Анализ поведения добротности и ее составляющих при георадиолокационном выявлении полостей в массиве пород на границе «обделка-грунт»

Одной из важных задач, возникающих при строительстве и эксплуатации подземных выработок, и, в частности, тоннелей метро, является поиск полостей в заобделочном пространстве, который производится с помощью геофизических методов. Довольно часто для решения этой задачи используется георадиолокация, обладающая такими достоинствами как оперативность, непрерывность получаемых данных, высокое разрешение результатов. Однако применение метода ограничено рядом недостатков — сложность интерпретации результатов, влияние помех, обостряющихся при работе в выработке. Снизить влияние этих факторов можно через получение дополнительной информации, вычисляемой с помощью атрибутов. На данных, полученных как на модели, так и на обделках Московского метрополитена, проанализировано поведение такого атрибута как добротность Q. Выявлена такая особенность, как высокая разделимость значений Q для случаев наличия полости и ее отсутствия. Однако также выявлены случаи, когда Q нарушение не обнаруживает. Показано, что при анализе компонент (составляющих, по которым рассчитывается Q) — частоты спектрального максимума fmax и обратной ширины спектрального пика в области центральной частоты георадара f–1 — основной вклад в поведение Q вносит f–1, поведение же fmax фактически хаотично. На основании этого можно делать выводы об эффективности работы с описанными атрибутами, а также о необходимости включения их в комплексы атрибутов.

Ключевые слова: обделка, тоннель, полость, георадиолокация, помехи, добротность, атрибут.
Как процитировать:

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.

Благодарности:

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 20-05-00341).

Номер: 6
Год: 2022
Номера страниц: 142-155
ISBN: 0236-1493
UDK: 550.8:528.854:[624.19:625.42]
DOI: 10.25018/0236_1493_2022_6_0_142
Дата поступления: 19.01.2022
Дата получения рецензии: 18.03.2022
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 10.05.2022
Информация об авторах:

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».

 

Контактное лицо:

Набатов В.В., e-mail: nv4@mail.ru.

Список литературы:

1. Jifei W., Hongwei H., Xiongyao X., Bobet A. Void-induced liner deformation and stress redistribution // Tunnelling and Underground Space Technology. 2014, vol. 40, pp. 263–276. DOI: 10.1016/j.tust.2013.10.008.

2. Запрудин А. Г. Обоснование инженерных решений в системе защиты городской среды от воздействия горных работ при строительстве метрополитена // Известия вузов. Горный журнал. — 2008. — № 7. — С. 11–18.

3. Писецкий В. Б., Власов С. В., Зудилин А. Э., Самсонов В. И., Шинкарюк В. А. Опережающий прогноз устойчивости горного массива на основе метода 3D-3С-сейсмолокации в процессе проходки транспортных тоннелей // Известия вузов. Горный журнал. — 2012. — № 3. — С. 130–138.

4. Davis A. G., Lim M. K., Petersen C. G. Rapid and economical evaluation of concrete tunnel linings // NDT&E International. 2005, vol. 38, pp. 181—186. DOI: 10.1016/j.ndteint.2004.03.011.

5. Hai Liu, Xiongyao Xie, Motoyuki Sato Accurate thickness estimation of a backfill grouting layer behind shield tunnel lining by CMP measurement using GPR / 14th International Conference on Ground Penetrating Radar (GPR). 2012. DOI: 10.1109/ICGPR.2012.6254848.

6. Chuan Li, Meng-Juan Lia, Yong-Gui Zhao, Hao Liu, Zhou Wan, Jiang-Chun Xu, XiaoPing Xu, Yan Chen, Bin Wang Layer recognition and thickness evaluation of tunnel lining based on ground penetrating radar measurements // Journal of Applied Geophysics. 2011, vol. 73, pp. 45—48. DOI: 10.1016/j.jappgeo.2010.11.004.

7. Forte E., Pipan M., Casabianca D., Di C. R., Riva A. Imaging and characterization of a carbonate hydrocarbon reservoir analogue using GPR attributes // Journal of Applied Geophysics. 2012, vol. 81, pp. 76–87.

8. Knight R., Tercier P., Jol H. The role of ground penetrating radar and geostatistics in reservoir description // The Leading Edge. 1997, vol. 16, pp. 1576—1581. DOI: 10.1190/1.1437526.

9. Федорова Л. Л., Соколов К. О., Куляндин Г. А. Георадиолокационные исследования горно-геологических условий дражных полигонов // Горный журнал. — 2015. — № 4. — С. 10—14. DOI: 10.17580/gzh.2015.04.02.

10. Shkuratnik V. L., Nikolenko P. V., Kormnov A. A. Ultrasonic correlation logging for roof rock structure diagnostics // Journal of Mining Science. 2015, vol. 51, no. 3, pp. 456—461. DOI: 10.1134/S1062739115030059.

11. Chaudhary M. Effectiveness of impact echo testing in detecting flaws in prestressed concrete slabs // Construction and Building Materials. 2013, vol. 47, pp. 753–759. DOI: 10.1016/j. conbuildmat.2013.05.021.

12. Aggelis D. G., Shiotani T., Kasai K. Evaluation of grouting in tunnel lining using impact-echo // Tunnelling and Underground Space Technology. 2008, vol. 23, pp. 629–637. DOI: 10.1016/j.tust.2007.12.001.

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

14. Shkuratnik V. L., Nikolenko P. V., Koshelev A. E. Spectral characteristics of acoustic emission in loaded coal specimens for failure prediction // Journal of Mining Science. 2017, vol. 53, no. 5, pp. 818—823. DOI: 10.1134/S1062739117052825.

15. Aggelis D. G., Shiotani T., Kasai K. Evaluation of grouting in tunnel lining using impactecho // Tunnelling and Underground Space Technology. 2008, vol. 23, pp. 629—637. DOI: 10.1016/j.tust.2007.12.001.

16. Song K., Cho G. Bonding state evaluation of tunnel shotcrete applied on to hard rocks using the impact-echo method // NDT&E International. 2009, vol. 42, pp. 487–500. DOI: 10.1016/j.ndteint.2009.02.007.

17. Verma A. K., Soumi Chaki, Aurobinda Routray, Mohanty W. K., Mamata Jenamani. Quantification of sand fraction from seismic attributes using Neuro-Fuzzy approach // Journal of Applied Geophysics. 2014, vol. 111, pp. 141–155. DOI: 10.1016/j.jappgeo.2014.10.005.

18. Денисов Р. Р., Капустин В. В. Обработка георадарных данных в автоматическом режиме // Геофизика. — 2010. — № 4. — С. 76—80.

19. Набатов В. В., Вознесенский А. С. Георадиолокационное обнаружение полостей в заобделочном пространстве тоннелей метрополитенов // Горный журнал. — 2015. — № 2. — С. 15—20. DOI: 10.17580/gzh.2015.02.03.

20. Nabatov V. V. Information entropy as an identifier in rock mass structure determination using low-frequency radars // Journal of Mining Science. 2017, vol. 53, no. 2, pp. 190—200. DOI: 10.1134/S1062739117022295.

21. Lu G., Zhao W., Forte E., Tian G., Li Y., Pipan M. Multi-frequency and multi-attribute GPR data fusion based on 2-D wavelet transform // Measurement. 2020, vol. 166, article 108243. DOI: 10.1016/j.measurement.2020.108243

22. Liu Z., Li J., Liu Y., Liu C., Li C., Zhou D. Analyzing the behavior of GPR wave propagation in zinc contaminated soil combining the dielectric properties—experimental study // Acta Geophysica. 2021, vol. 69, pp. 483—495. DOI: 10.1007/s11600-021-00552-2.

23. Fan C., Zhi-Rong Z., Yun-Fei D., Yu B., Chang-Qing X., Xiao-Feng J. Correction of seismic attribute-based small-structure prediction errors using GPR data. A case study of the Shuguang Coal Mine, Shanxi // Applied Geophysics. 2020, vol. 17, no. 4, pp. 489−500. DOI: 10.1007/s11770-020-0841-7.

24. 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.

25. Peng M., Wang D., Liu L., Shi Z., Shen J., Ma F. Recent advances in the GPR detection of grouting defects behind shield tunnel segments // Remote Sensing. 2021, vol. 13, no. 22, article 4596. DOI:10.3390/rs13224596.

26. Mapping voids, debonding, delaminations, moisture, and other defects behind or within tunnel linings. TRB’s second Strategic Highway Research Program (SHRP 2) Report S2-R06GRR-1. 2013, pp. 555. DOI: 10.17226/22609.

27. Вартанов А. З., Ковпак И. В., Титов Н. Е. Геоконтроль при щитовой проходке коллекторов неглубокого заложения // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2005. — № 7. — С. 87—92.

28. Еременко А. В., Зверев Е. О., Клепикова С. М., Монахов В. В. Георадиолокация в присутствии железобетонных конструкций // Разведка и охрана недр. — 2004. — № 12. — С. 26—28.

29. Копейкин В. В. Распространение электромагнитных импульсов в подземной среде. URL: http://www.georadar.ru/articles/article5.php (дата обращения: 16.01.2022).

Наши партнеры

Подписка на рассылку

Раз в месяц Вы будете получать информацию о новом номере журнала, новых книгах издательства, а также о конференциях, форумах и других профессиональных мероприятиях.