隧道衬砌锈蚀钢筋的热效应及红外检测方法

隧道衬砌受腐蚀环境、材料劣化以及地下水的影响,衬砌钢筋锈蚀将成为衬砌后期服役的主要病害之一,钢筋锈蚀以及产生的顺筋裂缝直接威胁衬砌的耐久性和安全性,为此,及时检测钢筋锈蚀程度十分重要。目前的检测方法以接触式测量为主,效率低,为探究非接触快速检测的可行性,采用室内试验和数值分析相结合的方法,深入研究了浅层钢筋锈蚀的热传导规律,分析了主动热激励条件下钢筋锈蚀程度和混凝土保护层厚度对衬砌表面温度场的影响规律。结果表明:主动热激励条件下锈蚀产物表面分布区在热像图中表现为高温区;钢筋锈蚀率为4.36%~23.16%时,衬砌表面温差为2.3℃~4.4℃;试件表面温差随钢筋锈蚀程度的增加而增大,呈现三次函数的关系;而混凝土保护层厚度与表面温差呈明显的负相关性,保护层厚度越大,温差越小。夏季时由于衬砌内外温差导致的热传导效应将在钢筋锈蚀位置的衬砌表面产生,通过红外热像仪检测衬砌表面的温度分布,结合衬砌表观特征,可以综合判定钢筋的锈蚀程度,为钢筋锈蚀的快速检测提供了新的方法和技术手段。

隧道衬砌浅层剥离的红外探测方法

由于衬砌材料劣化或钢筋锈蚀等因素容易导致浅层混凝土剥落,对隧道行车安全将造成严重影响,通过无损检测技术及时发现混凝土剥离现象,判断剥落的可能性十分必要。本文通过数值分析、室内和现场试验的方法,在自然温差和热激励条件下,分析衬砌混凝土内部剥离深度、剥离范围和隧道衬砌内外温差对衬砌混凝土热传导效应的影响规律,探究衬砌混凝土浅层剥离问题红外探测的可行性。研究结果表明,混凝土剥离深度10 mm,隧道内外温差8.06℃时,可探测边长为80 mm正方形大小的剥离范围;剥离深度50 mm,隧道内外温差为11.9℃时,可探测边长不小于150 mm正方形大小的剥离范围;自然条件下,隧道衬砌50 mm内的浅层剥离采用红外热像仪探测具有可行性,且剥离深度越浅,探测可行性越高;随隧道衬砌内外温差、剥离范围的增大,剥离位置与完好位置的衬砌表面温差线性增加。热激励条件下,红外探测的效果显著提升,但对于边长小于20 mm的缺陷仍不可探测。

侧向荷载作用下损伤隧道粘钢加固效果试验研究

为了研究侧向荷载作用下损伤隧道衬砌粘钢加固效果,采用1∶10的模型试验,研究了侧向荷载作用下隧道衬砌结构和不同损伤状态粘钢加固结构的变形、破坏模式。试验结果表明:侧向荷载作用下,隧道衬砌结构破坏模式为脆性破坏,破坏发展过程为拱腰开裂—拱肩脆性剪坏—拱腰延性受弯破坏;衬砌结构拱顶和左右侧边墙—拱腰处裂损集中发育,截面刚度快速衰减,是结构的脆弱点和危险点;粘钢加固后,结构拱腰处结合面剪应力引起的粘钢剥离是加固结构失稳的主要因素;结构剩余承载力占比为30%时粘钢加固结构承载力未提高,在剩余承载力占比为48%时粘钢加固结构承载力提升4.1%,在剩余承载力占比为60%时加固结构承载力提升10.2%。因此,侧向压力作用下隧道损伤衬砌采用粘钢加固后结构的承载力提升皆不明显,加固效果有限,侧向荷载引起的衬砌损伤不宜采用粘钢加固。