舒志乐;吴海宽;余聪;李亨;吴林龙;蒋洪
【摘 要】为了研究探地雷达对三维物理模型的探测数据的信号处理问题,本文首先通过三维物理模型试验模拟隧道衬砌空洞病害;其次采用探地雷达对模型进行探测;最后使用RADAN7软件和MATLAB软件编辑小波软阈值滤波程序对探测数据进行对比处理.通过RADAN7及小波分析阈值滤波对探地雷达探测数据进行分析比较发现:小波变换去噪相对彻底,有用信号保留相对完整,图像更加清晰,目标体空洞的特征得到了显著的加强;小波变换能够很好地表现信号非平稳性,如边缘、尖峰和断点等.因此小波分析阈值滤波对于探地雷达的信号的滤波效果更加有效,能够为实际工程提供有效的解释依据.%In order to study the signal processing of GPR detection data by GPR,the 3D tunneling cavity tunneling was simulated by three-dimensional physical model test,followed by GPR to detect the model. Finally, the software RADAN7 and MATLAB software were used to edit the wavelet soft threshold filtering Program to detect the data for comparison processing. The results show that the denoising by wavelet transform is relatively complete by using RAD-AN7 and wavelet analysis thresh olding,and the signal preservation is relatively complete and the image is clearer. The characteristics of the target cavity are significantly strengthened. Wavelet transform can be very good performance of sig-nal non-stationary,such as edges, spikes and breakpoints. Therefore, the wavelet analysis of threshold filtering for ground-penetrating radar signal filtering effect is more effective,and can provide an effective basis for engineering.
【期刊名称】《西华大学学报（自然科学版）》
弹跳床【年(卷),期】2018(037)002
【总页数】6页(P7-12)吸湿剂
【关键词】空洞病害;隧道衬砌;小波变换;探地雷达;阈值滤波
【作 者】舒志乐;吴海宽;余聪;李亨;吴林龙;蒋洪
【作者单位】西华大学土木建筑与环境学院,四川 成都 610039;西华大学土木建筑与环境学
院,四川 成都 610039;成都农业科技职业学院,四川 成都 611130;西华大学土木建筑与环境学院,四川 成都 610039;西华大学土木建筑与环境学院,四川 成都 610039;西华大学土木建筑与环境学院,四川 成都 610039
【正文语种】中 文
【中图分类】TN959.71;TN911.4
随着国家对基础建设的投入越来越大，隧道的建设也越来越频繁；但是在隧道建设的过程中不可避免地会遇到很多问题，其中隧道衬砌病害是影响隧道安全的重要问题之一。由于受到地质情况、施工条件、设计问题以及运营环境等等外界条件的影响，大量隧道在投入使用后都存在不同程度的质量问题[1]。在隧道初衬和二衬施工后，最容易出现病害，如衬砌脱空、衬砌厚度不足、衬砌不密实、衬砌裂缝等等[2-6]。这些衬砌病害的存在会导致衬砌承受压力的能力减弱，降低隧道的整体稳定性，如果不及时治理，隧道内行车安全将受到极大的威胁[7-9]。
探地雷达无损检测方法被引入到了隧道衬砌质量的检测中[10]，探地雷达是向目标体发射固体氧
超高频脉冲电磁波来探测目标体介质分布情况的一种探测方法[11]。该方法在不伤害隧道的前提下，电磁波能够进入衬砌内部的围岩，通过电磁波的衰减，探测到衬砌内部环向围岩的病害状况，并且通过向隧道轴向的探测延伸，也可以从隧道轴向的位置反映病害的情况，操作简单，采样迅速，能够对隧道检测有个整体性的判断，提高检测的准确性和分辨率[12]，以其高效性在行业内得到了广泛的认可。
网吧专用机箱当采用探地雷达扫描结束后，数据图像的波形分析解释[13]等后处理将变得至关重要，准确判断隧道衬砌内病害成为工程人员的关注焦点之一。对于探地雷达探测数据的解释有传统的处理方法，比如希尔伯特变化等。张英德等就采用希尔伯特变换对信号进行处理分析，但是处理结果存在瞬时频率波动，在信号的分析方面受到很大的限制[14]；因此，本文引入了雷达软件RADAN7和小波变化的处理方法。
1 三维物理模型试验
本次试验采用混凝土内部设计病害的三维物理模型来模拟隧道衬砌空洞，三维探测设备采用美国Sir3000型探地雷达，探测天线使用1 600 MHz天线。
1.1 试验模型的设计
模型设计依据隧道衬砌结构设计，模型内部空洞设计为斜放的正六面体，各边长均为300 mm。考虑到空洞模型边界可能会对探测结果产生影响，将试块的大小设计为1 200 mm×1 200 mm×700 mm。模型具体尺寸见图1所示。
图1 菱形剖面空洞模型示意图
1.2 试验模型制作
试验模型用C30素混凝土浇筑而成，水泥标号为32.5R。单位体积(m3)混凝土中质量配合比为水泥 ∶砂 ∶石子 ∶水=300 ∶680 ∶1 260 ∶160(kg)。由于木材的介电常数很小，所以探地雷达在探测空洞的时候不会因为木材的存在而影响测试结果，所以空洞形状这里采用木质胶合板制作成型。浇筑过程采用分层浇筑，分层振捣的方式。试块分3层浇筑：第1层浇筑到正六面体空洞模型位置截面，然后进行振捣，使得混凝土浇筑密实，但是要防止在振捣的过程中影响空洞模型的位置；第2层浇筑至将空洞中心截面淹没，然后采用同样方式的振捣；第3层浇筑至顶面[15]。浇水养护28 d拆除模板，成型试块如图2所示。为了更有效地进行探测，在笛卡儿坐标系X、Y方向上分别布置43条测线，测线间距设为2.5 cm，探测范围为105 cm×105 cm，如图3所示，并且将测线准确画在模型上面，为后续探测试验
双面绣是谁发明的
蚀刻标牌做好准备。
图2 模型试块示意图
图3 模型测线坐标设计示意图
2 三维物理模型测试结果与分析
RADAN7是具有中英文界面的软件，可以自动升级，并有不同功能模块，可以读取探地雷达生成的.dzt文件，对探测数据进行处理。将雷达测试的原始图像(如图4)导入RADAN7中，然后对该图像进行处理，三维模型整体图像如图5所示。在Z=23 cm，X=50 cm，Y=50 cm处三维切片的图像，如图6—8所示。在雷达探测过程中，空洞边界较圆滑，这是由于现场采集接收的信号存在许多干扰波，如水平噪音引起的干扰引起的尖峰或突变的非平稳成分。在三维图像处理中，特取出Z=23 cm处(图6)的三维切片，在该位置的中间位置可以看到一块白区域，可见模型的空洞分辨率显示非常明显，并且从图形的形状能够很好地反映模型空洞的大小和形态。从图7和图8中可以看出，空洞边界呈现强反射信号，内部为弱反射信号，在X=50 cm的切片图上形成很明显的抛物线形状，向抛物线两边延伸，距离空洞越远的反射信号逐渐衰减。
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