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%。     

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。     

海底隧道开挖过程中衬砌结构变形与能量损失

基于流固耦合理论，推导海底隧道圆形衬砌结构水压力计算公式。以汕头湾海底隧道为工程依托，结合有限差分软件FLAC 3D建立全包与半包隧道模型，分析不同海水深度、不同防排水形式下围岩渗流场特征，孔隙水压力、衬砌结构位移和能量变化规律。结果表明：不同海水深度下Ⅱ级围岩段隧道稳定性均明显优于Ⅳ级围岩段，Ⅳ级围岩段全包隧道孔隙水压力均大于半包隧道，Ⅱ级围岩段全包与半包隧道孔隙水压力基本一致；对于隧道衬砌结构位移，同一海水深度下全包、半包隧道相差极小，海水深度小于等于15 m时位移随海水深度增加而稳步小幅增大，海水深度20 m时Ⅱ级围岩段位移剧增，Ⅳ级围岩段增幅较Ⅱ级围岩段小；海水深度小于15 m时，全包、半包隧道的能量差异较小且耗散能略小于弹性应变能，海水深度为15 m（半包隧道）、20 m时耗散能明显大于弹性应变能；隧道围岩塑性区单元数量与海水深度正相关，海水深度从5 m增至10 m、15 m增至20 m时，塑性区单元数量呈跳跃式增长。     

黏弹阻尼道床阻尼厚度对隧道及地表振动衰减特性的模拟研究

为探究黏弹阻尼道床阻尼厚度对隧道及地表振动衰减特性的影响,为工程设计提供理论支持。利用ANSYS建立土体-隧道-道床平面有限元模型,分析在5～25 Hz频率荷载的作用下,整体道床和黏弹阻尼道床在隧道结构中的振动响应,并分析这两种道床下地表距离隧道中心线不同距离的振动加速度的衰减特性。结果表明:荷载频率小于10 Hz时,在地表距离隧道中心25 m左右,振动有明显的放大区域;荷载频率为10～20 Hz,振动加速度随道床阻尼层厚度降低,阻尼层越厚振动衰减越明显;随着黏弹阻尼道床阻尼层厚度增加,隧道衬砌底部振动加速度有效值依次降低,隧道壁竖直方向振动衰减更加明显,阻尼层每增加2 mm,振级降低1～4 d B。     

京沪高速铁路（徐沪段工程建设技术）概况〈下〉

3.5隧道3.5.1隧道断面有效面积正线隧道断面有效面积100m2。徐州枢纽北联络线160～200km/h,单线隧道断面,46.8m2。南京动车组走行线120km/h,双线隧道断面83.4m2。3.5.2衬砌支护类型衬砌类型:暗挖隧道均采用复合式衬砌;明洞采用明洞衬砌。衬砌结构型式:3.6环境保护3.6.1噪声污染防治措施住宅集中区昼、夜间环境噪声等效声级大于70dB(A)、学校医院昼间环境噪声等效声级大于60dB(A)的路段设置声屏障;穿越城区、规划区的声屏障连续设置,共设置声屏障225km。根据法国咨询公司意见,声屏障附加长度按每端各加长100m计;路基声屏障设置安全门(通道)…     

基于流固耦合的海底隧道注浆圈渗流场影响分析

将存在裂隙的岩体视为等效连续介质,建立海底隧道稳定渗流分析计算模型,并对渗流场相关特性进行探讨;结合青岛胶州湾海底隧道工程计算注浆圈对渗流场影响.结果表明:海底隧道防排水应采取“以堵为主,限量排放”的原则;注浆圈堵水效果与其厚度相关,且注浆圈厚度与其渗透系数成正比.但当围岩渗透系数与注浆加固圈渗透系数之比大于100,且注浆圈厚度不小于10 m时,注浆圈渗透系数、注浆圈厚度对隧道涌水量均影响不大;隧道涌水量和控制排水量之差越大,衬砌外水压力越大;为减少涌水量,可以采用注浆圈封堵地下水渗流通道,衬砌外水压力将显著降低.当处于自由排水阶段时,衬砌不承担水压力,隧道涌水量与控制排水量相等.     

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。     

Ⅳ级围岩三车道隧道最优锚杆间距分析及研究

以马峦山隧道工程为依托,采用室内模型试验和数值模拟验证的手段对Ⅳ级围岩三车道大断面隧道锚杆间距的最优性进行研究。模型试验结果表明,从不同锚杆间距的各监测点位移变化规律及极限承载力方面来看,锚杆间距0. 5 m×0. 5 m工况与1 m×1 m工况整体差距较小,隧道稳定性较好,且各监测点位移皆小于安全控制基准值;锚杆间距1.5 m×1.5 m工况隧道拱顶、边墙、拱底三个监测点位移值超过规定阈值,处于不安全状态。数值模拟验证分析表明,锚杆间距大于1.0 m×1.0 m时,洞周围岩和衬砌受力均变化明显,洞周位移也在持续变化;但当锚杆间距小于1 m×0. 75 m时,衬砌和拱架受力基本不变,洞周位移也趋于稳定。从围岩变形控制与柔性支护理念出发,考虑经济性,锚杆间距1.0 m×1.0 m～1.0 m×0.75 m为最优区间。     

单线隧道预制装配式衬砌结构选型及接头参数敏感性分析

预制装配式衬砌结构因施工速度快、质量高、易于维修等优点近年来在隧道工程领域备受关注。采用荷载-结构模型分析了不同围岩条件下整体衬砌内力特征。将衬砌结构分为8部分预制,采用有限元软件对预制结构进行了安全性验算,分析了不同接头刚度条件下接头处受力和变形。计算结果表明:隧道整体衬砌在Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ级围岩条件下轴力、弯矩、横向位移、竖向位移最大值分别为1 192 kN,480 kN·m,13.9 mm,4.9 mm;预制装配式衬砌较整体衬砌在Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ级围岩条件下最大横向位移分别增加1.6%,2.4%和1.0%,最大竖向位移分别增加1.3%,1.3%和2.4%,最大轴力分别减小0.02%,0.01%和0.06%,最大弯矩分别增加0.20%,0.11%,0.15%。综合考虑受力稳定与变形限制,衬砌接头刚度应不小于230 MN·m/rad。     

汶茂断层错动对汶川1~#隧道的影响研究

利用FLAC3D建立汶川1#隧道数值分析模型,研究汶茂断层错动条件下隧道衬砌的变形规律和应力分布情况,进而确定了影响范围。研究结果表明:在断层错动10和20 cm时,隧道衬砌的等效应力小于屈服应力,衬砌位于弹性变形阶段,隧道是安全的;在断层错动30 cm时,隧道衬砌的等效应力大于屈服应力,隧道出现塑性区,此时断层错动的影响区域为距洞口90~205 m,影响长度为115 m,不动盘、错动盘受断层影响的长度分别为60和50 m,需要采取加固措施。     

宜万线隧道洞口滑坍分析与治理

研究目的:宜万线全线共有隧道159座,洞口150处,施工过程中有9处洞口发生了滑坍,通过对滑坍原因分析和滑坍治理,为类似工程提供借鉴.研究结论:隧道洞口发生滑坍除地质原因外,勘察资料不准确和不能及时进行方案完善是设计方面的主要原因,未按设计施工、未及时提出变更、施工方法不当、监控量测不及时是施工方面的主要原因.针对隧道洞口滑坍,应对洞口段进行有效的治理,当软弱不良地层厚度不大于5 m时,可采取加强锚网喷防护;当大于5 m、小于10 m时,应采取钢管桩注浆加固;当大于10 m时,应增设抗滑桩,以取得稳妥的治理效果.同时应及时施做明洞、洞门,以及洞口段的二次衬砌.     

弱抗力地层盾构隧道失稳破坏的模型试验研究

以外径10.8m的大断面盾构隧道为研究对象,针对标准贯入度N≤5的软弱黏土地层条件,进行盾构隧道管片衬砌结构的失稳破坏模型试验,分析拼装方式、接头抗弯刚度、管片刚度、地层空洞及地层改良对盾构隧道稳定性的影响,探明盾构隧道的失稳破坏形态。结果表明,与增强管片结构刚度措施相比,地层改良更能显著提高盾构隧道的稳定承载力;地层空洞的存在加剧了管片衬砌的失稳,空洞位置越靠近隧道拱腰水平位置,盾构隧道的稳定性越差;从提高盾构隧道的稳定性方面考虑,建议采用错缝拼装方式、刚性管片接头,并避免管片缺陷的产生。盾构隧道失稳是管片衬砌结构强度破坏与整体刚度降低耦合发展的结果。在无管片缺陷、无地层空洞情况下,盾构隧道失稳时的管片衬砌最大单点位移80~140mm,椭圆扁平率2%~5%,可为外径10m级盾构隧道失稳判定提供参考。     

既有线电气化铁路隧道病害全断面车载检测技术

介绍既有线电气化铁路隧道病害全断面车载检测技术和车载检测系统。车载探地雷达的6组天线辐射面不超过车辆界限,可以80～175 km/h速度采集隧道衬砌结构与围岩结构的雷达回波,并根据雷达回波图像判断隧道衬砌厚度、断裂、错台,围岩破碎、变形,衬砌后面是否有空洞等隧道病害。经现场试验证明可行、有效,可用于隧道衬砌质量和隧道病害普查。     

基于等效周长法研究隧道衬砌水压力荷载及内力

为研究方形隧道断面衬砌水压力及内力,利用等效周长替代法,将方形隧道断面转变成圆形隧道断面,并运用轴对称解析法与有限差分FLAC3D分别计算在不同衬砌渗透系数、不同注浆半径和不同衬砌厚度情况下,隧道衬砌水压力、渗透量、内力、偏心距以及安全系数。结果表明:轴对称解析法的渗透量和水压力与有限差分数值计算法的很接近;在不透水情况下,水压力不进行折减;通过控制排水、减小衬砌渗透系数、适当增大围岩注浆或适当增大衬砌厚度可以调节衬砌水压力、偏心距与安全系数;衬砌厚度对边角处安全系数影响大;以设计水荷载为正算,施工监测水压力为反算,在施工过程中,检验并修正水荷载。     

铁路隧道整体式衬砌地质雷达检测模拟试验研究

根据我国铁路隧道模筑混凝土整体式衬砌结构,足尺寸施做整体式衬砌试件模型,并设置衬砌背后空洞、回填不密实等典型工况,进行地质雷达检测模拟试验。试验结果表明:地质雷达扫描图能反映各种预先设置的衬砌背后空洞、回填不密实等衬砌异常情况;并出现强反射区、同相轴连续等典型特征;衬砌及衬砌背后回填不密实厚度在准确测定各介质层相对介电常数条件下,能够进行定量分析,检测精度可达±4cm;衬砌背后空洞厚度则可通过其与反射波振幅比的线性关系计算。模拟试验结果可为实际工程地质雷达检测结果定性、定量解释提供参考。     

二衬厚度对盾构隧道双层衬砌纵向力学性能的影响

盾构隧道作为一种复杂的三维线性地下结构,容易受围岩特性不均等因素影响产生不均匀变形,引发结构局部破坏等病害。为研究双层衬砌盾构隧道在运营过程中的纵向力学行为,结合武汉地铁8号线越江隧道工程,建立纵向三维壳-弹簧力学分析模型,结合工程实际探讨二次衬砌厚度对盾构隧道双层衬砌力学性能的影响,以期获取合理的二次衬砌厚度取值。研究结果表明:(1)盾构隧道双层衬砌结构的纵向等效弯曲刚度随二次衬砌厚度增加呈线性增加;(2)施作二次衬砌可降低隧道纵向不均匀沉降量及管片间的错台量,二者随二次衬砌厚度增加而减小,但幅度不大;(3)在隧道纵向出现极端不均匀变形条件下,施作二次衬砌会导致位移突变点附近部位的管片局部内力及环缝张开量增大;(4)综合分析盾构隧道管片衬砌变形及受力,同时考虑工程造价和二衬是否设置配筋等因素,对于直径12 m级盾构隧道,其二次衬砌厚度建议取20~35 cm。     

基于对应分析模型的隧道衬砌病害主成因挖掘

基于对应分析模型提出隧道衬砌病害主成因挖掘方法.根据隧道衬砌病害的样本和成因的调查资料,建立隧道衬砌病害对应分析模型的列联表;通过因子分析,建立对应分析模型中的R型因子分析与Q型因子分析的关系;计算对应分析模型的收敛性,采用特殊点排除法优化对应分析模型的收敛性;将隧道衬砌病害样本点和成因点绘制在二维对应分析图中;根据两者在图中的对应位置关系判断导致隧道衬砌病害的主成因.根据收集的18座隧道衬砌病害资料,采用提出的隧道衬砌病害主成因挖掘方法,利用SPSS软件进行主成因挖掘.结果表明,样本隧道衬砌病害的主成因有衬砌背后空洞、衬砌厚度不足、围岩处理不当和塑性地压4个.     

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.     

围岩空洞对重载铁路隧道动力稳定性的影响

以浩吉铁路万荣隧道为研究对象,基于围岩拱部空洞的各类参数(长度、高度、分布范围),对隧道动力响应特性、隧道衬砌应力等进行研究。在分析列车动力荷载的施加机理与施加方法的基础上,建立车辆-轨道-隧道动力有限元模型,计算在列车荷载的作用下,不同的空洞参数对隧道位移、加速度、衬砌主应力等方面的影响。研究表明,空洞加剧了隧道各部位的振动响应,其中拱顶的动力响应变化最大,空洞高度从0增大到20 cm时,拱顶的位移峰值增大了近3倍,而仰拱部位位移最小;空洞也改变了衬砌混凝土的受力状态(由受压变为受拉),这对于混凝土材料极为不利;随着空洞范围的不断增大,动力荷载对拱顶的影响加剧,拱顶的加速度峰值由无空洞状态的1.62 m/s^-2增加到3.49 m/s^-2,此时结构已处于不稳定状态。     

富水砂层水平旋喷拱棚的力学特性北大核心

为研究水平旋喷拱棚(简称拱棚)在富水砂层中的力学特性,以江门隧道工程为依托,采用模型试验和数值模拟方法,通过变化地下水位、地层渗透系数和覆土厚度,分析在开挖过程中拱棚挠度和轴力。模型试验结果表明:随着开挖深度增加,拱棚挠度增大,越靠近洞口拱棚挠度越大;在有地下水工况下,掌子面附近拱棚挠度比无水工况低,说明拱棚在富水砂层的预支护效果较好;拱棚最大轴力位于掌子面附近,且地下水位越高轴力越大。数值模拟结果表明:覆土厚度小于13 m时,随着覆土厚度增加,拱棚挠度和轴力近似呈线性增长;覆土厚13 m时,随着地下水位升高,拱棚挠度和轴力增大,当地下水位与拱顶净距大于3 m后,随着地下水位升高拱棚轴力增速变大;地下水位对拱棚轴力影响较大,为保证隧道施工安全,建议采取降水措施减小拱棚受力。