[发明专利]一种基于匹配追踪和小波变换的管片隐伏裂缝识别方法

说明书

本发明公开了一种基于匹配追踪和小波变换的管片隐伏裂缝识别方法，采用正交匹配追踪与小波变换相结合的技术处理盾构隧道衬砌隐伏含水微裂缝地质雷达检测信号，该技术可精准有效地弱化强阻抗界面的影响，增强目标检测对象微弱反射信号，从而达到准确检测与识别盾构隧道衬砌隐伏质量缺陷的目的。首先依据稀疏表示理论，提出层位及子波约束匹配追踪的表面强反射及异常强反射剥离方法，结合匹配追踪算法和强反射形成机理，选取了与强反射信号特征相适应的稀疏字典，并对每道信号进行两次匹配分解，使得淹没于强反射中的微弱目标体反射信号得到较好的展示。其次，选择与信号相匹配的小波基函数和合适的小波变换尺度，采用连续小波变换的方法对图像剖面再次处理与增强，使隐伏含水微裂缝信号得到了有效凸显。

技术领域

本发明涉及盾构隧道衬砌结构无损检测领域，尤其涉及一种基于匹配追踪和小波变换的管片隐伏裂缝识别方法。

背景技术

盾构法隧道施工以其对周围环境影响小、对复杂地层和地质水文条件差的地层适应性强、施工不受风雨的影响、安全快速等特点，在我国基础设施建设中越来越受青睐，同时伴随可供选择的盾构机类型和盾构施工方法的不断向前进步以及盾构设备质量的提高和成本的下降，盾构法逐渐成为地下铁道建设中的主流施工方法。盾构隧道主要由衬砌结构组成，盾构法进行隧道的修建普遍采用预制装配式衬砌，此装配式衬砌也通常称作管片。管片作为盾构隧道支撑体系的结构，是隧道结构的重要组成部分，管片质量直接关系到隧道的整体质量安全。然而，受设计因素、施工工艺、循环载荷及所处运营环境的影响，盾构隧道在施工期或服役期普遍存在不同程度的衬砌开裂与渗漏水等病害。特别是衬砌结构产生隐伏裂缝时，带来的后果更为严重和难以处理，衬砌结构隐伏裂缝具有隐蔽、不易察觉和不易检测等特点，可能导致工程留下永久性的质量缺陷。当隐伏含水裂缝相互贯穿或是扩展出露时，对隧道工程的影响是巨大的。质量问题重点在于预控，防患于未然，及时发现并有效识别衬砌结构隐伏质量缺陷对维护隧道工程的安全性和稳定性具有重要的工程意义。

近年来，不少学者在衬砌混凝土中裂缝的检测与识别方面做了许多有意义的工作，涌现出了不少有价值的成果，如

李尧，李术才，刘斌，等. 钻孔雷达探测地下不良地质体的正演模拟及其复信号分析[J].岩土力学，2017，38（01）:300-308.

石建勋. 连拱隧道渗漏水病害机理与防治技术研究[D]. 重庆大学，2012，等等。

李尧针对溶洞、裂隙等典型不良地质体无水和含水的情况分别建立了数值模型，利用地质雷达正演软件GprMax对数值模型进行了正演模拟，并使用复信号分析技术对正演结果进行了分析。文中仅仅对正演模拟信号作希尔伯特变换，并未进行实际的含溶洞或裂缝模型的探测和实际信号的处理分析，因实际模型或现场条件的复杂性，有必要获得实际的缺陷检测信号并作分析。石建勋通过模型试验，探讨了裂隙中七种不同含水填充物对探地雷达探测信号的影响，并利用MATLAB编程及小波分析实现对探地雷达数据的转换和对图谱特征的可视化。文中探测的是可见裂缝且裂缝宽度为10cm，已不是普通意义下的微小裂纹。

由相关文献可知盾构隧道衬砌管片裂缝宽度对隧道健康影响程度分为四个等级，当裂缝宽度W<0.2mm，该裂缝为基本病害，对隧道造成轻微影响；当裂缝宽度0.2mm≤W<0.3mm，为较小病害；裂缝宽度0.3mm≤W<0.5mm，为较大病害；当裂缝宽度W≥0.5mm，裂缝会对盾构隧道健康造成严重影响，仅检测并识别对盾构隧道健康运营造成严重影响的裂缝病害。

当地铁隧道管片内部出现开裂时，裂缝内一般充有水，水的冲击作用会加速管片的开裂进而可能导致管片出现贯通的可见裂缝，相对于充填空气的裂缝，当裂缝内充填水时带来的问题更为严重，因此，本发明针对的是盾构隧道衬砌中宽度W=0.5mm隐伏含水微裂缝的检测与识别问题。

发明内容