衬砌背后空洞对隧道结构承载力影响的模型试验研究

在隧道的建设过程中,因地质条件、施工等因素的影响在衬砌背后留有空洞的现象是比较普遍的,为了研究这种隧道病害对衬砌结构承载力造成的影响大小及对不同病害工况条件下衬砌结构受力破坏特征,通过对重庆某高速公路隧道典型断面因施工或环境原因造成二衬背后空洞的结构缺陷．睛况,在室内采用几何比为1：25的大比例模型试验,全面研究结构在不同围岩条件下、不同空洞位置以及不同地应力场（塑性地压、偏压及围岩松弛的垂直地压）作用下,隧道产生病害的形式、规律以及承载力的大小。同时采用相同的补强形式加固隧道结构,再进行破坏试验,最终得出空洞对结构承载力的影响是明显的,相同条件下,围岩类别越高,其承载能力越大,空洞对水平应力敏感,在水平应力为主应力时,拱顶空洞的影响大于拱腰空洞的影响;竖直应力作用为主的地应力场,产生病害时对应的竖直荷载高低排序为：无缺陷时最高,中等空洞最低。     

基于特征数据分块自适应切片的空洞修补

针对常用的空洞修补方法在修复具有多种曲面类型的空洞时失效和所修复的曲面不光顺等缺点,提出基于特征数据分块自适应切片的空洞修补。首先,在考虑特征信息的情况下基于聚类对散乱点云进行分块;然后利用特征进行自适应切片,获得曲线并进行拟合;最后,在线上取点填充缺失的点云,最终对完整的点云模型进行曲面重构建立实体模型。试验结果表明,采用自适应切片法修补空洞能够保留特征,所填充的点云数据精度较高,能够满足后续建模的需要。此外对该方法填充的点云进行了曲面重构及光顺,结果令人满意。     

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。     

海底隧道施工缺陷对衬砌安全性影响研究

根据厦门翔安海底隧道的施工缺陷记录,分析了施工缺陷对衬砌安全性可能造成的影响。采用三维非线性有限单元法,对海底隧道衬砌背后空洞及衬砌厚度不足两种病害进行了数值模拟分析。研究结果表明,不同位置及程度的衬砌背后空洞均会对衬砌整体安全造成影响,拱顶背后空洞不会改变裂缝分布位置,拱腰背后空洞会使衬砌裂缝分布位置发生变化并产生新的裂缝。不同位置及程度的衬砌厚度不足,均只对衬砌厚度不足截面附近位置结构安全产生较大影响;拱顶衬砌厚度不足将会导致拱顶及拱腰产生裂缝,拱腰及边墙衬砌厚度不足不会使衬砌出现新的裂缝。     

衬砌背后空洞对连拱隧道结构受力和破坏的影响研究

为研究衬砌背后空洞而诱发的连拱隧道结构破坏机制及解决维修整治难题,以衬砌背后存在空洞时的连拱隧道为研究对象,通过相似模型试验和有限元数值模拟,研究空洞位置及尺寸变化时连拱隧道围岩压力分布、结构安全状态及破坏演化规律。结果表明： 1）因为衬砌背后空洞的存在,连拱隧道内侧拱肩的土压力大于外侧拱肩,雁形区承受较大的围岩荷载; 2）空洞位置发生变化时,空洞同侧隧道拱顶、拱腰裂缝的形态及传播规律差距显著,空洞对侧隧道以及连拱隧道底部的影响相对较小; 3）当空洞位于中墙顶部时,拱顶安全系数比空洞位于其他位置时更小,而裂缝尺寸更大,且拱顶裂缝最早出现; 4）随左洞拱顶空洞尺寸的增加,中墙与右洞拱部交接处越容易产生裂缝,连拱隧道破坏程度越严重,空洞角度比空洞深度对连拱隧道结构破坏影响更明显,空洞角度的增加使得空洞区域内、空洞左侧边缘及左拱脚的裂缝更早出现。研究揭示了空洞位置及尺寸变化时的连拱隧道裂缝分布规律及扩展过程,建议对连拱隧道衬砌背后形成大尺寸的空洞及时进行注浆充填。     

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。     

探地雷达多特征融合的城市空洞自动识别方法

探地雷达发射的电磁波容易受外部环境干扰，城市中复杂的地下市政设施进一步增加了空洞的识别难度，目前利用时域振幅特征图不能全面反映空洞病害的结构和介电参数，自动识别时容易出现误判和漏判。为了能够充分利用探地雷达信号中的多维信息，提升城市空洞自动识别的精度和效率，考虑提取反射信号特定时刻的振幅、频率和相位特征，通过特征融合解译改善空洞的识别精度。首先使用希尔伯特变换将信号从时域转换为时频域，在时频域计算得到特定瞬间的振幅图(IA)、频率图(IF)和相位图(IP),建立包含原始特征图(OP)的4个单特征数据集；然后基于二维小波变换的方法分别将IA+IF、IA+IP、IF+IP、IA+IF+IP融合，其中图像的高频部分采用最大值融合规则，低频部分采用均值融合策略，建立4个特征融合数据集；最后使用YOLOv7算法在8个数据下进行训练，对比研究模型的性能。结果表明：在IA+IP和IA+IF+IP数据集下训练的模型，相比OP数据集下性能均有所提升，其中IA+IP数据下训练的模型表现出最佳的性能，相比OP数据集模型的精确率提升5.0%,召回率提升7.6%,F1值提升7.8%,AP＿0.5提升5.9%。该...     

结合空洞编码器和特征金字塔的中心点船舶检测

为了进一步提高基于深度学习的船舶目标检测技术的检测精度，在无锚框中心点检测算法基础上，提出一种结合空洞编码器和特征金字塔的改进中心点船舶检测算法。采用Res Ne Xt-50网络对船舶图像进行特征提取，引入基于空洞残差的空洞编码器（DE）增大32倍下采样特征图的感受野，生成覆盖多个目标尺度的特征图，并采用特征金字塔网络（FPN）进行上采样，在上采样过程中融合空洞编码器生成的32倍下采样特征图和原16倍、8倍和4倍下采样特征图，从而提取到更丰富的船舶特征信息，提升船舶检测效果。结果表明，改进算法对不同类型和不同尺度下的船舶检测平均精确率相比原算法具有较明显的提升，相比SSD和YOLOv3算法具有更高的精度优势。     

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%。