[发明专利]一种隧道基底密实性检测系统、检测方法及存储介质

说明书

技术领域

本发明涉及地震检测技术领域，尤其涉及一种隧道基底密实性检测系统、检测方法及存储介质。

背景技术

表面波(或称面波)是沿固体介质表层传播的一种弹性波，其具有两个显著的特性，一是它的传播速度与剪切波传播速度相近(V_R/V_S≈0.95)；二是在分层介质中具有频散特性。利用前一特性，通过测试表面波传播速度就可以计算得到介质的弹性模量，从而对介质的力学性质做出评价；利用后一特性，通过测试表面波的频散曲线(表面波速度随频率或波长的变化曲线)，就可计算得到各层的厚度和波速，进而得到介质在不同深度范围内的力学性质变化情况。利用表面波测试方法技术，可以进行工程地质勘查、岩土物理参数测试和混凝土工程质量无损检测等。因此，面波勘探近年来得到发展，并在许多领域得到应用。

目前，我国铁路建设快速发展，高铁隧道的质量和安全性是关系乘客人身安全的备受关注的重要方面。高铁或地铁隧道基底为混凝土浇筑的硬质地面，可能出现不密实的情况，其是高铁隧道的基床底部与围岩连接处有虚渣、淤泥、或吊空充泥充水，这有可能对高铁或地铁运行安全带来隐患，因此很有必要对高铁或地铁隧道基底进行面波检测。

高铁隧道基底不密实，其实是高铁隧道的基床底部与围岩连接处有虚渣、淤泥、或吊空充泥充水，在列车动荷载作用下，使得隧底刚度降低。这种病害的规模一般比较小，为0.1-0.5m左右。

高铁隧道隧底表层是高刚度的混凝土层，下部又是刚度较高的围岩，当在高铁隧道基底下存在不密实层，地层结构将变为：高-低-高速度形态，根据“刘云帧”、“梅汝吾”研究成果：在高波速表层覆盖下部低速地 层时，频率波数谱的基阶面波峰形仅出现在小波数(大波长)的区域，往大波数(短波长)范围出现密集到连续不可分的高阶模态能量峰。当进行高铁隧道基底不密实检测时，面波的能量将扩展分布于基阶和多个高阶的模态中，形成复杂的频散特性。目前的多道面波测深方法不完全能适应这种地层分层结构类型(请参见：《工程物探新技术》，作者：刘云帧地质出版社，2006，p1-p51《多道瞬态面波勘察新技术》，刘云祯，梅汝吾)。

现阶段的瞬态面波(瑞雷波、瑞利波或表面波)法是探测软弱地基和地下空洞的有效方法，该方法是在地面上安置多个(大于6个)检波器，形成一条剖面，在剖面的一端利用重锤锤击地面，从而产生沿地面传播的面波，检波器接收面波信号并以数字的形式存储，对多道检波器接收的信号进行二维频谱分析，得到面波传播速度随速度变化曲线，依据速度-深度曲线的形态判断是否存在空洞，依据传播速度的快慢，判断地层的软硬程度。

但是，根据面波理论：转换的波数限(kmax)是采样道间距h的倒数的一半(kmax＝0.5/h)。在波数限定区间以外，会出现变换折叠(空间假频)造成的干扰。因此采样道间距h直接影响到探测精度。通常的瞬态面波法采样道间距h一般为2～5m，该道间距难以探测小于0.2m的空洞，其探测精度无法满足高铁隧道基底不密实检测要求。

由于现有技术中没有一种对高铁或地铁隧道基底的密实性(是否存在小空洞)进行检测的方法，因此，如何准确、快速地检测隧道基底的密实性是一个亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种隧道基底密实性检测系统及检测方法，其能够准确、快速地对隧道基底密实性进行检查，从而能够探测隧道基底小于0.2m的空洞不密实信息。

根据本发明的一方面，提供一种隧道基底密实性检测系统，其包括：

多个面波拾振传感器，所述多个面波拾振传感器采用小微道间距、 小偏移距检测表面波振动信号，并将表面波振动信号转换成电信号；

面波仪，其连接各个面波拾振传感器，用于接收拾振传感器检测到的电信号，并对接收的电信号进行放大和模/数转换处理，得到面波波形数据；

处理器，其存储有计算机程序，该计算机程序被执行时能够对所述面波仪得到的波形数据进行处理，所述处理包括以下步骤：

对面波波形数据进行二维频谱反演，将时间域数据转换到频率域，并将频率域采样点数加密，生成频域数据；

在频率-波数域跨模态拾取相速度，得到频散曲线；

将频散曲线变换转换到速度-深度域；

将频散曲线进行多模态数据分层反演，地层的分层速度结构数据；以及

绘制剖面图和/或曲线图。

优选地，所述小微道间距为0.1m至0.3m，所述小偏移距为0.6m。

优选地，所述面波拾振传感器的采样率为0.1-0.02ms，采样点数为8192样点。