冻结管断裂是长期困扰冻结法施工的重要技术难题之一,至今尚未完全解决。冻结管一旦断裂,轻则造成工期延误,重则导致透水淹井,严重威胁人员与工程安全。导波检测技术具有一次性检测距离长、范围大、可对埋地管线进行非开挖式检测等优势,为探讨导波检测技术应用于冻结管断管检测的可行性,本文采用数值模拟与物理试验相结合的方法,对冻结管中导波的传播特性及断裂面反射特征开展研究。首先,采用数值计算方法,研究频率、波形、管外冻土厚度对导波传播特性的影响,在此基础上对单一土层包裹下,冻结管接头、管外冻土性质、裂纹尺寸三个因素展开单因素分析,研究发现:管接头的存在会加大导波衰减,在含接头冻结管中导波的衰减系数约为不含接头管的4.54倍。管中导波的衰减系数与管外冻土的波阻抗有关,冻结管与管外冻土的波阻抗差越大,管中导波的衰减系数越小,两者呈线性负相关。管外冻土的波阻抗从冻结管波阻抗1/90增加到1/30时,导波的衰减系数从0.1338dB/m减小到0.1123dB/m。裂缝处反射波强度和透射波强度与裂缝环向尺寸分别呈正向相关、负相关,当裂缝环向贯通时,反射波强度达到最大,反射率约为91.1%,透射波强度降到最小,透射率约为0。然后,采用试验方法,针对自由管(工况1)、冻结管周围埋砂(工况2)、冻结管周围包裹高弹模冻土相似材料(工况3)、冻结管周围包裹低弹模冻土相似材料(工况4)四种工况,研究了管中导波的传播衰减特性以及前三种工况下导波遇到冻结管接头时的反射、透射和能量衰减规律,并将试验结果与数值模拟结果进行了对比分析。研究发现:管中导波的群速度基本不受管外介质的影响,但衰减程度与管外介质有关,工况2~工况4的衰减系数平均约为工况1的3.7倍、5.3倍、3.4倍。导波在管接头处的幅值衰减与频率有关并受管外包裹介质的影响,45kHz~100 kHz的频段范围内,工况1~工况3导波的幅值相对衰减率分别为0.56~0.99、0.54~0.98、0.45~0.88。根据试验结果,以幅值剩余比0.018%为检测极限进行传播距离估算,管外包裹高弹模冻土时,导波在冻结管中的最大传播距离为94m(含10个接头),最小传播距离为50 m(含5个接头)。最后,采用数值计算和物理试验方法,研究了复合土层包裹下相邻冻土层的弹模差异、管接头的断裂形式以及断裂面所处的土层位置三个因素对导波传播特性以及断裂面处反射特征的影响。研究发现:管外土层界面的存在对管中导波的衰减基本没有影响,导波在复合土层包裹下的冻结管中传播时,其传播衰减规律同单一土层包裹的情况。导波在Ⅰ、Ⅱ型裂缝处的反射率随着频率的增加总体呈增大趋势,透射率均随着频率增加呈减小趋势。根据试验结果,以幅值剩余比0.018%为检测极限进行检测距离估算,导波在冻结管中(每9m含有一个内衬管接头)的最大检测距离为49.5 m,最小传播距离为22.5 m。