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。     

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%。     

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。     

隧道衬砌检测智能雷达系统的研发与应用

铁路隧道检测是铁路建设与运营中的重要环节,检测技术包括声波检测、线上监测、电磁波检测等。随着科技不断进步和新技术应用推广,针对当前隧道衬砌检测中的数字化和智能化难点,深入研究探地雷达数据解译问题,采用人工智能、大数据、互联网等技术研发了TR-1型智能雷达系统。经过在建隧道现场试用,证实TR-1型智能雷达系统具有检测轻便化、管理数字化、识别智能化等优势,可有效提高隧道衬砌检测质量和效率。     

高铁大断面隧道衬砌智能化建造及质量控制技术

隧道智能建造技术作为中国“智能铁路”重要组成部分,引领了隧道修建技术的发展方向。为提高隧道施工智能化水平,保证衬砌及断面整体施工质量和使用寿命,以京张高铁八达岭隧道为背景,提出了一系列复杂大断面隧道衬砌智能化建造及质量控制技术。二衬结构混凝土智能振捣和浇筑技术可实现混凝土的自动化施工,减少现场作业人员50%,降低现场数据记录耗时90%;自主设计了一套以智能温湿控制系统为核心的衬砌智能养护台车,智能控制和调节养护区域内温度和湿度,显著降低人工投入和减少人为质量缺陷,提高施工效率;提出二衬防脱空自动报警、防顶裂技术,有效防止衬砌空洞和开裂的发生,使空洞发生概率由16%降为6%,二衬开裂概率由22%降为8%;衬砌智能化建造及质量控制技术在新八达岭隧道的成功应用,提高了隧道衬砌的施工质量水平和综合管理能力。     

铁路隧道衬砌表观病害智能检测技术

针对铁路隧道衬砌表观病害检测需求，梳理并分析技术现状，介绍隧道衬砌表观病害智能检测系统的研制情况和系统组成。提出铁路隧道衬砌表观病害智能检测面临的技术难点，分析图像快速采集、病害智能识别、病害样本库构建等智能检测关键技术。通过基于实测数据集以及现场检测复核等手段，验证铁路隧道衬砌表观病害智能检测系统关键参数。结合现场运用情况，分析铁路隧道衬砌表观病害智能检测系统运用效率。智能检测系统应用表明，铁路隧道衬砌表观病害智能检测技术可大幅提升隧道衬砌病害检测的自动化和智能化水平。     

探地雷达在隧道衬砌空洞检测的正演模拟应用研究

按照时域有限差分解麦克斯韦偏微分方程的思路,通过基于时域有限差分的数值模拟方法,利用Matlab语言,编制了隧道衬砌空洞的二维正演程序,正演探地雷达波形在隧道衬砌空洞中的传播规律,分析了探地雷达在探测隧道衬砌空洞的有效性以及衬砌空洞的雷达波反射特征。正演模拟结果表明:衬砌空洞雷达反射信号强,且呈现多次反射特征,通常呈现双曲线特征,振幅强,频率低,在空洞下部仍有强反射界面信号,上下界面两组信号时程差较大。借助于实例,将模拟结果与实际检测结果进行了对比分析,取得了良好的效果,说明数值模拟是探地雷达波形识别的一种有效手段,因而,可以采用该方法对隧道结构衬砌背后的空洞病害进行有效检测,以指导隧道的安全评估。     

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。     

铁路隧道衬砌灌注质量智能化保障技术

隧道结构时有掉块、水害、底鼓、开裂等病害产生,衬砌掉块因其发生无预兆、严重危及行车安全的特点被称为铁路隧道首害。空洞、脱空等衬砌质量缺陷是导致掉块等病害发生的主要隐患。既有检测技术的局限性、施工期间环境的特殊性、混凝土多相混合的模糊性、工艺工法的隐蔽性,导致长期以来无法掌握混凝土冲顶的实际状态。经深层次分析拱顶空洞成因,针对性研发了衬砌灌注状态监测装置,设计隧道衬砌冲顶状态智能判释系统,形成高速铁路隧道衬砌冲顶质量智能化保障技术。该技术于京张高铁八达岭隧道开展试用,为现场提供实时指导依据,达到了降低衬砌施工质量缺陷、提升隧道品质的目的。     

蔺家川隧道病害治理

蔺家川隧道病害整治设计中,以治理渗漏水、衬砌背后空洞与结构补强相结合,针对不同病害成因,采用了W钢带、AB树脂、微纤维喷射混凝土、自动压力灌浆技术等新材料和新技术,取得了良好治理效果。     

隧道表面图像多目标智能识别算法研究

隧道表面病害已经成为轨道交通基础设施巡检的重要任务之一,人工巡检方法耗时长、强度高,需要智能化、自动化的目标检测与病害识别算法研究。提出一种隧道多目标分类方法和智能识别理论模型,对采集的隧道表面图像进行精细化标注并建立数据集,采用基于语义分割的理论模型对隧道图像目标进行智能分类识别。考虑隧道纹理的特殊性,本研究对算法中模型结构进行改进优化,实现隧道多种目标的智能化检测。试验中,通过测试集和隧道正线图像进行对比试验,其中隧道典型病害裂缝的检测率为94.2%,渗漏水的检测率为96.9%,验证了模型和算法的有效性。     

地质雷达信号定量识别用小波基选取的正演及模型试验研究

针对隧道衬砌结构地质雷达检测信号分析用小波基函数难以选取及信号特征点信息不易提取的问题,在小波分析原理及信号特征点识别理论基础上,从各小波基函数基本性质出发对适用于地质雷达信号分析用小波基进行初步选取.构建含空洞地质雷达正演模型,开展含空洞沙槽模型地质雷达探测试验.基于初选的小波基函数,采用小波时-能密度法对空洞检测信号进行特征点提取与空洞尺寸量化分析,并对适用于地质雷达信号奇异性检测的最优小波基进行分析和优选.研究结果表明:小波时-能密度谱法对信号特征点的突出和放大作用非常明显,该方法能更准确、快速地确定奇异点所在位置;相对于Bior3.9双正交基,由Bior2.6小波基计算得出的空洞位置信息与实际值更接近,该小波基更适合用于地质雷达信号奇异性检测中,研究结果可为隧道衬砌结构质量缺陷的准确识别与定位提供理论基础与参考.     

自动布料带压浇筑智能衬砌台车施工技术研究

针对运营隧道出现衬砌空洞、开裂、掉块等质量病害原因,结合传统隧道衬砌台车在施工中存在的易跑模、布料及振捣难度大、拱顶砼不饱满等常见问题,在郑万高速铁路罗家山隧道衬砌施工中,从台车设计制造、现场应用试验、使用过程改进等方面,贴合施工实际,运用机械臂逐窗入模、带压灌注技术、软搭接技术、高频气体振捣技术、灌注混凝土液面显示、信息化等新技术,通过"以工装保工艺、以工艺保质量"有效解决了衬砌质量问题,降低了人员劳动强度。同时,信息化系统的应用,一定程度上实现了衬砌施工的机械化、信息化和智能化。     

铁路工程隧道衬砌质量智能检测系统研究

隧道衬砌质量直接影响着铁路建设及运营安全,其质量检测至关重要,目前最常用的检测方法是地质雷达法,还停留在传统人工托举天线施测的阶段,检测成本高,工作效率低,而且高空作业存在安全风险,难以满足日益增长的隧道衬砌质量快速检测需要,亟须研发小型化、智能化的快速检测技术及装备。随着无人机、机器人、人工智能及物联网等技术的快速发展,创新提出一种旋翼顶升结合固定翼正压方式的爬壁机器人智能检测系统,该系统采用组合式正压方案,可在任意壁面、任意角度悬停及贴壁,高效完成隧道衬砌质量检测。研究内容主要包括系统方案架构、顶升设计、爬壁设计、控制逻辑设计及隧道测试等。     

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。     

泡沫混凝土在隧道衬砌背后空洞中的处治技术研究

泡沫混凝土是一种新型独特的多功能建材,具有轻质、整体性能好、低弹减震性好等特点。结合G312线六盘山隧道加固改造工程背景,对隧道在施工过程中进行了衬砌背后空洞区探测,综合分析衬砌背后空洞原因,确定采用泡沫混凝土对衬砌背后空洞进行处治;重点讨论了材料优点和使用要求以及隧道衬砌背后空洞处治施工工艺。通过该方法和手段保证了衬砌背后空洞的受力安全,降低对隧道衬砌的附加荷载,并形成缓冲层,为隧道加固改造工程及类似施工提供技术参考。     

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。     

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。     

探地雷达在隧道衬砌缺陷检测中的应用

研究目的:隧道衬砌缺陷是隧道检测的一个重要内容,探地雷达在隧道衬砌检测方面具有显著的效果和广泛的应用空间,分析总结典型衬砌缺陷的探地雷达波形特征,对于隧道衬砌检测具有参考意义。研究结论:通过研究可知,隧道围岩比衬砌雷达反射信号振幅大,且波形杂乱;衬砌钢结构的雷达反射信号外观上呈现双曲线特征,但钢筋的双曲线幅度窄,钢拱架的双曲线纵向延伸大,横向延伸小;衬砌空洞与围岩空洞的反射波同相轴错乱,有多次反射特征,反射波能量强,频率低。     

地质雷达无损检测在隧道二次衬砌中的应用

研究目的:运营隧道二次衬砌的病害检测、维修加固对于保证隧道的行车安全和衬砌的受力安全等具有重要的意义.本文以地质雷达检测蕉溪岭隧道群二次衬砌的病害,以直刚法研究空洞病害对二次衬砌的影响,并分析其原因,同时针对空洞大小提出一些相应的整治措施.研究结论:二次衬砌的病害原因主要是拱顶背后存在空洞及渗漏水.空洞的存在使得二次衬砌的受力复杂、不利,且拱顶和拱腰为受力的薄弱位置.拱顶背后空洞存在的主要原因是施工单位对设计意图理解不到位,未按新奥法施工,其次是二次衬砌封顶困难等.拱顶背后空洞较多时必须进行处理,以使二衬结构处于良限的受力状态,确保营运安全.