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地铁隧道衬砌脱空和渗漏水病害雷达探测研究

叶良应  
【摘要】:本课题是广东省自然科学基金资助项目(项目号:32023)。结合隧道病害检测现状及工 程背景,本文采用实验比较研究的方法,对两层衬砌间脱空段及空洞位置和形态的雷达法 探测进行了系统的研究,对隧道渗漏、积水病害进行了探索性的研究。 上述问题是工程界一直都很感兴趣的问题。但是,对二次衬砌脱空缺陷定位和尺寸探 测尚显不足,尤其是空洞形状很难确定。在隧道渗漏水病害的实际探测中,目前主要是利 用水和其它介质的电性能差异而作出判识,尚未作过很好的探索。 特别是,衬砌脱空缺陷的探测存在着较大困难。脱空部位的空洞形态可能极不规整, 并且洞内可能含有空气、水、土等介质。对于初次衬砌背后的空洞积水病害,洞内还可能 含有部分的惰性浆液,并且随外界环境变化洞内积水的程度也不一样。此外,还有外界的 随机干扰。 本文针对地铁隧道最易出现病害的两层衬砌间及衬砌与围岩交界部位,对二次衬砌脱 空缺陷,在空洞形态的规则、不规则以及大小、形状变化的基础上,考虑了洞内含有空气 介质;对衬砌渗漏、积漏,考虑了水充满裂缝或空洞基础上的走向、宽度及形态变化;对 衬砌背后空洞积水,考虑了积水的高度和水平分布变化。此外,还对拱顶部位衬砌混凝土 常见的施工质量缺陷进行了探讨。结合衬砌结构形式,通过实验室自制构件、精心设计, 模拟了不同工况下形成的上述各种病害。采用探地雷达对试件进行了检测,对数据进行了 波形分析、2D切片和3D成像处理,并把检测结果和试件模型作了对比分析。从而更进一 步探讨了无损检测技术在隧道病害探测中的潜力。 本文的研究工作涉及电磁学、材料学和信号分析与处理等多个学科。通过本试验研究, 进一步提高了雷达法对二次衬砌脱空部位空洞定位和尺寸识别的精度,提出了不同工况下 空洞形状的探测能力,特别是沿水平方向空洞大小的识别;提出了雷达法对衬砌背后混凝 土质量缺陷的识别能力;特别是,提出了雷达法对衬砌背后不同宽度和走向裂缝渗漏水以 及空洞积水高度和水平分布的识别能力具有明显的创新性,进一步探索了隧道病害检测的 前景。本文所采用的研究方法、揭示的规律和现象,亦有重要的学术价值。


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