浅论盾构隧道探地雷达探测的介电特性试验、数值模拟及应用

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1、申请

2、刊济大学工学硕士学位论文盾构隧道探地雷达探测的介电特性试验、数值模拟及应用(j_海】仃科委重人科技攻关登山计划项H资助编号：04dzl2021)(国家863计划项目资助编号：2【)06AAllzll8)培养单位：土木工程学院一级学科：土木工程二级学科：结构工程研究生：张丰收指导教师：黄宏伟教授副指导教师：谢雄耀副教授摘要通过探地雷达对盾构隧道壁后注浆的分布进行无损检测，是为了在及时快速地掌握盾构隧道壁后浆液分布的基础上，再进行目的性的补偿汴浆，最终达到控制隧道纵向沉降的目的。本论文通过室内试验，数值分析以及现场探测等手段，对探地雷达在盾构隧道壁后注浆探测的可行性和一些关键技术进行

3、了研究，主要取得了以下几个方面的成果：i．通过在上海地区地铁盾构隧道使用的混凝土管片后面放置会属板或部分放置舍属板，分别使用250M天线频率和1G天线频率的探地雷达进行探测试验，通过找出雷达数掘中的强反射面以及因为有无会属板所造成的相位翻转点褥到电磁波在管片中的双程走时，求出电磁波在管片中的波速，进一步反算得到管片的介电常数。首次给出了频率为1G时，电磁波在盾构隧道混凝土管片中的传播波速为0．0933m／ns，管片的介电常数为10．34；当探她雷达的频率为250M时，电磁波在盾构隧道混凝土管片中的传播波速为0．0834m／ns，管片的介电常数为12．95。2．使用同轴探头法对隧道壁后可

4、能填充的注浆材料和上海地区典型的淤泥软土进行介电常数的测定和分析。得到了这些介质的介电常数和电磁波在各种介质中的传播速度。3．考虑了时域有限差分的数值稳定性，在此基础匕利用时域有限差分方法建立了一个两层均匀介质模型，对电磁波在两层均匀介质中的传播进行了数值模拟，采用的边界条件是理想匹配层(PML)。然后利用预测反褶积方法消除了多次波。此外，还用时域有限差分方法模拟了长江隧道盾构机钢板刷的探测。4．基于以上几项研究，应用250M和1G频率的探地雷达在已经完工的上海地铁九号线和正在推进中的长江隧道进行了探测。结果表明探地雷达在壁后注浆中的探测是可行的，通过数据处理能够得到壁后浆液的分布。最

5、后通过对两种频率儿I摘要探地雷达探测效果的比较，对探地宙达壁后泣浆探测频率的选择进行了讨论。最后，还对迸一步可研究课题进行了讨论。关键词：探地雷达(GPR)，盾构隧道，壁后注浆，介电常数，时域有限差分(FDTD)预测反褶积摘要ABSTRACTThroughusingGroundPenetratingRadar(GPR)totakenondestructivedetectiononthedistributionofgroutingbehindsegmentsofshield—driventunnel，thesecondtimecompensatorygroutingcanbecarrie

6、donintimewhichisaimedtocontrolthetunnel’sfinallongitudinalsettlement．Basedontheexperimentsinlab，numericalsimulationandin—situtests，thisthesisisfocusedontheresearchofthefeasibilityandkeytechnologiesofusingGPRinthedetectiononthedistnbutionofgroutingbehindsegmentsofshield·driventunnel．Somemainconcl

7、usionsareasfoIlows：1，Inthelab，using250MHzand1GHzfrequencyGPRrespectivelytodetectoneofthesegmentsusedinShanghaimetrotunnel．Sheet-metalwasputonthewholeareaorpartareaofthebackofthesegment．ThroughfindingoutthestrongreflectionandthepointofphaseinversionontheGPRdata，thedoublepassingtimeoftheelectromag

8、neticwaveinthesegmentwasachieved．Thenthevelocityoftheelectromagneticwaveinthesegmentcanalsobeobtainedwhichcouldbeusedtogetthesegment’spermittivity．Underthetestfrequencyof1GHz，thevelocityoftheelectromagneticwaveinthesegmentis