盾构隧道壁后空洞典型GPR图像特征正演分析

受环境、设计、施工以及运营等方面的影响，盾构隧道壁后常存在难以探测的空洞缺陷，危及隧道结构安全。探地雷达是盾构隧道隐蔽缺陷探测的主要方法之一，但由于盾构隧道内部双层钢筋网的屏蔽效应，导致壁后空洞的电磁响应特征不明显。为探究不同类型壁后空洞特征，文章采用时域有限差分法，模拟探地雷达探测不同尺寸、形状的空气空洞/富水空洞，对仿真得到的特征图像进行分析，设计了模拟真实情况的盾构隧道壁后空洞模型进行实测实验，并验证仿真结论的准确性。结果表明：随着方形空洞尺寸的变化，正演模拟仿真图像中会对应呈现出双曲线、交叉状及碗状的反射特征，且其底部反射也呈现一定的变化规律；圆形空洞仿真图像均呈现曲率随空洞尺寸增大而增大的完整双层双曲线形。通过波场分析发现，钢筋会对雷达信号产生较强的干扰，电磁波在空洞内部产生多次反射，空气空洞与富水空洞中电磁波传播现象有较大差异。研究成果可为实际盾构隧道壁后空洞检测数据的解释提供参考。