基于地质雷达的隧道衬砌缺陷分析及整治方法探讨

随着隧道数量及里程的大规模增加,隧道衬砌的缺陷问题暴露的越来越多,如何识别隧道衬砌缺陷并有效整治,成为广大建设者和运营工作者面对的一道难题。本文以笔者多年参与的地质雷达隧道衬砌缺陷检测资料为研究对象,结合隧道施工的实际状况,系统性地对隧道衬砌缺陷中衬砌空洞(脱空)、衬砌厚度不足和衬砌钢筋布设异常3种衬砌缺陷的形成原因、地质雷达图像特征、危害及整治措施进行分析。衬砌空洞(脱空)、衬砌厚度不足可在浇筑、开挖和防水板施工过程中形成,衬砌钢筋异常多由钢筋未规范绑扎引起;衬砌空洞(脱空)、衬砌厚度不足和衬砌钢筋布设异常3种缺陷可根据图像中反射信号的强烈程度和具体形态加以识别;隧道缺陷应论证是否需要整治,确需整治时应根据主要危害确定整治措施。本文总结了3种隧道缺陷的形成原因、雷达图像特征及整治措施,有助于对隧道衬砌缺陷更有效地进行防范、检测以及确定整治措施。     

地质雷达在隧道衬砌质量检测中的应用

利用地质雷达准确检测隧道衬砌中存在的各类病害的位置和规模并据此对其进行有效治理对于保障道路运输安全有重要的意义。通过几个具有代表性的工程实例,对二衬厚度的拾取、钢筋网和钢拱架的识别、脱空异常和衬砌后回填不密实异常的雷达检测图像进行了分析总结,对于正确分析地质雷达检测资料有很好的参考价值。     

隧道衬砌典型结构与缺陷的地质雷达图像特征分析

为了更好地提高地质雷达在隧道衬砌检测中的准确性,通过理论分析并结合大量的实测数据,讨论了地质雷达在隧道衬砌结构定量分析和定性分析两方面的应用。定量分析主要讨论总结了隧道衬砌钢筋、拱架、界面等目标体的图像特征;定性分析主要讨论总结了隧道衬砌层间脱空和空腔等结构缺陷的图像特征。通过应用研究表明,总结各类目标体的特征波形能较好地服务于工程实践,为确定隧道二衬钢筋间距、初支拱架间距、二衬厚度值以及衬砌结构缺陷的处治工作等提供依据。     

基于gprMax的衬砌脱空三维正演分析

衬砌脱空是一种常见的施工缺陷，会导致结构的劣化，降低隧道的安全性，需要在施工及运营阶段对隧道衬砌进行检测．利用基于时域有限差分法的gprMax软件，建立含脱空的隧道衬砌模型，对三维探地雷达的衬砌检测过程进行正演模拟，获取脱空的三维数据体．对脱空的响应特征进行分析，讨论了脱空对电磁波波形及波场分布的影响，结合工程实例验证了正演结果的可靠性．结果表明，脱空区电场强度随测线靠近中心而增强，依据这种变化可实现对脱空三维尺寸的探测；电磁波在脱空内部产生多次反射，引起围岩层中电磁波信号的多次震荡；金属部件会对脱空区信号产生较强的干扰，电场极值从大到小依次为无金属部件、单层钢筋网和双层钢筋网．研究结果对于推动三维探地雷达在隧道衬砌脱空检测中的应用，提高脱空检测的准确性具有参考价值．     

探地雷达在隧道衬砌结构检测中的应用研究

根据探地雷达在隧道衬砌结构检测中的应用实践,论述了探地雷达工作原理,结合应用实例分别就隧道衬砌结构层、隧道开挖是否存在超欠挖现象、衬砌结构中空洞、隧道初期支护钢支撑、衬砌结构中排水设施、二次衬砌混凝土厚度的检测进行了分析,得出两条经验性总结。     

基于GprMax的隧道衬砌地质雷达检测正演模拟与实测数据分析

利用时间域有限差分（FDTD）软件GprMax,根据初衬中钢拱架和钢筋的电磁参数,建立不同模型,模拟地质雷达对隧道衬砌的检测过程。由于隧道衬砌、围岩、钢筋等各种工程介质的介电常数存在不同的差异,使得不同目标在雷达图像上显示出不同特性的波形特征。结果表明：钢拱架雷达图像明显,反射回波显著,波形特征为分散的月牙形强反射信号,无明显多次反射波;钢筋的波形为向上凸起的弧形,且交织在一起。将这一结果与实例探测结果进行对比。对比实际探测结果表明：二衬内有钢筋分布的情况下,不可能在二衬之后准确检测出初衬内的钢拱架的数量及分布情况,所以初衬检测与二衬检测应分开进行;利用软件GprMax模拟地质雷达在初衬中的检测是准确可行的,能够清晰地反映隧道衬砌中钢拱架和钢筋的成像特征,效果较好,可为工程实践判别提供依据。     

地质雷达在公路隧道衬砌质量检测中的应用

简要介绍地质雷达工作原理和在公路隧道衬砌质量检测中的应用范围和检测技术措施,并结合典型图例对地质雷达检测衬砌厚度、背后空洞、回填密实度、钢拱架和钢筋分布进行了详细分析和阐述。同时,对检测中存在的问题进行了分析,阐明地质雷达是隧道衬砌质量检测中的一种行之有效的方法。     

地质雷达在隧道衬砌质量检测中的应用

地质雷达作为一种新型无损检测设备,因其快速、高效、分辨率高等优点迅速在各个工程行业得到推广。文章在阐述地质雷达工作原理的基础上,介绍了地质雷达检测工作方法、参数设置,并结合工程实践对隧道衬砌检测中遇到的衬砌界面、拱架与钢筋网、空洞、不密实体、地下水等波形的特征加以分析总结。     

探地雷达在铁路隧道衬砌质量检测中的应用

介绍了探地雷达在铁路隧道衬砌质量检测中的应用,有力地说明了探地雷达在隧道衬砌质量的检测中,具有快速、高效、准确、无损的先进性和应用探地雷达检测隧道衬砌质量的必要性。     

公路隧道衬砌裂损病害检测与治理对策

目的为治理公路隧道病害,针对病害检测结果提出了治理方案.方法采用地质雷达方法进行无损检测及弹塑性有限元方法对治理前、后衬砌结构受力状态进行分析.结果探明了该隧道衬砌厚度、衬砌混凝土强度、衬砌混凝土密实度、衬砌背后空洞分布和范围.对隧道结构衬砌裂损病害采取补强措施,即衬砌背后空洞的填充和衬砌本身的加强;对隧道漏水病害设置必要的防排水设施,从导排、防漏两方面入手,解决隧道漏水问题;数值分析表明治理后衬砌结构处于稳定状态.结论实际应用取得良好效果,治理方法可应用到相似病害隧道加固治理工程中.     

Nondestructive testing for crack of tunnel lining using GPR

Lining craze, as a common engineering damage, affects the bearing capacity and the safety of tunnels.To improve the capabilities of the surface crack detection in the tunnel lining, ground penetrating radar(GPR) was employed. The principle and method of GPR for cracks investigation of tunnel lining were expounded. As an application example, some field measurements in order to detect the depth of cracks for the tunnel lining were achieved in a new tunnel. All GPR investigations were made with the antennae of 1 GHz. The cracks of concrete structure were located, and the distributing and depth of cracks are inspected and estimated by GPR. The results of investigation show GPR is accurate and efficient to detect cracks of tunnel lining.     

Nondestructive testing for crack of tunnel lining using GPR

Lining craze, as a common engineering damage, affects the bearing capacity and the safety of tunnels. To improve the capabilities of the surface crack detection in the tunnel lining, ground penetrating radar (GPR) was employed. The principle and method of GPR for cracks investigation of tunnel lining were expounded. As an application example, some field measurements in order to detect the depth of cracks for the tunnel lining were achieved in a new tunnel. All GPR investigations were made with the antennae of 1 GHz. The cracks of concrete structure were located, and the distributing and depth of cracks are inspected and estimated by GPR. The results of investigation show GPR is accurate and efficient to detect cracks of tunnel lining. Foundation item: Projects(50204012; 50490274) supported by the National Natural Science Foundation of China; project supported by the Postdoctoral Science Foundation of China     

基于松阳隧道的衬砌检测研究

地质雷达作为一种重要的无损检测设备,因其操作简便、分辨率高、图像直观在隧道施工中广泛应用.介绍了地质雷达的工作原理、仪器的使用和数据处理的方法,通过松阳隧道衬砌的检测说明了地质雷达的使用方法,总结分析了其在衬砌检测中的有效性和适用性.     

基于图像补偿的隧道衬砌裂缝检测方法

针对检测平台振动导致隧道衬砌裂缝图像识别准确率低、检测数据可靠性差的问题,提出基于图像补偿的隧道衬砌裂缝检测方法.开发车载式隧道衬砌裂缝检测系统,提出图像帧间自适应运动估计的方法. 对采用环境光增强处理得到的图像进行基于特征点匹配的自适应运动估计,建立图像帧间的运动关系,用卡尔曼滤波算法对运动参数进行滤波,去除采集平台的无规则振动,经过双三次插值实现图像补偿. 提出基于自适应分块综合滤波和形态学方法的衬砌图像裂缝分割方法,有效地完成裂缝提取和裂缝参数计算. 实验结果表明,利用提出的方法能够较好地补偿采集平台的振动误差,准确地提取裂缝信息,实现隧道衬砌裂缝的高精度检测.     

基于深度学习的公路隧道衬砌病害识别方法

针对与日俱增的隧道养护需求,为了节约时间与人力成本,提出基于卷积神经网络的公路隧道衬砌病害检测方法. 利用自主研制的隧道智能快速检测车采集24条隧道衬砌的图像,构建超过20 000张病害图像的高质量数据集. 结合隧道衬砌病害的成因及特点,分别构建单阶段SSD模型和两阶段R-FCN模型在自制的数据集上训练,对检测结果进行对比分析,提出离线式隧道衬砌病害检测方案. 试验结果表明,SSD模型的识别准确率为98%,总的平均精度均值（mAP）为72%,检测速度较快,适用于隧道的快速诊断. R-FCN模型的识别准确率为85%,总的mAP达到91%,检测精度较高,适用于隧道病害的后期处理. 利用这2种检测模型均可以提升检测效率和精度.