[发明专利]一种隧道病害快速诊断防治方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧道病害诊断技术领域，具体涉及一种隧道病害快速诊断防治方法。

背景技术

隧道病害主要有渗漏水、初砌裂损、隧道冻害、初砌腐蚀、震害、隧道内空气污染和火灾等方面。我国已成为拥有隧道数量最多的国家，特长隧道的数量也居于世界首位，同时也是隧道病害最严重的国家之一，隧道病害防治的工作任重道远。

隧道病害中，衬砌病害首当其冲，难免由于设计上的缺陷增加了隧道病害出现的可能性。由于岩石内部裂隙的存在，使得取样分析过程中同一类岩性的岩石强度参数出现较大差异；或者忽略了特殊岩体后期遇水软化而强度降低或腐蚀衬砌结构等问题，导致隧道围岩地质特性分析不够准确，支护结构设计强度特别是衬砌结构设计强度不够，隧道施工过程中未能对相应部位进行加强支护，进而导致投入使用后出现病害。

随着公路设计线形标准的提高和建设里程数量的增加，公路隧道特别是山岭高速公路隧道也越来越多，高等级的公路隧道，部分使用年限已长达十余年，且大部分都出现了隧道衬砌病害，这都是由于隧道设计施工过程中围岩强度参数不够准确，并忽略对隧道病害进行诊断分析且未进行针对性设计造成的，因而一直使得隧道病害问题悬而未决。此类问题使得部分隧道运营后病害维修已有两次以上，整治资金高且病害仍未完全根治，养护维修的问题依然迫切，这就需要一种有效实用的技术和明确的质量标准作为保障，来对隧道衬砌病害进行诊断。

发明内容

本发明的发明人经过研究发现，虽然隧道病害各式各样，但是衬砌病害具有举足轻重的地位，且归根结底隧道的大部分病害(除火灾外)基本都要通过隧道衬砌的变形或破坏表现出来，从而影响到隧道的运营；并且病害的初期主要是隧道衬砌的变形，按照变形的不同位置分为顶压、偏压、帮鼓和底鼓等不同类型。同时，发明人经过现场测试还发现，对于隧道衬砌的变形量测是隧道病害快速诊断的至关重要的一步。因此本发明提出通过检测隧道衬砌的变形，并结合可靠的诊断技术和优化设计的方法，来快速诊断隧道病害。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种隧道病害快速诊断防治方法，包括以下步骤：

S1、隧道信息快速获取：

S11、衬砌结构变形快速量测：采用三维激光扫描仪，基于激光发射点到目标点的飞行时间测量原理，采用非接触式测量方式，得到隧道轮廓图，通过对隧道进行快速且实时的测量，得到隧道从开挖到支护结构建立好直至稳定后的完整隧道变形情况，并得到隧道各个部位衬砌结构的变形情况；

S12、三维空间模型建立：基于三维激光扫描技术得到的隧道变形监测数据，采用虚拟仿真软件基于虚拟现实技术建立隧道模型，将隧道的整个开挖过程以具体模型的形式直观表现出来；

S2、隧道病害快速诊断：

S21、ANSYS位移反分析：以步骤S11中得到的衬砌变形情况为目标函数，通过ANSYS软件优化反分析得出隧道承受的围岩载荷，得到包括体积模量、剪切模量、泊松比、粘聚力、内摩擦角在内的围岩强度参数，再由所述围岩强度参数得出衬砌结构的变形情况进行判别验证，以保证模拟结果与实际工程监测值吻合；

S22、ANSYS应力反演：根据步骤S21中得出的隧道结构中衬砌结构的变形结果，通过ANSYS软件自带的应力反演操作，得出衬砌结构各个部位的受力情况，初步得到病害发生的部位；

S23、隧道衬砌超声波缺陷无损诊断：利用超声波检测系统进行隧道衬砌超声波无损检测，结合所述衬砌结构各个部位的应力反演结果，准确得到衬砌结构具体的病害情况；

S3、隧道病害防治：采用包括嵌缝补强、回填注浆、局部断面补强、锚喷加固、内表面补强、钢筋混凝土拱架加固和钢纤维混凝土补强在内的病害防治措施，对隧道出现的病害问题进行预防及治理。

与现有技术相比，本发明提供的隧道病害快速诊断防治方法，包括隧道信息快速获取、隧道病害快速诊断和隧道病害防治三个步骤，其中，隧道信息快速获取包括衬砌结构变形快速量测和三维空间模型建立步骤，隧道病害快速诊断包括ANSYS位移反分析、ANSYS应力反演和隧道衬砌超声波缺陷无损诊断步骤，因而能够对隧道衬砌的变形实行快速量测，即通过量测隧道衬砌的变形，并结合可靠的诊断技术和优化设计方法，可以快速诊断隧道病害，准确得到衬砌结构具体的病害情况，并根据隧道病害问题采取相应的隧道病害预防及治理措施。

进一步，所述步骤S12中采用虚拟仿真软件3DMAX基于虚拟现实技术建立隧道模型。