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聚脲喷膜材料在隧道衬砌掉块病害整治中的试验研究

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现代隧道技术 2023年第2期60卷 282-292页

作者：王嵩杨昌宇许兴伍李传富王聚山袁勋王芳陈昂杨义王辉郭继军管强王福海刘强孙诚张永钦中国铁路成都局集团公司成都610081 中铁二院工程集团有限责任公司成都610031 中铁十一局集团有限公司襄阳441199 四川昕悦环保科技有限公司成都610094

针对传统掉块病害整治工艺施工工序复杂、劳动强度大、施工速度慢、工效低和费用高等缺点,提出采用聚脲喷膜材料对隧道衬砌掉块病害进行整治。通过对聚脲喷膜材料承受掉块自重和空气动力学荷载的理论分析,以及现场建立隧道衬砌模型的实... 详细信息

针对传统掉块病害整治工艺施工工序复杂、劳动强度大、施工速度慢、工效低和费用高等缺点,提出采用聚脲喷膜材料对隧道衬砌掉块病害进行整治。通过对聚脲喷膜材料承受掉块自重和空气动力学荷载的理论分析,以及现场建立隧道衬砌模型的实测试验,重点研究了聚脲喷膜材料的粘结强度和拉伸强度。试验表明,在试块自重和空气动力学效应约14 t荷载的共同作用下,厚度为5 mm的聚脲喷膜材料未发生拉伸断裂破坏,能够承托住衬砌掉块;加载过程中试块周边一定范围内的喷膜材料发生了剥离,表明剥离范围内喷膜聚脲材料与隧道衬砌混凝土表面之间粘结强度逐步降低。为防止隧道衬砌拱部掉块,可采取增加喷膜材料与混凝土之间的粘结强度或增加喷膜材料厚度等措施。

关键词：隧道衬砌掉块聚脲材料空气动力学荷载粘结强度

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一种铁路隧道衬砌掉块声音检测方法

电子测量与仪器学报 2022年第1期36卷 134-140页

作者：陈子正行鸿彦王瑞段儒杰南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 南京信息工程大学江苏省气象探测与信息处理重点实验室南京210044 中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所北京100081

针对传统铁路隧道衬砌掉块检测方法耗时长、成本高的问题,在声信号识别技术的基础上,提出了基于遗传算法优化支持向量机(GA-SVM)模型的铁路隧道衬砌掉块声音检测方法。通过提取铁路隧道内衬砌掉块与其他事件声音的梅尔频率倒谱系数(MFCC... 详细信息

针对传统铁路隧道衬砌掉块检测方法耗时长、成本高的问题,在声信号识别技术的基础上,提出了基于遗传算法优化支持向量机(GA-SVM)模型的铁路隧道衬砌掉块声音检测方法。通过提取铁路隧道内衬砌掉块与其他事件声音的梅尔频率倒谱系数(MFCC)特征系数矩阵,利用遗传算法的寻优能力对支持向量机中影响预测模型精度的两个参数C和σ进行优化,构建铁路隧道衬砌掉块检测模型。实验结果表明,在少量训练样本的基础上,GA-SVM模型对比传统的SVM模型和粒子群算法(PSO)优化的SVM模型,能更够准确地检测出衬砌掉块的大小,检测精度达到了96.67%,验证了声信号识别技术应用于铁路隧道衬砌掉块检测的可行性。

关键词：铁路隧道衬砌掉块声音检测 MFCC 遗传算法支持向量机

隧道衬砌掉块类缺陷结构安全性检算方法及整治技术方案

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铁道建筑 2022年第6期62卷 116-119页

作者：杨建伟中国铁路北京局集团有限公司工务部北京100860

隧道衬砌掉块类缺陷分布隐蔽、危害极大,若发现该类缺陷进行快速有效的安全性评估和及时整治至关重要。针对重整治轻评估的现状,结合工程实例,依据旧新两版《铁路隧道设计规范》,分别给出采用容许应力法和极限状态法进行该类缺陷结构安... 详细信息

隧道衬砌掉块类缺陷分布隐蔽、危害极大,若发现该类缺陷进行快速有效的安全性评估和及时整治至关重要。针对重整治轻评估的现状,结合工程实例,依据旧新两版《铁路隧道设计规范》,分别给出采用容许应力法和极限状态法进行该类缺陷结构安全性检算的流程和方法。经计算,极限状态法、容许应力法计算所得的衬砌结构最小厚度分别为20、25 cm,说明容许应力法计算结果偏保守,因此安全性检算时该方法尚不能摒弃,应综合考虑和对比两者的计算结果。最后给出了一种注浆加固填补衬砌掉块空洞的通用技术方案,为类似缺陷整治提供参考。

关键词：铁路隧道衬砌掉块缺陷结构对比分析极限状态法容许应力法安全性检算整治方案

基于声音的铁路隧道衬砌掉块检测方法及系统设计

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基于声音的铁路隧道衬砌掉块检测方法及系统设计

作者：陈子正南京信息工程大学

学位级别：硕士

铁路隧道衬砌病害检测一直都是运营铁路隧道维护领域的研究热点,随着人工智能技术的不断发展,信号识别算法的出现为实现创新有效的铁路隧道衬砌掉块灾情检测提供了可能。由于隧道中衬砌掉块会给行车安全带来很大的威胁,进行衬砌掉块检... 详细信息

铁路隧道衬砌病害检测一直都是运营铁路隧道维护领域的研究热点,随着人工智能技术的不断发展,信号识别算法的出现为实现创新有效的铁路隧道衬砌掉块灾情检测提供了可能。由于隧道中衬砌掉块会给行车安全带来很大的威胁,进行衬砌掉块检测来保障铁路隧道安全就显得尤为重要。为了识别铁路隧道衬砌掉块灾情大小,本文设计了一种基于声音的铁路隧道衬砌掉块检测系统。对原始采集的铁路隧道衬砌掉块声音信号进行时频分析并进行预处理,初步验证了通过声音检测铁路隧道衬砌掉块灾情的可能性;提出一种掉块声信号的盲源分离方法,以获取较为纯净的掉块声;提取掉块声音信号的特征系数后,对三种不同大小的掉块声进行三种分类研究,取得了较好的分类效果;利用STM32设计了基于声音的铁路隧道衬砌掉块检测系统,并对实测数据进行实验分析,验证了系统的科学性、有效性及精确性。具体工作如下:(1)为了验证通过声信号检测铁路隧道衬砌掉块灾情的可行性,对原始采集的铁路隧道衬砌掉块声音信号进行分析。研究了铁路隧道衬砌掉块声信号的去噪、预加重、分帧加窗、端点检测等预处理方法;研究了掉块声信号的时频域分析方法,为铁路隧道衬砌掉块声音信号的盲源分离和识别奠定了基础。(2)为了获取较为纯净的掉块声,提出一种掉块声信号的盲源分离方法。将一路掉块声信号和两路环境噪声信号合成待观测的混合声音信号,用快速ICA算法(Fast ICA)和主成分分析法(PCA)分别进行盲源分离实验,比较两种算法的平均运行时间、分离信号的信噪比、均方根误差来评价各算法的分离效果。实验结果表明,Fast ICA算法解混出的掉块声信号的信噪比和均方根误差均优于PCA算法解混的掉块声信号,实现了更好的盲源分离效果。(3)针对传统分类器模型的识别结果不佳的缺陷,提出了三种基于支持向量机理论的分类算法。为了提升模型的泛化能力,利用线性预测倒谱系数(LPCC)及其一阶差分系数和梅尔频率倒谱系数(MFCC)及其一阶差分系数对掉块声信号进行特征提取,对比两种特征的分类效果,选择效果更好的一种特征作为精确分类实验的声音特征。精确分类实验采用五折交叉验证方式的对比三种不同大小衬砌掉块的声学特征在SVM、PSO-SVM和GA-SVM分类模型上的表现。实验结果表明,GA-SVM模型的正确率和F1-score比SVM模型和PSO-SVM模型都更高,正确率与F1-score分别达到了96.67%与96.66%,能够有效的识别出铁路隧道衬砌掉块灾情大小,验证了基于声音的铁路隧道衬砌掉块检测方法的精确性。(4)设计了一种基于STM32的铁路隧道衬砌掉块声音检测系统。设计了系统的总体框架,研究了麦克风前置放大器、主控制器、串口通信等硬件设计。对实际采集的声音数据进行实验分析,系统的综合识别率达到了92.55%,进一步验证了基于声音算法的铁路隧道衬砌掉块检测系统的科学性、有效性及精确性。实验结果表明,本文设计的系统能有效检测出铁路隧道衬砌掉块灾情大小,对丰富现有的铁路隧道衬砌病害检测技术有着十分重要的意义。

关键词：铁路隧道衬砌掉块声音信号盲源分离灾情检测

高速公路隧道衬砌掉块、脱空及欠厚的关系与处治措施

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工程建设与设计 2023年第8期 58-60页

作者：刘晓晨北京特希达交通勘察设计院有限公司北京100067

以甬台温高速公路宁波二期段麻岙岭隧道工程为依托,在对隧道衬砌病害调研的基础上,采用理论分析并结合数值计算方法,对高速公路隧道衬砌病害产生的原因及其相应的治理措施进行研究。结果表明:拱肩欠厚、拱肩脱空情况下二次衬砌结构承载... 详细信息

以甬台温高速公路宁波二期段麻岙岭隧道工程为依托,在对隧道衬砌病害调研的基础上,采用理论分析并结合数值计算方法,对高速公路隧道衬砌病害产生的原因及其相应的治理措施进行研究。结果表明:拱肩欠厚、拱肩脱空情况下二次衬砌结构承载能力安全储备不能满足规范要求;衬砌背后空洞、衬砌结构裂损和渗漏水病害三者相互影响。

关键词：高速公路隧道衬砌掉块病害处置

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隧道衬砌掉块监测系统研究

隧道衬砌掉块监测系统研究

第十五届中国智能交通年会

作者：关则彬佘振国宁静赵颖陈香宇中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所

我国铁路隧道数量多,隧道衬砌掉块侵限是影响铁路行车安全的直接因素。本文提出基于视频分析技术来建立隧道衬砌掉块监测系统,重点讨论了系统的主要构成、应用功能、监测传感器的部署方案。最后本文指出了系统存在的不足以及后续改进的... 详细信息

我国铁路隧道数量多,隧道衬砌掉块侵限是影响铁路行车安全的直接因素。本文提出基于视频分析技术来建立隧道衬砌掉块监测系统,重点讨论了系统的主要构成、应用功能、监测传感器的部署方案。最后本文指出了系统存在的不足以及后续改进的方向。

关键词：隧道衬砌掉块监测系统视频

来源： cnki会议评论

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公路隧道衬砌裂损扩展与掉块稳定性研究

公路隧道衬砌裂损扩展与掉块稳定性研究

作者：刘旺重庆交通大学

学位级别：硕士

衬砌开裂是公路隧道中最常见的一种病害,对隧道工程质量及运营交通安全都会造成严重影响。在不同荷载作用下,隧道衬砌开裂最终可能演变至隧道掉块事故。因此,需要对裂损衬砌结构进行承载能力评估和安全性评价。目前,国内外研究还没有搞... 详细信息

衬砌开裂是公路隧道中最常见的一种病害,对隧道工程质量及运营交通安全都会造成严重影响。在不同荷载作用下,隧道衬砌开裂最终可能演变至隧道掉块事故。因此,需要对裂损衬砌结构进行承载能力评估和安全性评价。目前,国内外研究还没有搞清楚隧道衬砌裂缝扩展的空间演变规律以及衬砌开裂与掉块之间的关系,也没有针对衬砌掉块的综合性分析方法。本文分析总结了不同荷载模式下隧道衬砌裂缝的三维扩展规律,采用3DEC软件建立了裂缝贯穿衬砌后的掉块风险分析模型;在此基础上,通过模糊层次分析法统筹了裂缝扩展和块体掉落分析的结果,建立了包含隧道衬砌裂缝状态和块体状态的三级指标体系,建立了隧道衬砌掉块风险安全评价体系。本文主要内容如下:(1)通过收集大量的公路隧道衬砌裂缝文献,分析公路隧道衬砌裂缝开裂的原因、危害以及衬砌裂缝的分类方式,为公路隧道衬砌裂缝扩展的模拟提供数据支撑。结合经典块体理论,对北碚隧道衬砌掉块案例进行分析,采用矢量分析方法实现了对可动块体和关键块体的计算,并将其应用于隧道衬砌块体衬砌块体掉落风险分析中。结合块体稳定性分析方法,重新推演北碚隧道衬砌掉落块体的稳定性,最终结果显示与事实相符。(2)通过有限元软件ABAQUS对偏压荷载、水压力、膨胀性土压力这几种典型诱因下的衬砌结构进行扩展有限元建模分析,分析总结了衬砌裂缝的三维扩展规律。建立了基于截面短期刚度的安全评价方法,并对183种工况进行了剩余刚度比值验算,得到了不同工况下的剩余刚度比值演变规律。(3)结合裂缝三维扩展规律,引入经典块体理论,采用3DEC离散元软件,通过改变预设结构面形成关键块体来模拟不同空间形态裂缝对隧道衬砌安全性的影响,并对隧道衬砌关键块体不同位置、衬砌混凝土强度变化对隧道安全风险进行分析评估。(4)通过构建基于模糊综合评价法的三级指标体系,建立了关于掉块风险的隧道结构安全性评价体系。其中三级指标体系包含了隧道衬砌块体状态和裂缝状态。根据各项指标的隶属度函数计算得到的结果,通过安全等级矩阵将公路隧道衬砌结构划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个安全等级。结合实际工程案例试算,验证了隧道衬砌掉块风险评价方法,能为运营期公路隧道衬砌结构开裂掉块的风险评估提供必要的参考。

关键词：裂缝扩展数值模拟衬砌掉块模糊层次法掉块风险评估

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高铁隧道片状掉块气动行为及对行车安全影响

铁道学报 2024年第8期46卷 171-179页

作者：杨伟超刘俊杰刘义康王昂施成华何旭辉中南大学土木工程学院湖南长沙410075 高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075

高铁隧道衬砌病害日益恶化,衬砌掉块问题愈发严重,对列车运行安全危害极大。为探究隧道内行车时衬砌掉块脱落对行车安全性的影响,建立大气-隧道-衬砌掉块-列车三维数值模型,对列车运行条件下衬砌掉块的气动行为进行分析,研究片状衬砌掉... 详细信息

高铁隧道衬砌病害日益恶化,衬砌掉块问题愈发严重,对列车运行安全危害极大。为探究隧道内行车时衬砌掉块脱落对行车安全性的影响,建立大气-隧道-衬砌掉块-列车三维数值模型,对列车运行条件下衬砌掉块的气动行为进行分析,研究片状衬砌掉块初始下落位置对行车安全性的影响。研究结果表明,不同剥落位置片状掉块沿隧道纵向位移均为负值;拱顶掉块沿隧道纵向位移平均为侧边墙掉块的1.45倍,上侧边墙掉块横向运动位移为拱顶掉块的2~3倍;拱顶掉块随着距隧道中线距离的增大受流场结构影响越显著,初始加速度峰值越大;拱顶剥落的衬砌掉块可能与列车直接相碰,上侧边墙剥落的衬砌掉块可能与车身侧面相碰或者被卷入到轮轨内,下侧边墙剥落的衬砌掉块远离车身运动,对行车安全无影响。研究结果对今后高速铁路隧道衬砌病害防治具有参考意义。

关键词：高速铁路隧道衬砌掉块 6 DOF模型气动行为行车安全性

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隧道衬砌分岔裂缝特征提取研究

铁道标准设计 2019年第10期63卷 135-141页

作者：蒲炳荣漆泰岳黄晓东陈桂龙西南交通大学土木工程学院成都610031 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室成都610031

随着高速铁路的快速发展,高铁隧道的病害问题逐渐受到重视,而隧道衬砌分岔裂缝发育造成的衬砌剥落掉块已成为常见的隧道病害之一,因此对于分岔裂缝的检测与防治十分重要。基于数字图像处理的隧道衬砌裂缝特征提取研究方面,国内外专家学... 详细信息

随着高速铁路的快速发展,高铁隧道的病害问题逐渐受到重视,而隧道衬砌分岔裂缝发育造成的衬砌剥落掉块已成为常见的隧道病害之一,因此对于分岔裂缝的检测与防治十分重要。基于数字图像处理的隧道衬砌裂缝特征提取研究方面,国内外专家学者已经做了很多工作,但大都基于单线裂缝,针对分岔裂缝的特征提取研究还很少。利用MATLAB软件编程,在单线裂缝特征识别的基础上,通过对分岔裂缝进行分支化处理,提取了分岔裂缝的拐点特征。并加入了分岔点生长编码作为分岔裂缝新的裂缝特征,该特征能够量化分岔裂缝的初始生长方向。经裂缝匹配试验验证,不同时期的分岔裂缝图像,其拐点特征和分岔点生长编码特征能够达到高度匹配。两种特征能够为分岔裂缝的机器自动化识别提供可靠依据,进而为实现隧道衬砌剥落掉块预警奠定基础。

关键词：铁路隧道隧道病害衬砌掉块分岔裂缝特征提取裂缝图像匹配高速铁路