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。     

铁路隧道复合衬砌脱空的危害分析与防治

铁路隧道复合衬砌脱空和支护厚度不足占隧道缺陷、病害的比例极高.以200 km·h-1客货共线双线隧道为例,采用ANSYS有限元分析软件,按“共同变形”受力模型计算分析脱空对结构承载能力的影响.初支脱空时,在不同级别围岩变形压力的作用下,初支拱顶部位向内侧压弯呈增大趋势,这是初支向内压裂(碎)乃至坍塌的主要原因之一;衬砌脱空时,导致衬砌拱顶部位向外侧或向其对应的空洞边缘外侧压弯呈增大趋势,造成衬砌向外压裂甚至可能引起脱空水平投影范围外沿侧纵向开裂.严重的脱空可能导致隧道结构在施工阶段或运营阶段发生压溃、侵限、放射状开裂和坍塌,而且初支脱空的危害性比衬砌脱空更大.通过分析脱空的形态和成因,结合工程实践经验,从施工和施工管理角度提出了脱空防治的具体措施和建议.     

基于回声信号的隧道衬砌空洞特征分析与识别

针对铁路隧道衬砌空洞问题,本文通过对比隧道衬砌整体数值模型与平板数值模型的差异,确定可以采用边长3 m平板模拟实际衬砌进行模型试验。设计了多种空洞工况,通过在不同位置施加敲击力获得衬砌空洞回声信号,分析敲击力、敲击位置、空洞边长、空洞深度对回声信号声压、功率、频率的影响,给出了一种利用敲击回声信号的频率和变帧长的梅尔倒谱系数识别衬砌空洞的方法。经对9种不同边长和深度空洞衬砌样本识别,总体识别准确率达到85.8%。     

超大跨度隧道衬砌结构受力特征分析

为研究超大跨度隧道衬砌结构受力特征,以厦门某双洞八车道隧道为依托,建立三维数值分析模型,并结合现场实测数据,研究衬砌结构受力特征以及二次衬砌荷载分担比。结果表明：(1)围岩压力作用在初期支护上的应力小于围岩初始地应力,围岩自稳能力承受了部分围岩荷载;拆除临时隔墙在二次衬砌自重作用下,初期支护内力发生重新分布。(2)初期支护分担了约90%的围岩荷载,仰拱脚部位置的分担比率在85.7%～94%之间。(3)对于地质条件较好的地层,可以对二次衬砌支护强度进行优化设计,以节约工程成本。     

基于VMD-HHT冲击回波法的隧道衬砌检测技术研究

研究目的:针对常规冲击回波法在进行隧道衬砌脱空检测时容易出现多重峰值、虚假频率等问题,提出以模糊熵和相关系数为综合目标函数的遗传算法对原始信号进行最优化变分模态分解(VMD),然后基于希尔伯特-黄变换(HHT)计算信号的边际谱,并据此进行脱空检测分析,解决了傅里叶变换对非平稳冲击回波信号分析存在的固有缺陷,并基于仿真信号和隧道衬砌物理模型检测信号对数据处理方法进行了验证。研究结论:(1)以模糊熵和相关系数为综合目标函数的遗传算法有效实现了VMD分解参数的最优化,避免了人为设定参数所具有的偶然性;(2)VMD能够自适应地实现对冲击回波信号不同主频分量的有效分离,不存在模态混叠,因此能够有效滤除噪音信号,提高数据信噪比;(3)本文所提出的基于改进VMD-HHT的冲击回波法能够对衬砌厚度进行可靠检测,且检测结果中主频清晰明显,干扰远小于常用的傅里叶变换,不容易产生误判,有效提高了检测精度;(4)由于傅里叶变换及VMD-HHT处理方法的检测结果均存在一定的误差,因此要精确判断衬砌是否存在脱空,需结合隧道衬砌为密实情况的结果进行综合对比分析。     

隧道围岩与衬砌结构变形规律数值模拟研究

针对隧道施工过程中的围岩稳定性问题,运用FLAC软件比较分析了未采用衬砌与采用衬砌加固两种工况下隧道围岩的应力分布与变形规律.数值计算中采用摩尔-库仑弹塑性模型,隧道衬砌与周边岩体之间的接触面采用接触单元.结果发现,未采用衬砌加固措施前,隧道周边岩体变形较大,隧道硐室出现大规模的垮塌现象;经过混凝土衬砌加固之后,岩体变形显著减小.此研究对隧道的开挖与衬砌结构的施工提供重要参考价值.     

山岭隧道高水压下衬砌结构三维数值模拟

采用三维有限元数值模型,分析圆梁山隧道高水压条件下衬砌结构受力及变形特征。研究结果表明,高水压对隧道衬砌结构影响显著,在高水压作用下衬砌结构的受力和变形都较大,衬砌结构上存在较大的纵向弯矩。水荷载是隧道衬砌结构的主要荷载之一,应引起足够的重视。     

高速铁路隧道衬砌防脱空全过程实时监测技术

针对隧道二次衬砌背后空洞问题,依托新技术,在湖杭铁路隧道二次衬砌施工中,引进并应用了信息化、全过程的施工主动监测技术,通过现场不断使用研究,对其结果可靠性与实用性进行了验证和改进。对该技术进行了系统介绍,包括原理、系统构成、工艺流程、过程控制要点与管理、工程应用情况及效果等,并提出了后续优化建议。实践结果显示该系统现场安装工艺简单,操作简便,监测效率高,可有效避免衬砌背后脱空,降低了后期高额的克缺费用,节省了消缺时间。这对后续铁路隧道衬砌施工质量控制具有一定参考意义。     

石板山隧道衬砌施工技术

石太客运专线石板山隧道前长7505m，位于R=12000m曲线上，线间距由4.96m渐变至4.6m，断面变化处采用顺接过渡，设计为单洞双线隧道，是全线贯通的控制工程之一。通过对石板山隧道进口段衬砌施工实践，着重阐述衬砌各分项工程施工工艺和控制措施。     

隧道二次衬砌拱部纵向退管带模注浆新技术

为解决隧道二次衬砌常规应用径向带模注浆背后脱空率较高、空洞分布无规律问题,依托在建郑万铁路重庆段小三峡隧道工程,采用二次衬砌拱部纵向退管带模注浆新技术,有效提高二次衬砌拱部范围注浆饱满度.新技术的实施可强化砂浆与衬砌混凝土的整体性;将二次衬砌拱部脱空率降低至0.35％;根据衬砌设计情况,以注浆压力0.2 MPa或0.3...     

铁路隧道衬砌拱部露筋整治工艺研究

针对某铁路隧道衬砌拱部存在露筋缺陷,通过现场调查提出缺陷整治方案,结合数值模拟计算结果,发现衬砌露筋对支护结构的位移影响极小,主要影响衬砌承载能力,对比分析整治前后衬砌结构的主应力和竖向位移,确定采用该整治方案能有效降低衬砌最大与最小主应力,但对衬砌竖向位移降低效果有限,通过对现场实际工程整治后的效果进行验证,发现该整治方案能避免衬砌外露钢筋锈蚀,可有效消除衬砌露筋所带来的安全隐患,整治方案简单易行,可为类似隧道病害提供参考。     

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%。     

高压富水砂岩地层中铁路隧道冻结法施工衬砌结构研究

新建固原—王洼铁路程儿山隧道穿越高压富水砂岩,需采用冻结法施工。本文采用数值模拟方法对围岩冻结、解冻两种状态下隧道衬砌结构受力、变形和安全性进行了分析。结果表明：冻结加固后冻结体温度在-22～-16℃,具有一定的强度,因此无论是强度等级为C30—C50的60 cm厚钢筋混凝土衬砌,还是厚度为40～60 cm的C45钢筋混凝土衬砌,安全系数均满足规范要求;冻结体解冻后隧道衬砌轴力增大1.95倍,弯矩增大1.70倍,结构安全系数由3.36降至3.15,结构设计时应按围岩解冻状态考虑二次衬砌的受力,可采用变截面对衬砌结构局部加厚。施工阶段和竣工后监测结果显示,双层初期支护适用于冻结法隧道施工,二次衬砌采用厚60 cm的C45钢筋混凝土结构,冻结体解冻后未出现裂缝、渗漏水等问题,衬砌结构安全。     

基于有限单元法的隧道抗水压衬砌结构设计

研究目的：客运专线铁路隧道结构设计中往往会碰到水荷载作用计算难题，考虑抗水压衬砌结构设计仍然是隧道设计与研究热点之一。为检验隧道衬砌结构设计的安全性及防水性，有必要对抗水压衬砌设计结构进行内力计算。研究方法：针对金沙洲隧道特定地质条件和工程设计要求，采用基于有限单元法的荷载结构模型，对按围岩类别设计的3种隧道断面衬砌结构受力进行数值模拟。研究结果：研究得到了衬砌外水压力以及结构内力及分布特征，并验算了衬砌结构的安全系数。通过对计算结果分析验证，选出了各自围岩级别下合适的衬砌结构。研究结论：在全断面封闭排水的衬砌结构设计中，应着重考虑发挥混凝土的抗压性能；在富水区地下水头较大时。采用帷幕注浆法改善堵水圈的渗透系数，可有效降低衬砌的外水压力；选择仰拱外轮廓隅角半径、仰拱与曲边墙的连接处的半径以及仰拱厚度作为控制变量，可以改善衬砌结构受力特征。     

用蒙特卡罗法分析隧道衬砌荷载效应的统计特征

本文在求出各基本随机变量的统计特征的基础上、用蒙特卡罗法对隧道衬砌荷载效应进行随机模拟,得出它的统计参数,并由X~2检验法得到它的概率分布类型。     

既有电气化铁路隧道增设衬砌施工技术

近几年来运营线上隧道病害明显增多,由于受条件限制特别是在电气化区段市共受到诸多限制,方案选择和施工技术显得尤为重要。结合石太线岩会6号隧道工程实例,介绍在既有电气化铁路隧道内增设衬砌施工中的方案选择、施工技术等方面的问题,为今后在既有电气化铁路隧道中增设衬砌提供参考和借鉴。     

圆形隧道快速衬砌施工技术探讨

以色尔古电站引水隧洞衬砌施工为例,阐述了圆形隧道中几种不同衬砌方法,并对其优缺点进行比较,并着重介绍了在特殊地质情况下,为保证隧道结构安全稳定和高强度工期进度要求,采用了目前圆形隧道衬砌在国内非常少见单工作面针梁+(边顶拱+底拱)相对砌施工和单工作面双针梁台车平行衬砌施工方法,使衬砌进度成倍提高,而且保证了隧道的稳定和安全,对今后类似的工程具有指导意义。     

齐岳山隧道出口二次衬砌施工技术

介绍了齐岳山隧道出口工区衬砌的施工工艺和方法,着重阐述施工过程(工序)控制项目和要点,原材料控制项目和主要技术指标,分析了质量通病产生的原因和控制方法。     

高速铁路隧道衬砌养护与检测技术

隧道衬砌养护不到位、施工质量不过关等因素给隧道衬砌质量带来了很大安全隐患,国内运营的铁路隧道衬砌存在的开裂、蜂窝、麻面、掉渣等质量问题均与衬砌养护有直接关系.因此,寻求合理高效的衬砌养护方法及高效的衬砌质量检测技术尤为重要.论述目前铁路隧道衬砌存在的主要质量问题及其诱发因素,并结合隧道衬砌养护方法,论述如何从衬砌养护提...