《盾构隧道壁后注浆效果的可视化检测技术研究》

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项目完成的主要内容:(1)使用同轴探头法测量了上海地铁隧道常用的浆液及各深度软土层在不同频率电磁波的介电常数及波速,采用时程曲线法求取了地铁隧道管片中的介电常数及波速,这对于准确解释探地雷达数据具有重要意义。(2)利用基于FDTD方法,考虑完全匹配层吸收边界条件,建立了二维FDTD正演模型程序,实现了探地雷达璧后注浆的正演模拟。(3)通过室内模型试验,从注浆材料分布形态的差异,不同的探测时间以及可能存在的建筑空隙等几个主要的方面进行分析,总结出不同注浆形态在探地雷达时程剖面图中的成像规则以及数据和图像处理方法。(4)提出基于预测反褶积消除多次反射波方法,采用输入的雷达记录的自相关分析以确定预测反褶积中有两个重要的参数,预测步长和算子长度,可以有效地压制多次波。基于分数布朗运动(fBm)的雷达剖面分形维分析,应用SRA法进行GPR剖面的分维重构,可提取剖面中的高分辨率反射波信息。(5)提出了小波神经网络理论,完成探地雷达壁后注浆层自动识别,并编制相应的MATLAB程序,识别效果较好,并在实际工程中得到应用;(6)在上海地铁隧道壁后注浆探测结果表明,500MHz为比较理想探测频率。项目完成的主要技术性能指标:(1)完成隧道无损探测图像的数据处理方法,包括常规处理方法、预测反褶积多次波消除法、雷达剖面分形维分析及分维重构等方法;(2)在浆液、管片和土体电性参数确定的基础上建立了隧道管片后注浆分布结果解释标准;(3)完成了基于神经网络的智能识别系统;(4)开发具有自主知识产权的地质雷达可视化软件一套(TUNNELGPR1.0);(5)对隧道工程探地雷达无损探测理论及图像识别技术进行研究,发表相关论文7篇,其中包括两篇英文文章。应用前景:国内多个城市已建和在建的地铁隧道、跨海越江隧道项目,投资规模每年达数百亿。在上海、北京、杭州、南京、成都、武汉等城市,盾构隧道施工工程中必然会面对壁后注浆施工质量控制的问题。项目的实施可以使中国隧道工程界获得壁后注浆无损检测技术的能力,从而可以降低工程风险,可以预期,该课题的实施取得的技术成果和产品将具有广阔的推广应用前景。该项目研究也必将推动相关学科的发展,将导致新理论、新方法的产生。

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