机场停机坪复杂环境下微动探测监测技术的适应性研究

引言

成都双流机场作为我国重要的航空枢纽之一，每天航班起降频繁，停机坪的安全稳定直接关系到航空运营的正常进行。停机坪面临着多种复杂情况，例如复杂的地质条件，包括不同类型的土壤、岩石分布，地下水位的变化等；密集的地下设施，像各类管线（供水、供电、通信等）纵横交错；以及频繁的飞机荷载等。传统的监测技术在应对这些复杂情况时存在一定的局限性。微动探测监测技术作为一种基于微动信号分析的检测技术，具有非侵入性、高精度等优点，在岩土工程、地质勘探等领域已有所应用。然而，将其应用于机场停机坪这种特殊的复杂环境下，还需要深入研究其适应性。本研究将深入探讨微动探测监测技术在成都双流机场停机坪复杂环境下的适应性，从技术原理到实际应用效果进行全面分析，为提高机场停机坪的安全性和维护管理水平提供理论支持。

一、微动探测监测技术原理及特点

（一）技术原理

微动探测监测技术主要基于微动信号的产生和传播原理。微动是指地球表面由自然力（如风雨、海浪、地壳运动等）或人类活动（如交通、机械振动等）引起的微弱振动。在机场停机坪环境下，飞机的起降、滑行、地勤车辆的行驶等都会产生微动信号。这些微动信号在地下介质中传播时，会受到介质的物理性质（如弹性模量、密度、泊松比等）的影响而发生变化。微动探测监测技术通过在地表布置高精度的传感器（如加速度传感器）来采集微动信号，然后利用信号处理技术（如频谱分析、小波分析等）对采集到的信号进行分析，从而获取地下介质的结构信息。例如，当微动信号遇到地下不同的地质层或者地下设施时，其频率、振幅等参数会发生改变。通过分析这些变化，可以推断地下的地质结构、地下设施的位置和形状等。

（二）技术特点

1. 非侵入性

微动探测监测技术不需要对停机坪进行大规模的挖掘或者钻孔等破坏性行为，不会影响停机坪的正常使用。这对于机场这种需要持续运营的场所来说非常重要。在成都双流机场，停机坪上每天有大量的航班运营，如果采用传统的侵入性探测技术（如钻探等），不仅会干扰机场的正常运营，还可能对停机坪的结构造成损害。

2. 高分辨率

该技术能够对地下介质进行高精度的成像，可以分辨出地下较小尺度的地质结构变化和地下设施的详细情况。根据相关实验数据，在合适的条件下，微动探测监测技术能够分辨出地下 0.5 米范围内的地质层变化，对于地下管径大于 0.2 米的管线也能较为准确地探测到其位置。这对于准确掌握停机坪地下的复杂情况，如地下空洞、管线破损等具有重要意义。

3. 大面积快速探测

通过合理布置传感器网络，可以实现对较大面积的停机坪进行快速探测。在成都双流机场，停机坪面积广阔，采用微动探测监测技术可以在较短的时间内完成对整个停机坪或者重点区域的探测工作。例如，通过优化传感器布局，采用多通道同步采集技术，可以在一天内完成数千平方米停机坪的初步探测任务，大大提高了探测效率。

二、微动探测监测技术在成都双流机场停机坪复杂环境下的适应性

（一）复杂地质条件下的适应性

1. 土壤类型的影响

成都双流机场停机坪所在区域的土壤类型多样，包括黏土、砂土、粉质土等。不同的土壤类型对微动信号的传播特性有不同的影响。例如，黏土的阻尼较大，会使微动信号衰减较快，而砂土的颗粒松散，微动信号在其中的传播速度相对较快。根据实地测量数据，在黏土区域，微动信号的传播速度约为 100 - 200米 / 秒，而在砂土区域则可达到 300-400 米 / 秒。微动探测监测技术需要根据不同的土壤类型调整信号采集和分析的参数，以提高探测的准确性。例如，在黏土区域，需要增加传感器的灵敏度，同时延长信号采集时间，以获取足够的有效信号。

2. 地下水位的影响

地下水位的变化对微动探测监测技术也有显著影响。成都双流机场部分区域地下水位较高，当微动信号在饱水的土壤或岩石中传播时，水的存在会改变介质的弹性模量等物理性质，从而影响信号的传播特性。研究发现，当地下水位上升时，微动信号的频率会向低频方向偏移，振幅也会有所增大。为了适应这种情况，在进行微动探测监测时，需要考虑地下水位的季节性变化规律，在不同水位时期采用不同的校正方法。例如，在雨季地下水位较高时，可以通过建立水位 - 信号参数关系模型，对采集到的信号进行实时校正，提高探测结果的可靠性。

（二）机场运营相关因素下的适应性

1. 飞机荷载的影响

飞机的起降和滑行会产生巨大的荷载，这些荷载会引起停机坪表面和地下的振动，对微动探测监测技术产生干扰。在成都双流机场，大型客机（如波音747 等）在起降时产生的冲击力可达数百吨。这种强烈的振动会掩盖微动信号或者产生类似于地质异常的假信号。为了克服这一问题，需要采用特殊的信号处理方法。例如，采用自适应滤波技术，根据飞机起降的时间规律，在飞机起降时段对传感器采集的数据进行特殊处理，去除飞机荷载产生的干扰信号。通过分析飞机荷载引起的振动特征，还可以反演停机坪的承载能力等力学特性，为停机坪的维护提供额外的信息。

2. 地下设施的影响

如前所述，停机坪下有众多的地下设施，如供水、供电、通信管线等。这些地下设施会改变微动信号的传播路径，造成信号的散射和反射。在成都双流机场，一些老旧的管线由于使用年限较长，可能存在破损、渗漏等情况，这会进一步影响微动信号的传播。针对这种情况，需要在探测前对地下设施的布局有详细的了解，可以通过查阅机场建设档案或者采用其他辅助探测技术（如电磁探测等）获取地下设施的位置信息。在微动探测监测过程中，对受地下设施影响的区域进行重点分析，结合地下设施的物理特性（如材质、管径等）对探测结果进行修正。

结论

微动探测监测技术在成都双流机场停机坪复杂环境下具有一定的适应性，但也面临着诸多挑战。其非侵入性、高分辨率和大面积快速探测的特点使其在停机坪监测方面具有很大的潜力。然而，在复杂的地质条件下，如不同土壤类型和地下水位变化，以及机场运营相关因素，如飞机荷载和地下设施的影响下，需要对该技术进行优化和改进。通过调整信号采集和分析的参数、采用特殊的信号处理方法以及结合其他辅助探测技术等措施，可以提高微动探测监测技术在机场停机坪复杂环境下的探测准确性和可靠性。未来，随着技术的不断发展，微动探测监测技术有望成为机场停机坪安全监测的重要手段，为保障机场的安全运营发挥重要作用。

参考文献：

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