隧道探地雷達(dá)快速檢測天線選型及成像研究.pdf

1、探地雷達(dá)作為一種無損檢測技術(shù)，已經(jīng)在眾多領(lǐng)域得到了成功應(yīng)用。利用探地雷達(dá)對隧道進(jìn)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(dá)快速無損車載檢測設(shè)備開發(fā)的雷達(dá)天線選型以及抑制襯砌表層鋼筋的多次雷達(dá)波提取背后目標(biāo)信號實現(xiàn)雷達(dá)剖面精確成像和解釋等問題進(jìn)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(dá)天線的相關(guān)資料

2、，建議選用多通道探地雷達(dá)天線陣用于開發(fā)隧道探地雷達(dá)快速檢測設(shè)備。
　　 (2)研制了基于網(wǎng)絡(luò)分析儀的共發(fā)射源多通道雷達(dá)天線陣系統(tǒng)，設(shè)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(dá)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(dá)反射波并計算其雙程走時，從而準(zhǔn)確地計算層狀介質(zhì)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(jìn)行了試驗，試驗操作非常簡便，具有無損、簡便和可重復(fù)性等優(yōu)點，試驗結(jié)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(dá)圖像。首先通過三維模型驗證了與探地雷達(dá)極化方向垂直的鋼筋反射信號非常弱的雷達(dá)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(jìn)行了250MHz、500MHz和1000MHz頻率的兩

4、維正演模擬，模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)頻率越高，雷達(dá)剖面的分辨率越高，鋼筋多次波的干擾更加嚴(yán)重。三種頻率雷達(dá)均能滿足探測深度的要求。均勻注漿模型的三種頻率雷達(dá)模擬結(jié)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(dá)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(yán)重目標(biāo)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(yù)測反褶積對隧道壁后三種注漿形態(tài)的正演模擬剖而進(jìn)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(jié)果非常理想，鋼筋多次波基本完全消除，但該方法實際應(yīng)用受到很大的局限性。預(yù)測反褶積具有操作簡單、參數(shù)少等優(yōu)點，處理結(jié)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(yù)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(jìn)行