Специфика изменчивости признаков зарегистрированных сигналов при георадиолокационном выявлении полостей в массиве пород на границе «обделка–грунт»

Рассмотрена проблема поиска полостей в заобделочном пространстве тоннелей метрополитенов с помощью признаков, вычисляемых по результатам обработки георадиолокационных трасс. Результаты георадиолокационных и сейсмоакустических съемок в тоннелях московского метрополитена позволили выявить такие особенности, как высокая изменчивость способности признаков выделять аномалию, а также множественные случаи «ложного срабатывания». Поскольку изменчивость проявлялась при переходе от одного объекта к другому, но в рамках одного объекта выражена слабо, предполагается настройка системы выявления полостей на отдельных эталонах (подтвержденных другими методами) и последующее ее использование на всем остальном объекте. Количество случаев «ложного срабатывания» и «пропуска цели» предполагается минимизировать путем использования комплексов признаков. Подобная система может работать в рекомендательном режиме, сокращая количество ошибок интерпертатора при работе на больших объемах данных. Предложен ряд оценок, по которым можно отбирать признаки в комплексы. Предложены оценки интенсивности выделяемой признаком аномалии; надежности разделения ситуаций «есть полость» и «нет полости» с помощью параметров ROC-кривых; независимости признаков с помощью линейных коэффициентов корреляции. Проанализировано поведение этих признаков на натурных данных. Установлено, что модули коэффициента корреляции между признаками для участков радарограмм с наличием полости |RР| и без нее |RN| образуют хорошо разделяющиеся кластеры, что позволяет принимать решение о независимости признаков. Поскольку параметры этих кластеров стабильны от объекта к объекту, при составлении комплексов признаков можно использовать уравнение дискриминантной линии.

Набатов В. В., Уткина А. В. Специфика изменчивости признаков зарегистрированных сигналов при георадиолокационном выявлении полостей в массиве пород на границе «обделка–грунт» // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 7. – С. 52–63. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_7_0_52.

Набатов Владимир Вячеславович¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: nv4@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-0047-0462,
Уткина Александра Валерьевна¹ —аспирант, e-mail: alex-av7@mail.ru,
¹ НИТУ «МИСиС».

Набатов В.В., e-mail: nv4@mail.ru.

1. Jia-Xuan Zhang, Ning Zhang, Annan Zhou, Shui-Long Shen Numerical evaluation of segmental tunnel lining with voids in outside backfill // Underground Space. 2022, vol. 7, no. 5, pp. 786—797. DOI: 10.1016/j.undsp.2021.12.007.

2. Chengping Zhang, Bo Min, Haili Wang, Sulei Zhang Mechanical properties of the tunnel structures with cracks around voids behind linings // Thin-Walled Structures. 2022, vol. 181, article 110117. DOI: 10.1016/j.tws.2022.110117.

3. Dingli Zhang, Tong Xu, Huangcheng Fang, Qian Fang, Liqiang Cao, Ming Wen Analytical modeling of complex contact behavior between rock mass and lining structure // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2022, vol. 14, no. 3, pp. 813—824. DOI: 10.1016/j.jrmge.2021.10.007.

4. Zijian Ye, Yuyou Yang, Ying Ye Three-dimensional effects of multiple voids behind lining on the mechanical behavior of tunnel structure // Ain Shams Engineering Journal. 2023, vol. 14, no. 4, article 101949. 10.1016/j.asej.2022.101949.

5. Hai-Xiang TangShi-Guo Long, Ting Li Quantitative evaluation of tunnel lining voids by acoustic spectrum analysis // Construction and Building Materials. 2019, vol. 228, article 116762. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.116762.

6. Voznesenskii A. S., Nabatov V. V. Identification of filler type in cavities behind tunnel linings during a subway tunnel surveys using the impulse-response method // Tunnelling and Underground Space Technology. 2017, vol. 70, pp. 254—261. DOI: 10.1016/j.tust.2017.07.010.

7. Fei Yao, Chen Guangyu Time-frequency analysis of impact echo signals of grouting defects in tunnels // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2019, vol. 55, no. 8, pp. 581—595. DOI: 10.1134/S1061830919080102.

8. Андрианов С. В. Мониторинг состояния заобделочного пространства горных выработок методом георадиолокации // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 5. — С. 124—132. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-05-0-124-132.

9. Барышников В. Д., Хмелинин А. П., Денисова Е. В. Диагностика состояния бетонной обделки горных выработок на наличие в ней неоднородностей с помощью георадиолокационного метода // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2014. — № 1. — С. 30—38.

10. Fei Xu, He Li, Hongge Yao, MingShou An Detection method of tunnel lining voids based on guided anchoring mechanism // Computers & Electrical Engineering. 2021, vol. 95, article 107462. DOI: 10.1016/j.compeleceng.2021.107462.

11. Соколов К. О. Частотно-временное представление георадиолокационных разрезов на основе непрерывного вейвлет-преобразования // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2014. — № 2. — С. 77—81.

12. Shkuratnik V. L., Nikolenko P. V. Spectral characteristics of acoustic emission in carbon fiber-reinforced composite materials subjected to cyclic loading // Advances in Materials Science and Engineering. 2018, vol. 2018, article 1962679. DOI: 10.1155/2018/1962679.

13. Федорова Л. Л., Соловьев Е. Э., Соколов К. О., Куляндин Г. А. Георадиолокационные исследования геокриологических объектов массива горных пород месторождений криолитозоны // Горный журнал. — 2019. — № 2. — С. 38—42. DOI: 10.17580/gzh.2019.02.07.

14. Никитин А. А., Хмелевской А. А. Комплексирование геофизических методов. — Тверь: ООО «Издательство ГЕРС», 2004. — 294 с.

15. Капустин В. В., Чуркин А. А., Широбоков М. П. Опыт применения георадиолокации для контроля качества фундаментных плит // Геотехника. — 2021. — Т. 13. — № 1. — C. 68—79. DOI: 10.25296/2221-5514-2021-13-1-68-79.

16. Капустин В. В., Синицин А. В. Применение атрибутного анализа для решения прикладных задач георадарного профилирования // Геофизика. — 2018. — № 2. — С. 17—23.

17. Пудова Н. Г., Капустин В. В., Кувалдин А. В. Применение атрибутного анализа для интерпретации георадиолокационных данных: препринт. URL: https://geoinfo.ru/product/pudova-natalya-gennadevna/primenenie-atributnogo-analiza-dlya-interpretacii-georadiolo kacionnyh-dannyh-36819.shtml (дата обращения: 16.01.2022).

18. Набатов В. В., Уткина А. В. Анализ поведения добротности и ее составляющих при георадиолокационном выявлении полостей в массиве пород на границе «обделка–грунт» // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6. — С. 142—155. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_6_0_142.

19. Набатов В. В., Гайсин Р. М., Вознесенский А. С. Георадиолокационная оценка качества контакта «обделка–грунт» в условиях тоннелей метрополитенов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2013. — № 9. — С. 157—163. DOI: 10.25018/02 36_1493_2022_6_0_142.

20. Набатов В. В., Вознесенский А. С. Георадиолокационное обнаружение полостей в заобделочном пространстве тоннелей метрополитенов // Горный журнал. — 2015. — № 2. — С. 15—20.