[发明专利]基于隧道衬砌病害特征的隧道衬砌结构服役性能检测方法

权利要求书

1.一种基于隧道衬砌病害特征的隧道衬砌结构服役性能检测方法，其特征在于，包括：

步骤S1：采用模型试验方法对隧道结构、外部荷载以及地层条件进行相似模拟，开展结构受力破坏试验，记录隧道衬砌病害特征的测试值，所述隧道衬砌病害特征包括拱顶沉降、边墙收敛、裂缝密度和裂缝深度，

步骤S2：根据所述步骤S1记录的隧道衬砌病害特征测试值，建立隧道衬砌病害特征与剩余承载力区间的对应关系，

步骤S3：采用现场检测方法记录隧道原型的衬砌病害特征的检测值，

步骤S4：将所述步骤S3中隧道原型的衬砌病害特征的检测值与所述步骤S2建立的隧道衬砌病害特征与剩余承载力区间的对应关系进行对照，确定所述步骤S3中隧道原型衬砌结构的剩余承载力区间；

所述步骤S1具体为：

步骤S101：确定所述隧道衬砌结构的尺寸、结构力学参数、地层力学参数以及隧道外部荷载形式，所述结构力学参数包括裂缝参数、钢筋参数，检测所述隧道衬砌病害特征并记录测试值，对缺陷的与完好隧道衬砌结构开展相似模型试验，

步骤S102：确定试验模型的几何相似比C_L、应力相似比C_σ和弹模相似比C_E，由相似理论确定试验模型位移相似比C_d、应变相似比C_ε、荷载相似比C_P、弯矩相似比以及地层抗力相似比，

步骤S103：根据所述步骤S102确定的模型几何相似比C_L、试验材料应力相似比C_σ、弹模相似比C_E，选取砂子、水泥、石膏、钢筋进行配比立方体试验，配制满足所述应力相似比C_σ、弹模相似比C_E的隧道材料，采用所述隧道材料进行试验模型浇筑和振捣养护，

步骤S104：根据所述步骤S102确定的模型几何相似比C_L、荷载相似比C_P，制作试验装置，所述试验装置包括荷载控制系统、数据采集系统，所述荷载控制系统包括反力架(2)、千斤顶(3)、加载板(6)以及模拟地层抗力的弹簧(5)，所述弹簧(5)的个数与刚度总量满足地层抗力要求，所述荷载控制系统控制模拟的顶部松动荷载，偏压荷载以及隧道边墙两侧的塑性地压荷载；所述数据采集系统包括压力传感器(4)、数据采集仪(7)、位移百分表(8)和应变片，所述压力传感器(4)数量与所述弹簧(5)数量、曲板数量一一对应，所述位移百分表(8)设于隧道外侧每个所述曲板的正中间，所述压力传感器(4)、位移百分表(8)、应变片与数据采集仪(7)相连，

步骤S105：所述荷载控制系统采用静力分级模式模拟所述顶部松动荷载，偏压荷载以及隧道边墙两侧的塑性地压荷载，每级荷载施加后待所述荷载稳定60分钟后开始下一级荷载，直至隧道衬砌结构被破坏；

所述隧道衬砌结构的缺陷包括衬砌背后脱空、厚度不足、强度不足、存在裂缝和缺筋少筋，所述背后脱空部位采用不布置所述弹簧(5)和荷载进行模拟，存在裂缝的部位在浇筑时根据所述步骤S101测得的裂缝参数预制裂缝，所述厚度不足的部位根据所述结构力学参数建立厚度不足的所述隧道衬砌结构模型，所述缺筋少筋部位根据所述步骤S101测得的钢筋参数进行配筋；

所述隧道衬砌结构被破坏的标志包括：受拉主钢筋拉断、受压区混凝土压溃、所述荷载不变情况下变形持续增加、所述裂缝最大垂直宽度达到1.5mm；

所述步骤S3具体为：

步骤S301：采用裂缝测深仪测定隧道原型衬砌结构的裂缝深度，

步骤S302：采用游标卡尺、裂缝测宽仪或者图像识别法测定隧道原型衬砌结构的裂缝宽度，

步骤S303：采用卷尺或图像识别方法测定隧道原型衬砌结构的裂缝长度，

步骤S304：采用地质雷达检测隧道原型衬砌结构的衬砌厚度、钢筋分布情况以及衬砌背后空洞情况，所述背后空洞情况包括环向空洞范围、纵向空洞长度，

步骤S305：采用全站仪或激光断面仪测定隧道原型衬砌结构的所述拱顶沉降与边墙收敛；

所述步骤S4具体为：

步骤S401：根据试验模型确定的所述隧道衬砌病害特征与剩余承载力区间的对应关系，结合模型相似比确定所述隧道原型的隧道衬砌病害特征与剩余承载力区间的对应关系，

步骤S402：根据所述步骤S301～S305检测的隧道原型的隧道衬砌病害特征的检测值与所述步骤S401确定的隧道原型的隧道衬砌病害特征与剩余承载力区间的对应关系进行对照，当存在多种病害特征时按照最不利原则确定所述隧道原型的剩余承载力区间。

2.根据权利要求1所述的一种基于隧道衬砌病害特征的隧道衬砌结构服役性能检测方法，其特征在于，所述隧道衬砌病害特征与剩余承载力区间的对应关系分别包括所述拱顶沉降与剩余承载力区间的对应关系、所述边墙收敛与剩余承载力区间的对应关系、所述裂缝密度与剩余承载力区间的对应关系、所述裂缝深度与剩余承载力区间的对应关系。