影响盾构掘进施工质量的因素很多,其中开挖面前方的地质情况,包括特殊岩层、流沙、沉船或桩等是盾构掘进过程中需要十分密切关注的环境因素。利用探地雷达探测开挖面前方的地质情况,有利于对这些异常或特殊的地质进行预警,以便及时调整或处理。本文在这个大前提下,并结合上海地铁盾构设备工程有限公司的“智能信息化盾构施工辅助系统技术研究”项目,对探地雷达应用于盾构前方地质和障碍物探测做了较为系统的前期研究。 文章从理论上提出了探地雷达的探测性能参数和测量参数的公式,分析了探地雷达电磁波在电介质媒质中的传播特性,媒质的电参数对电磁波传播的影响,电介质界面处电磁波的传播和反射性能,归纳出了目标电磁波波相识别方法。在分析比较几种探地雷达特点的基础上,明确适用盾构要求的雷达及其具体性能等。 考虑到盾构使用的工况,详细研究探地雷达圆周测量的机理,运用正演法对圆周水平分层和圆周垂直分层进行了必要的计算机模拟,得出了关于圆周旋转探测的一些有益结论。在此基础上,搭建了一套圆周测量的实验平台,试验结果较好地验证了探地雷达应用于盾构前方探测的可行性和有效性。 论文在理论分析和实验的基础上,进一步对盾构前方探地雷达所获图像的三维可视化和土层分层的专家系统进行初步研究。针对单个探地雷达应用于盾构机前向探测上所存在的盲区和不足,探索了运用天线阵的技术思路,并对天线阵布置提出了两种可行的方案。