地质雷达与隧道工程检测-检测2013

地质雷达在隧道工程中的应用美国劳雷工业有限公司邓新生电话：[phone]邮箱：[e-mail]地质雷达在隧道工程中的应用•隧道支护质量检测•地质雷达•超声波•反射法地震波•红外线•激光断面仪•隧道底部岩溶探测•隧道开挖掌子面超前预报地质雷达在隧道工程中的应用•隧道结构图•地质雷达探测原理图•地质雷达仪器设备和现场数据采集•地质雷达现场数据采集图谱•地质雷达资料处理流程图隧道支护质量检测•物理前提–隧道支护内水泥板、钢筋、空洞、围岩、水的电磁性质差异大–采用地质雷达方法能够快速地检测隧道支护结构、钢筋分布、空洞范围、含水区域。•仪器方法•现场工作照片•探测实例隧道支护质量检测---钢筋钢筋网模拟图地质雷达天线水泥板测试图钢筋网实测图偏移图像四川芙蓉公司1600MHz天线探测图900兆天线水泥板测试图石家庄铁道学院模型隧道支护结构---地质雷达模拟图GPR-SIM软件反射系数变化2121iR地质雷达在隧道工程中的应用•隧道结构图•地质雷达探测原理图•地质雷达仪器设备和现场数据采集•地质雷达现场数据采集图谱•地质雷达资料处理流程图隧道支护质量检测---地质雷达仪器•GSSI公司地质雷达：–SIR-20主机–SIR-3000主机–900MHz天线–400MHz天线–电缆–标记杆–测距轮编码器–手电筒–安全绳xyz隧道支护质量检测---测量•测线布置•测量记录：标记5米一个，详查1米一个。–测量文件：文件改名字–测量方向–测量起始终止里程桩号–测线名称–测量参数–地面标示物记录隧道支护质量检测---SIR20主机隧道支护质量检测---SIR3000主机隧道支护质量检测---400兆天线30×30×17cm隧道支护质量检测---400兆天线400兆天线保护图片400兆天线保护图片测量轮图片测量轮图片隧道支护质量检测---900兆天线33×20×8cm隧道支护质量检测---900兆天线检测车搭设•检测断面图和雷达检测车图片图中为测线布置位置900兆天线固定把手改装照片发射接收900mhz蝶型天线GEORADARRESEARCH测试点测量坐标，XYZTxRx操作员连续匀速拖动天线SIR-3000用户标记检测数据质量•天线紧紧密贴隧道壁(符合天线的设计原理)•标记打准确：–5米一个单标，–50米、100米双标,–1000米3个标记•检测速度：3-5公里/小时•每米50-100个测点测距轮初支探测照片距离测量方式-整桩号标记时间测量方式-整桩号标记95米100米105米110米确定反射时间点t目标t地面GSSISIR-3000参数设置数据采集参数物理意义•天线选择•探测深度与记录长度•点距•线距•滤波参数地质雷达在隧道工程中的应用•隧道结构图•地质雷达探测原理图•地质雷达仪器设备和现场数据采集•地质雷达现场数据采集图谱、•确定电磁波速度•地质雷达资料处理流程图避车洞干扰波--非接触电磁波速度确定•隧道明洞：•预埋管线•钻孔法：反算介电常数•计算法：钢筋双曲线获取电磁波速度已知点探测,h=v*t/2,v=h*2/tV=c/Er.0.5,Er=(c/v).^2已知点探测,h=v*t/2,v=h*2/tV=c/Er.0.5,Er=(c/v).^2钻孔法：H=v*t/2,v=2*H/t1500兆天线测试原始图像-南京桥隧偏移归位-确定电磁波传播速度计算钢筋埋深隧道钢筋网探测—900兆天线隧道支护质量检测•在隧道支护施工中由于各种复杂原因，往往造成在支护内存在众多问题，需要利用专门的地质雷达检测仪器进行检测，了解各种问题，便于及时处理加固支护。•超挖欠挖•空洞•分界面•钢筋网•工字钢1600兆天线隧道二衬测量图像隧道支护质量检测---界面(超挖欠挖)局部脱空局部脱空空洞与脱空区确定采用模筑泵送混凝土工艺施工二次衬砌拱顶施工接缝处易出现三角形空洞二次衬砌层模筑施工缝三角形空洞三角形空洞三角形空洞三角形空洞初期支护层局部脱空标准图像局部脱空局部脱空三角形空洞隧道支护质量检测---楔型空洞隧道支护质量检测---楔型空洞隧道支护质量检测---工字钢隧道支护质量检测---解释图隧道测量界面检测•原始波形•层间脱空界面•工字钢-参考•利用显示增益/指数增益放大界面信号•反褶积增强界面信号•希尔伯特变换界面增强•天线旋转90度现场测量弱化钢筋增强界面•减去钢筋反射获取界面信号隧道支护质量检测---分界面900兆天线测量工字钢与界面900兆天线测量工字钢900兆天线钢筋网与工字钢隧道支护质量检测---比对图界面钢筋工字钢隧道测量界面检测•原始波形•层间脱空界面•工字钢-参考•利用显示增益/指数增益放大界面信号•反褶积增强界面信号•希尔伯特变换界面增强•天线旋转90度现场测量弱化钢筋增强界面•减去钢筋反射获取界面信号层间脱空隧道支护质量检测---层间脱空隧道测量界面检测•原始波形•层间脱空界面•工字钢-参考•利用显示增益/指数增益放大界面信号•反褶积增强界面信号•希尔伯特变换界面增强•天线旋转90度现场测量弱化钢筋增强界面•减去钢筋反射获取界面信号隧道检测-原始数据-900兆天线隧道测量界面检测•原始波形•层间脱空界面•工字钢-参考•利用显示增益/指数增益放大界面信号•反褶积增强界面信号•希尔伯特变换界面增强•天线旋转90度现场测量弱化钢筋增强界面•减去钢筋反射获取界面信号400兆天线测量工字钢与界面400兆天线测量工字钢与界面指数增益隧道测量界面检测•原始波形•层间脱空界面•工字钢-参考•利用显示增益/指数增益放大界面信号•反褶积增强界面信号•希尔伯特变换界面增强•天线旋转90度现场测量弱化钢筋增强界面•减去钢筋反射获取界面信号900兆天线测量数据-反褶积隧道支护质量检测---分界面900兆天线测试图反褶积处理-有效界面增强技术局部水平背景去除滤波隧道检测-原始数据-900兆天线处理-去水平信号处理-调整增益处理--调整增益处理-反褶积处理-时间0点-偏移归位处理-反褶积处理-偏移归位隧道测量界面检测•原始波形•层间脱空界面•工字钢-参考•利用显示增益/指数增益放大界面信号•反褶积增强界面信号•希尔伯特变换界面增强•天线旋转90度现场测量弱化钢筋增强界面•减去钢筋反射获取界面信号隧道测量界面检测•原始波形•层间脱空界面•工字钢-参考•利用显示增益/指数增益放大界面信号•反褶积增强界面信号•希尔伯特变换界面增强•天线旋转90度现场测量弱化钢筋增强界面•减去钢筋反射获取界面信号2000MHzPalm2000MHzPalm地质雷达在隧道工程中的应用•隧道结构图•地质雷达探测原理图•地质雷达仪器设备和现场数据采集•地质雷达现场数据采集图谱•地质雷达资料处理流程图资料处理•调整测线方向•距离归一化•添加里程•找地面•设置介电常数•水平滤波：背景去除和叠加•垂直滤波：高通滤波•反褶积•偏移归位•希尔伯特变换•成果图隧道检测-原始数据-400兆天线处理-时间0点-反褶积处理-距离归一化900兆天线时间0点确认隧道二衬检测-原始数据-钢筋-脱空处理-去水平信号(钢筋-界面)隧道检测-原始数据-工字钢-400兆天线处理-去水平信号处理-偏移归位处理-希尔伯特变换实例分析0-原始数据0-原始数据-初步判断9.612.511.21.64.10-采集参数1-距离归一化2-0-频谱分析2-1-高通125MHz2-2-高通300MHz3-反褶积4-去背景5-指数增益6-偏移归位-聚焦6-偏移归位6-偏移归位-对话框-速度6-偏移归位-文件头-介电常数7-交互式解释-速度设定7-交互式解释7-交互解释-结果与原始数据印证7-交互解释-结果与原始数据印证1-距离归一化2-反褶积-仅仅做一步处理900原始图反褶积处理隧道支护质量检测---复杂图隧道支护质量检测---老隧道维护50meter60meter900MHZ天线双层钢筋网图像隧道支护质量检测---三维图GPR-SLICE软件不同频率天线测试效果比对900兆天线钢筋网-原始数据900兆天线钢筋网-反褶积900MHz天线测试图像1500MHz天线测试图像2000MHzPalm天线测试图像900兆天线双层钢筋网1500MHz天线钢筋网探测图像2600MHZ天线1.6ghz天线双层钢筋网电磁场传播E/H示意图改变电磁波极化方向进行测试改变电磁波极化方向进行测试1500mhz天线正常测试图1500mhz天线旋转90度测试图2000MHzPalm2000MHzPalm-旋转90度测试图2600MHZ天线电磁波极化方向影响探测效果800兆数字化天线测试图-双层钢筋Radan处理功能sub2.6GHz天线探测图像2000MHzPalm2000MHzPalm2000MHzPalm偏移归位处理技术2000MHzPalm2000MHzPalm天线偏移结果偏移归位-局部信息偏移归位-局部信息偏移归位-局部信息偏移归位-局部信息地质雷达剖面随机噪音消除技术水平叠加去噪随机噪音吸收随机噪音吸收随机噪音吸收高级技术部分中水东北公司1.6GHz南水北调1.6GHz天线测试图45厘米1.6GHz天线测试图1.6GHz天线测试图-界面-钢筋网1.6GHz天线测试图1.6GHz天线测试图-混凝土破损华中科技大学混凝土板三维测试华中科技大学混凝土板三维处理华中科技大学混凝土板三维显示华中科技大学混凝土板三维显示2.0GHz-PALM天线钢筋网测试图20cm2.0GHz-PALM天线钢筋网测试图25cm2.6GHz天线钢筋网测试图地质雷达隧道检测中不理想图像例子及原因分析邓新生2013年5月不理想的图像时间模式下，天线移动速度不均匀不理想的图像时间模式下，天线移动停止不理想的图像时间模式下，打标记时，天线移动停止