桥铁路隧道状态检查与检测课件.ppt

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1、,铁路隧道检查与检测,铁路桥隧建筑物状态检查与检测,铁路桥隧建筑物状态检查与检测,一、概述 至2017年底，我国运营铁路隧道达14547座，长15326km，其中在建3825座，总长8125km，规划5596座，总长13331km。世界铁路隧道运营里程最长、在建规模最大。 由于建设年代不同，标准不统一，养维标准不高，隧道总体技术状态较差，部分隧道建成时就存在质量缺陷。据2014年统计资料，全路共有病害隧道5990座，病害率高达52.4%。其中严重漏水2937座，累约203km；衬砌严重腐蚀裂损4431座，约272km；仰拱铺底变形损坏598座，约121km；塌方落石591座，约22km，整体道

2、床损坏56座，约7.5km，限界不足隧道2535座，给铁路运营带来重大隐患。因此，加强对铁路隧道衬砌质量与病害的检测十分必要。,铁路隧道状态检查与检测,铁路隧道监控量测技术规程铁路工程结构混凝土强度检测规程铁路隧道衬砌质量无损检测规程铁路桥隧建筑物修理规则高速铁路桥隧建筑物修理规则（试行）高速铁路隧道工程施工质量验收标准高速铁路工程静态验收技术规范,二、隧道检测相关规范及标准,铁路隧道状态检查与检测,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,运营隧道由于前期设计缺陷、施工质量控制不严，后期自然灾害、结构腐蚀老化等原因导致结构病害，主要表现为错台、衬砌变形、裂缝、掉块、渗漏水、蜂窝麻面等。因此，对铁路隧道

3、衬砌结构物理力学参数、健康状态及相关环境的检测与监测有多种手段和方法可以实现。（一）隧道检测技术规范及标准局限 目前，铁路隧道施工规范、铁路隧道监控量测技术规程均没有对运营铁路隧道的结构健康及其稳定性的检测与监测提出要求。这也一直是国内外岩土工程界研究的热点和难点。,三、铁路隧道检测技术现状,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,铁路隧道建设可分为勘察设计、施工、竣工验收和运营4个阶段。检测与监测技术主要服务于后3个阶段。这3个阶段各有侧重：施工阶段包括超前地质预报和监控量测技术，以监测为主，指导施工，优化设计；竣工验收阶段包括衬砌和底板厚度、密实度及背后空洞、强度以及拱架，隧道限界、钢筋分布，以检

4、测为主，与设计资料核对，不符地段须返工加固；运营阶段主要是衬砌表面检测，以日常巡检为主，掌握病害的发展动态。,（二）各阶段隧道检测与监测的内容,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,各阶段隧道检测与监测的内容,铁路隧道施工提前介入工作,（一）提前介入的概念 隧道建筑物在纵向为一个筒状结构，横向为环形结构，在围岩荷载和衬砌的相互作用下工作，其二次衬砌作为隧道结构的安全储备，施工质量的好坏会直接影响到行车安全。为保证列车的安全运行，隧道结构内部不允许出现影响行车安全的异物。就隧道本身而言，必须杜绝高空掉物，特别是施工中二次衬砌出现的空洞、掉块缺陷。 目前高速铁路隧道二次衬砌后背脱空、浅层空洞、掉块病害较

5、为普遍，其直接影响到结构的安全性和使用寿命，加之高速产生的气动效应，会使存在隐患的二衬极易产生疲劳破坏，导致病害加速发展，对高速行车产生极大的威胁。 另外，根据其他新建客专线的运营经验，在线路开通运营之后对洞内病害的整治付出的代价十分昂贵，而且还影响到铁路的正常运输。因此，在线路开通运营之前，运营单位提前介入对衬砌常见空洞、掉块等病害进行检查，并采取相应整治措施显得十分必要。,四、提前介入,提前介入 从行车的安全性和结构耐久性来看，提前介入对隧道进行检查并及时消除病害显得十分必要，尤其对二次衬砌空洞、掉块的检查。通过介入工作在线路开通运营之前将病害进行整治和消除，是保证安全运营的重要途径之一，

6、此时也保证了在施工单位人员、机具充分的情况下缺陷的整治质量。 掌握关键、重大工程的施工方案、技术、质量控制措施。检查隧道洞口边仰坡、危岩落石防护是否到位；检查维修通道等是否符合标准。静态验收前完成隧道衬砌敲击检查。,铁路隧道施工提前介入工作,三、隧道工程检查的项点 1.衬砌检查项点： (1)拱部衬砌压溃、掉块、空洞，衬砌崩塌、剥落，风化、腐蚀。 (2)仰拱或无砟轨道变形，导致基床下沉、轨道板上拱、道床翻浆。 (3)拱部滴水、边墙淌水、基床冒水。 (4)衬砌开裂、变形、损坏，裂缝宽度及发展情况。 (5)衬砌腐蚀疏松深度大于衬砌厚度的1/10、面积在0.1m2以上。 (6)选用的建筑材料应符合结构

7、强度和耐久性的要求。混凝土的抗渗等级不应低于P8。,铁路隧道施工提前介入工作,2. 隧道洞口检查项点：（1）衬砌是否开裂、变形、损坏，若有掉块可能时应立即安排加固。（2）衬砌严重风化、腐蚀造成衬砌崩塌、剥落。（3）洞门是否存在仰坡坍塌、落石等危及行车安全的隐患。 （4）洞口仰坡周围排水、截水设施。（5）洞口仰坡及进出口路堑边坡有无破损。（6）洞口的检查设施和有关的标志。（7）洞口缓冲结构断面有效面积是否符合要求。,铁路隧道施工提前介入工作,3. 隧道防排水设施检查项点： （1）衬砌表面、施工缝、变形缝、设备安装孔眼不漏、不渗、无湿渍。 （2）排水系统不应出现堵塞、溢流、渗漏、淤积、冻结、冲刷，

8、在有冻害地段的衬砌背后不积水。 （3）隧道排水系统应与洞外排水系统、天然水系顺接，组成完整的排水系统。 （5）隧道全长范围内均应设置纵向、横向和环向盲沟、侧沟、泄水槽、中心水沟或中心水管(干燥无水隧道除外)和检查井。,铁路隧道施工提前介入工作,3. 隧道防排水设施检查项点： （6）洞外应设置洞外排水沟、洞口截水横沟(单面坡隧道)、洞顶截水天沟、仰坡排水沟等，必要时洞外应设置缓冲池(井)。 （7）隧道内排水沟坡度宜与线路坡度一致。在隧道中的分坡平段范围内和车站内的隧道，排水沟底排水坡度不应小于1，横向排水坡不应小于2%。 （8）隧道外部的地表水丰富时，应有良好的地表和洞顶排水系统。对隧道有影响的

9、地表沟谷、坑洼积水时，宜采用疏导、铺砌和填平等措施防止洞外地表水渗流到隧道内。,铁路隧道施工提前介入工作,4. 洞内附属结构物及救援通道检查项点： （1）救援通道 救援通道距线路中线距离满足设计要求。 隧道救援通道的宽度、高度是否满足设计要求。 隧道救援通道走行面是否轨面，走行面是否平整、稳固整齐。 疏散出口通道的出口处是否设置疏散场地，场地情况是否符合设计要求。 疏散出口通道路面、排水设施、通风设施、照明、安全门、疏散指示标识等是否符合要求。 疏散出口通道内水沟设置是否合理。,铁路隧道施工提前介入工作,（2）隧道照明 灯具及线缆是否侵入基本建筑限界。 灯具及线缆固定卡具及及紧固件是否松动、缺

10、少。 灯具的照射倾角是否达到预期的照明效果。 灯管是否损坏、接触不良。 隧道照明控制系统和开关是否使用正常。 灯具的防尘和防水 灯具的防触电保护是否达到I类防触电保护的要求。,铁路隧道施工提前介入工作,5. 隧道周边环境 （1）隧道轴线顶部红线内是否有建筑物、工厂。 （2）是否堆放易燃易爆品。 （3）是否有开矿、打井、取水等生产活动。 （4）是否修路。,铁路隧道施工提前介入工作,五、高速铁路隧道衬砌检查部位及方法 对完工隧道二次衬砌的全面检查，其检查方法和手段较多，除了依据检查验收标准及相关检测结果外，提前介入对浅层空洞、掉块等病害进行人工敲击检查也是不可或缺的步骤和手段。 隧道衬砌空洞、掉块

11、等缺陷出现的部位具有随机性，并且对高速列车造成安全的最大威胁来自拱脚至拱顶范围的隐患，因此在敲击检查时除了对边墙进行检查外，重点应对拱脚至拱顶135范围内衬砌部分进行仔细检查，以便彻底发现和消除病害隐患。为了更好的检查跟踪施工质量，及早发现病害并予以消除，可利用理论模型分析及各种检测工具对衬砌进行检测。,铁路隧道施工提前介入工作,高速铁路隧道衬砌检查 目前常用的检查方法有地质雷达无损检测和人工敲击检查，通过对两种方法各自优缺点的比较，科学合理采用，可及时消灭病害隐患。 地质雷达作为一种无损检测设备，以其准确、高效等优点在铁路工程地质探查、质量检测等方面得到广泛应用。但有关研究表明，其对钢筋混凝

12、土衬砌背后的程度较轻微的脱空或不密实则较难发现，对浅层问题反应效果不理想，并且检测成本费用较高、对使用者有一定专业、技能要求。,铁路隧道施工提前介入工作,高速铁路隧道衬砌检查 人工敲击 由于衬砌浅层的空洞，或暴露在其表面掉快往往能直接危机到行车安全，通过人工敲击检查的实践发现，人工敲击能快速、准确的发现衬砌浅层脱空位置及面积大小，病害评判周期短，检查时用具轻便快捷、易操作，对检查者的要求较低，能全面开展工作。因此，采用人工敲击检查的方法能更为直观，快速地发现病害，其具有直观性强，表面问题易诊断，检查成本低的特点，能达到事半功倍的效果，为彻底消除安全隐患提供了准确的信息源。,铁路隧道施工提前介入

13、工作,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,为了进一步查清隧道开挖前方的工程地质和水文地质情况，降低地质灾害发生的机率和危害程度，需对掌子面前方进行超前地质预报。根据铁路隧道超前地质预报技术规程的规定，隧道超前地质预报应综合采用地质调查法、超前钻探法、物探法和超前导坑法进行预测。其中物探法包括中长距离的弹性波反射法（常用的是地震反射波法）、短距离的电磁波反射法（常用的是地质雷达法）和高分辨率直流电法（常用的是三极空间交汇探测法。,1.超前地质预报,六、铁路隧道检测技术,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,监控量测作为质量管理的重要手段，越来越受到重视。铁路隧道监控量测项目包含6个必测项目和12个选测项目

14、。从本质上讲，隧道不仅仅是单纯的钢筋混凝土结构，而是围岩和支护结构的复合体。因此，在隧道开挖过程中，需要同时考虑围岩稳定状态和支护、衬砌可靠度，可以将监控量测项目分为5大类：洞内外观察；地表沉降；隧道结构变形；隧道结构受力；隧道环境。,2.监控量测技术,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,从本质上讲，隧道不仅仅是单纯的钢筋混凝土结构，而是围岩和支护结构的复合体。因此，在隧道开挖过程中，需要同时考虑围岩稳定状态和支护、衬砌可靠度，可以将监控量测项目分为5大类：洞内外观察；地表沉降；隧道结构变形；隧道结构受力；隧道环境。,监控量测技术,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,监控量测作为质量管理的重要手段，越

15、来越受到重视。铁路隧道监控量测项目包含6个必测项目和12个选测项目。,监控量测技术,日常监控量测必测项目,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,可将满足隧道设计与施工特殊要求进行的监控量测项目纳入选测项目：,监控量测技术,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,铁路隧道限界是为了确保列车安全行驶时有足够的空间在限界内除了机车车辆以及与机车车辆相互，作用的建筑物和设备外，其他建筑物和设备不得侵入。目前隧道限界检测设备主要有：隧道限界检测车（沈阳局）、便携式铁路限界测量仪和全测仪。,3.隧道限界检测,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,隧道限界检测车,BJSD-3激光隧道限界检测仪（断面仪）,隧道限界检测仪,铁路隧

16、道检测技术现状及发展趋势,隧道限界检测车,运营铁路隧道限界检测车实景图,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,隧道竣工后，衬砌和底板厚度、密实度及背后空洞检测方法有打击声法、冲击波法、电磁波法、超声波法和声发射法。其中，电磁波法包括地质雷达法、射线法、电磁感应法、红外线法等。这些方法各有特点和适用范围。考虑现场的实际条件和检测成本，一般常用的检测方法是打击声法和地质雷达法。,4.衬砌和底板厚度及背后空洞检测,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,隧道竣工后，衬砌和底板混凝土强度的检测方法可分为有损检测和无损检测。有损检测包括钻孔取芯法、拔出法和贯入阻力法，以钻孔取芯法最为常用。该方法可以直观地获得隧道衬砌

17、和底板厚度、质量和背后情况，但会对隧道结构防排水系统造成破坏，检测速度慢，效率低，一般用于对其他检测或监测方法的标定。无损检测方法有回弹法、超声波，回弹法反映的主要是构件表面10-15cm的强度状况，且回弹值受构件表面影响较大。超声波法反映的是构件内部的强度状况，但声波值受骨料粒径、砂浆等影响较大。相比于采用单一的超声波法或回弹法，超声回弹综合法弥补了单一检测方法的不足，测试结果具有影响因素少、精度高适应范围广等特点。,5.衬砌和底板强度检测,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,隧道砌和底板拱架、钢筋分布检测拱架和钢筋相当于隧道的骨架，在围岩较差的环境必须采用。常用的衬砌和底板拱架、钢筋密度检测方

18、法有地质雷达法和钢筋检测仪。地质雷达属于电磁波的一种，对钢筋、钢拱架等铁磁物的探测特别敏感，探测结果不能给出钢筋直径大小，但能准确定位钢拱架、钢筋的数量及分布情况。相比于地质雷达法，钢筋检测仪不仅能获得钢筋密度分布情况，而且能有效探测到钢筋直径大小，但该方法探测深度较浅，为约20cm的深度范围。,6.衬砌和底板拱架、钢筋分布检测,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,衬砌表面检测内容包括错台、衬砌裂缝、衬砌掉块或剥落、渗漏水等。常用的检测方法包括人工或人工仪器检测。这种检测方法直观，对检测人员要求高，劳动强度大，工作效率低，检测结果受人为主观因素影响，并且反馈滞后。,7.衬砌表面检测,地质雷达（GR

19、，Geo-radar）或探地雷达（GPR，Ground-Penetrating-Radar）原理：高频电磁波以宽频带短脉冲形式，通过发射天线被定向送入地下，经存在电性差异的地下地层或目标体反射后返回地面，由接收天线所接收。高频电磁波在介质中传播时，其传播路径、电磁场强度与波形将随介质的电性特征与几何形态而变化。因此，通过对时域波形的采集、处理和分析，可确定地下分界面或目标体的空间位置及结构，达到识别目标物的目的。,（一）地质雷达工作原理,七、地质雷达检测技术,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,天线,时间,x,地质雷达工作原理,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,天线,时间,x,地质雷达工作原理,铁路

20、隧道检测技术现状及发展趋势,在此期间，地质雷达技术突飞猛进，更多国家的高校和研究机构开始关注、研究地质雷达技术。同时，地质雷达也得到了地球物理和电子工程界的更多关注，对天线的改进、信号的处理、地下目标的成像等方面提出了许多新的见解。,1970年代初到70年代中期,1970年代中后期到80年代,1980年代至今,美国、日本、加拿大、英国、德国等国开展了大量的研究工作。首家生产和销售商用地质雷达公司问世，即美国地球物理测量系统公司（GSSI）。日本电器设备大学也研制出小功率的基带脉冲雷达系统。,美国GSSI、日本OYO、加拿大SSI、瑞典SGAB、意大利IDS等开始研制和生产各种不同型号的地质雷达

21、产品。80年代全数字化的地质雷达系统问世，解决了大量数据存储的问题，增强了实时和现场数据处理的能力，为数据的深层次后处理带来方便，应用领域得以向纵身拓展。,1904年，德国人Hulsmeyer首次将电磁波信号应用于地下金属体的探测。1910年，德国人Leimback和Lowy用埋设在一组钻孔里的偶极子天线探测地下相对高的导电性质的区域，并正式提出了地质雷达的概念。1926年，德国人Hulsenbeck第一个提出应用脉冲技术确定地下结构的思路。随着电子技术的发展，直到1970年代，地质雷达技术才重新得到人们的重视，同时美国阿波罗登月计划中月球表面探测实验的需要，加速了地质雷达技术的发展。,铁路隧

22、道检测技术现状及发展趋势,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,（二）地质雷达在国内的发展和应用1970年代中期，由煤炭科学研究总院重庆分院高克德教授为首的地质雷达专题小组，针对煤矿生产特点研制开发出了一套探地雷达系列产品KDL系列矿井防爆雷达仪，开创了我国自主研制地质雷达的先河。1980年代末90年代初，国内不少高校和科研单位开展过地下目标探测方面的工作。电子工业部第二十二所（中国电波传播研究所青岛分所）研制出LTD系列地质雷达，配有不同频率天线及分析软件，用于混凝土结构、路面、工程场地等各种测量。,工程勘察,考古调查,管线探测,质量检测,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,进入21世纪以后，地质雷达

23、逐渐的向更多的领域拓展，在矿产调查、考古、地质勘探、铁路、公路、水文、农业、环境工程、土木工程、市政设施维护以及刑事勘察等各领域都有重要的应用，用以解决地质构造、场地勘察、线路选择、工程质量检测、病害诊断、超前预报、垃圾填埋场环境污染研究等问题。,（三）地质雷达在铁路系统的发展和应用1982年，铁道部第三设计院从美国GSSI公司引进了我国第一台SIR-8型地质雷达，采用模拟线路，没有资料分析软件；1990年，引入第一台SIR-10型数字化地质雷达，并于1992年应用在隧道超前预报中，随之地质雷达逐步进入了铁路隧道衬砌、路基、支挡工程及桩基质量检测等范围。,隧道超前预报采用地震、雷达探测与地质研

24、究相结合的办法。地震反射预报掌子面前100m左右，地质雷达预报20-30m范围内。,隧道衬砌状态检测 检测衬砌厚度、内部钢筋及钢拱架分布，背后回填密实状况等。,路基状态检测,有砟道床厚度、道床脏污，路基富水、下沉及翻浆冒泥等。,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,（四）地质雷达检测主要技术指标,地质雷达探测深度、精度及检测速度是隧道状态检查的主要技术指标。深度：衬砌1.5m，道砟至仰拱2.5m。探测精度：分为垂直分辨率和横向分辨率。垂直分辨率决定了对地层厚度、空洞垂向宽度等垂向尺度的量测精度；横向分辨率决定了对空洞纵向长度、仰拱纵向裂损长度等纵向尺度的量测度。规程规

25、定垂直分辨率应高于2cm。检测速度：人工接触式（成熟）、隧道状态检查车（非接触式），测线数量。,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,人工手持地质雷达法检测,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,（五）非接触式地质雷达检测,非接触式检测（30cm以内）：可发现衬砌异常，但非接触式检测反射图像显示的异常信号与接触式测量的信号相比有所减弱，直观可识别程度有所降低，少数病害会被遗漏。但可有效避开衬砌表面凹凸不平、照明缆线、接触网腕臂等障碍物，因此实际工程中采用非接触式检测是可行的。隧道状态检查车：在满足检测精度要求的前提下，对检测速度目标的设定，既要有所突破，又要考虑各种制约因素。隧道现场存在各种影响检测速度的

26、制约因素，如电气化隧道接触网对拱顶检测形成制约，隧道变截面时要对天线支撑臂的长短进行调整，隧道照明等附属设施可能对某些测线有影响等。,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,非接触式地质雷达检测（30cm以内）,可发现衬砌异常，但非接触式检测反射图像显示的异常信号与接触式测量的信号相比有所减弱，直观可识别程度有所降低，少数病害会被遗漏。但可有效避开衬砌表面凹凸不平、照明缆线、接触网腕臂等障碍物，因此实际工程中采用非接触式检测是可行的。在满足检测精度要求的前提下，对检测速度目标的设定，既要有所突破，又要考虑各种制约因素。隧道现场存在各种影响检测速度的制约因素，如电气化隧道接触网对拱顶检测形成制约，隧道变

27、截面时要对天线支撑臂的长短进行调整，隧道照明等附属设施可能对某些测线有影响等。,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,车载地质雷达检测,铁科院基础设施检测中心的隧道状态检查车，通过车载地质雷达方式实现对隧道衬砌及隧底的快速无损检测。衬砌检测系统主要由液压机械臂支撑系统、隧底及衬砌检测系统和数据记录及处理系统等组成。液压机械臂支撑系统配备5条机械臂，每条机械臂均可进行伸缩，并能够在与车辆轴线垂直平面45范围内旋转，便于现场测线选择。衬砌状态检测的有效探测深度为1.5m，可以探测衬砌内部及其背后情况，能够满足对于衬砌拱、墙部位的检测评定要求。隧底状态检测可检测线路中心和钢轨外侧共3条测线。检测深度能够达到砟顶以下2.5m，能够检测出大多数隧道仰拱下部情况的。,隧道衬砌及路基检测系统原理图,铁路隧道检测技术现状及发展趋势,（六）隧道状态检查车,谢谢,