基于隧道检测钢筋分布不均状况下判定衬砌结构安全性应用研究

近年来隧道内出现的越来越多的质量安全事故,引起各方高度重视,相应的最适宜隧道主体工程衬砌质量控制的地质雷达无损检测方法被广泛应用。通过雷达无损检测可揭露出衬砌内欠厚、脱空、钢筋分布不均等大量各类型缺陷,针对欠厚脱空等缺陷制定的注浆或开窗等治理措施是目前工程中常见的整改闭合工序,但钢筋分布不均对结构安全影响如何判定,怎么界定处理尚无成熟方案与规定。本文针对隧道项目中实际检测出的钢筋分布不均缺陷,在不宜大范围扰动结构及围岩进行整治的情况下,以及在避免其他问题共存等不利因素的前提下,应用有限元数值模拟计算分析强度安全系数,并结合现场外观等综合因素对衬砌结构安全性进行分析判定研究。     

提高电气化铁路运营隧道衬砌质量无损检测结果有效性的方法

针对部分电气化铁路隧道衬砌无损检测结果准确性不高的问题，结合大量既有线电气化铁路隧道检测数据，探讨提高检测结果准确性的有效方法。结果表明：与其他检测方法相比，地质雷达法最成熟，能够快速、准确发现隧道衬砌中绝大部分隐蔽性病害，应坚持使用以地质雷达法为主，敲击排查法等为辅的方法开展隧道衬砌质量检测工作；应根据线路特点、检测目标，合理确定检测内容、检测方法及布置测线；采用梯车杠杆平台等现场检测方式可大量减少检测盲区，提高检测效率；应加强检测现场定位的准确度和专业处理技术，检测结果要客观公正、全面审慎。从这些方面严格落实，可大幅提高电气化铁路运营隧道衬砌质量无损检测结果的有效性。     

铁路隧道衬砌缺陷检测中地质雷达法和冲击回波法的联合应用研究

铁路隧道衬砌质量关系到列车的行车安全,一直受到各方的高度重视。目前,主要依靠地质雷达法,部分辅以人工敲击的方法(打声法)进行检测,但其固有技术缺陷也日趋显著,急需引入新的方法。本文在比较地质雷达法和冲击回波法对缺陷的理论识别能力的基础上,结合隧道衬砌质量巡检对2种方法的检测效果进行了对比和验证,说明地质雷达法和冲击回波法在隧道衬砌质量检测中联合应用效果显著,值得推广。此外,简要介绍了冲击声频回波法,该方法兼有打声法和冲击回波法的优点,应用前景广阔。     

隧道二衬背后空洞智能化检测和预防技术撤回

目前隧道衬砌质量检测方法仍然以“地质雷达+敲击法”为主,敲击法存在检测效率低、精度低、受人为因素影响大,容易出现漏检误检等诸多问题。为了提升敲击法在隧道衬砌检测中的有效性,基于敲击回声研究了隧道衬砌智能化检测新技术,通过采用自动敲击、声音自动采集和智能识别方法,在数值仿真的基础上从时域、频域、时频域维度提取隧道衬砌空洞特征参数,进一步建立对正常回声与空响回声的识别模型,针对空洞识别模型进行的模拟实验和实际隧道现场试验,数据结果表明,智能化检测新技术的空洞识别正确率达90%以上,可以有效识别空洞,实现隧道衬砌智能化检测。同时结合后期智能预防措施,采用最新衬砌空洞预防技术,可最大程度地减少和避免空洞的出现,以确保隧道运营安全。     

地质雷达检测铁路隧道衬砌质量的效果验证

地质雷达作为一种无损检测设备,以其准确、高效等优点在铁路工程地质探查、质量检测等方面得到广泛应用.特别是在隧道衬砌检测方面,可以快速可靠地判定衬砌厚度、衬砌背后空洞以及钢筋、初支钢架分布情况,对准确评价隧道施工质量,提高隧道施工技术水平发挥着巨大作用.本文简述了地质雷达的工作原理以及在现场检测中参数设置应注意的问题,并结合检测实例验证了地质雷达在铁路隧道衬砌质量检测中良好的应用效果.     

铁路隧道钢筋混凝土衬砌结构可靠度分析

研究目的:针对现行《铁路隧道设计规范》中钢筋混凝土构件极限状态方程存在的不足,本文细分钢筋混凝土衬砌中钢筋的各种受力状态,并寻求更精确适用的功能函数及可靠度计算方法,为按可靠度理论修订《铁路隧道设计规范》提供参考。研究结论:(1)基于荷载-结构法模型,通过调研分析得出钢筋受力状态判断的界定方程,建立了适用于隧道钢筋混凝土衬砌结构的大、小偏心受压构件的功能函数及极限状态方程;(2)根据钢筋混凝土衬砌功能函数,应用JC法基本原理,通过分析推导提出一套钢筋混凝土衬砌结构可靠度分析方法,并在铁路隧道标准图衬砌可靠指标计算中得到成功验证;(3)本文提出的钢筋混凝土衬砌的功能函数及可靠度分析方法可直接指导铁路隧道钢筋混凝土衬砌设计。     

地质雷达法检测高速铁路隧道常见质量缺陷及图像解释

地质雷达法以其快速、无损、连续探测、实时成像、数据处理直观方便以及探测精度高等优点在隧道工程质量检测中得到了广泛应用。本文以一在建高速铁路隧道为例,介绍了高速铁路隧道衬砌厚度不足、背后空洞,钢架和钢筋的间距过大、数量不足,保护层厚度不足等常见缺陷类型,对其地质雷达法检测图像特征做出解释,并对部分缺陷进行了破损验证。验证结果表明,地质雷达在高速铁路隧道衬砌质量检测中准确性较高,并可大大提高检测效率。     

基于MFCC的高铁隧道衬砌脱空智能识别

衬砌脱空作为高铁隧道常见病害之一,威胁车辆和人员安全。目前,高铁隧道衬砌脱空检测多采用人工敲击听声的方法进行判断,受主观影响较大,准确率会受到影响。基于传统叩诊法原理并结合声音识别技术,对高铁隧道衬砌脱空的智能识别进行研究。采集京广高铁某隧道敲击检查的270段敲击声音样本,分析密实和脱空状态下的时域和频域特征。分析发现：衬砌背后密实与脱空时域波形特征和短时能量均有显著差异;密实状态下主频与次主频在6 200 Hz左右,脱空状态下主频与次主频在800 Hz左右。提取36维梅尔频率倒谱系数（MFCC）,降维处理后作为机器学习数据集。采用极端梯度提升（XGBoost）算法训练与测试,建立基于MFCC的高铁隧道衬砌脱空智能识别模型,与优化的支持向量机（CV-SVM）模型和梯度提升决策树（GBDT）模型相比,识别准确率更高,达到96.87%。该模型可用于衬砌背后脱空的定性识别,相较于人工检测,智能化和信息化程度极大提升,对智能化和自动化诊断高铁隧道衬砌脱空缺陷具有重要意义。     

地质雷达在铁路隧道工程质量检测中的应用

针对铁路隧道施工中可能出现的质量问题,利用地质雷达技术进行隧道工程质量检测。岩土工程介质的电磁学特性决定了应用地质雷达的效果,介质的电磁学性质可用介电常数、磁导率和电导率3个参数来表征。地质雷达技术探测是一种利用广谱电磁波确定不同介质分布的探测方法。针对铁路隧道,给出地质雷达在无损检测应用中的工作方法,包括测线布置、采集参数设定、现场检测和后期资料处理解释。通过对现场数据处理分析,可以精确探测衬砌厚度,确定钢筋及格栅钢架的分布位置及数量,查明衬砌背后特别是拱顶存在的空洞和回填不密实区域。使用地质雷达对隧道混凝土衬砌结构进行检测,实践证明技术方法是切实可行的。     

隧道衬砌检测判识标准及缺陷处理措施研究

针对现行规范对隧道衬砌背后缺陷问题的描述不细致问题,结合某在建铁路隧道现场地质雷达检测结果,以及检测发现问题是否需要进一步处理的必要性,将衬砌背后脱空缺陷从不密实缺陷中划分出来。当不密实区某单个最大空腔体的测线长度小于等于钢拱架间距与开挖进尺限制条件中的小值,同时在雷达测线上空腔图谱断开的距离Li≤50 cm时判定为不密实;发现某个空腔体的测线长度大于钢拱架间距或开挖进尺时,判定为衬砌背后脱空。不密实缺陷只能在以后的施工中通过改善施工工艺避免,而无需返工处理。将原来的缺陷密实、不密实及空洞细化为密实、不密实、脱空及空洞4种情况,并给出相关建议性处理措施。使得结果更易于理解,便于决策者根据检测结果更加准确地确定隧道缺陷处理措施。     

隧道质量无损检测中雷达波形分析与探讨

通过对不同衬砌类型下的衬砌密实性、拱架的特征波形做进一步地梳理和深入探讨,分析不同衬砌工况下空洞、拱架对应的主要判定特征;对衬砌结构划分类别,并对衬砌密实性、拱架的判定特征在不同衬砌工况下多条隧道雷达波形差异性进行分析和对比,总结出不同衬砌工况下的共性。在隧道二次衬砌内无钢筋布设时,空洞和拱架之间存在影响,但可以判定;在隧道二次衬砌内存在钢筋布设时,钢筋对背后的脱空和拱架具有屏蔽作用,影响雷达图像的判释。     

隧道衬砌空洞敲击回声特性

为提高隧道衬砌空洞检测效率、指导隧道衬砌空洞自动敲击检测装置研制，开展隧道衬砌空洞敲击回声特性研究。依托我国双线隧道结构形式建立隧道衬砌声-结构耦合模型，以边长分别为0.4,0.6和1.0 m、衬砌厚度分别为0.05,0.15和0.35 m的9种空洞为重点，仿真分析敲击力、敲击点位置、空洞边长和衬砌厚度与衬砌回声声场分布特性间的关系；通过模型试验，验证仿真模型参数设置及仿真分析方法的可靠性。结果表明：空洞边长越大或空洞处衬砌厚度越小，基频越低；9种空洞的振动主频在318～1 837 Hz，计算时按200～2 000 Hz取值，该范围下隧道空间内声模态对隧道衬砌敲击回声声场分布影响较小；为识别边长0.4 m、衬砌厚度0.15 m的最小空洞，敲击力幅值应不小于5 kN，脉冲宽度应不大于0.3 ms；回声采集传感器应布设在距敲击点不大于1.0 m，且与敲击点轴线夹角不大于30°的范围内；面积不小于1.0 m²、衬砌厚度小于0.20 m的空洞，其敲击回声声压级超过50 dB，空洞特征易于识别。     

衬砌脱空雷达波数值模拟与定量解释

地质雷达是隧道衬砌脱空病害检测主要方法,常规探测理论是以菲涅尔带半径为最终空间分辨率,小于该半径的脱空不能识别,而大于该半径的脱空在定量解释上也存在困难。针对隧道脱空检测常用900 MHz天线,采用时域有限差分对不同脱空量的模型进行雷达波数字模拟计算,并合成雷达记录剖面。在分析脱空区域顶、底反射叠加波形特征及振幅变化的基础上,给出不同脱空量模型的波形双峰极值点幅度变化规律,提出基于极值点振幅比反演脱空量的解释策略,并给出反演结果的拟合算法。该策略不仅为脱空区脱空量分析提供一条途经,同时为地质雷达在脱空定量解释方面提供有效的技术手段。     

既有线隧道衬砌质量无损检测

使用地质雷达技术对隧道衬砌结构进行检测，是物探应用领域发展较为迅速的技术方法。本文介绍了应用地质雷达检测隧道衬砌质量的原理及技术，在大量既有线隧道检测实践基础上，阐述了使用该技术的基本方法及其数据图像处理过程，并对典型图像进行举例分析。     

地质雷达在高铁隧道检测中的应用

截至2017年底,我国投入运营的高速铁路已超过2.5万km,其中运营高铁隧道2 835座,总里程达4 665 km。运营高铁隧道的检修数量多、天窗时间短,主要采用目视检查、敲击等传统人工手段检测,效率低、准确性不高,给高铁隧道管理部门带来巨大的养护维修压力。利用地质雷达检测隧道衬砌与传统人工检查方法相比,具有无损、准确、高效等优点,并经过多年实践和发展,技术手段已日臻成熟,但其应用在运营高铁隧道检测时间不长。针对运营高铁隧道养护维修特点和要求,在总结多条线路检测经验的基础上,系统介绍隧道衬砌的地质雷达检测方法和流程,并给出常见隧道衬砌病害及干扰的雷达图像特征,对运营高铁隧道检测工作的有序开展和检测结果的科学解读具有一定参考意义。     

偏移及反褶积处理技术在地质雷达法中的应用研究

隐蔽工程中,当采用地质雷达法查明钢筋混凝土结构中的钢筋根数和间距时,受密集钢筋网片影响,电磁波反射信号在多次波及钢筋绕射波共同作用下往往将一些有用信号淹没,使得地质雷达检测的分辨率有所下降。为了提高地质雷达检测钢筋时的分辨率,通过采用偏移处理消除绕射波影响,通过反褶积处理消除多次波的技术手段,有效提高了钢筋检测分辨率;在超前预报工作中,还可以通过偏移处理识别来自外界的干扰信号,有效提高超前地质预报的工作质量。     

某高速铁路隧道衬砌缺陷整治方案研究

为研究隧道衬砌缺陷的治理措施,以某既有高速铁路隧道为背景,对隧道衬砌缺陷部位进行无损检测和缺陷分析。通过检测发现,因施工控制问题引起的缺陷主要有:二次衬砌厚度不足、二衬内为单层钢筋或钢筋缺失、混凝土衬砌强度不足、二次衬砌与初期支护之间存在空洞、防水板切割二衬混凝土、混凝土表面存在环向裂缝等。通过分析研究,确定了钢筋混凝土套衬补强整治方案,并通过数值模拟计算的方法得到钢筋混凝土套衬结构的安全系数为2. 8,裂缝宽度为0. 107 mm,满足行车安全需求。实践证明,这种钢筋混凝土套衬整治方法使用范围广,施工过程中对既有二衬的强度影响小,可在不中断线路运营的情况下,对隧道进行整治。     

复合式衬砌隧道的总安全系数设计方法探讨

研究目的:铁路、公路等交通隧道常采用复合式衬砌,其中初期支护一般采用地层-结构法或工程类比法进行设计,二次衬砌采用荷载-结构法进行设计,由于二者采用的分析方法不同,难以统一评价整体结构的安全性。现有隧道设计规范仅提出了二次衬砌的安全系数要求,但复合式衬砌并非单一结构,有必要研究初期支护和二次衬砌的总安全系数。同时为建立总安全系数设计法,有必要研究初期支护的荷载-结构模型。研究结论:(1)对于采用喷锚支护的复合式衬砌隧道结构,围岩压力随埋深的增加而增加,隧道支护参数应根据埋深进行相应调整;(2)采用荷载-结构模型可以建立复合式衬砌初期支护和二次衬砌的统一设计方法;(3)复合式衬砌隧道的总安全系数应包含初期支护和二次衬砌各自的贡献,当二次衬砌为钢筋混凝土时,总安全系数建议不低于3.0,否则不低于3.6;(4)不同设计方法所建议的初期支护和二次衬砌的安全系数分配可按表2采用;(5)采用本文设计方法对现有高速铁路隧道结构安全性进行再分析,结果表明,在埋深为300 m左右时,Ⅲ、Ⅳ级围岩支护参数有进一步优化的空间;(6)本研究结果可为复合式衬砌隧道结构设计提供思路和方法。     

地质雷达检测技术在寒冷地区客运专线隧道工程中的应用

传统的隧道混凝土衬砌结构检验方法是开孔或开槽取样检测,不仅效率低,代表性差,偶然性大,而且破坏了衬砌的整体性。本文介绍了应用地质雷达检测隧道衬砌质量的基本原理,及在寒区客运专线隧道无损检测中的应用情况,提出了评定缺陷程度的量化指标。在寒区客运专线隧道拱顶、左右边墙、左右拱腰和仰拱处进行了无损检测,雷达图像可清晰显示出衬砌厚度、空洞和钢拱架。检测结果表明,地质雷达便于检查隧道施工质量,有利于加强施工质量管理和控制。     

影响地质雷达在隧道衬砌检测中准确性的因素及分析

地质雷达作为隧道衬砌质量检测的主要方法,具有分辨率高、检测速度快、无损且检测结果直观等优点。主要研究影响地质雷达在隧道衬砌检测中准确性的因素,提高地质雷达检测结果的准确性。