阅读说明：本技术 一种隧道拱顶衬砌脱空定量分析方法 (Tunnel vault lining void quantitative analysis method ) 是由 黄潘 何明峰 史兴华 秦秀才 段文旭 蒋闯 李炳秀 王乾龙 任春山 张刚 王闯 于 2020-04-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种隧道拱顶衬砌脱空定量分析方法,在隧道中心线上布置纵向地质雷达测线从而确定隧道拱顶衬砌脱空区纵向截面的二维数据,利用衬砌脱空定量分析公式<Image he="36" wi="700" file="DDA0002468635960000011.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>计算出脱空区的体积大小；其中,V为脱空区体积,R为拱顶曲率半径,a、b分别为脱空区首端和末端位置的拱顶中点到脱空区底面的垂线段长度,L为脱空区纵向长度。采用上述技术方案,本发明的隧道拱顶衬砌脱空定量分析方法,能够确定隧道拱顶衬砌脱空的定量信息,包括质量缺陷的空间形态、位置分布、体积大小等三维模型空间属性。(The invention discloses a quantitative analysis method for tunnel vault lining void, which is characterized in that a longitudinal geological radar survey line is arranged on a tunnel center line so as to determine two-dimensional data of a longitudinal section of a tunnel vault lining void area, and a lining void quantitative analysis formula is utilized And calculating the size of the void area, wherein V is the volume of the void area, R is the curvature radius of the vault, a and b are respectively the lengths of vertical line segments from the midpoint of the vault at the head end and the tail end of the void area to the bottom surface of the void area, and L is the longitudinal length of the void areaAnd the volume and the like of the three-dimensional model.)

一种隧道拱顶衬砌脱空定量分析方法

技术领域

本发明涉及一种隧道拱顶衬砌脱空定量分析方法，属于工程结构缺陷检测技术领域。

背景技术

随着国家西部铁路建设的快速发展，隧道工程在铁路建设工程中占比越来越高，部分铁路的隧道所占比例高达70％以上，隧道检测市场前景非常广阔。同时高速铁路也对隧道的设计、施工质量提出了更高的要求，保证铁路隧道工程衬砌实体质量对铁路运营显得尤为重要。

受施工工艺影响，目前隧道衬砌质量缺陷多以拱顶衬砌脱空为主要形式。国内外在隧道拱顶衬砌表面布置纵向测线来检测衬砌质量缺陷，测得的结果为衬砌的纵向剖面，即质量缺陷的二维图像。质量缺陷的空间形态、位置分布、体积大小等三维模型空间属性的定量分析研究较少。无法对隧道拱顶衬砌的上述属性进行定量确定，将对后续衬砌质量缺陷的施工处理产生不利影响。

发明内容

为了解决隧道拱顶衬砌脱空定量分析的难题，本发明公开了一种隧道拱顶衬砌脱空定量分析方法，用于确定隧道拱顶衬砌脱空的定量信息，以指导后续缺陷处理，保证隧道实体工程质量。

为了实现上述目的，本发明的一种隧道拱顶衬砌脱空定量分析方法，在隧道中心线上布置纵向地质雷达测线从而确定隧道拱顶衬砌脱空区纵向截面的二维数据，利用衬砌脱空定量分析公式计算出脱空区的体积大小，实现隧道拱顶衬砌脱空的定量分析；

所述衬砌脱空定量分析公式为：

其中，V为脱空区体积，R为拱顶曲率半径，a、b分别为脱空区首端和末端位置的拱顶中点到脱空区底面的垂线段长度，L为脱空区纵向长度。

所述隧道拱顶衬砌脱空定量分析方法，还包括以下步骤：通过建立三维空间模型确定脱空区位置形态。

建立三维空间模型包括通过隧道工程数据建立隧道工程三维模型以及通过隧道拱顶衬砌脱空区的二维数据建立脱空区的三维模型。

脱空区的纵向长度上进行分段，计算每一段脱空区的体积并进行加总得到脱空区的总体积。

确定隧道拱顶衬砌脱空区纵向截面的二维数据包括如下步骤：

(1)收集隧道工程地质资料、施工图、设计变更资料和施工记录；按测线布置位置准备受检隧道设计衬砌厚度、格栅和拱架设计区段及间距、围岩类型资料，供现场数据采集参数设置和后期资料处理使用；

(2)进行现场调查，做好测量里程标记；

(3)检测前对衬砌混凝土的介电常数或电磁波速做现场标定，且每座隧道应不小于1处，每处实测不少于3次，取平均值为该隧道的介电常数或电磁波速；当隧道长度大于3km、衬砌材料或含水量变化较大时，应增加标定点数；

(4)确定测线位置，搭建检测台车；

(5)通过地质雷达进行检测，检测天线移动速度为3～5km/h匀速前进；

(6)原始数据处理前应回放检验，数据记录应完整、信号清晰，里程标记准确；

(7)二维数据的图像解译应在掌握测区内物性参数和衬砌结构的基础上，按由已知到未知和定性指导定量的原则进行；根据现场记录，分析可能存在的干扰体位置与雷达记录中异常的关系，准确区分有效异常与干扰异常；准确读取双程旅行时间的数据，确定衬砌脱空计算参数。

采用上述技术方案，本发明的隧道拱顶衬砌脱空定量分析方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、能够确定隧道拱顶衬砌脱空的定量信息，包括质量缺陷的空间形态、位置分布、体积大小等三维模型空间属性；

2、定量化信息可用于指导后续缺陷处理，保证隧道实体工程质量。

附图说明

图1为本发明的一个实施例中脱空区的三维空间模型示意图。

具体实施方式

以下通过附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明的一种隧道拱顶衬砌脱空定量分析方法，包括如下步骤：

S1，收集隧道工程地质资料、施工图、设计变更资料和施工记录；按测线布置位置准备受检隧道设计衬砌厚度，格栅、拱架设计区段及间距，围岩类型等资料，供现场数据采集参数设置和后期资料处理使用.

S2，制定检测计划，选定技术参数。

S3，进行现场调查，做好测量里程标记。

S4，检测前应对衬砌混凝土的介电常数或电磁波速做现场标定，且每座隧道应不小于1处，每处实测不少于3次，取平均值为该隧道的介电常数或电磁波速。当隧道长度大于3km、衬砌材料或含水量变化较大时，应适当增加标定点数。

S5，确定纵向地质雷达测线位置，搭建检测台车，优选在隧道中心线上布置纵向地质雷达测线。

S6，检测天线应移动平稳、速度均匀、考虑仪器扫描速度与实测条件，天线移动速度宜为3～5km/h匀速前进。

S7，原始数据处理前应回放检验，数据记录应完整、信号清晰，里程标记准确。不合格的原始数据不得进行处理与解释。

S8，图像解译应在掌握测区内物性参数和衬砌结构的基础上，按由已知到未知和定性指导定量的原则进行；根据现场记录，分析可能存在的干扰体位置与雷达记录中异常的关系，准确区分有效异常与干扰异常；准确读取双程旅行时间的数据，确定衬砌脱空计算参数。

S9，建立三维空间模型确定衬砌脱空区的位置和形态。建立三维空间模型包括通过隧道工程数据建立隧道工程三维模型以及通过隧道拱顶衬砌脱空区的二维数据建立脱空区的三维模型。

S10，利用衬砌脱空定量分析公式，计算出脱空区的体积大小，实现隧道拱顶衬砌脱空质量缺陷的定量分析。

所述衬砌脱空定量分析公式为：

其中，V为脱空区体积，R为拱顶曲率半径，a、b分别为脱空区首端和末端位置的拱顶中点到脱空区底面的垂线段长度，L为脱空区纵向长度。

当脱空区并非较为规则的形状时，脱空区的纵向长度上进行分段，计算每一段脱空区的体积并进行加总得到脱空区的总体积。如图1所示，在一个实施例中，隧道拱顶衬砌1形成脱空区，脱空区分为第一区100以及第二区200，第一区100与第二区200的地面倾斜角度不同，因此可以对二者进行分别计算，其中第一区100两端位置拱顶重点到脱空区底面的垂线段长度分别为a₁、b₁，第一区的长度为L₁；第二区200两端位置拱顶重点到脱空区底面的垂线段长度分别为a₂、b₂，第二区的长度为L₂。

S11，如有必要对衬砌脱空位置进行破检，对衬砌脱空定量信息进行复测。

显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。