【摘 要】
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盾构管片作为地铁隧道的主要受力构件,在施工和运营过程中承担着盾构机的顶推力、围岩压力、注浆压力和地下水压力等,是隧道防水、防火和耐久性等综合性能的重要保证。受施工工艺、运营荷载及所处运营环境的影响,地铁管片背后出现脱空和渗漏水病害,常伴随混凝土退化、钢筋锈蚀、衬砌背后土压力的变化等相关问题的产生,从而导致隧道塌方、涌水、涌泥等灾害发生,给地铁隧道的施工和运营造成极大危害。单一检测方式的局限性和不完
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盾构管片作为地铁隧道的主要受力构件,在施工和运营过程中承担着盾构机的顶推力、围岩压力、注浆压力和地下水压力等,是隧道防水、防火和耐久性等综合性能的重要保证。受施工工艺、运营荷载及所处运营环境的影响,地铁管片背后出现脱空和渗漏水病害,常伴随混凝土退化、钢筋锈蚀、衬砌背后土压力的变化等相关问题的产生,从而导致隧道塌方、涌水、涌泥等灾害发生,给地铁隧道的施工和运营造成极大危害。单一检测方式的局限性和不完整性会导致检测结果造成偏差,所以研究快速、无损的管片背后病害联合检测方法,在控制施工质量、消除质量隐患、保障地铁运营安全等方面具有一定的工程应用价值。本文以地铁管片背后脱空及渗漏水病害为研究对象,设计并制作了部分地铁管片物理模型,以探地雷达和冲击回波法两种无损检测技术手段,分析了钢筋对不同脱空尺寸及脱空渗漏水前后检测的影响,并通过Comsol Multiphysics软件模拟了电磁波在地铁管片病害模型中的二、三维入射和反射过程。研究所得主要结论如下:（1）当钢筋间距为0.185m时,随着脱空尺寸的减小,脱空反射波信号逐渐减弱,当脱空尺寸为0.1m,脱空反射波信号无法识别;当钢筋间距为0.125m时,下方不同脱空尺寸的反射波信号均无法识别;脱空渗漏水后反射回波强度明显增强,且渗漏区域下方出现多次反射波。（2）测点间距0.1m时,冲击回波声频法（IAE）能够有效识别脱空尺寸及位置,但检测结果较实际值偏大,不能区分脱空是否充水;测点间距0.02m时,冲击弹性波（IE）检测结果精度较高,脱空尺寸为0.2m的面积偏大5%,脱空尺寸为0.1m的面积偏大8%;三维切片法能够直观反映结构深度方向的病害情况,且结构内部缺陷位置卓越频谱峰值信号明显。（3）采用透射边界解决了边界反射波干扰的问题;基于Comsol软件得到了电磁波在管片模型中入射和反射的二、三维图像规律,得到了任意刻Z切面的电场值分布图,当钢筋间距0.185m时,钢筋遮挡下的的脱空面积明显减少,脱空最小识别尺寸为0.2m;得到了脱空是否渗漏的判别方法,但是不能识别渗漏尺寸,与探地雷达检测结果对比,验证了有限元法模拟结果的可靠性。（4）通过物理模型试验和有限元模拟结果对比,验证了探地雷达识别管片背后脱空与渗漏水病害类型及位置的可行性,提出了采用探地雷达仪器快速的对隧道结构进行整体扫描,确定出病害及疑似病害的大致位置,再通过冲击回波法对病害区域进行局部精检的联合检测方法,为实际地铁隧道工程脱空与渗漏水病害检测提供一定参考价值。
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