隧道衬砌背后空洞的地质雷达检测试验与模拟研究

衬砌背后空洞作为隧道常见的一种病害,对隧道支护结构的承载性能有较严重影响。然而,由于探地雷达检测的图像辨析程度及分辨率精度限制,隧道衬砌背后空洞辨识存在一定主观缺陷,且小尺寸空洞更难于辨识,为检测人员所忽视。针对隧道衬砌背后空洞这一特征病害,运用配有600MHz屏蔽天线的地质雷达检测隧道二次衬砌素混凝土区的空洞状况,研究空洞的形状、尺寸、埋深及积水对空洞反射波组特征的影响,并且基于时间域有限差分法(FDTD)采用GPRMAX2D软件对试验模型进行数值模拟分析,将数值模拟的结果与试验模型检测的雷达波组图进行对比验证并加以分析。     

隧道施工因素对衬砌结构安全性影响评价研究

施工中隧道衬砌背后空洞、衬砌厚度不足、衬砌混凝土强度不足、初期支护钢架间距不足、衬砌钢筋层间距不足等施工质量问题将直接影响结构安全。针对隧道施工因素,对隧道结构安全进行数值模拟计算分析,评价各施工质量因素对隧道结构安全性的影响。结果表明,各缺陷对结构影响按大小排序为:背后接触松散结构厚度钢筋层间距结构强度局部空洞钢架间距;拱顶和拱脚弯矩大,安全系数最低,设计及施工中宜采取加强拱顶及拱脚厚度、加强钢筋及抗拉锚杆布置等措施优化结构。     

隧道二次衬砌拱顶背后脱空预防技术措施

隧道二次衬砌背脱空是常见的病害之一,因其隐蔽性较强,很难在验收阶段一次性处理到位,往往出现边运营边处理的情况,造成严重的运营安全隐患,且后期处理成本大,资源浪费严重,在施工过程中采取措施避免衬砌背后空洞显的尤为重要。本文以蒙华铁路崤山隧道为例,对二次衬砌拱部背后空洞预防技术措施进行了研究。     

铁路隧道复合式衬砌地质雷达检测模拟试验研究

针对铁路隧道复合式衬砌存在的复杂病害,按足尺寸施做复合式衬砌试件模型,进行地质雷达检测模拟试验研究。模拟试验结果表明：地质雷达扫描图中能够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,并且具有强反射区、同相轴连续等特征;二次衬砌厚度检测精度与衬砌相对介电常数密切相关,在准确测定相对介电常数的条件下,衬砌厚度能够定量分析,精度可达± 4 cm ;相对介电常数宜取多个标定点的平均值,并宜对素混凝土衬砌和钢筋混凝土衬砌分别测定。模拟试验结果对实际工程地质雷达检测及其结果分析具有一定的参考价值。     

衬砌背后空洞影响下隧道结构裂损规律试验研究

衬砌背后空洞的存在严重影响了围岩与衬砌之间的相互作用,极易引起衬砌结构破损并直接影响到运营安全。通过模型试验,系统研究了拱顶与拱肩背后存在双空洞条件下隧道结构裂损演化过程及衬砌结构轴力和弯矩的变化规律。模型试验结果表明:(1)衬砌背后双空洞的存在,严重影响隧道结构的受力状态,易导致衬砌结构承载力不足;(2)拱顶与右拱肩背后存在双空洞条件下衬砌裂缝出现的顺序为:仰拱内表面裂缝→空洞间衬砌内表面裂缝→拱肩空洞右侧衬砌外表面裂缝→拱顶空洞左侧衬砌内表面裂缝→左拱脚衬砌外表面裂缝→右拱腰衬砌外表面裂缝;(3)空洞尺寸变化显著改变了衬砌内力分布,空洞尺寸的增加,引起两空洞间衬砌结构轴力减小而弯矩增大,使两空洞间的衬砌结构破坏程度更严重;(4)衬砌背后空洞的位置及数量对隧道结构裂损过程有较大影响,衬砌背后存在双空洞时衬砌裂缝的传播过程更复杂。研究成果可为衬砌背后多空洞影响下衬砌裂缝病害的防治和修复提供参考。     

衬砌背后空洞对隧道结构的影响分析及综合评价方法

本文选取隧道典型病害——衬砌背后的空洞,作为研究对象.通过对病害断面进行数值模拟分析,对隧道衬砌背后不同位置、不同范围的空洞以及拱顶存在空洞下隧道衬砌在不同围岩等级进行有限元模拟,得出衬砌内力和位移,通过分析得到其对衬砌影响的程度及规律.对衬砌结构健康级别评价划分,从而采取不同的应对措施.     

拱顶背后空洞对直墙式隧道结构安全性影响分析

拱顶背后空洞作为隧道衬砌病害的主要诱因,威胁着隧道运营安全.为探究空洞对隧道结构安全性影响机制,依托某公路隧道工程,建立三维数值模型就空洞几何尺寸对衬砌结构内力及安全性变化规律进行分析.研究结果表明:拱顶背后空洞的存在改变了衬砌结构内力分布规律,空洞几何尺寸发生改变,衬砌结构内力也随之变化;当空洞环向范围发生改变,衬砌...     

公路隧道衬砌背后空洞分布特征及其 对衬砌结构的影响

针对公路隧道衬砌结构病害问题日益突出的现状,基于160余座公路隧道衬砌检测资料对衬砌背后空洞形态特征进行统计分析,在此基础上对衬砌结构受力性能和安全性进行了评价。结果表明:空洞主要分布在衬砌拱部位置及围岩状况较差的Ⅴ级、Ⅳ级围岩段; 空洞纵向长度主要分布在0～20 m范围,其分布曲线呈指数降低分布规律,空洞径向高度主要分布在0～25 cm范围,其分布曲线呈正态分布规律,空洞平均长度及高度按照拱顶→拱腰→边墙、V级→Ⅳ级→Ⅲ级的规律逐渐减小; 空洞高度的增大对衬砌结构力学性能影响较小,而空洞环向范围的增大显著降低了衬砌安全性,衬砌结构受力性能随空洞纵向长度增大而逐渐向着不利状态转变,但当空洞纵向长度增大到一定值后衬砌结构安全性进一步降低的幅度有限; 研究结果可为衬砌背后空洞的整治提供参考。     

铁路隧道衬砌地质雷达非接触检测模拟试验研究

 通过对铁路隧道整体式衬砌试件进行地质雷达非接触式检测模拟试验,研究不同检测距离(地质雷达天线底面距衬砌试件表面的距离)对地质雷达扫描图图像质量及检测精度的影响。试验结果表明：(1) 在检测距离为10,20 cm的条件下,采用400 MHz地耦屏蔽天线能够对隧道整体式衬砌进行地质雷达非接触式检测。(2) 随着检测距离增大,所获得的地质雷达扫描图图像质量降低,需对地质雷达反射波采取数字滤波、调整增益系数等处理措施才能够达到满意的效果;地质雷达图像质量与仪器设备有一定关系,在实际工程中,检测前应先通过试验验证合理的检测距离。(3) 在地质雷达扫描图中,可识别试验设计方案中预设的各种工况类型,而且衬砌背后回填不密实、空洞等的位置和范围都与天线密贴衬砌情况基本一致,满足地质雷达扫描图定性解释的要求。(4) 衬砌厚度检测结果的误差随检测距离的加大而增大,但是除极少数测点误差较大外,其他测点的误差范围是接近天线密贴衬砌情况的,能够保证衬砌厚度检测值的准确性;通过对非接触式检测结果进行修正,可使其达到接触式检测的效果;衬砌背后回填不密实层和空洞厚度检测值的误差范围与天线密贴衬砌的情况一致。本文研究成果将对开发车载地质雷达检测系统,以及实际工程中地质雷达非接触式检测技术的应用具有一定的实用价值。     

铁路运营隧道衬砌背后接触状态及其分析

 铁路隧道衬砌背后接触状态可分为衬砌背后接触密实、衬砌背后接触松散和衬砌背后空洞3种情况,其中,衬砌背后接触松散和衬砌背后空洞统称为衬砌背后接触不良,是常见的隧道质量缺陷。研究表明：衬砌背后接触不良是诱发隧道病害的重要原因,直接影响到隧道结构的安全性。通过对100余座铁路运营隧道衬砌无损检测及统计分析,取得以下结论：(1) 同等条件下,单层衬砌比复合式衬砌更易出现衬砌背后接触不良状况,且单层衬砌背后接触不良程度高于复合式衬砌;(2) 衬砌背后接触不良段所占比例及严重程度与围岩级别有密切关系,在隧道围岩稳定性较差的区段更为严重;(3) 衬砌背后接触不良状况随断面位置而变化,以拱顶处最大,拱脚减小;(4) 衬砌背后空洞的存在受到隧道设计理念、工程质量控制和运营养护水平等因素的影响,而衬砌背后及时的回填注浆则是控制的关键。取得的隧道衬砌背后接触状态及其分布规律可为结构缺陷的病害演化及致灾机制的研究提供参考与借鉴。