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。     

隧道衬砌检测探地雷达图像分析与工程应用

为了提高隧道病害检测人员对于隧道衬砌病害的识别准确度,基于探地雷达工作原理,结合实际工程应用经验,系统研究衬砌厚度、钢筋及钢拱架分布情况、保护层厚度、围岩破碎富水裂隙发育程度、脱空、不密实、雷达脱离等雷达图像特征及其解译原理,形成一种用于隧道衬砌病害检测的高效探地雷达信号解译方法,并结合实际工程案例进行了分析与验证。其中钢筋在图像上呈现月牙形,脱空在图像上呈弧形反射,不密实表现为杂乱波形,天线脱离呈条带状亮反射。解译方法为隧道衬砌检测提供了参考和依据,有利于隧道病害的及时处理及隧道衬砌质量的准确评价,对提高隧道的整体质量起到重要作用。     

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。     

隧道埋深及开挖方法对于二衬支护时机的影响

为了研究隧道埋深和施工方法对二衬支护时机的影响,以广梧高速公路牛车顶隧道为工程背景,建立数值计算模型,分别改变隧道埋深和施工方法,得到相应的隧道二衬支护时机.结果表明：通过数值计算,可定量得到二衬及掌子面之间的允许距离和埋深的关系;当埋深较小时,二衬与掌子面的允许距离随着埋深的增加而增加;当埋深超过某一限值时,隧道二衬与掌子面的允许距离基本不变;开挖工法对二衬与掌子面间的允许距离影响比较显著,而对仰拱与掌子面的允许距离影响很小.随着开挖断面分部的增加,开挖对围岩的扰动减小,因而可以适当延缓构筑二衬时机.若选取Ⅲ级围岩中的全断面开挖法作为参考基准,则围岩中二衬与掌子面的允许距离将由于选择不同工法需进行修正,相应的修正值为：全断面法1.0,上下台阶法和中隔壁法均为1.5.     

园形压力隧洞的计算

本文在考虑围岩和衬砌变形协调的基础上,同时考虑到围岩内结构力对衬砌应力的影响,衬砌裂缝的扩展(向围岩内),以及衬砌裂缝部分和未裂缝部分的工作特点等因素,分别探讨了园形无衬砌隧洞,有混凝土衬砌的隧洞和有钢筋混凝衬砌的隧洞的计算方法,对目前设计中所沿用的园形压力隧洞的计算方法作了改进。     

引水隧洞衬砌混凝土裂缝的原因及处理

隧洞衬砌混凝土产生裂缝后,常拌有渗水现象,会严重破坏混凝土结构的安全.裂缝产生的原因、防治及处理的方法直接关系到隧洞的使用寿命.现以永宁河四级水电站引水隧洞为例,分析裂缝产生的原因,给出了裂缝的处理方法及预防措施,同时指出隧洞混凝土衬砌不仅要考虑岩石突出或夹角部位对裂缝产生的影响,还要考虑混凝土内部应力.     

探地雷达在隧道施工超前探测中的应用

简要介绍探地雷达应用于隧道施工超前探测中的工作原理,总结探地雷达应用于隧道施工超前探测中的工作流程。以福州绕城高速公路超前探测应用为例,在整个隧道掘进始末,采用加拿大Sonsor＆Software公司生产的EKKOIV低频探地雷达探测,同时结合开挖掌子面详细地质素描等工作综合判定,对开挖掌子面前方围岩进行探测。经开挖跟踪验证,证实探地雷达技术能有效避免隧道内空间狭小、干扰多等不利因素,能快速高效地预报开挖掌子面前方的断层破碎带,准确对掌子面前方围岩类别进行划分,为施工单位合理安排施工作业进度,减少工程隐患提供科学依据。为探地雷达在隧道超施工超前探测中的应用和推广积累一些经验。     

火灾下隧道衬砌混凝土细观损伤演化

为了客观地反映火灾下衬砌混凝土高温损伤的本质,需要考虑混凝土结构特性的不均匀性.结合细观损伤力学,建立混凝土热力耦合作用下衬砌混凝土细观损伤过程的数值模型,该模型考虑了隧道衬砌结构顶部的受力状态,可以研究隧道衬砌混凝土在火灾过程中的力学行为与损伤过程.研究结果表明,火灾对隧道衬砌混凝土的力学性质和损伤演化过程影响显著,界面的力学特性决定宏观强度的差异;基于强度等效理论,隧道衬砌混凝土在RABT火灾荷载下的累积等效烧损深度呈曲线变化;细观数值模拟下损伤单元比例与等效烧损深度存在较好的线性关系.     

Durability of lining concrete of subsea tunnel under combined action of freeze-thaw cycle and carbonation

Through the fast freeze-thaw cycle test,accelerated carbonation test,and natural carbonation test,the durability performance of lining concrete under combined action of freeze-thaw cycle and carbonation were studied.The experimental results indicate that freeze-thaw cycle apparently accelerates the process of concrete carbonation and carbonation deteriorates the freeze resistance of concrete.Under the combined action of freeze-thaw cycle and carbonation,the durability of lining concrete decreases.The carbonation depth of lining concrete at tunnel openings under freeze-thaw cycles and tunnel condition was predicted.For the high performance concrete with proposed mix ratio,the lining concrete tends to be unsafe because predicted carbonation depth exceeds the thickness of reinforced concrete protective coating.Adopting other measurements simultaneously to improve the durability of lining concrete at the tunnel openings is essential.     

火灾时海底隧道衬砌温度场的数值模拟

对隧道衬砌在不同火灾荷载曲线作用下的温度反应进行了模拟,根据不同计算模型,不同计算工况,分别讨论了模型尺寸、衬砌厚度、外水压对温度随衬砌深度变化的影响,数值结果表明:温度随衬砌深度变化的影响较小.     

人工挖孔桩底不明采矿空区探地雷达探测

采用探地雷达对某建筑场地人工挖孔桩进行探测,以探明桩端5倍桩径深度范围内基岩中是否有不明采矿空区存在。现场探测采用环形反射剖面法,运用EKKO PRO探地雷达系统,采用主频为200MHz的天线进行探测,取得桩底10m以上的有效探测深度。地质雷达探测记录能清晰、准确地反映人工挖孔桩底部及旁侧5倍桩径深度范嗣内采矿空区的存在及顶面埋深,但难以判别桩底空区与桩底的相对位置关系。     

三峡永久船闸输水洞衬砌施工期温度与应力监测成果分析

介绍了三峡永久船闸输水隧洞衬砌混凝土温度与温度应力现场监测和裂缝观测成果.利用实测资料计算分析了输水隧洞衬砌混凝土边墙和顶拱的温度应力.采用弹性徐变温度应力理论分析了大型隧洞衬砌混凝土的温度与温度应力变化特点,并与实测值进行了比较.根据实测结果与理论分析,提出了大型隧洞衬砌混凝土施工期的温控有效措施:降低水化热温升、加强早期养护和冬季保温.     

盾构隧道已开裂管片的受力变形特性

结合广州地铁某已运营的盾构区间隧道现状,通过采用三维Goodman单元来模拟管片已存在的裂缝,对盾构区间隧道已开裂管片的裂缝深度变化对管片结构造成的影响进行了分析,同时也对侧向土压力、地基弹簧系数以及地下水位等几种重要因素对管片受力变形特性的影响进行了评估.研究表明,随着裂缝深度的增加,管片砼的拉应力、压应力虽然达到最大值,但变化幅度并不大.但当裂缝接近径向贯通的时候,钢筋的拉应力值会大大增加,有可能超过允许值.同时,在盾构管片存在既有裂缝的情况下,盾构管片的最大拉应力值、水平和竖向收敛值、竖向沉降值均随侧向土压力系数、地基弹簧系数的减少而增大,同时随地下水位埋深的增大而增大.根据研究结果,对该区间隧道盾构隧道的裂缝等病害采取了针对性修复措施,目前无新的裂缝出现,总体处于稳定及安全的状态.     

水工隧洞施工缺陷对衬砌承载性能的影响

在水工隧洞建设中,混凝土衬砌裂缝和顶拱厚度不足是经常发生且十分典型的工程质量问题。具有这种质量缺陷的衬砌在不利工况下其结构性态如何,是广大技术人员十分关心的问题。该文在白山嘴输水隧洞实际衬砌结构缺陷现场检测的基础上,分析了缺陷模式和尺寸,提炼出缺陷特征,并采用FLAC程序进行了计算分析。计算结果表明,该缺陷对衬砌的安全稳定性有明显影响,但在进行缺陷修补加固、恢复衬砌整体力学特性以后,混凝土衬砌的性能将能够满足设计要求。     

探地雷达技术在岩溶探测中的应用

以黄河万家寨库区右岸岩溶探测为例,论述了雷达探测方法的技术及其工作原理,并结合岩溶探测实例, 分析了岩溶地质现象所产生的雷达波场异常的空间展布特征,划定了该测区溶洞、溶蚀裂缝等岩溶地质异常的 空间展布范围,验证结果表明:探地雷达技术在浅层岩溶探测中的有效性。     

地质雷达在隧道衬砌质量检测与监测中的应用

在简述地质雷达基本原理及工作方法的基础上,阐述了地质雷达的信号识别在铁路、公路等检测中的可行性及准确性,并对地质雷达的实测资料进行了处理及分析。结果表明,地质雷达检测技术能有效的判断隧道衬砌厚度、衬砌中金属构件的分布、衬砌缺陷部位以及衬砌结构空洞情况,对隧道衬砌的质量起到监控作用。     

半无限平面含注浆圈深埋隧道渗流场解析研究

基于复变函数和渗流力学理论,采用保角变换将半无限平面围岩渗流场解析问题转化为二维圆环域的Laplace方程求解问题.根据边界条件和流量连续条件,对围岩、衬砌及注浆圈的渗流场进行联立求解,推导出半无限平面含注浆圈深埋隧道渗流场解析解.通过与镜像法解析解及数值解进行对比,验证了该解析解的可靠性.运用该解析解分析含注浆圈深埋隧道渗流场对注浆参数变化的敏感性,结果表明： 注浆参数变量可通过与注浆圈渗透系数负相关,与注浆圈厚度正相关的无量纲影响因子统一表示;隧道渗流量、衬砌外水头以及渗流场敏感性随着注浆参数影响因子的增大而减小;随着衬砌渗透系数减小,衬砌厚度增大,隧道渗流场对注浆参数变化的敏感性减弱,而隧道埋深与断面尺寸的变化则对其影响很小.     

地质雷达在地下管线探测中的应用

掌握地下管线的分布、走向和埋深等信息对城市的规划、设计和施工等都具有非常重要的意义.使用地球物理方法探测地下管线,尤其是埋深较大的管线不仅具有必要性,而且也具有可行性.本文在简要介绍地质雷达基本原理后,结合工程实例介绍了使用地质雷达仪探测地下管线的情况.