WGPR隧道注浆实时监测系统

一、 系统整体原理

同步注浆实时检测系统主要为一套自动旋转机构+有线/无线一体化雷达探测仪组成，雷达探测仪实时扫描壁厚注浆填充数据，将数据传送到驾驶室的显示画面中。主控室操作人员可通过画面实时监控注浆填充密实度等情况，响应特性差异，探地雷达可通过反射信号幅值及相位变化，实时解析管片 - 土体界面介质组成，更精准的判断管片背后注浆材料的填充情况。

图1 检测机构安装位置

二、雷达检测原理与算法

探地雷达主要是利用发射天线发射的超宽带电磁波对地下进行探测，电磁波遇见地下介质差异产生反射，由接收天线接收反射回波并进行处理及存储。

电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度以及波形会随介质性质而变化，根据接收反射回波的双程走时、幅度、相位等信息，可对内部结构进行判别。

1）探地雷达系统组成。探地雷达的系统基本组成部分如图1所示，主要为发射、接收天线，A/D转换，存储，后处理与可视化；

图1探地雷达系统组成

2）探地雷达成像原理：发射天线不断发射电磁波，电磁波可以穿透地下介质，但是对于不同的介质，它的介电常数不同。电磁波在地下传播，在介质层交界面发生反射和折射，接收天线接收多道反射回波(A-Scan信号)，经过信号处理组成B-Scan图像，从而实现对不同目标体的检测、识别、定位等功能。

图2探地雷达系统成像

典型管线探测图解如图3所示。

图3管线探测图解

3）探地雷达数据处理：数据处理的目的是排除无效回波信号，避免噪声等对雷达图像准确性造成影像，数据处理的过程为，数据编辑、增益校准、滤波处理、图像分析。不同频率的雷达处理效果各不相同，根据实际情况确定最佳频率。

三、实验验证

1）硬件系统主要包括弧形架单元、探地雷达单元、电气单元。弧形架单元主要保证雷达台车沿着与管片同心圆方向对隧道内管片后注浆情况进行扫描，在弧形架导轨两端固定位置设置限位开关限制雷达采集装置速度与位置。通过电气控制沿弧形架作周期性运动。

2）软件系统主要包括伺服电机控制系统、雷达数据智能处理系统，实现对雷达数据的连续采集与智能处理。

3）系统检测步骤，同步注浆实时检测系统装备安装于盾构设备桥，同步注浆实时检测装备的探地雷达检测系统装备如图3所示。

图3探地雷达检测系统结构示意图 

四、实际应用场景

目前同步注浆实时检测系统应用于某市地铁项目，在始发时期安装，为项目施工掘进过程中精准判断管片背后注浆材料的填充情况提供了有效支持。