由上往下检测；

C、确定管片厚度和管片的相对介电常数

（1）设定0点，设置首波位置；

（2）根据雷达波出管片的反射波形特性，确定管片雷达波初始-终止双旅程时间t以及管片厚度d，再根据相对介电常数公式计算管片的相对介电常数：ε=0.09t²/4d²，ε--管片的相对介电常数，d--管片的实际厚度，单位：m， t--管片的双程旅行时间，单位：s；

D、数据处理

分别对采集到纵向检测数据信号和环向检测数据信号进行数据处理；

E、数据解释

根据经数据处理后的信号识别目标信号和计算目标位置，判断出管片背后缺陷类型和位置。

本发明的进一步技术方案是：所述的步骤C、确定管片厚度和管片的相对介电常数包括以下具体内容：将一块钢板放置在管片背部，用雷达天线扫测，发现该钢板部位信号；确定该处雷达波的特征无钢板时，雷达波出管片时为正反射，有钢板时，雷达波出管片时为负反射；设定0点，设置首波位置，根据雷达波出管片的反射波形特性，确定管片雷达波初始-终止双旅程时间t以及管片厚度d，再根据相对介电常数公式计算管片的相对介电常数：ε=0.09t²/4d²，ε--管片的相对介电常数，d--管片的实际厚度，单位：m， t--管片的双程旅行时间，单位：s。

本发明的进一步技术方案是：所述的步骤D、数据处理中，所述的进行数据处理包括以下过程：

D1.设置零点位置，将零点设置在首波正相位的波峰处；

D2.设置校正零偏，以便去除固定干扰，让波形左右居中；

D3.设置数值滤波，去除低频和高频干扰信号；

D4.设置背景消除，选择“整体法”消除横向背景干扰；

D5.设置滑动平均，去除噪声；

D6.设置道间均衡，通过道间数据的相关性，提高管片及缺陷有效信号的对比度；

D7.针对管片厚度特征，调节增益，压制管片部分的信号，提高管片背后缺陷区的信号强度；

D8.如遇到倾斜层干扰波，用倾角滤波消除倾斜层干扰波；

D9.采用时间偏移或深度偏移方法将倾斜层反射波界面归位，使绕射波收敛。

由于采用上述结构，本发明之地质雷达检测盾构隧道管片背后缺陷模拟模型及检测方法与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.可准确分析盾构隧道管片的背后缺陷类型

本发明之地质雷达检测盾构隧道管片背后缺陷模拟模型包括由里往外同轴竖直埋置在地下的环形的隧道管、隔墙，且隧道管、隔墙的顶端与地面齐平；所述的隧道管由多个管片拼装而成，该隧道管与隔墙之间的环形空腔通过连接墙分成多个用于模拟各种工况的缺陷区；所述的隔墙还设有缺口，该缺口至隧道管外壁之间的空间为用于减小隔墙带来的系统误差的正演区，正演区回填有用于模拟管片周围自然土质密实工况的压实土，压实土的顶部覆盖有混凝土面层。本发明通过构建隧道管片模型，采用多个缺陷区来构成各种典型工况，模拟实际管片背后复杂的回填效果，并用雷达测试，获取典型数据，以供分析和比较，从而可准确分析盾构隧道管片的背后缺陷类型。

2．可解决无法大量验证盾构隧道检测成果的难题

由于本发明通过构建隧道管片模型进行模拟，可准确分析盾构隧道管片的背后缺陷类型，从而可解决无法大量验证盾构隧道检测成果的难题。

3. 判断精度高

本发明在隔墙上设有一缺口，该缺口至隧道管外壁之间的空间设置为用于减小隔墙带来的系统误差的正演区。因为不同的雷达有不同的探测范围，注浆厚度加上管片厚度不会过大，检测盾构隧道管片背后注浆密实度就可以采用具有较高频率和宽带频率范围电磁波的雷达，本申请设置的隔墙内壁至隧道管内壁的距离为800～1000mm，远大于一般的注浆厚度加上管片厚度（除超挖及地质突变情况外），但隔墙的材质（普通烧结砖）与不同的填充材料在介电常数、电导率、磁导率上存在差异，或多或少会反射回干扰判断的信号，而且工地现场不会有该隔墙。因此，本发明通过在隔墙上设有一缺口，并将该缺口至隧道管外壁之间的空间设置为正演区，以便用于减小隔墙带来的系统误差，从而可提高判断精度。

4.结构可靠

本发明用砖砌隔墙构造管片外缺陷区，并可以灵活更换缺陷区的填充物质；缺陷区顶部加盖圆环水篦，可防人员坠落，本发明的结构安全可靠。

下面，结合附图和实施例对本发明之地质雷达检测盾构隧道管片背后缺陷模拟模型及检测方法的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：背景技术中雷达天线发射-反射模型结构示意图之一，

图2：背景技术中雷达天线发射-反射模型结构示意图之二，

图３：实施例一所述本发明之地质雷达检测盾构隧道管片背后缺陷模拟模型的结构示意图（俯向视图），

图４：图３的A-A剖视图，

图5：实施例二中，步骤A2所述测线布置图及管片展开图，

图 6：实施例二中，步骤A3所述20#测线雷达结果图，

图 7：实施例二中，步骤A3所述将仪器设置的增益增大至25dB～30dB后的检测结果图；

图 8：实施例二中，步骤C中设置首波位置时的波形图，

图9：实施例二中，步骤C中雷达波出管片的反射波形图，

图10：实施例二中，步骤C中量出钢板所在实际位置时的波形图，

图11：实施例二中，步骤D1中设置零点位置的波形图，

图12：实施例二中，步骤D2中设置校正零偏的波形图，

图13：实施例二中，步骤D3中设置数值滤波的截图，

图14：实施例二中，步骤D7中调节增益的截图，

图15：实施例二中，步骤D、数据处理前的图像，

图16：实施例二中，步骤D、数据处理后的图像，

图17：实施例二中，步骤E、数据解释中空洞缺陷雷达波反射呈兰红兰特征的图形，

图18：工况１所述管片厚度反射位置示意图，

图19：工况2结果分析图，

图20：工况3检测结果图一，

图21：工况3检测结果图二，

图22：工况4检测结果图一，

图23：工况4数据结果图二，

图24：工况5检测结果图一，

图25：工况5数据结果图二，

图26：工况6检测结果图一，

图27：工况6检测结果图二，

图28：工况7测线分布图，

图29：工况7检测结果图一，

图30：工况7检测结果图二，

图31：工况7数据分析图，

图32：工况8检测结果图，

图33：工况9中，缺陷Ⅲ区反射图，

图34：工况9中，管片界面特征图，

图35：工况10中，缺陷Ⅱ区检测结果图，

图36：工况11中，缺陷Ⅰ区检测结果图，

图37：工况12中，连接螺栓检测结果图，

图38：工况12中，预埋槽道检测结果图。

在上述附图中，各零件的标号如下：

1-隧道管，11-管片，12-防水层，13-泄水孔，14-防锈护栏，15-圆环水篦，

2-隔墙，

3-连接墙，

4-缺陷区，

41-缺陷Ⅰ区，411-填土区，412-注浆密实区，413-注浆空洞区，

42-缺陷Ⅱ区，421-工字钢及钢筋网片，422-不规则空洞，423-管状空洞，424-金属管，

43-缺陷Ⅲ区，44-缺陷Ⅳ区，

5-正演区，

6-混凝土面层，

T0-发射天线，T1-接收天线，GJ-钢筋网，QX-缺陷。

具体实施方式

实施例一

一种地质雷达检测盾构隧道管片背后缺陷模拟模型，包括由里往外同轴竖直埋置在地下的环形的隧道管1、隔墙2，且隧道管1、隔墙2的顶端与地面齐平；所述的隧道管1由多个管片11通过连接螺栓拼装而成，该隧道管1与隔墙2之间的环形空腔通过连接墙3分成多个用于模拟各种工况的缺陷区4；所述的隔墙2还设有缺口，该缺口至隧道管1外壁之间的空间设置为用于减小隔墙带来的系统误差的正演区5，正演区5回填有用于模拟管片周围自然土质密实工况的压实土，压实土的顶部覆盖有混凝土面层6。

所述的缺陷区4包括缺陷Ⅰ区41、缺陷Ⅱ区42、缺陷Ⅲ区43、缺陷Ⅳ区44；其中：

所述的缺陷Ⅰ区41包括填土区411，填土区411内填充有含水率为12.8%的泥土（模拟与工程实际相同含水率的泥土进行数据采集），且在填土区411与隧道管1外壁之间还设置有注浆密实区412、注浆空洞区413，该注浆空洞区413内填充有水或空气。

所述的缺陷Ⅱ区42埋设有不同深度位置的工字钢及钢筋网片421，用于模拟矿山法初支钢拱架及钢筋网观测该结构的雷达波反射特征工况；所述的缺陷Ⅱ区42还在管片11后分别设置有用于观测该结构的雷达波反射特征工况的不规则空洞422、用塑料波纹管构造的管状空洞423、用于观测其在管片背后的雷达波反射特征的金属管424。

所述的缺陷Ⅲ区43为大型空腔区，模拟管片周围溶洞工况，观测其雷达波反射特征。

所述的缺陷Ⅳ区44为碎石回填区，观测碎石在管片背后的雷达波反射特征；该缺陷Ⅳ区44还设置有空洞工况。

所述的隔墙内壁至隧道管内壁的距离为900mm；所述的隧道管1的底部还设置有防水层12和泄水孔13，在隧道管1的顶部周围安装有防止人员坠落的1.2m防锈护栏14；在各个缺陷区4顶部覆盖有用于防止人员坠落的圆环水篦15。

作为本实施例一的一种变换，所述的隔墙内壁至隧道管内壁的距离为800～1000mm中的任一数值。

实施例二：

一种地质雷达检测盾构隧道管片背后缺陷模拟模型的检测方法，该方法包括以下步骤：

A、检测前准备：

A1、选择天线

由于管片厚度为30cm，对于混凝土管片类的结构物，首先选择400M～1500M频率屏蔽天线；

A2、测线布设

采用纵向探测与环向探测结合方式布设测线，沿隧道管的内圆周表面纵向布设多根纵向测线，沿隧道管的内圆周表面环向布设多根环向测线；

测线布置图见图5，组成隧道管的管片之间的连接螺栓处干扰大，检测路径上应避开连接螺栓；管片展开如图5所示，1#至18#测线由上往下检测（实际工程中的行车方向），19#至21#沿管片的环向检测，通过检测结果，从中找出最合适的检测路径；

A3、调整检测仪器设置

如果按照常规检测，把仪器增益调为8dB～12dB，环向检测20#测线，见图5测线布置图，检测结果见图6；由于双层钢筋网的屏蔽效应，这样的检测结果对空洞、含水、回填密实区几乎难以分辨；要解决这个难题，本发明首先检测前将仪器设置的0～7ns时段增益压制7～10dB, 7ns后分段增益增大至25dB～30dB（见图7），这样设置增强了管片背后的信号强度，便于现场检测人员发现缺陷位置并及时复测锁定。

B、开始检测

检测人员通过爬梯进入到隧道管的管腔，将检测仪器地质雷达分别沿隧道管内圆周表面的纵向测线和环向测线进行检测；检测时纵向测线时由上往下检测；从实际检测效果可知，1#～20#测线检测布线都可以采集到较为理想的检测数据，检测时应避开螺栓手孔；

C、确定管片厚度位置和管片相对介电常数

所述的步骤C、确定管片厚度位置和管片相对介电常数包括以下具体内容：将一块钢板放置在管片背部，用雷达天线扫测，发现该钢板部位信号；确定该处雷达波的特征无钢板时，雷达波出管片时为正反射，有钢板时，雷达波出管片时为负反射；设定0点，设置首波位置见图8，根据如图9所示的雷达波出管片的反射波形特性，横道图显示钢板同相位反射表现为波谷位置；量出钢板所在实际位置见图10，确定管片雷达波初始-终止双旅程时间t以及管片厚度d，再根据相对介电常数公式计算管片的相对介电常数：ε=0.09t²/4d²，ε--管片的相对介电常数，d--管片的实际厚度(m)， t--管片的双程旅行时间(s)；

D、数据处理

分别对采集到纵向检测数据信号和环向检测数据信号进行数据处理；

所述的进行数据处理包括以下过程：

D1.设置零点位置，将零点设置在首波正相位的波峰处，参见图11；

D2.设置校正零偏，以便去除固定干扰，让波形左右居中，参见图12；

D3.设置数值滤波，去除低频和高频干扰信号，参见图13；

D4.设置背景消除，选择“整体法”消除横向背景干扰；

D5.设置滑动平均，滑动窗口设置为3，去除噪声；

D6.设置道间均衡，通过道间数据的相关性，提高管片及缺陷有效信号的对比度；

D7.针对管片厚度特征，调节增益，压制管片部分的信号，提高管片背后缺陷区的信号强度（见图14）；

D8.如遇到倾斜层干扰波，用倾角滤波消除倾斜层干扰波；

D9.采用时间偏移或深度偏移方法将倾斜层反射波界面归位，使绕射波收敛。

处理前图像如图15，处理后图像如图16，清晰可见双层钢筋网及缺陷区域；

E、数据解释

根据经数据处理后的信号识别目标信号和计算目标位置，判断出管片背后缺陷类型和位置，其中，由于已经确定了管片厚度雷达波的特征，将5ns处增加增益控制点，并设定增益为8dB，在10ns处增加增益控制点并设定增益为30dB，这时更丰富的检测信息会显示出来。

由于双层钢筋网的屏蔽影响，管片厚度的缺陷或预埋件的雷达波信号受到干扰，呈不同程度的变形；第一层钢筋与第二层钢筋反射明显；空洞缺陷雷达波反射呈兰红兰特征，参见图17，具体数据解释见工况1至工况12。

本步骤E采用现有的数据解释技术，具体过程不再赘述。

有益工况：

工况1：确定雷达波从进入管片到穿出管片的反射特征。由于整块的钢板能完全强烈反射雷达波，雷达波能量不能再往下传播。图像特征：将一块钢板放置在管片背部，用雷达天线扫测（由于管片中的钢筋网屏蔽作用，测试时需将仪器设置的增益增大至25dB～30dB），发现该钢板部位信号，确定管片厚度反射位置（见图18），确定该处雷达波的特征。

工况2：环向测线，管片背后填充碎石（无注浆），图像特征：由于碎石填充区的碎石有间隙，雷达图像上同相轴反射杂乱，有较多不规则反射，反射较弱，碎石填充效果明显，参见图19。

工况3：环向测线，管片背后空洞+水。工况3测线走向沿空腔区-灌水区-空腔区，检测结果见图20、图21，由图可见，由于灌水区水的介电常数高（导电），在此区域产生强烈反射，同时具有屏蔽效应，同增益条件下同相波幅反射为空洞区域的2倍；电磁波穿过管片后在空腔区产生明显反射，由于空腔区为条状，空洞反射也为条状，反射色带为红蓝红。

工况4：环向测线，管片背后填土无注浆+有注浆，测线从无注浆-有注浆，结果见图22、图23，图像特征：空洞区反射强烈，注浆区由于注浆有一定强度且密实，注浆区与土结合较好，反射较弱。

工况5：环向测线，管片背后密实填土，测线从正演取（土回填区）-缺陷Ⅳ区（碎石回填区），结果见图24、图25，图像特征：填土较为密实，反射较弱，由于碎石填充区的碎石有间隙，雷达图像上同相轴反射杂乱，有较多不规则反射，但反射较弱。

工况6：环向测线，测线从缺陷Ⅳ区（碎石回填区）-缺陷Ⅲ区（空洞区），结果见图26、图27，图像特征：碎石区反射较弱，同相轴反射不连续，空洞区反射强烈，反射波较连续，均匀。

工况7：纵向测线（图28，1#测线、2#测线、3#测线），测线从正演取（土回填区）（上-下），结果见图29、图30，图像特征：回填密实区雷达波反射较弱，同相轴反射不连续，空洞区反射较强烈。另外同等增益条件下，空洞区的同轴反射波幅约为密实区的2倍，见图31。

工况8：正演模式，管片边缘截面明显，填土无明显空洞反射，参见图32。

工况9：空腔Ⅲ区反射特征：兰红兰（灰度图：白黑白）反射特征，波形特征呈周期性反射，参见图33；管片界面特征明显，参见图34。

工况10：缺陷Ⅱ区特征

1.由于双层钢筋网的屏蔽影响，管片厚度的缺陷或预埋件的雷达波信号受到干扰，呈不同程度的变形，见图35；

2.第一层钢筋与第二层钢筋反射明显；空洞缺陷雷达波反射呈兰红兰反射特征；

3.金属类的工字钢、钢筋网、金属波纹管雷达波反射呈兰红兰特征，相位与空洞相反；

4.300mm直径塑料波纹管同向轴弧线明显，呈圆弧形状反射特征；

5.由于受双层钢筋屏蔽影响，工字钢的反射信号呈现不连续，月牙状弧线不明显；

6.管片界面特征明显。

工况11：缺陷1区特征

注浆后，管片与涂层的界面不明显，空洞区域雷达波同相轴反射杂乱；

注浆龄期60天，强度12MPa，注浆反射界面不明显，见图36；

工况12：连接螺栓与预埋槽道

1.连接螺栓雷达波反射特征见图，连接螺栓位于两板管片之间，反射强烈，呈红蓝红反射特征，见图37；

2.预埋槽道雷达波反射特征见图，预埋槽道位于管片近表面，雷达波反射强烈，呈红蓝红反射特征，且几乎接近空气层，见图38。

Claims (9)

1.一种地质雷达检测盾构隧道管片背后缺陷模拟模型，其特征在于：包括由里往外同轴竖直埋置在地下的环形的隧道管（1）、隔墙（2），且隧道管（1）、隔墙（2）的顶端与地面齐平；所述的隧道管（1）由多个管片（11）拼装而成，该隧道管（1）与隔墙（2）之间的环形空腔通过连接墙（3）分成多个用于模拟各种工况的缺陷区（4）；所述的隔墙（2）还设有缺口，该缺口至隧道管（1）外壁之间的空间为用于减小隔墙带来的系统误差的正演区（5），正演区（5）回填有用于模拟管片周围自然土质密实工况的压实土，压实土的顶部覆盖有混凝土面层（6）。

2.根据权利要求1所述的地质雷达检测盾构隧道管片背后缺陷模拟模型，其特征在于：所述的缺陷区（4）包括缺陷Ⅰ区（41）、缺陷Ⅱ区（42）、缺陷Ⅲ区（43）、缺陷Ⅳ区（44）；所述的缺陷Ⅰ区（41）包括填土区（411），且在填土区（411）与隧道管（1）外壁之间还设置有注浆密实区（412）、注浆空洞区（413）。

3.根据权利要求2所述的地质雷达检测盾构隧道管片背后缺陷模拟模型，其特征在于：所述的缺陷Ⅱ区（42）埋设有不同位置的工字钢及钢筋网片（421）；所述的缺陷Ⅱ区（42）还在管片（11）后分别设置有不规则空洞（422）、管状空洞（423）、金属管（424）。

4.根据权利要求2所述的地质雷达检测盾构隧道管片背后缺陷模拟模型，其特征在于：所述的缺陷Ⅲ区（43）为用于模拟管片周围溶洞工况的大型空腔区。

5.根据权利要求2所述的地质雷达检测盾构隧道管片背后缺陷模拟模型，其特征在于：所述的缺陷Ⅳ区（44）为碎石回填区，用于观测碎石在管片背后的雷达波反射特征；该缺陷Ⅳ区（44）还设置有空洞工况。

6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的地质雷达检测盾构隧道管片背后缺陷模拟模型，其特征在于：所述的隔墙内壁至隧道管内壁的距离为800～1000mm；所述的隧道管（1）的底部还设置泄水孔（13），在隧道管（1）的顶部周围安装有防止人员坠落的防锈护栏（14）；在各个缺陷区（4）顶部覆盖有用于防止人员坠落的圆环水篦（15）。

7.一种地质雷达检测盾构隧道管片背后缺陷模拟模型的检测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

A、检测前准备：

A1、选择天线

选择400M～1500M频率屏蔽天线；

A2、测线布设

采用纵向探测与环向探测结合方式布设测线，沿隧道管的内圆周表面纵向布设多根纵向测线，沿隧道管的内圆周表面环向布设多根环向测线；

A3、调整检测仪器设置

检测前将仪器设置的0～7ns采样时段增益压制7～10dB, 7ns后采样时段分段增益增大至25dB～30dB，以增强管片背后的信号强度，便于现场检测人员发现缺陷位置并及时复测锁定；

B、开始检测

检测人员进入到隧道管的管腔，将检测仪器地质雷达分别沿隧道管内圆周表面的纵向测线和环向测线进行检测；检测时纵向测线时由上往下检测；

C、确定管片厚度和管片的相对介电常数

（1）设定0点，设置首波位置；

（2）根据雷达波出管片的反射波形特性，确定管片雷达波初始-终止双旅程时间t以及管片厚度d，再根据相对介电常数公式计算管片的相对介电常数：ε=0.09t²/4d²，ε--管片的相对介电常数，d--管片的实际厚度，单位：m， t--管片的双程旅行时间，单位：s；

数据处理

分别对采集到纵向检测数据信号和环向检测数据信号进行数据处理；

数据解释

根据经数据处理后的信号识别目标信号和计算目标位置，判断出管片背后缺陷类型和位置。

8.根据权利要求7所述的地质雷达检测盾构隧道管片背后缺陷模拟模型的检测方法，其特征在于：所述的步骤C、确定管片厚度和管片的相对介电常数包括以下具体内容：将一块钢板放置在管片背部，用雷达天线扫测，发现该钢板部位信号；确定该处雷达波的特征无钢板时，雷达波出管片时为正反射，有钢板时，雷达波出管片时为负反射；设定0点，设置首波位置，根据雷达波出管片的反射波形特性，确定管片雷达波初始-终止双旅程时间t以及管片厚度d，再根据相对介电常数公式计算管片的相对介电常数：ε=0.09t²/4d²，ε--管片的相对介电常数，d--管片的实际厚度，单位：m， t--管片的双程旅行时间，单位：s。

9.根据权利要求7所述的地质雷达检测盾构隧道管片背后缺陷模拟模型的检测方法，其特征在于：所述的步骤D、数据处理中，所述的进行数据处理包括以下过程：

D1.设置零点位置，将零点设置在首波正相位的波峰处；

D2.设置校正零偏，以便去除固定干扰，让波形左右居中；

D3.设置数值滤波，去除低频和高频干扰信号；

D4.设置背景消除，选择“整体法”消除横向背景干扰；

D5.设置滑动平均，去除噪声；

D6.设置道间均衡，通过道间数据的相关性，提高管片及缺陷有效信号的对比度；

D7.针对管片厚度特征，调节增益，压制管片部分的信号，提高管片背后缺陷区的信号强度；

D8.如遇到倾斜层干扰波，用倾角滤波消除倾斜层干扰波；

D9.采用时间偏移或深度偏移方法将倾斜层反射波界面归位，使绕射波收敛。

Images