地铁隧道裂缝的识别和治理方法的发展与研究

地铁隧道裂缝的识别和治理方法的发展与研究

刘亮

深圳市市政工程总公司 广东 深圳 518000

摘要：近年来，随着城市经济的发展，城市人口和交通带来的压力越来越大，为了缓减此种压力下所带来的的负担，地铁隧道应运而生。我国地铁隧道虽然起步较晚，但发展速度较快，城市地铁隧道数目巨大。然而，地铁隧道在施工建设和运营养护整个生命周期内，由于外部因素和自身缺陷，地铁隧道表面会产生各种裂缝。基于此，本文对地铁隧道裂缝的识别和治理方法的发展进行了研究，以供相关人士借鉴。

关键词：隧道裂缝；识别；治理

引言

隧道裂缝不仅影响地铁建筑的美观，而且会诱发渗漏水病害，严重时会影响人民的正常出行和生命安全，因此，地铁隧道裂缝的识别和治理对保证地铁安全运营具有重要意义。综合分析了地铁隧道裂缝类型，随着计算机技术的不断发展，地铁隧道裂缝识别技术向着快速化、智能化发展。地铁隧道裂缝识别方法正逐步经历缓慢的人工勘探识别，快速的机器扫描以及智能的自识别等阶段。结合地铁隧道裂缝治理方法进行了分析。

一、隧道裂缝种类

由于地质环境、设计施工及运营维护等方面的原因，隧道裂缝问题时有发生。根据裂缝产生原因的不同，将隧道裂缝大致分为三大类：温度裂缝、施工裂缝和变形裂缝。

1.1温度裂缝

温度裂缝也叫温差裂缝，由于衬砌表面温差较大所引起的。管片混凝土结构浇筑后，其在硬化期间水泥会释放大量的水化热，内部温度不断升高。当外部温度与内部温度相差较大时，产生非均匀的降温差，导致混凝土表面急剧的温度变化，同时混凝土早期强度较低，因而易产生温度裂缝。

1.2施工裂缝

施工裂缝产生于隧道建设施工过程中，由于千斤顶推力、盾尾密封刷压力、壁后注浆压力、上浮力以及管片拼装机的操作荷载等不良作用力经常会造成管片局部浅层裂缝、整体贯通裂缝及螺栓孔与定位孔处混凝土崩裂等破坏裂缝。

1.3变形裂缝

由于隧道的外作用力，隧道衬砌不均匀沉降或水平收敛，导致隧道变形，易造成拱顶和拱底管片内弧面贯通纵向裂缝、管片边角破损、接头变形破损等。

二、地铁隧道裂缝的识别方法

2.1传统检测方法

地铁作为城市公共交通运输，其承担着常态通勤客流的出行，具有便捷、快速以及容量大的特点。传统的地铁隧道裂缝病害检测，多采用人工巡查，通过目视查询、量测隧道衬砌裂缝宽度和长度，然后手工记录采集到的裂缝相关参数数据，同时拍摄照片以便随后在室内进行分析，从而对地铁隧道裂缝进行评估。传统检测方法存在耗时长、工作量大、信息化程度低、耗费人力物力且受人为因素影响大等弊端。同时，地铁运营时间长，仅仅在夜间有3-4个小时的停运时间，对隧道及内部主设备系统的现场检测和维修时间有限。因此，传统的人工检测方法根本无法满足爆发式发展隧道病害检测的需求。

2.2快速检测技术

隧道裂缝病害快速检测技术包括超声波检测、地质雷达探测、声发射检测和光纤传感器检测^[1-4]。超声波检测具有穿透能力强，检测成本低廉等优点。常采用超声波检测裂缝深度，其主要原理为利用超声波穿越裂缝端点处的首波相位反转现象或传播时间差来确定裂缝的深度。在使用超声波仪检测隧道裂缝深度时，检测位置应尽可能地避开钢筋结构；地质雷达作为一种快速无损的探测技术手段，能够比较直观地表现检测目标。针对隧道衬砌裂缝宽度，雷达电磁波跨越裂缝时，电磁波的波形就会在裂缝位置出现相差较大相位变化和不连续反射波，从而有效对隧道衬砌内部及隐蔽部位进行病害探测；声发射检测是一种动态无损检测，利用弹性波进行声学检测，可以确定正在产生的裂缝。声发射技术具有动态和灵敏度高等优点，被广泛应用于工程结构的安全监测中；光纤传感器是将来自光源的光由光纤进入调制器，在隧道衬砌检测过程中光学性质发生相应的变化，从而判断隧道病害。通过以上技术对隧道裂缝病害检测，获得隧道衬砌内部缺陷问题，从而可以推测出裂缝的发展状态和趋势。

2.3智能识别方法

随着人工智能和数字图像处理技术的发展，以计算机视觉技术为依托的图像扫描方法结合机器人智能检测系统应用到隧道裂缝的采集，其能克服隧道内复杂危险的操作环境，同时能够高效客观的完成检测任务，获得的隧道表观信息具有精度高、速度快、数据已保存等优点。基于隧道病害图像，通过通用图像处理技术与智能算法使计算机拥有类似人类的视觉感知系统，对外界输入的隧道病害图片、视频信息做出理解、分析与判断，从而实现隧道裂缝的识别与检测。目前，基于计算机科学的浅层学习^[5]和深度学习^[6]方法已应用于隧道衬砌裂缝病害的智能识别。

三、隧道裂缝的综合治理

根据工程实践，发现隧道裂缝是地铁隧道中比较常见的病害，隧道裂缝对行车安全、隧道结构的耐久性以及隧道的安全稳定性具有重大的影响，因此，针对不同裂缝采取相应治理措施。

3.1注浆加固

注浆加固主要是通过浆液充填裂缝及周围土体，浆液胶结凝固后达到增强效果。低压灌浆技术是一项专门针对混凝土微细裂缝进行化学灌浆的新型技术。利用低压注入原理，注浆时不必对混凝土进行开槽钻孔，通过袖珍式灌注工具将低粘度、高强度的裂缝修补材料—AB灌浆树脂注入到裂缝内部，自动完成对混凝土微细裂缝的灌浆修复，提高混凝土结构的防水性、耐久性和整体性。低压灌浆无噪声粉尘污染，操作轻巧，施工快捷。针对隧道不均匀沉降变形，利用微扰动双液注浆技术，对隧道进行钻孔、打设注浆管，采用双泵双液进行边注浆边拔注浆管，最后完成隧道的纠偏治理。

3.2纤维布加固

纤维布具有较高的强度，且超轻、耐高温高压。其广泛应用于土木建筑、桥梁、隧道、混凝土结构的抗震、加固和补强中，与配套的胶结剂共同使用，构成完整的碳纤维布材增强体系。纤维布加固施工流程为：施工准备-隧道裂缝附近表面处理-配制并涂抹配套胶结剂-粘贴纤维布。

结束语

随着科学技术的快速发展，隧道裂缝病害检测技术也在不断进步。裂缝病害的自识别和评估、病害治理结果精确化是今后隧道检测和治理的研究热点。

参考文献

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