[發明專利]基于隧道襯砌病害特征的隧道襯砌結構服役性能檢測方法

有效

• 申請號: 201910655422.5
• 申請日: 2019-07-19
• 公開（公告）號: CN110514518B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 劉學增;桑運龍;孫州
• 申請（專利權）人: 同濟大學;上海同巖土木工程科技股份有限公司
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N21/88;G01B5/02;G01S13/88;G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔡彭君

1.一種基于隧道襯砌病害特征的隧道襯砌結構服役性能檢測方法，其特征在于，包括：

步驟S1：采用模型試驗方法對隧道結構、外部荷載以及地層條件進行相似模擬，開展結構受力破壞試驗，記錄隧道襯砌病害特征的測試值，所述隧道襯砌病害特征包括拱頂沉降、邊墻收斂、裂縫密度和裂縫深度，

步驟S2：根據所述步驟S1記錄的隧道襯砌病害特征測試值，建立隧道襯砌病害特征與剩余承載力區間的對應關系，

步驟S3：采用現場檢測方法記錄隧道原型的襯砌病害特征的檢測值，

步驟S4：將所述步驟S3中隧道原型的襯砌病害特征的檢測值與所述步驟S2建立的隧道襯砌病害特征與剩余承載力區間的對應關系進行對照，確定所述步驟S3中隧道原型襯砌結構的剩余承載力區間；

所述步驟S1具體為：

步驟S101：確定所述隧道襯砌結構的尺寸、結構力學參數、地層力學參數以及隧道外部荷載形式，所述結構力學參數包括裂縫參數、鋼筋參數，檢測所述隧道襯砌病害特征并記錄測試值，對缺陷的與完好隧道襯砌結構開展相似模型試驗，

步驟S102：確定試驗模型的幾何相似比C_L、應力相似比C_σ和彈模相似比C_E，由相似理論確定試驗模型位移相似比C_d、應變相似比C_ε、荷載相似比C_P、彎矩相似比以及地層抗力相似比，

步驟S103：根據所述步驟S102確定的模型幾何相似比C_L、試驗材料應力相似比C_σ、彈模相似比C_E，選取砂子、水泥、石膏、鋼筋進行配比立方體試驗，配制滿足所述應力相似比C_σ、彈模相似比C_E的隧道材料，采用所述隧道材料進行試驗模型澆筑和振搗養護，

步驟S104：根據所述步驟S102確定的模型幾何相似比C_L、荷載相似比C_P，制作試驗裝置，所述試驗裝置包括荷載控制系統、數據采集系統，所述荷載控制系統包括反力架(2)、千斤頂(3)、加載板(6)以及模擬地層抗力的彈簧(5)，所述彈簧(5)的個數與剛度總量滿足地層抗力要求，所述荷載控制系統控制模擬的頂部松動荷載，偏壓荷載以及隧道邊墻兩側的塑性地壓荷載；所述數據采集系統包括壓力傳感器(4)、數據采集儀(7)、位移百分表(8)和應變片，所述壓力傳感器(4)數量與所述彈簧(5)數量、曲板數量一一對應，所述位移百分表(8)設于隧道外側每個所述曲板的正中間，所述壓力傳感器(4)、位移百分表(8)、應變片與數據采集儀(7)相連，

步驟S105：所述荷載控制系統采用靜力分級模式模擬所述頂部松動荷載，偏壓荷載以及隧道邊墻兩側的塑性地壓荷載，每級荷載施加后待所述荷載穩定60分鐘后開始下一級荷載，直至隧道襯砌結構被破壞；

所述隧道襯砌結構的缺陷包括襯砌背后脫空、厚度不足、強度不足、存在裂縫和缺筋少筋，所述背后脫空部位采用不布置所述彈簧(5)和荷載進行模擬，存在裂縫的部位在澆筑時根據所述步驟S101測得的裂縫參數預制裂縫，所述厚度不足的部位根據所述結構力學參數建立厚度不足的所述隧道襯砌結構模型，所述缺筋少筋部位根據所述步驟S101測得的鋼筋參數進行配筋；

所述隧道襯砌結構被破壞的標志包括：受拉主鋼筋拉斷、受壓區混凝土壓潰、所述荷載不變情況下變形持續增加、所述裂縫最大垂直寬度達到1.5mm；

所述步驟S3具體為：

步驟S301：采用裂縫測深儀測定隧道原型襯砌結構的裂縫深度，

步驟S302：采用游標卡尺、裂縫測寬儀或者圖像識別法測定隧道原型襯砌結構的裂縫寬度，

步驟S303：采用卷尺或圖像識別方法測定隧道原型襯砌結構的裂縫長度，

步驟S304：采用地質雷達檢測隧道原型襯砌結構的襯砌厚度、鋼筋分布情況以及襯砌背后空洞情況，所述背后空洞情況包括環向空洞范圍、縱向空洞長度，

步驟S305：采用全站儀或激光斷面儀測定隧道原型襯砌結構的所述拱頂沉降與邊墻收斂；

所述步驟S4具體為：

步驟S401：根據試驗模型確定的所述隧道襯砌病害特征與剩余承載力區間的對應關系，結合模型相似比確定所述隧道原型的隧道襯砌病害特征與剩余承載力區間的對應關系，

步驟S402：根據所述步驟S301～S305檢測的隧道原型的隧道襯砌病害特征的檢測值與所述步驟S401確定的隧道原型的隧道襯砌病害特征與剩余承載力區間的對應關系進行對照，當存在多種病害特征時按照最不利原則確定所述隧道原型的剩余承載力區間。

2.根據權利要求1所述的一種基于隧道襯砌病害特征的隧道襯砌結構服役性能檢測方法，其特征在于，所述隧道襯砌病害特征與剩余承載力區間的對應關系分別包括所述拱頂沉降與剩余承載力區間的對應關系、所述邊墻收斂與剩余承載力區間的對應關系、所述裂縫密度與剩余承載力區間的對應關系、所述裂縫深度與剩余承載力區間的對應關系。