基于隧道衬砌病害特征的隧道衬砌结构服役性能检测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于隧道衬砌病害特征的隧道衬砌结构服役性能检测方法，包括：步骤S1：采用模型试验方法对隧道结构、外部荷载以及地层条件等进行相似模拟，开展结构受力破坏试验，记录隧道衬砌病害特征的测试值；步骤S2：根据步骤S1中隧道衬砌病害特征测试值，建立隧道衬砌病害特征与剩余承载力区间的对应关系；步骤S3：采用现场检测方法记录隧道原型的衬砌病害特征的检测值；步骤S4：将步骤S3中衬砌病害特征的检测值与步骤S2建立的隧道衬砌病害特征与剩余承载力区间的对应关系对照，确定步骤S3中隧道原型衬砌结构的剩余承载力区间。与现有技术相比，本发明专利技术能根据病害特征快速判定隧道衬砌结构的剩余承载力区间，为隧道安全性评价提供数据支撑。

Detection method of service performance of tunnel lining structure based on the characteristics of tunnel lining disease

The invention relates to a detection method of service performance of tunnel lining structure based on the disease characteristics of tunnel lining, which includes: step S1: carry out similar simulation of tunnel structure, external load and stratum conditions by using the model test method, carry out the structural stress failure test, and record the test value of the disease characteristics of tunnel lining; step S2: test according to the disease characteristics of tunnel lining in step S1 Test value to establish the corresponding relationship between the tunnel lining disease feature and the residual bearing capacity interval; step S3: record the detection value of the tunnel prototype's lining disease feature using the field detection method; step S4: compare the detection value of the lining disease feature in step S3 with the corresponding relationship between the tunnel lining disease feature and the residual bearing capacity interval established in step S2 to determine the tunnel prototype lining in step S3 The residual bearing capacity of masonry structure. Compared with the prior art, the invention can quickly determine the remaining bearing capacity range of the tunnel lining structure according to the disease characteristics, and provide data support for the safety evaluation of the tunnel.

【技术实现步骤摘要】
基于隧道衬砌病害特征的隧道衬砌结构服役性能检测方法
本专利技术涉及公路隧道结构服役性能评价领域，尤其是涉及一种基于隧道衬砌病害特征的隧道衬砌结构服役性能检测方法。
技术介绍
随着我国隧道大规模的兴建，运营隧道数量逐年增多，同时由于隧道结构外部环境改变以及结构自身材料的弱化，隧道衬砌结构产生的病害尤为突出，同时隧道衬砌病害特征是反映结构安全的最直观指标。为保障隧道结构安全，合理评价隧道衬砌结构的服役性能，有必要提出一种由隧道衬砌病害确定隧道衬砌结构服役性能的方法。专利CN106919784A公开了一种基于变权重的盾构隧道服役性能评价方法，根据盾构隧道的服役性能评估指标体系获得评价所必需的监测、检测数据，基于模糊综合评判的方法对结构单元进行评价根据单元结构评价等级综合判定隧道整体服役性能等级。《城市轨道交通隧道结构养护技术标准》CJJ/T289-2018利用专家评分法建立盾构法(TBM法)隧道服役性能与病害指标的综合关系。上述专利、规范虽然对隧道服役性能的评价方法有所研究，但仅考虑隧道病害因素对隧道结构影响的模糊关系，没有建立起对应的量化关系，另一方面，没有建立隧道衬砌病害特征与隧道结构的剩余承载力以及健康度的对应关系。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于隧道衬砌病害特征的隧道衬砌结构服役性能检测方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于隧道衬砌病害特征的隧道衬砌结构服役性能检测方法，所述隧道衬砌结构服役性能具体量化为隧道衬砌结构的剩余承载力区间，所述检测方法包括：步骤S1：采用模型试验方法对隧道结构、外部荷载以及地层条件等进行相似模拟，开展结构受力破坏试验，记录隧道衬砌病害特征的测试值；步骤S2：根据所述步骤S1记录的隧道衬砌病害特征测试值，建立隧道衬砌病害特征与剩余承载力区间的对应关系；步骤S3：采用现场检测方法记录隧道原型的衬砌病害特征的检测值；步骤S4：将所述步骤S3中隧道原型的衬砌病害特征的检测值与所述步骤S2建立的隧道衬砌病害特征与剩余承载力区间的对应关系进行对照，确定所述步骤S3中隧道原型衬砌结构的剩余承载力区间。所述步骤S1具体为：步骤S101：确定所述隧道衬砌结构的尺寸、结构力学参数、地层力学参数以及隧道外部荷载形式，所述结构力学参数包括裂缝参数、钢筋参数，检测所述隧道衬砌病害特征并记录测试值，对缺陷的与完好隧道衬砌结构开展相似模型试验；步骤S102：确定试验模型的几何相似比CL、应力相似比Cσ和弹模相似比CE，由相似理论确定试验模型位移相似比Cd、应变相似比Cε、荷载相似比CP、弯矩相似比以及地层抗力相似比；步骤S103：根据所述步骤S102确定的模型几何相似比CL、试验材料应力相似比Cσ、弹模相似比CE，选取砂子、水泥、石膏、钢筋进行配比立方体试验，配制满足所述应力、弹模相似比CE的隧道材料，采用所述隧道材料进行试验模型浇筑和振捣养护；步骤S104：根据所述步骤S102确定的模型几何相似比CL、荷载相似比CP，制作试验装置，所述试验装置包括荷载控制系统、数据采集系统，所述荷载控制系统包括反力架(2)、千斤顶(3)、加载板(6)以及模拟地层抗力的弹簧(5)，所述弹簧(5)的个数与刚度总量满足地层抗力要求，所述荷载控制系统控制模拟的顶部松动荷载，偏压荷载以及隧道边墙两侧的塑性地压荷载；所述数据采集系统包括压力传感器(4)、数据采集仪(7)、位移百分表(8)和应变片，所述压力传感器(4)数量与所述弹簧(5)数量、曲板数量一一对应，所述位移百分表(8)设于隧道外侧所述每个曲板的正中间，所述压力传感器(4)、位移百分表(8)、应变片与数据采集仪(7)相连；步骤S105：所述荷载控制系统采用静力分级模式模拟所述顶部松动荷载，偏压荷载以及隧道边墙两侧的塑性地压荷载，所述每级荷载施加后待所述荷载稳定60分钟后开始所述下一级荷载，直至隧道衬砌结构被破坏。所述隧道衬砌结构的缺陷包括衬砌背后脱空、厚度不足、强度不足、存在裂缝和缺筋少筋，所述背后脱空部位采用不布置所述弹簧和荷载进行模拟，存在裂缝的部位在浇筑时根据所述步骤S101测得的裂缝参数预制裂缝，所述厚度不足的部位根据所述结构力学参数建立厚度不足的所述隧道衬砌结构模型，所述缺筋少筋部位根据所述步骤S101测得的钢筋参数进行配筋。所述结构破坏的标志包括：受拉主钢筋拉断、受压区混凝土压溃、所述荷载不变情况下变形持续增加、所述裂缝最大垂直宽度达到1.5mm。在规定的所述荷载持续时间结束后，出现所述标志时，应以此时的荷载值作为截面破坏的实测值；当在加载过程中出现所述标志时，应取前一级荷载值作为破坏荷载的实测值；当在规定的所述荷载持续时间内出现所述标志时，应取本级荷载值与前一级荷载的平均值作为破坏荷载的实测值。所述隧道衬砌病害特征包括拱顶沉降、边墙收敛、裂缝密度和裂缝深度。所述隧道衬砌病害特征与剩余承载力区间的对应关系分别包括所述拱顶沉降与剩余承载力区间的对应关系、所述边墙收敛与剩余承载力区间的对应关系、所述裂缝密度与剩余承载力区间的对应关系、所述裂缝深度与剩余承载力区间的对应关系。所述步骤S3具体为：步骤S301：采用裂缝测深仪测定隧道原型衬砌结构的所述裂缝深度；步骤S302：采用游标卡尺、裂缝测宽仪或者图像识别法测定隧道原型衬砌结构的裂缝宽度；步骤S303：采用卷尺或图像识别方法测定隧道原型衬砌结构的裂缝长度；步骤S304：采用地质雷达检测隧道原型衬砌结构的衬砌厚度、钢筋分布情况以及衬砌背后空洞情况，所述背后空洞情况包括环向空洞范围、纵向空洞长度；步骤S305：采用全站仪或激光断面仪测定隧道原型衬砌结构的所述拱顶沉降与边墙收敛。所述步骤S4具体为：步骤S401：根据试验模型确定的所述隧道衬砌病害特征与剩余承载力区间的对应关系，结合模型相似比确定所述隧道原型的隧道衬砌病害特征与剩余承载力区间的对应关系；步骤S402：根据所述步骤S301～S305检测的隧道原型的隧道衬砌病害特征的检测值与所述步骤S401确定的隧道原型的隧道衬砌病害特征与剩余承载力区间的对应关系进行对照，当存在多种病害特征时按照最不利原则确定所述隧道原型的剩余承载力区间。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术能够根据现场检测的隧道结构病害特征快速判定剩余承载力区间，提高了隧道安全检测的工作效率。2.本专利技术为隧道结构快速安全性评价提供数据支撑，对隧道结构的运营养护具有指导性意义。3.本专利技术根据隧道几何相似比CL、试验材料应力相似比Cσ、弹模相似比CE进行建模，可以同时模拟多种病害特征，具有很高的实用性。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为本专利技术试验模型的示意图；图3为本专利技术衬砌背后空洞示意图；图4为本专利技术衬砌未贯通裂缝示意图；图5为本专利技术衬砌结构厚度不足示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于隧道衬砌病害特征的隧道衬砌结构服役性能检测方法，其特征在于，包括：/n步骤S1：采用模型试验方法对隧道结构、外部荷载以及地层条件等进行相似模拟，开展结构受力破坏试验，记录隧道衬砌病害特征的测试值；/n步骤S2：根据所述步骤S1记录的隧道衬砌病害特征测试值，建立隧道衬砌病害特征与剩余承载力区间的对应关系；/n步骤S3：采用现场检测方法记录隧道原型的衬砌病害特征的检测值；/n步骤S4：将所述步骤S3中隧道原型的衬砌病害特征的检测值与所述步骤S2建立的隧道衬砌病害特征与剩余承载力区间的对应关系进行对照，确定所述步骤S3中隧道原型衬砌结构的剩余承载力区间。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于隧道衬砌病害特征的隧道衬砌结构服役性能检测方法，其特征在于，包括：
步骤S1：采用模型试验方法对隧道结构、外部荷载以及地层条件等进行相似模拟，开展结构受力破坏试验，记录隧道衬砌病害特征的测试值；
步骤S2：根据所述步骤S1记录的隧道衬砌病害特征测试值，建立隧道衬砌病害特征与剩余承载力区间的对应关系；
步骤S3：采用现场检测方法记录隧道原型的衬砌病害特征的检测值；
步骤S4：将所述步骤S3中隧道原型的衬砌病害特征的检测值与所述步骤S2建立的隧道衬砌病害特征与剩余承载力区间的对应关系进行对照，确定所述步骤S3中隧道原型衬砌结构的剩余承载力区间。


2.根据权利要求1所述的一种基于隧道衬砌病害特征的隧道衬砌结构服役性能检测方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：
步骤S101：确定所述隧道衬砌结构的尺寸、结构力学参数、地层力学参数以及隧道外部荷载形式，所述结构力学参数包括裂缝参数、钢筋参数，检测所述隧道衬砌病害特征并记录测试值，对缺陷的与完好隧道衬砌结构开展相似模型试验；
步骤S102：确定试验模型的几何相似比CL、应力相似比Cσ和弹模相似比CE，由相似理论确定试验模型位移相似比Cd、应变相似比Cσ、荷载相似比CP、弯矩相似比以及地层抗力相似比；
步骤S103：根据所述步骤S102确定的模型几何相似比CL、试验材料应力相似比Cσ、弹模相似比CE，选取砂子、水泥、石膏、钢筋进行配比立方体试验，配制满足所述应力、弹模相似比CE的隧道材料，采用所述隧道材料进行试验模型浇筑和振捣养护；
步骤S104：根据所述步骤S102确定的模型几何相似比CL、荷载相似比CP，制作试验装置，所述试验装置包括荷载控制系统、数据采集系统，所述荷载控制系统包括反力架(2)、千斤顶(3)、加载板(6)以及模拟地层抗力的弹簧(5)，所述弹簧(5)的个数与刚度总量满足地层抗力要求，所述荷载控制系统控制模拟的顶部松动荷载，偏压荷载以及隧道边墙两侧的塑性地压荷载；所述数据采集系统包括压力传感器(4)、数据采集仪(7)、位移百分表(8)和应变片，所述压力传感器(4)数量与所述弹簧(5)数量、曲板数量一一对应，所述位移百分表(8)设于隧道外侧所述每个曲板的正中间，所述压力传感器(4)、位移百分表(8)、应变片与数据采集仪(7)相连；
步骤S105：所述荷载控制系统采用静力分级模式模拟所述顶部松动荷载，偏压荷载以及隧道边墙两侧的塑性地压荷载，所述每级荷载施加后待所述荷载稳定60分钟后开始所述下一级荷载，直至隧道衬砌结构被破坏。


3.根据权利要求2所述的一种基于隧道衬砌病害特征的隧道衬砌结...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学增，桑运龙，孙州，
申请(专利权)人：同济大学，上海同岩土木工程科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31