隧道探地雷達快速檢測天線選型及成像研究.pdf

1、探地雷達作為一種無損檢測技術，已經(jīng)在眾多領域得到了成功應用。利用探地雷達對隧道進行快速無損檢測也是目前國內(nèi)外研究的一個熱點問題。本文通過理論分析、資料搜集、正演模擬和室內(nèi)實驗等手段針對隧道探地雷達快速無損車載檢測設備開發(fā)的雷達天線選型以及抑制襯砌表層鋼筋的多次雷達波提取背后目標信號實現(xiàn)雷達剖面精確成像和解釋等問題進行了深入的研究，得到以下幾個方面的成果：
　　 (1)本文通搜集分析了目前世界上已有的主要商業(yè)探地雷達天線的相關資料

2、，建議選用多通道探地雷達天線陣用于開發(fā)隧道探地雷達快速檢測設備。
　　 (2)研制了基于網(wǎng)絡分析儀的共發(fā)射源多通道雷達天線陣系統(tǒng)，設計了一組由一個發(fā)射天線和五個接收天線組成的探地雷達天線陣，通過實驗確定了五個接收天線的偏距分別為8cm，14cm，19cm，23cm和26cm，使其具有最佳的信噪比并避免彼此互相干擾。五個接收天線可在不同偏距位置探測來自同一水平反射界面的雷達反射波并計算其雙程走時，從而準確地計算層狀介質的介電常數(shù)和

3、厚度。利用該系統(tǒng)分別對空氣、石膏板模型和混凝土墻進行了試驗，試驗操作非常簡便，具有無損、簡便和可重復性等優(yōu)點，試驗結果表明測量得到的介電常數(shù)非常精確，厚度值的誤差大約為10％。
　　 (3)首次考慮了隧道襯砌中鋼筋的影響模擬隧道雷達圖像。首先通過三維模型驗證了與探地雷達極化方向垂直的鋼筋反射信號非常弱的雷達極化原理，然后對隧道肇后均勻注漿、三角形注漿和不規(guī)則注漿三種注漿形態(tài)進行了250MHz、500MHz和1000MHz頻率的兩

4、維正演模擬，模擬結果發(fā)現(xiàn)頻率越高，雷達剖面的分辨率越高，鋼筋多次波的干擾更加嚴重。三種頻率雷達均能滿足探測深度的要求。均勻注漿模型的三種頻率雷達模擬結果均能比較令人滿意的分辨注漿層與土體界面的反射信號。對于三角形模型和不規(guī)則模型，250MHz南于精度偏低無法從雷達剖面中識別出三角形和不規(guī)則注漿層與土體分界面的弱反射信號，500MHz由于受鋼筋多次波干擾嚴重目標信號難以識別，1000MHz效果較好。
　　 (4)分別利用一致性消去

5、法和預測反褶積對隧道壁后三種注漿形態(tài)的正演模擬剖而進行了處理，擬消除模型中鋼筋多次波的影響。其中一致性消去法的處理結果非常理想，鋼筋多次波基本完全消除，但該方法實際應用受到很大的局限性。預測反褶積具有操作簡單、參數(shù)少等優(yōu)點，處理結果表明，其對鍘筋多次波的抑制明顯，壁后注漿層的界面反射信號得到了凸現(xiàn)，提高了圖像解釋精度。同時利用預測反褶積方法對上海地鐵隧道壁后注漿模型試驗250MHz的探測數(shù)據(jù)和上海長江隧道的現(xiàn)場1000MHz探測數(shù)據(jù)進行