基于探地雷达的隧道衬砌空洞高精度正演识别研究

隧道衬砌空洞易引发衬砌破坏、渗漏水等工程问题,但因衬砌内部金属(如钢筋、钢拱架)对雷达波的屏蔽作用,会增加雷达剖面的复杂性,进而影响检测效果。依托MATLAB软件平台,采用高阶时域有限差分法分别对400 MHz天线和900 MHz天线时隧道衬砌矩形空洞和三角形空洞进行正演模拟。结果表明:高阶时域有限差分法能高精度模拟雷达波在衬砌中的传播特性,展示衬砌中钢筋、空洞、工字钢的反射波、绕射波的能量、振幅、相位特征;900 MHz天线可分辨出长度在0.3 m及以上的界面,远高于400MHz天线的检测精度,但检测界面相对于真实界面小。     

探地雷达在承朝高速公路东营子隧道质量检测中的应用

采用地质雷达检测的方法可以对隧道衬砌混凝土的厚度、密实度、脱空进行检测,具有精度高、快速、无损检测等优点。文章结合探地雷达在承朝高速公路东营子隧道检测的工程实例,分析隧道衬砌后空洞、松散的典型波形,总结探地雷达的应用效果。     

基于模型试验的矿山法地铁隧道支护结构病害检测与识别

为提高矿山法地铁隧道支护结构病害检测与识别的准确性,采用基于时域有限差分的数值模拟方法,建立常见形状空洞、充水空洞、不同填充介质脱空以及钢格栅拱架、H型钢架下空洞模型,模拟探地雷达波在不同病害中的传播规律,并通过青岛地铁3号线探测实例验证。结果表明:空洞病害雷达反射波通常呈双曲线形状,反射信号强,但上三角形空洞图像与其他空洞图像有较大差异,表现为倾斜平行的同相轴特征;当空洞或脱空内部含水时,空洞或脱空下部出现明显反射波;钢结构雷达波反射强烈,会对钢结构下方病害探测产生干扰,在实际探测中,应将初期支护与二次衬砌分开探测。     

基于路面雷达的水泥路面脱空检测正演模拟与试验分析

针对路面雷达在路面结构层缺陷检测中对判定人员的经验要求高、不同的脱空类型难以区分的问题,采用电磁波时域有限差分法对水泥混凝土路面板底脱空进行正演模拟,分析板底存在不同尺寸气充空洞和水充空洞时的图像差异。通过现场的脱空模拟试验,验证了理论分析结果,提出了路面雷达在水泥路面检测过程中的测试要求。     

基于GPRMAX正演模拟的关于探地雷达空气耦合天线在隧道衬砌质量检测中的可行性研究

为了研究空气耦合天线进行隧道衬砌的质量检测,采用GPRMAX正演模拟方法,分别对不同厚度的钢筋混凝土衬砌、素混凝土衬砌及衬砌内部的空洞进行建模,正演分析了空气耦合天线电磁波的传播特性及衰减特性,得出采用空气耦合天线探地雷达完成隧道衬砌质量检测理论上是可行的,并为后期的空气耦合天线在衬砌质量检测工作中的实际试验研究工作提出指导和建议,可解决地面耦合天线探地雷达检测衬砌质量存在效率低、安全风险高、结果准确率低等问题。     

基于数值模拟分析的隧道衬砌质量缺陷影响研究

由于设计、施工等因素导致的我国地铁区间隧道渗漏水,衬砌掉块、厚度不足、开裂、脱空以及不密实等病害频发,严重危及地铁的运营安全。针对地铁区间隧道施工造成的衬砌质量缺陷,在分析缺陷成因基础上,对不同隧道缺陷的形式及缺陷的特性进行了统计分析。基于统计分析,对隧道衬砌施工中存在典型缺陷对隧道结构受力特性的影响进行了数值模拟研究,分析了衬砌背后空洞、不密实、厚度不足以及组合缺陷等条件下隧道衬砌的安全特性。基于数值模拟分析,提出了施工中隧道衬砌缺陷地质雷达无损检测的测线布置方式,指导了区间隧道衬砌质量的检测作业,取得了良好的效果。     

隧道高聚物快速维修技术研究

以某在建高速公路隧道为试验段,应用探地雷达技术对该隧道衬砌结构进行探测,对检测到的脱空位置实施高聚物注浆修复,并对注浆后效果进行验证。结果表明:利用高聚物注浆技术可以实现对隧道病害的快速修复,从而为隧道快速维修技术提供了新思路。     

基于空气耦合式探地雷达探测的衬砌层位特征识别的正演模拟

采用探地雷达进行隧道衬砌检测时,需要准确提取衬砌的层位特征（含相应病害信息）。采用空气耦合式探地雷达对隧道衬砌质量进行检测,基于GprMax2D和Matlab为平台环境,对衬砌层位特征识别进行研究。主要研究及结论如下： 1）对多种实际工况的衬砌形式进行二维正演模拟分析,并对电磁波在多层介质中反射特征进行研究。研究表明,探地雷达反射回波的起始位非零,而电磁波在介质分界层处发生反射的时刻取决于电磁波所传播层面的厚度,当2层介质差别较大或2层介质之间有空气存在时,反射时刻位于波形的最大波峰或波谷所在位置,而与脉冲源的位置和第2层介质的介电常数无关。 2）根据隧道衬砌的分层特征,在实际隧道衬砌中,对探地雷达数据和实际干扰因素进行分析处理,对与理论反射时间误差太大的进行修正。研究成果对应隧道衬砌层位及病害性状识别均具有指导和借鉴意义。     

水泥混凝土路面板下脱空的路面雷达电磁波模拟

建立了路面雷达电磁波在水泥混凝土路面结构中传播的二维时域有限差分(2D-FDTD)方程,并针对空气耦合式天线雷达进行了水泥混凝土路面板下存在脱空病害的路面雷达电磁波模拟。进一步分析了水泥混凝土板下脱空出现水充空洞及气充空洞两种情况的路面雷达回波特性,本文的研究对路面雷达技术应用于水泥混凝土路面脱空病害检测实施具有重要的理论参考意义。     

水泥混凝土路面板下脱空的路面雷达电磁波模拟

文章建立了路面雷达电磁波在水泥混凝土路面结构中传播的二维时域有限差分(2D-FDTD)方程,并针对空气耦合式天线雷达进行了水泥混凝土路面板下存在脱空病害的路面雷达电磁波模拟。文章进一步分析了水泥混凝土板下脱空出现水充空洞及气充空洞两种情况的路面雷达回波特性。     

大断面隧道拱顶脱空钢板加固机理及效果研究

为研究黏钢加固对大断面隧道拱顶衬砌脱空的加固机理,基于某大断面隧道拱顶脱空加固方案,建立三维有限元模型.模型考虑结构胶固定、化学锚栓固定、结构胶与化学锚栓共同固定钢板3种工况,分别分析化学锚栓、钢板与衬砌的受力特性,探究钢板加固机理,并在此基础上优化加固方案.结果 表明:钢板加固是一种有效的拱顶脱空病害处治措施,可降低脱空衬砌不利拉应力,提高了结构的承载能力,防止衬砌掉块脱落.不同的钢板加固方案对衬砌的加固效果有所差异,当仅使用化学锚栓时,衬砌最大主应力下降22.7％;当仅使用结构胶时,最大主应力下降了41.6％;当同时使用结构胶和化学锚栓时,衬砌最大主应力下降了49.3％.在加固结构中,化学锚栓主要受环向剪力,钢板主要受环向拉力.在加载过程中,结构胶先于化学锚栓起到传递衬砌应力的作用.当存在结构胶时,化学锚栓对钢板的锚固效果有限.基于模拟结果,对现有的加固方案进行了优化,并设计了相应的施工流程,提高了化学锚栓的使用效率.     

高速地质雷达在公路隧道衬砌质量检测中的应用

<正>0引言隧道衬砌后,受诸多因素的影响,衬砌混凝土可能出现厚度未达到设计要求或脱空等质量问题。为了及时发现隧道衬砌质量问题,需对隧道的衬砌质量进行快速和高分辨率的检测,为隧道工程的科学管理提供依据。在隧道质量检测中,     

隧道施工不良地质探地雷达超前探测全波形反演研究

为了解掌子面前方不良地质体赋存状况,保障工程施工安全,提出基于全波形反演的探地雷达隧道超前探测数据解译方法。首先,考虑隧道典型不良地质类型,建立溶洞、岩体裂隙和岩体破碎带等数值模型,进行正演模拟分析,总结典型不良地质体的地质雷达正演响应特征。其次,基于全波形反演方法对正演模拟数据进行处理,得到最优的相对介电常数分布,分析反演结果,并总结其相较于正演剖面图解译的优势。研究结果表明,全波形反演可以得到探测区域相对介电常数的较准确分布,得到的不良地质体形态与真实情况较为一致,成像效果明显优于原始雷达剖面图,提高了对不良地质体进行判断的直观性和准确性。     

基于分布式压密传感器的隧道衬砌防脱空主动监测

为解决二次衬砌脱空的问题，实现在浇筑过程中对衬砌脱空的主动监测，结合隧道二次衬砌衬背脱空的成因，研发基于分布式压密传感器的隧道衬砌脱空主动监测系统。该系统由分布式压密传感带、延长线、直显终端及工业电脑组成，具有原理简单、安装便捷等优点。通过在衬砌层间预埋分布式压密传感器，对浇筑过程进行主动监测，结合带模注浆技术，实现对衬砌脱空的精准注浆与快速处治，有效解决隧道衬砌脱空问题。在验证试验中，系统在浇筑过程中共发现2处拱顶空洞，证明该系统对脱空监测的有效性。同时，该系统在国内部分重点铁路线已经取得应用，现场应用情况表明，该系统对二次衬砌拱顶脱空的识别准确率可达到95.5%。     

地质雷达技术及其在公路隧道质量检测中的应用

在新建公路隧道中，衬砌是隧道的主要承载结构，也是隧道防水的重要工程，其施工质量对隧道长期稳定和使用功能的正常发挥具有很大的影响。目前，隧道衬砌常见的质量问题有衬砌与围岩结合部的缺陷、局部裂缝、混凝土强度不够、衬砌厚度不足等。针对隧道施工中可能出现的质量问题，采用雷达检测技术，可以对混凝土衬砌与围岩结合部出现的脱空、回填欠实、富水区圈定、衬砌厚度等进行无损检测，及时发现问题，为采取加固措施消除隐患提供了依据，起到了对隧道施工质量实时监控的作用。     

提高地质雷达隧道衬砌质量检测效果的几点措施

地质雷达已成为隧道施工质量检查和运行期间隧道病害检测的重要手段,然而在采用地质雷达进行隧道衬砌质量检测时也暴露出一些问题。为提高采用地质雷达进行隧道衬砌质量检测的效果,简述了地质雷达隧道衬砌质量检测基本工作原理,从现场检测过程中的增益设置、病害识别、干扰图像辨识、衬砌厚度检测和里程定位几方面,讨论提高地质雷达检测隧道衬砌效果的几点措施。得出:1)增益设置应尽量在边墙喷射混凝土密实度较好的地段进行,并应远离隧道内干扰物;2)病害和干扰图像的识别需在现场检测和室内分析工作中不断积累经验;3)衬砌厚度的检测可用平均波速法,并辅以微电测深法,采用平均波速法探测隧道衬砌厚度的绝对误差可控制在5 cm;4)隧道衬砌质量检测宜采用时间触发方式,尽可能保证雷达天线匀速移动,并做好记录工作。     

预防隧道二次衬砌脱空的新工艺

深入分析隧道二次衬砌脱空的原因,介绍当前浇筑隧道二次衬砌的新工艺,该工艺的应用利于预防隧道二次衬砌拱顶脱空的产生,对提高二次衬砌混凝土厚度的均匀性和混凝土的密实性无疑是有益的,值得推广。     

隧道衬砌介电常数试验与理论分析

通过试验模拟隧道混凝土衬砌结构,分别就不同龄期和不同深度2种情况,采用地质雷达对混凝土衬砌中雷达波的传播速度进行测量,由此得到相应介电常数的测量值,并发现介电常数随衬砌深度增加而线性增大这一反常现象。结合隧道混凝土衬砌的特点,考虑隧道混凝土衬砌中的自由水分布,将多相混合物介电常数的体积模型作进一步改进,提出混凝土的介电常数模型。结果表明：该模型能很好地说明所得试验结果,为地质雷达用于隧道衬砌混凝土衬砌深度的精确测量提供了必要的修正依据。     

杨家湾隧道衬砌脱空和渗漏水预防

伴随《铁路"十二五"发展规划》的实施,西南山区铁路高隧线比和长大隧道多的特征日益显著,隧道工程质量缺陷对铁路建设和运营的安全影响度也越来越高。近期开通的铁路隧道不同程度地出现渗漏水、脱空和裂纹等现象。为了提高复合式衬砌隧道工程建设质量,在总结杨家湾隧道建设中防止衬砌脱空和渗漏水成功案例的基础上,提出衬砌台车的设计与制作、在衬砌端头设置台阶、纵向止水带采用"牵引"或"悬挂"方式、防水层铺设、混凝土分层浇筑等施工工艺,有效地解决了隧道衬砌脱空、渗漏水等问题。     

运营隧道拱顶脱空型衬砌厚度不足整治技术研究

针对现场揭示的运营隧道存在大量拱顶脱空型衬砌厚度不足的情况,采用现场调研、数值分析和现场检测等手段,探明了拱顶脱空厚度不足的力学机制,建立了拱顶脱空型厚度不足力学模型,提出了采用现浇套拱和格构法脱空型衬砌厚度不足整治技术,对整治技术效果进行对比与验证。研究得到：拱顶脱空型厚度不足缺陷与自身弹性模量等力学参数降低以及周围应力重分布有关;基于既有结构承载能力的理念,提出了局部修复隧道结构完整性和恢复承载能力的技术;通过对整治后衬砌结构的受力分析,采用微创修缮格构法技术,基本或完全恢复原设计的承载能力;经现场和实际案例验证,所提技术具有较强的安全性、可操作性和经济性,可在铁路或公路运营隧道中大量应用。