[发明专利]基于微动三分量谱比VHSR的无损探测方法及应用

说明书

本发明为一种基于微动三分量谱比VHSR的无损探测方法及应用。方法包括以下步骤：1、采集二维阵列的地表微震动信号；2、分别计算各台三分量检波器所采集数据的VHSR曲线；3、用自研MATLAB程序将各测点的VHSR曲线形成二维VHSR曲线等值线图或者三维切片图；4、根据二维VHSR曲线等值线图或者三维切片图的异常特征推断解释异常目标体。本方法用于在城市工程建设中浅地表或覆盖层深度范围内桩基、承台、管道、人工填石、空洞、软弱夹层等对工程建设有影响的地下障碍物或不良地质的探测。本发明能准确查明地下障碍物和不良地质的分布范围，为盾构、顶管等城市工程建设施工提前发现潜在风险，避免发生重大施工事故，作用重大。

技术领域

本发明涉及一种工程地球物理探测方法，尤其涉及城市工程建设中浅地表或覆盖层深度范围内桩基、承台、管道、人工填石、空洞、软弱夹层等对工程建设有影响的地下障碍物或不良地质探测的基于微动三分量谱比VHSR的无损探测方法及应用。

背景技术

城市工程建设中浅地表或覆盖层深度范围内桩基、承台、管道、人工填石、空洞、软弱夹层等经常对工程建设造成影响或危害。比如盾构机掘进中如果遇到未探明的桩基，经常会严重损坏盾构机，甚至会造成喷涌、塌方等意外情况；软弱夹层或者空洞可能造成盾构机发生“磕头”现象，使盾构机严重偏离预定轨道，无法正常掘进，甚至造成严重施工事故；未探明的承台、管道、人工填石等也会妨碍顶管施工，会造成顶管施工无法进行，重新设计施工线路无疑会产生巨大的成本等。被动的处理这些障碍物也会造成破坏环境、延误工期、堵塞路面交通，增加投资控制的不确定性等影响，造成的损失往往是巨大的。因此，在施工开始之前探明这些障碍物是非常有必要的。

地下障碍物或者不良地质的探测一般是直接开挖、钻探和地球物理探测等。障碍物位置不明的情况下采用直接开挖或者钻探，成本高、效果不好，特别在城市复杂环境下，基本不具备开挖和钻探施工条件且风险巨大。因此，寻找一种适应城市复杂环境的地球物理方法来探测这些障碍物或不良地质势在必行。

物探方法种类繁多，电磁波类方法受城市复杂电磁背景干扰严重，常规地震方法及直流电法类受城市狭小地面空间、复杂地表情况等影响较大。探测障碍物常用的如探地雷达，在南方地下水位较浅的城市，信号衰减较快，探测深度受限制，同时也受电磁干扰，效果往往不理想；各类跨孔CT方法有一定效果，但孔间不同方法的效果也不尽相同,且受到孔间距的影响，不仅成本高，工期长。总体上，诸多物探方法在城市复杂的环境下均达不到预期效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于微动三分量谱比VHSR的无损探测方法及应用。

本发明的目的通过如下技术方案实现：一种基于微动三分量谱比VHSR的无损探测方法，它包括以下步骤：

步骤1：采用二维小间距的方式布置三分量检波器，并采集地表微震动信号，采集记录时间不少于5min；

步骤2：分别计算各台三分量检波器所采集数据的VHSR曲线；它包括以下流程：

流程(1).对采集的原始数据进行基线漂移校正预处理；

流程(2).去除短时强干扰信号，获取相对平稳的微动信号；

流程(3).对信号进行分窗处理；

流程(4).利用快速傅里叶变换得到分窗的傅里叶振幅谱数据；

流程(5).对分窗处理的傅里叶振幅谱数据，使用统计的方式分别得到各三分量检波器的垂直分量和N-S向与E-W向两个水平分量的傅里叶振幅谱数据；

流程(6).对N-S向与E-W向两个水平分量的傅里叶振幅谱数据进行计算得到合并的水平分量傅里叶振幅谱数据；

流程(7).对垂直分量和合并的水平分量的傅里叶振幅谱数据进行直接比值计算，获得VHSR曲线。