基于可变形卷积网络和YOLOv8的衬砌裂缝检测模型研究

为解决裂缝性状发育随机度高、标注框分辨率低、分布密集易重叠、目标相对小等因素引起的智能检测精度及效率差等问题,基于改进可变形卷积神经网络对YOLOv8骨干网络进行融合,提出1种能够适应隧道复杂场景的裂缝检测模型D-YOLO。模型首先对第3版可变形卷积网络(DCNv3)的空间聚合权重softmax归一化步骤进行去除以增强网络卷积效率,再利用新DCNv4对骨干网络C2f卷积模块进行融合以提升对网络图像中不同尺度裂缝性状及空间位置变化的细节感知能力,并采用自建裂缝数据集对SSD,Faster-RCNN,YOLOv5和YOLOv84种检测模型进行对比验证。研究结果表明:D-YOLO的F_(1)分数为80.82%,mAP@0.5为86.90%,相较于SSD、Faster-RCNN、YOLOv5和YOLOv8都有所提升;D-YOLO的单张图像检测速度为20.36 ms,相较于各种对比模型分别加快37.06%、65.33%、45.22%和28.39%;同时,D-YOLO对衬砌裂缝图像特征关注范围有所增加。研究结果可为隧道运营期内衬砌安全检测提供新思路。

基于DCNv2和Transformer Decoder的隧道衬砌裂缝高效检测模型研究

为解决因衬砌裂缝性状随机、分布密集、标注框分辨率低所导致的现有模型识别精度低、检测速度慢及参数量庞大等问题,以第2版可变形卷积网络(DCNv2)和端到端变换器解码器(Transformer Decoder)为基础对YOLOv8网络框架进行改进,提出了面向衬砌裂缝的检测模型DTD-YOLOv8。首先,通过引入DCNv2对YOLOv8主干卷积网络C2f进行融合以实现模型对裂缝形变特征的准确快速感知,同时采用Transformer Decoder对YOLOv8检测头进行替换以实现端到端框架内完整目标检测流程,从而消除因Anchor-free处理模式所带来的计算消耗。采用自建裂缝数据集对SSD,Faster-RCNN,RT-DETR,YOLOv3,YOLOv5,YOLOv8和DTD-YOLOv8的7种检测模型进行对比验证。结果表明:改进模型F1分数和mAP@50值分别为87.05%和89.58%;其中F1分数相较其他6种模型分别提高了14.16%,7.68%,1.55%,41.36%,8.20%和7.40%;mAP@50分别提高了28.84%,15.47%,1.33%,47.65%,10.14%和10.84%。改进模型参数量仅为RT-DETR的三分之一,检测单张图片的速度为16.01 ms,FPS为65.46帧每秒,对比其他模型检测速度得到提升。该模型在面向运营隧道裂缝检测任务需求时能够表现出高效的性能。

基于水泥-地聚合物公路隧道衬砌裂缝修复试验研究

为了研究地聚合物材料对隧道衬砌裂缝的修补效果和影响因素,通过隧道衬砌裂缝诊断与处治模拟平台开展裂缝修补试验研究。根据公路隧道马蹄形断面衬砌受力特点,平台通过两个拱形钢架来模拟衬砌轮廓形状并通过钢架绕铰支座转动实现裂缝修补截面非均布张拉的受力形态。基于该平台分别开展稳定状态、发展状态、不同渗漏水状态下的裂缝修补试验,并通过张开应力和张开后截面浆液分布形态来评价纯地聚合物、纯水泥砂浆、水泥+地聚合物3种材料的实际修补效果,分析不同材料组合、衬砌裂缝状态、以及渗水量对修补效果的影响并给出相关工程建议。结果表明:水泥作为一种碱激发剂能与地聚合物材料发生反应,水泥+地聚合物的裂缝修补效果要优于纯水泥砂浆或纯地聚合物。水泥+地聚合物组合材料的裂缝修补效果随张开加载速率增大而减弱,加载速率30 N/h工况下的黏结张拉应力为10 N/h工况下的46%,仅为无张力工况下的40%,建议衬砌裂缝基本稳定后再开展修补工作。水泥+地聚合物组合材料的修补效果随裂缝位置渗漏量增大而减弱,渗水状态(1 mL/min)对修补效果影响相对较小,7 d和28 d时的修补效果分别降低22%和19%,可直接进行裂缝修补;涌水状态下(20 mL/min)7 d和28 d时的修补效果分别降低42%和38%,不宜直接进行修补。

铁路隧道衬砌裂缝病害整治措施研究

在铁路联调联试和开通运营等过程中,隧道衬砌常出现裂缝病害,且伴随渗漏水等情况。部分裂缝是因施工工艺不合理而产生,裂缝基本稳定,不会产生安全隐患,但有些裂缝是由剪切力破坏所引起,部分有承压水压力压裂,并伴随渗水等。随着时间发展,这些裂缝严重危害隧道结构安全和行车安全,应及时整治。文中结合东南沿海某高铁隧道,开展衬砌裂缝产生的原因及治理措施研究,以期为类似问题的解决提供一定参考。

基于隶属度函数的公路隧道衬砌裂缝评价研究

隧道衬砌裂缝的分布及扩展状态是衬砌结构健康状况的直观体现。本文以裂缝宽度、长度、深厚比、角度构建评价指标,基于岭型分布建立了对应的隶属度向量函数B,通过模糊矩阵分析法确定裂缝评价指标各因素权重向量R,定义S=R·B为裂缝安全等级向量,以最高一级作为裂缝的安全等级,并按本评价方法,对某隧道的裂缝进行了评定。

公路隧道偏压效应与衬砌裂缝分析

对公路隧道偏压效应和裂缝进行了研究,分析了偏压效应引起裂缝的机理和特点,以及裂缝对偏压效应的影响和反馈作用,同时总结了公路隧道偏压效应和裂缝的现状和危害,介绍了隧道设计和施工时需要考虑的因素,以及裂缝的检测和监测方法。

公路运营隧道衬砌裂缝成因及处治效果分析

衬砌裂缝是公路运营隧道最为常见的病害之一,开展衬砌裂缝成因分析可为运营隧道制订养护维修计划和对策提供技术参考和指导。裂缝维修处治后,将处治效果进行检测和评价分析对隧道结构稳定和运营维护安全具有重要意义。以甘肃省某运营隧道维修加固工程为背景,从温度、材质和施工原因三个方面对裂缝的成因进行了相关分析,在对该隧道检测结果分类统计的基础上,对裂缝处治效果进行了评价分析,阐述了影响裂缝处治效果的相关因素,并提出了相应的提升对策。

大断面公路隧道衬砌裂缝处治技术

为解决公路隧道衬砌裂缝处治问题,以昆明绕城高速公路东南段杨林隧道进口右线为依托,通过对滇中地区软岩大断面公路隧道衬砌裂缝位置及特点进行研究分析,制定了针对性的处治措施,同时采取应力消散、灌封修补、粘贴纤维复合材料等加固措施有效控制了衬砌裂缝的发展。研究结果可为同类型隧道衬砌裂缝处治提供参考。

V字形注浆工艺在隧道衬砌裂缝治理中的应用

衬砌裂缝是隧道的常见病害,会对隧道结构的受力、防排水、外观等方面产生不良影响。文章以重庆某隧道衬砌裂缝病害现状为例,分析裂缝的成因和特点,采用V字形快速注浆工艺进行施工,并提出新材料新工艺。在施工中严格控制施工工艺和质量控制要点,达到了预期效果。工程实践证明了该治理方法的适用性,为同类工程积累了经验。

基于人工智能的寒区隧道衬砌裂缝检测方法

寒区隧道衬砌裂缝检测是寒区隧道运维的关键环节之一,而常规的人工目视巡查存在成本高、效率低等问题。考虑寒区隧道运营环境的特殊性,提出了一种基于人工智能的寒区隧道衬砌检测方法。应用自建裂缝数据集训练并测试U-Net语义分割模型,随后提出裂缝宽度测量方法。实验结果表明,U-Net模型可以精准检测隧道衬砌裂缝,模型的mIoU达到86.14%,效果良好。

既有高速公路隧道衬砌裂缝处治技术研究

随着我国交通基础设施的迅速发展,建成并运营的隧道数量愈加庞大,隧道病害问题也愈加突出,其中衬砌裂缝为最常见的隧道结构病害之一。目前国内对于隧道衬砌裂缝的研究仍比较笼统,处治方法也相对片面。因此,文中依托天定高速公路秦州隧道工程,开展既有高速公路隧道衬砌裂缝处治技术研究,结合隧道工程地质状况、隧道施工情况、管养等因素对秦州隧道裂缝成因进行分析,并得出结果,地质因素、施工因素和运营管养因素等为秦州隧道裂缝产生的主要影响因素。根据病害情况不同进行分区裂缝整治和衬砌补强,裂缝处治和衬砌加固效果良好,可为类似高速公路隧道衬砌裂缝病害治理提供经验参考。

铁路隧道衬砌裂缝的预防措施研究

随着铁路隧道工程建设的现代化发展,需要充分把握具体的隧道衬砌裂缝问题,做好隧道内部结构的合理规划,明确隧道结构的稳定性和安全性,在实际的衬砌施工过程中,对裂缝的不同类型和发生原因进行合理分析,从而有效提高铁路隧道的稳定性和安全性,延长隧道的使用寿命。为了有效提高铁路隧道工程的整体性和安全性,需要做好衬砌裂缝的处理,准确把握衬砌施工的及时性,结合岩体结构、施工工艺和外部环境,开展具有针对性的衬砌裂缝治理,确保隧洞保持稳定状态。

高速公路隧道衬砌裂缝成因分析及防治措施探讨

高速公路隧道衬砌裂缝控制是当前隧道工程领域中的重要研究课题,隧道衬砌裂缝形成不仅影响隧道结构完整性,还会给稳定带来潜在风险。然而,目前对于高速公路隧道衬砌裂缝控制研究存在不足之处。一方面,虽然已有关于裂缝成因和防治方法研究,但对于不同地质条件下裂缝形成机理理解仍有待加强。地质条件对裂缝形成影响复杂多样,针对不同地区需要开展系统性研究,以提高裂缝控制针对性和有效性。另外一方面,现有防治方法在实际应用中存在局限性。一些传统裂缝控制技术在长期使用过程中效果逐渐减弱,或者对环境造成不良影响。因此,需要不断探索创新技术,提高裂缝控制效率。针对高速公路隧道衬砌裂缝控制这一现象,本文对裂缝成因深入分析,并探讨隧道衬砌裂缝控制方法,旨在填补现有研究不足,为高速公路隧道衬砌裂缝控制提供技术参考。

基于改进YOLOv4的隧道衬砌裂缝检测算法

针对传统隧道衬砌裂缝检测手段中存在的检测精度低、泛化能力差、检测速度慢的问题,对YOLOv4目标检测算法进行改进:引入Mosaic数据增强技术对输入图片数据进行预处理;采用轻量级网络MobilenetV3取代CSPDarknet53作为YOLOv4神经网络的主干特征提取网络;将YOLOv4网络中卷积核大小为3×3的标准卷积替换为深度可分离卷积。为验证改进后算法的有效性和可靠性,采用Faster-RCNN、SSD、YOLOv3、YOLOv4四种算法进行对比验证分析,结果表明:该算法在检测性能方面表现优异,测试集的平均精度为78.05%,精确率以及召回率的加权调和平均值为84.44%,均高于其余四种算法。在模型大小方面,该算法模型的大小仅为55.1 MB,相对于原始YOLOv4模型压缩了78.0%,且远小于Faster-RCNN、SSD、YOLOv3模型。此外,该算法的单张图片的检测时间为23.75 ms,每秒帧数为42.1帧/s,很好地满足了隧道衬砌裂缝进行实时检测时移动设备对帧率的要求。且算法泛化能力良好,能够较为准确的对不同光照和复杂背景条件下的裂缝进行检测并标记。基于提出的改进YOLOv4算法构建隧道衬砌裂缝检测平台,实现对实际隧道工程中衬砌裂缝的准确、快速、智能化识别。

基于YOLO v5-IBX网络模型的公路隧道衬砌裂缝检测方法研究

目的 针对传统隧道衬砌裂缝检测效率低、成本高、周期长以及当前基于计算机视觉、图像处理技术的裂缝智能检测方法效率低、精度低、检测结果不准确等问题,提出一种改进的网络模型YOLO v5-IBX对公路隧道衬砌裂缝进行智能检测。方法 在原始YOLO v5网络模型的检测层中新增一个低维尺度和在特征提取层中融入注意力机制,提高特征融合利用和对小目标的检测精度,降低网络参数的计算量,达到减少裂缝细节信息丢失的目的;对采集到的公路隧道衬砌裂缝图像,通过图像翻转、裁剪、调整图像饱和度、对比度等随机转换方式来进行数据增强,增加数据特征样本,建立数据集,以满足模型检测的需求;在建立的隧道衬砌裂缝数据集上进行试验,以精确率、召回率、计算平均精度及平均精度均值作为检测精度的综合评价指标,将笔者提出的网络模型YOLO v5-IBX与原始的YOLO v5等其他网络模型进行对比。结果 采用改进的网络模型YOLO v5-IBX检测隧道衬砌裂缝,在迭代300次的情况下,训练损失可以降到0.014,裂缝检测精度率达到97.8%左右,召回率达到97.7%左右,精度均值达到98.6%左右,均优于其他模型,检测精度得到有效提高。结论 相比较传统的人工检测方法和原始YOLO v5检测算法,改进的网络模型YOLO v5-IBX可以更快速、准确地识别出隧道衬砌裂缝,为隧道衬砌裂缝检测提供新的更加实用的检测方案。

钢板-短锚结构修补张开型衬砌裂缝效果研究

为探明钢板-短锚结构修补张开型衬砌裂缝的效果,采用通用有限元软件ABAQUS对大偏心受压状态下经过钢板-短锚修补前后的钢筋混凝土衬砌力学特性、破坏形态进行对比。研究结果表明:(1)钢板-短锚结构修补裂损程度为30%、50%、70%的衬砌,相较于未修补的衬砌结构,极限承载力分别提升20.37%、24.22%、28.36%,跨中挠度值分别下降54.9%、32.5%、36.5%;(2)以衬砌裂损程度70%时极限承载力对应的跨中挠度值为基准,跨中挠度值由小到大分别为修补30%<完好构件<修补50%<修补70%<裂损30%<裂损50%<裂损70%;(3)衬砌裂损程度为30%、50%、70%时,经过钢板-短锚修补后衬砌中的钢筋最大拉应力分别下降8.24%、2.98%、10.90%,最大压应力分别下降9.38%、6.40%、0.89%;(4)衬砌结构破坏时,数值模拟和模型试验的破坏模式均相同,表现为受压侧混凝土产生不同程度压溃,经过修补后衬砌原有裂缝的扩展得到明显抑制,提升衬砌结构的整体性,降低掉块掉渣风险。钢板-短锚结构修补衬砌裂缝具有快速、微创的特点,结合以上研究结论为维修加固运营铁路隧道衬砌裂缝提供参考。

铁路隧道衬砌表观裂缝快速检测技术

梳理了国内外衬砌表观状态检测技术发展现状,对现场踏勘检测和衬砌表观检测系统检测出的衬砌裂缝检出率、里程误差、长度误差等关键参数进行了对比分析。结果表明:衬砌表观检测系统对宽度0.3 mm及以下的裂缝检出率为54.3%,对宽度0.3 mm以上的裂缝检出率为92.6%;纵向裂缝长度的离散误差为±0.7 m,主要由里程误差所致;环向裂缝长度的离散误差在-0.4~1.0 m,主要由图像拼接冗余所致。与现场踏勘检测结果相比,表观检测系统识别的环向裂缝长度存在27%的系统性放大现象,需进一步研究基于关键特征点匹配技术的图像拼接方法,降低拼接冗余,以提高环向裂缝长度的识别精度。

基于GHT的公路隧道衬砌裂缝图像边缘检测系统

针对目前方法存在裂缝覆盖性能差、检测裂缝宽度误差大、检测效果差的问题,设计基于GHT的公路隧道衬砌裂缝图像边缘检测系统。首先基于裂缝检测要求完成系统的整体框架;再对框架中图像采集、辅助以及裂缝识别等模块进行设计;以系统模块为基础设计系统软件,其中采用GHT算法对图像像素进行缩减操作,从而实现裂缝图像边缘的检测。实验结果表明,本次设计的系统覆盖性能高,检测裂缝宽度误差小,检测效果好。

高速公路隧道衬砌裂缝成因分析及防治措施探讨

隧道衬砌质量关系着高速公路建设过程中的施工安全,也对运营过程中的行车安全构成威胁,一旦隧道衬砌出现裂缝,将存在安全隐患,必须及时处理。基于此,对高速公路隧道衬砌裂缝成因进行分析,并对衬砌裂缝治理措施进行详细阐述,为高速公路隧道衬砌裂缝病害治理提供参考。

运营中的高速公路隧道衬砌裂缝病害处治技术探索

本文依托于运营期间高速公路隧道衬砌出现裂缝、渗水等病害的处治实例,阐述了隧道出现裂缝病害的原因分析,根据裂缝发育的不同程度,采取截防地表水,裂缝注胶,嵌入式粘贴钢板,注浆锚杆,设置拱脚钢管桩、钢花管注浆等系列综合加固处理技术措施。科学有效地完成了公路隧道裂缝的处治。