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。     

地质雷达空洞探测机理研究及其在隧道应用实例分析

隧道衬砌与围岩之间及塌方区回填注浆体内部的空洞数量和范围受到严格限制,以求最大程度提高隧道整体承载力和密实性,确保工程优质安全。为此简要探讨了地质雷达无损探测空洞的机理,并在云南麻栗坡隧道应用LTD-2100地质雷达对衬砌和塌方区回填注浆体密实性进行检测。对比空洞填修前后的探测结果可知地质雷达探测法具有快速、精确定位空洞并随之有针对性实施钻孔注浆的巨大优势,从而为大型隧道工程开展高效无损检测以期大幅度提高其安全储备及质量等级提拱了强有力手段,同时拓展了地质雷达在地球物理勘探学科中的应用领域。     

隧道工程中探地雷达空洞探测机理研究与应用

简要探讨了地质雷达无损探测空洞的机理,并在湖南某隧道运用地质雷达对衬砌和塌方区注浆回填体密实性进行检测。实际探测结果证明地质雷达探测法具有快速、精确定位空洞之优点,具有可以针对性实施钻孔回灌的巨大优势,从而为大型隧道工程开展高效无损检测以期大幅度提高其安全储备及质量等级提供了强有力手段,同时拓展了地质雷达在地球物理勘探学科中的应用领域。     

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。     

隧道衬砌混凝土空洞的雷达探测研究

隧道衬砌混凝土背后容易出现空洞,进而影响整个隧道的结构安全。本文针对隧道衬砌混凝土空洞的特点,使用Vivaldi雷达天线对该类型空洞进行分析和仿真实验研究,结果表明,该探地雷达适宜探测隧道衬砌背后存在的空洞,其发射天线和接收天线的互耦作用在数据处理的过程中可以消除掉;钢筋间距较密时,雷达天线系统的效率也会下降。     

公路隧道衬砌结构雷达检测结果解译方法探讨

介绍了地质雷达检测衬砌的原理与检测数据的处理流程,从二次衬砌结构厚度、钢筋分布、密实情况三方面,探讨了公路隧道衬砌结构雷达检测结果的解译方法,有效提高了地质雷达检测结果的直观性和准确性。     

地质雷达扫描仪在地铁暗挖隧道检测中的应用分析

介绍地质雷达扫描对隧道初期支护及二衬质量检测、雷达波速度定标、雷达波形分析的应用。结果表明,地质雷达以其非破坏性探测、效率高、分辨率可选、操作方便等优点,在隧道无损检测中广泛应用。实践证明,地质雷达方法检测隧道二衬背后注浆密实度具有独特优势,并可进行连续扫描,这是当前其他无损检测方法难以实现的。地质雷达推广应用,取得了良好的社会效益和经济效益。经过对其进行数据处理,解释了地质雷达图像数据,定性定量分析了工程施工质量,分析主要包括钢量、衬砌厚度、混凝土是否密实和混凝土空隙。     

公路隧道二次衬砌厚度检测及统计分析

运用地质雷达对忻州—保德高速公路官地坪2号隧道进行衬砌厚度和衬砌背后空洞检测,对检测数据进行统计分析,得到衬砌厚度偏差值分布规律,明确了衬砌厚度及衬砌背后空洞在衬砌施工中较难避免,建议公路工程质量验收规范对衬砌厚度验收条件适当放宽。     

隧道衬砌质量检测新技术

本文介绍了用地质雷达进行隧道衬砌质量检测的新技术，阐述了方法原理，给出了主要的衬砌检测方法和数据处理流程。通过一个工程实例检测表明该项技术对衬砌厚度的检测误差一般在３～５ｃｍ，对空洞的准判率可达８０％以上。     

探地雷达在隧道衬砌无损检测中的应用

探地雷达基于电磁波反射原理,以其特有的连续扫描透视功能,实现隧道衬砌质量的高分辨率无损检测。在简要阐述其检测机理、方法、测线与参数设置的基础上开展隧道衬砌实例检测。结果表明:该法检测效果良好,其中衬砌厚度误差约4.2%,空洞范围误差约7%,钢拱架间距误差约8%。同时针对所遇多种衬砌缺陷,分类解析归纳其雷达图谱特征,有助于提高探地雷达图像解译精度,便于及时采取相应补强修正措施,保证隧道施工和运营安全。     

隧道衬砌后方隐伏洞穴地质雷达响应特征分析

探明隧道衬砌后方隐伏洞穴对保障隧道结构安全和隧道耐久性具有重要意义。采用地质雷达(GPR)进行隧道衬砌后方隐伏洞穴检测时,双层钢筋网的屏蔽问题、洞穴尺寸和洞穴内填充物类型判断问题一直未能得到很好的解决。将不同围岩等级的隧道二衬结构简化成双层钢筋网和素混凝土结构两种形式,分别开展双层钢筋网后方洞穴探测和衬砌后方洞穴尺寸与充填物类型识别试验。试验结果表明:同时采用天线垂直极化和尽量小的道间距进行探测能有效地降低双层钢筋网对衬砌后方目标体的屏蔽作用;衬砌后方圆形和近似圆形洞穴的尺寸可用渐近线法估算,且具有较高的精度;充填物类型的识别需要综合考虑洞穴上下界面反射波双程走时,上界面反射信号单道波相位的正负、振幅的大小和时频谱下界面反射波中心频率变化情况等特征综合分析。     

The effect of fracture aperture and filling material on GPR signal

Ground-penetrating radar (GPR) was used to locate fractures and distinguish fracture properties at the laboratory and field scales. Laboratory studies were performed to define the effects of fractures on the GPR signal. In the laboratory, a fracture between two blocks of crystalline rock was filled with water or air, and the aperture of the fracture was varied from 0.75 to 10 cm. Air-filled and water-filled fractures were successfully distinguished on the basis of GPR signal polarity changes. Moreover, it was possible to estimate the fracture aperture when it was wider than the vertical resolution of the antenna. For instance, the resolution of a 800-MHz antenna enables the detection of 1-cm-wide water-filled openings. Armed with knowledge of the signal behavior at the laboratory scale, the apertures and the filling materials of fractures were also estimated in uncontrolled field conditions. These field studies were carried out in a dimension stone quarry of migmatitic granodiorite located in Southern Finland.     

Analytical modeling of complex contact behavior between rock mass and lining structure

Based on the nondestructive test data of operating railway tunnels in China, this paper summarizes the basic characteristics of the complex contact behavior between the rock mass and lining structure. The contact modes are classified into dense contact, local non-contact, and loose contact. Subsequently, the corresponding mechanical model for each contact mode is developed according to its mechanical characteristics using the complex variable method. In the proposed mechanical model, a special algorithm is introduced to detect whether the local non-contact zone is re-contacted. Besides, a novel conformal mapping method is also proposed to accurately calculate the mechanical response of the concrete lining. Finally, the accuracy of the proposed method is verified by comparing it with the finite element method (FEM). Several parameter investigations are conducted to analyze the effects of different contact modes on the rock–lining interaction. The results show that: (i) the height of the local non-contact area does not have a significant effect on the contact stress distribution if no re-contact occurs; (ii) backfill grouting can reduce the local stress concentration caused by poor contact modes; and (iii) reducing the friction coefficient of the interface can lead to a more uniform distribution of internal forces in the concrete lining.     

隧道壁后注浆体的探地雷达探测模拟试验研究

针对现阶段软土盾构隧道壁后注浆施工过程中存在的问题,通过对隧道管片后的探地雷达探测目标体的模拟试验研究,充分展示了隧道壁后充填“探测对象”时电磁波的传播规律。结合室内实体管片壁后注浆体和砂层的探地雷达无损探测模拟试验的研究成果,和基于射线追踪原理的GPR数据二维正演结果,对隧道壁后注浆体的分布形态进行了准确的识别。结果表明：隧道壁后注浆材料的期龄,分布形态对GPR探测的剖面图具有显著的影响。试验对探地雷达准确探测和解释盾构隧道盾尾壁后注浆效果具有十分重要的作用。     

地质雷达在公路隧道衬砌质量检测中的应用

介绍了地质雷达的工作原理,结合昌宁高速石马隧道实际工程,阐述了地质雷达在隧道衬砌质量无损检测中的应用,并简述了测线布置、数据采集、图像处理步骤,对典型的雷达图像进行了分析,证明了地质雷达技术在隧道工程无损检测中能取得较好的效果。     

地裂缝活动环境下盾构隧道双层衬砌性状分析

 处于地裂缝活动环境下的盾构隧道,在地裂缝上下盘相对错动下,隧道衬砌在纵向将承受比正常情况下大得多的附加应力和变形,此时衬砌在结构强度和防水两个方面都可能失效,使隧道不能正常运营。基于此,考虑在盾构隧道混凝土管片衬砌内再作一层整体式现浇钢筋混凝土内衬形成双层衬砌结构,共同承担外力,以达到减小结构应力和变形的目的。为此,对双层衬砌结构在地裂缝作用下的受力和变形性状进行数值分析,主要考虑地裂缝上下盘错距、钢筋混凝土内衬厚度和强度等因素对衬砌受力和变形性状的影响,得出一些具有工程指导意义的结论,计算结果表明：管片内的整体式钢筋混凝土内衬能有效的减小隧道衬砌在地裂缝错动下的内力和变形;衬砌的内力和变形与地裂缝错距大致成线性正比关系;内衬厚度对衬砌受力和变形均有较大影响,衬砌越厚,应力和变形越小,但厚度超过300 mm后再增加厚度,效果明显减弱;内衬强度对衬砌受力和变形的影响较小,实际工程中采用C30混凝土即可。     

频谱反演法在探地雷达隧道衬砌检测中的应用研究

隧道衬砌模型的空间结构属于典型的层状分布,采用探地雷达进行隧道二衬检测时,往往很难识别高度小于调谐厚度的脱空。通过建立含有脱空薄层的隧道二衬层状几何模型,结合电磁波在隧道衬砌中的传播规律,给出了隧道衬砌检测时电磁波的反射模型,并推导了其广义反射系数谱域表达式,从而提出一种根据反射系数序列频谱估算隧道二衬厚度及脱空高度的反演方法。通过分析反射系数序列的幅度谱属性,进一步提出一种估计脱空层高度的快速方法,即根据幅度谱凹陷周期确定脱空层双程走时,进而估算脱空层高度。最后,利用1st Opt数学优化分析软件进行全局优化,并反演求解各参数。物理模型实验及现场应用实例的处理结果表明,当脱空厚度小于1/4波长时,本文所述的频谱反演法仍能准确反演出二衬厚度及脱空层高度,从而提高了探地雷达资料的垂直分辨率。     

隧道衬砌质量缺陷的探地雷达图像分析

探地雷达广泛地应用于公路、铁路隧道衬砌质量检测中,本文通过实例分析总结了隧道衬砌存在的常见问题及缺陷与探地雷达图像的对应关系。结果表明,探地雷达能够对隧道衬砌实施连续扫描,图像直观,经济快速,能够确定出具有工程灾害诱因的缺陷,为隧道工程安全而有效的进展提供充分的科学依据。     

寒区老旧隧道病害特征及治理方法研究

 以沈丹线运营期老旧隧道为例,结合现场工程实际开展渗漏水病害调查,通过病害情况素描和地质雷达扫描等方法,从隧道腐蚀开裂、衬砌渗漏水及冻害、衬砌围岩空洞及洞口仰坡坍方落石、附属设施损坏等方面,详细分析运营期寒区老旧隧道的病害特征,并从物理因素和化学因素两方面对劣化机制做简要描述。在此基础上,结合国内外相关资料和寒区铁路隧道运营特点,给出老旧隧道的维修体系流程,并针对主要病害类型分别给出相应的治理方法,最后结合分水岭隧道维修工程进行现场应用。为运营期寒区老旧隧道典型病害的治理方案设计和施工提供理论依据,对老旧隧道渗漏水病害综合治理及指导工程实践具有重要的实用价值。