基于地质雷达法检测钢筋混凝土结构衬砌脱空的研究

地质雷达法是目前隧道衬砌检测的主流方法,在检测钢筋及拱架间距、素混凝土结构等方面有优异的表现。当衬砌为钢筋混凝土结构时,由于电磁波的"趋肤"效应,检测结果不甚理想。以宝兰客专定西至兰州段某隧道区域钢筋混凝土结构的地质雷达检测为例,对典型的"脱空"地质雷达图像进行研究,并通过"破检"和敲击等方式进行验证。研究及验证表明,当衬砌层较薄或雷达信号的增益调节不当时,会有疑似脱空的假信号,易造成脱空误判;当钢筋分布密集时,衬砌脱空检测有一定困难,容易出现漏判。因此,应采用多种方法进行综合判识。另外,敲击法在检测衬砌浅部脱空时效果较好,应推广应用。     

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。     

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。     

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。     

探地雷达天线阵技术在隧道衬砌质量检测中的应用

介绍了探地雷达基本原理、工作方法及天线阵技术原理.结合工程实例,详细阐述了用探地雷达天线阵技术检测隧道衬砌中衬砌厚度、混凝土衬砌疏松高含水、拱架与钢筋网、初衬与二衬之间脱空区等,并给出了相应的雷达图像和波形特征,实践证明探地雷达天线阵技术检测效率高,效果好.     

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。     

重载铁路隧道基底脱空条件下服役状态影响研究

隧道基底在重载列车动力荷载的长期循环作用下,将不可避免地出现累积损伤、疲劳破坏以及基底围岩脱空等现象.为了揭示重载铁路隧道基底脱空对仰拱结构的影响,采用数值模拟方法建立动载-隧道-围岩三维数值动力学模型,探明不同基底脱空状态下重载铁路隧道过车时基底结构的动力响应特征,并基于弯拉状态下的混凝土S-N曲线得到不同脱空状态下...     

跨孔雷达层析成像法在孤石探测中的数值模拟研究

地铁隧道施工过程中时常会遇到孤石,严重影响了地铁隧道的盾构掘进,导致耽误施工工期,造成巨大的经济损失。跨孔测量是钻孔雷达的一种测量方式,即在两个钻孔中分别放入发射天线和接收天线进行探测。本文主要通过研究钻孔雷达层析成像法,并对孤石模型进行数值模拟,应用ART算法和SIRT算法实现钻孔雷达跨孔探测方式的雷达波速度层析成像,建立跨孔雷达层析成像软件系统,结果表明,两种算法的成像结果局部都有不同程度的伪像存在,而且异常的范围比真实模型均稍大,但是成像结果能反映异常体的位置和规模。     

探地雷达数值模拟及其在隧道检测中的应用

利用时域有限差分(FDTD)方法,对隧道工程检测中常见检测目标进行数值模拟,分析脱空、单层钢筋、双层钢筋等目标体的探地雷达反射信号图像特征,并对隧道检测中的雷达信号图像采用遗传算法进行反演,引入目标相关系数用于反演结果全局寻优,实现对多次反射的压制,降低浅部钢筋反射信号对识别深部目标体的影响。通过对数值模拟结果进行反演,证明该方法理论上的有效性,并结合工程实践中的应用效果,说明该方法的优点与局限性。     

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。     

隧道二次衬砌拱顶混凝土灌筑技术分析与对策

隧道二次衬砌的施工方法一般采用衬砌台车,并配备混凝土输送泵进行浇筑。分析了二次衬砌位置特殊的拱顶部位混凝土易产生脱空、空洞等缺陷原因。结合庙岭山隧道施工,提出了预埋注浆盘和预埋钢管注浆措施,在隧道施工中取得了较好的效果。     

既有隧道改建工程防渗检测技术研究

介绍了既有隧道改建工程的防渗检测技术,探地雷达和湿度测试仪的探测原理。结合既有陈家冲隧道改建工程,采用探地雷达和微波湿度测定仪检测了新旧混凝土接缝处结合状态和渗漏情况。探地雷达检测结果与微波湿度测试仪测试结果比较吻合,探测过程中获得的信息揭示了新旧混凝土界面附近水分的分布情况。监控结果有助于评判设计方案的合理性和检验隧道改建工程防渗措施的有效性。     

铁路隧道基底脱空条件下的动力响应分析

列车荷载作用是诱发在役隧道基底病害的主要原因。为分析隧道基底脱空条件下对列车荷载的响应问题,以某铁路隧道工程Ⅲ级围岩正常断面为对象,通过现场在隧道铺底顶面埋设压力盒,对铺底混凝土层受力进行测试;在此基础上,通过数值计算,重点分析列车荷载作用下基底不同脱空长度下的基底中心线、轨道处与轨枕端头处的应力分布规律及铺底顶面振动特性。结果表明:在铺底顶面,动压力在轨道、轨枕端头处与基底中心线处分别为80,20 k Pa和60 kPa。经计算模拟,基底存在40 cm与80 cm宽脱空区时,在轨枕端头处、轨道处及中心线处应力规律基本一致,在脱空区处应力出现先减小再增加现象,且轨道处突变最大,脱空区侧壁处存在应力集中现象,脱空区影响深度范围约2 m。80 cm宽脱空区在数值上与40 cm宽脱空区相比,基底动应力、铺底顶面加速度与振动位移的最大增幅分别为50%、30%和3%。     

含缺陷高铁隧道衬砌探地雷达检测模型试验

依托银西高铁某隧道建立含缺陷高铁隧道衬砌模型,采用900和400 MHz探地雷达天线分别进行检测试验,在分析雷达剖面缺陷表现形式的基础上,总结缺陷处波形特征和频谱特征;提出1种利用点状物体反射双曲线确定雷达波零线位置并反演雷达波传播速度,进而计算隧道衬砌厚度的方法;通过在模型中对应位置钻孔取芯,验证采用雷达波波形特征和频谱特征识别隧道衬砌缺陷的准确性和衬砌厚度计算方法的精度。结果表明:雷达波波形特征和频谱特征可用于辅助识别衬砌缺陷类型,2种天线对衬砌中空洞缺陷和钢筋分布的探测效果良好,能探测到面积不足0.1 m~2的空洞;计算8处设计缺陷的衬砌厚度,最大相对误差4.11%,平均相对误差1.53%,衬砌厚度计算方法具有较高的精度;目标体埋藏深度对检测结果的影响远大于目标体规模,如探测埋深较大的目标体,需提高设备的发射功率或降低天线的中心频率;缺陷检出率与缺陷规模、测线密度等因素相关,可通过增加测线数量来提高缺陷检出率。     

无砟轨道CA砂浆层病害探地雷达检测及三维正演模拟

无砟轨道在长期列车荷载与外部环境的作用下其结构中CA砂浆层会出现空洞、脱空等损伤病害,这些损伤病害对铁路运营的安全产生巨大了的威胁.因此,对无砟轨道CA砂浆层的病害的防治与检测显得尤为重要.通过对多种无损检测方法的比对择优,采用探地雷达的探测方式,基于时域有限差分法编制Matlab程序,对地电模型进行三维正演模拟,确定探地雷达技术的可行性,而后建立无砟轨道板物理模型,在CA砂浆层设置不同大小的空洞病害,并使用探地雷达对模型进行探测,验证技术的可行性.研究结果表明:轨道板中分布的钢筋网对无砟轨道CA砂浆层病害的检测有着不同程度的影响;设置正反探测路线,能够准确识别出处于钢筋网环境下的病害的位置;随着空洞直径的逐步缩小,空洞的信号特征成减弱趋势.     

既有重载铁路隧道基底混凝土厚度对隧底结构受力的影响

采用地质雷达对一既有重载隧道基底混凝土厚度进行了探测,测试断面基底混凝土厚度小于设计值。利用ANSYS建立荷载—结构平面动力分析模型,依据现场取样试验结果并结合实车动态试验结果,分析了30 t轴重重载列车通过时隧道基底混凝土厚度对基底结构受力的影响。分析结果表明,基底混凝土安全系数从规范中的3.0降至2.0,有一定的安全储备。考虑到隧道结构尺寸要求,示范段内的隧道基底混凝土厚度Ⅴ级围岩区应不小于0.5 m,Ⅳ级围岩区应不小于0.4 m。因此,对于隧底出现的混凝土厚度不足情况,应酌情进行加固处理,从而保证列车安全运营。     

RIS K2型探地雷达在铁路隧道和挡墙检测中的应用

简要论述了RIS K2型探地雷达的工作原理和应用的可行性。重点介绍了铁路隧道钢筋分布、钢拱架分布、仰拱混凝土厚度及挡墙片石充填质量、挡墙内部混凝土密实情况的检测方法、步骤。通过实例雷达图像分析,作出准确检测结果判断。     

钢管混凝土脱空无损检测方法试验研究

为了比较现有检测方法对钢管混凝土脱空缺陷的检测精度,制作3种壁厚的钢管混凝土试件,设置5种尺寸的脱空缺陷,采用超声波、冲击弹性波和红外热像3种方法对试件的脱空缺陷进行检测。结果表明,根据脱空区与密实区超声波波速绝对差和相对差均可定性判断脱空厚度,波速相对差超过15%可作为脱空5 mm以上缺陷的判定标准;根据弹性波法的波形图与频谱图可有效检测出脱空缺陷的位置和形状,基于等值线图可直观确定脱空缺陷的范围,钢管壁越薄检测精度越高,且通过冲击弹性波法可定量检测脱空厚度,误差可控制在20%以内;依据主动加热式红外热像图可快速检出脱空的位置,脱空越厚,脱空区与密实区的温差越大,检测效果越好,根据该温差可定性确定脱空厚度。     

25t轴重荷载作用下隧底脱空区域受力特性分析

为了研究在役铁路隧道在通车之后隧底脱空病害的问题,采用有限元理论,建立隧道脱空区域在围岩压力与25 t轴重列车动载作用下的数值计算模型,主要研究80 cm与40 cm脱空宽度分别距隧道中心线0,80 cm与160 cm时脱空区域的受力特性。结果表明:在围岩压力下,脱空区域中线上壁和外侧顶角混凝土中产生拉应力及内侧顶角中产生压应力,其中压应力对脱空的宽度更为敏感;同时施加列车动载作用时,脱空区域上壁出现了竖向动应力与横向拉应力,得到了脱空区域力学指标的最大响应值及其出现的具体位置,宽度的增加对脱空区上壁横向拉应力更为显著,上壁横向拉应力增幅超过200%,竖向动应力增幅达50%。因此,隧底脱空区周围应力分布复杂,拉应力与压应力在脱空区域同时存在,应力突变严重,对脱空现象应及时组织处理。     

地铁隧道管片背后脱空及渗水病害检测方法

地铁隧道管片背后的脱空和渗水病害严重威胁地铁的施工和运营安全。针对目前探地雷达技术在管片背后病害检测中仍然存在检测精度低、属性难以划分的问题,开展管片后的脱空和渗水病害检测方法研究。首先,通过搭建多组正演模型,分析管片背后脱空和渗水病害的雷达波反射特征,提出将核匹配追踪算法用于病害识别,提高检测精度;然后,根据回波的波组形态、振幅和相位特性、吸收衰减特性等方面特征,建立地铁隧道管片背后病害属性划分标准,可实现不同种类病害的分级以指导施工修复;最后,对厦门地铁2号线进行探测试验,结果表明:该检测方法可有效实现地铁隧道管片背后病害的快速检测,4条测线共检测出异常区域23处。该方法可为地铁隧道施工及运营安全提供一种有效的检测手段。