运营期地铁隧道结构病害现状检测分析

地铁隧道的构造及运营环境特殊,隧道结构出现的病害较多。文章通过采用多种仪器设备对隧道进行外观检测和无损检测,得到了隧道衬砌裂缝、衬砌厚度、混凝土强度等信息。检测结果表明:隧道虽然存在裂缝、渗水和露筋等病害,但是综合影响不大,对隧道正常运营不构成威胁;依据相关规范和标准进行安全等级评定,全等级评定结果为C级,不影响通道运行安全。

地裂缝对地铁隧道的影响机制及病害控制研究

自20世纪50年代以来,由于自然和人为因素的影响,西安市区出现了大量地裂缝,危害十分严重,其未来活动对在建的西安地铁构成重大潜在安全隐患。因此,西安地铁隧道穿越地裂缝的问题成为了一个全新的重大工程难题,近年来引起了工程界和学术界的高度关注。以西安地铁隧道穿越地裂缝活动带为工程研究背景和依托,对西安地铁沿线地裂缝未来活动趋势和最大垂直位错量进行了分析与预测,采用大型模型试验和有限元数值模拟计算相结合的方法,对地裂缝活动作用下不同衬砌结构类型的地铁隧道变形破坏机制及病害控制进行系统研究。主要研究工作和成果如下:(1)从超采地下承压水和区域构造运动对地裂缝活动的影响程度入手,分析西安地裂缝未来百年的活动趋势。在现今活动速率和历史最大位错量分析的基础上对地裂缝未来活动量进行了预测,得到地铁设计使用期(100a)内西安地铁与地裂缝各交汇点附近地裂缝的最大垂直位错量。(2)通过大型物理模型试验和有限元数值模拟,揭示地裂缝活动环境下地铁明挖箱形隧道、浅埋暗挖马蹄形隧道和盾构隧道分别正交和斜交穿越地裂缝带的变形破坏机制、隧道围岩压力与位移以及地表沉降变形的变化规律。(3)通过有限元数值模拟,分析地裂缝作用下地铁隧道衬砌结构的变形与力学行为,得出地裂缝作用下地铁隧道纵向变形曲线方程,其表达式为:y=Ax3+Bx2+Cx+D,其中A,B,C,D均为常数。同时,揭示了地铁隧道与地裂缝斜交角度θ对地铁隧道衬砌结构变形破坏的影响规律。(4)根据衬砌类型、地铁隧道与地裂缝空间相交展布关系,在大型模型试验和数值模拟的基础上,提出地裂缝作用下地铁隧道变形破坏模式,其中整体式衬砌隧道变形破坏模式为拉张–挤压破坏(正交)和拉张–扭剪破坏(斜交),盾构隧道变形破坏模式为直接剪切破坏(正交)和扭转–剪切破坏(斜交)。(5)基于大型物理模型试验和有限元数值模拟方法,建立地铁隧道穿越地裂缝带结构纵向设防长度的计算方法,确定了西安地铁隧道正交与斜交穿越地裂缝带的纵向设防长度。建立基于三维空间地裂缝活动作用下分段式隧道运动位移模式和计算公式,确定地铁隧道穿越地裂缝带的抗裂预留位移量(净空量)。(6)通过分段设缝的地铁隧道正交和斜交穿越地裂缝带的大型物理模型试验,对分段设变形缝的地铁隧道穿越地裂缝带的适应性进行了研究,结果表明分段柔性接头隧道能承受较大的剪切变形,相邻衬砌管段变形和次生应力均较小;同时多段设变形缝具有很好的消化地裂缝变形的效果,从而说明多段设变形缝加柔性接头连接的地铁隧道具有较强的适应地裂缝活动大变形的能力。(7)基于西安地铁工程穿越地裂缝带的特殊性和复杂性,在地裂缝活动可能引起的地铁工程病害分析的基础上,从结构、防水、地基加固及基础处理、轨道调整等方面,提出了地铁隧道穿越地裂缝带的病害控制措施。

移动三维激光扫描技术在地铁隧道病害检测中的应用

常见的地铁隧道病害有渗漏水、裂缝、错台、侵界等,这些地铁隧道病害的存在会对隧道的安全使用造成不好的影响。因此,需要定期对隧道的病害进行检测,并进行相应的修复。对于地铁隧道病害检测,常用的方法有人工巡检方法、全站仪方法等,这些方法效率低下且采集信息量有限。针对这些问题,使用一种自主研发的移动三维激光扫描系统进行隧道检测。通过三维激光扫描仪与轨道车系统的配合,快速、准确、大数据量地采集地铁隧道数据。根据对实例的应用分析,移动三维激光扫描系统能够快速、准确地识别渗漏水、裂缝等病害和计算分析错台、侵界等病害。

基于环形阵列视觉的地铁管片病害检测系统

针对地铁投入运营后传统方式检测隧道管片病害信息存在的工作效率低下、人工成本高等问题,设计了一种基于环形阵列视觉的地铁管片病害检测系统;介绍了该系统的整体设计,并着重阐述了视觉信息数据采集系统和视觉数据处理系统的实现方式,最终完成了一种高度智能化的地铁管片病害检测系统。

移动三维激光测量系统在地铁监测中的应用

为详细了解在毗邻运营地铁区间的基坑或建筑施工前,地铁隧道的结构状况、隧道结构的完好程度、各种地铁设施的分布情况以及隧道结构有无裂缝、漏水等相关情况,使用三维激光扫描仪进行三维激光扫描,检测该区间地铁隧道侧壁表面病害分布状况,建立地铁表面健康档案并提交报告,以备后期参考对照。实践证明,使用三维激光扫描仪效率高,精度高,可靠性强,取得效果明显,实现了高效的发展趋势,能有效地保障地铁行车安全。