数值分析在隧道病害检测工作中的应用

数值分析在隧道病害检测工作中的应用

牛彦博1

(1.      重庆交通大学（土木工程学院）,重庆市400000)

摘要:我国的交通基础设施现役数量较多，导致相关设施的检测工作人员检测工作压力较大。需要通过各种方法帮助减轻检测压力。通过查阅相关文献，本文对学科《数值分析》在隧道病害检测工作中提供的帮助进行了总结。了解到数值分析学科能够与现阶段很多检测方法相结合，以此来得到更科学的数据。最后发现数值分析在隧道检测方面有一定的融合程度，但融合程度较浅，有些方面受到的影响因素较多，降低了结果的参考价值，未来可以攻破这些问题，为病害检测工作人员提供更好的支持。

关键词：交通工程；病害检测；综述；数值分析

0引言

根据我国交通运输部发表的《年度统计公报》了解到：2022年底，我国公路总里程已达到535.48万公里。如此庞大的里程即使分担到每个相关检测人员，每人的检测工作量也是重担。现急需探寻能够有效地帮助隧道检测人员减轻工作负担的方法，因此本文总结《数值分析》学科在隧道病害检测工作中所提供的便利与支持。

1隧道病害的类型

现存的隧道病害类型有：盾构隧道结构中的病害以及公路隧道结构中的病害。

盾构隧道中病害分为：由于隧道所处环境周围蕴含丰富的地下水，以及螺栓松动、管片接缝张开等一个或者多个其他原因导致的地下工程渗漏水病害类型；由于隧道所处地理环境发生地基不均匀沉降，外界施工的影响，以及结构上产生的应力集中等一个或者多个原因造成的结构衬砌裂缝病害；由于以上原因导致的隧道变形病害[1-2]。除此之外还有隧道的路面起拱病害、衬砌掉块病害以及隧道空洞等病害。

公路隧道病害与盾构隧道大致相同，但公路隧道结构环境更为复杂，导致产生病害的因素也更多。尤其与衬砌相关的病害，在公路隧道中，研究检测人员确定衬砌病害产生原因的难度很大，通常进行现场调研、理论分析、实验室试验以及数值分析等等方法，以及开展大量的对于公路隧道衬砌病害相关的研究，但是已有的研究大多都集中在一个或几个因素的案例分析，缺少了全面的对隧道衬砌病害产生因素的分析[3]。

2基于数值分析的隧道病害易发生部位预测

对于渗漏水病害，造成隧道渗漏水的原因是隧道结构衬砌承受水压力的能力与隧道结构衬砌水压力的大小相差较大，其中隧道衬砌水压力大小与地下水位、衬砌渗透性等多种因素有关，这也导致了难以测量与计算衬砌水压力，现使用计算方法主要有：数值分析法、折减系数法和模型试验法等，其中数值分析法，即采用数值分析，在计算隧道衬砌水压力时，综合考虑复杂边界条件以及非对称性等多种影响因素，使计算得到的结果更有参考价值，为检测人员在进行隧道渗漏水检测判断时提供有力的数据支持[4]。

对于隧道衬砌病害，首先是对隧道衬砌质量的检测计算，[5]提出数值分析和探索雷达检测结合的手段，通过将该手段应用于公路隧道的衬砌质量检测工作之后认为：在隧道结构中，衬砌的拱腰部位对于脱空最敏感，需加强对拱腰部位病害的检查，一旦发现衬砌产生结构性裂缝就需要及时进行相关检测工作[5]。其次是对隧道衬砌拉压应力集中现象的检测，[6]中采用数据分析的方法，对在隧道中使用探地雷达检测衬砌壁后空洞的结果进行分析，最终认为：在隧道的三个位置上（拱顶、拱肩、边墙）衬砌壁后如果出现了空洞，都会引起衬砌局部的拉压应力集中问题，而衬砌壁后空洞的位置与大小直接影响应力集中的严重程度[6]。

对于隧道中的道路路面起拱病害，[7]采用了数值分析的方法对已有的检测结果进行分析，认为隧道路面起拱病害的检测应该对外观、基岩密实度、衬砌脱空情况等多方面进行全方位的检测，采用数值分析的方法也能够为今后的类似病害检测工作提供工程借鉴[7]。

3基于数值分析的隧道病害检测技术

数值分析方法也有助于在隧道中进行病害检测的技术研究。[8]通过数值分析对实验结果进行了分析[8]，认为在自然条件之下，衬砌剥离深度小于50mm时，能够使用红外探测的方法来对隧道进行衬砌浅层剥离的检测，并且剥离深度越浅，红外探测的结果越有参考价值。同时[9]研究了红外探测结合数值分析方法，认为当隧道衬砌表面温差最小不低于0.5℃时，是红外探测方法判定衬砌剥离边缘的最佳时候[9]。

对于隧道结构中的衬砌掉块，会对同行车辆以及乘车人员造成一定的安全威胁。针对该病害，[10]中研究了一种检测技术，首先采用一种综合检测的方法，综合了地质雷达检测、回弹检测与外观检测，以此来进行对隧道的衬砌掉块病害系统地检测，之后再由数值分析方法对检测的结果进行分析，并通过进行实地检测分析之后，确定了该检测技术的可行性，为相关工作检测人员提供了技术参考[10]。

4基于数值分析的隧道病害已发生严重程度评判

对于以上的隧道结构病害，[11]中研究了一种对于隧道病害发生程度判断的方法。该方法采用半定量分析方法以及定量分析方法，前者仅是根据检查的结果来判断病害的进行程度，较为笼统；而后者则科学具体，采用数值分析的方法进行计算，依靠数值分析的计算结果来对病害的发生程度进行判断

[11]。由此可见，在大多数情况下，尤其是对于重要的隧道设施，都需要采用以数值分析方法为主要方法的定量分析方法，之后还能够通过建立隧道病害的损伤模型,来进行病害进行程度的判断。

5总结

学科《数值分析》为隧道中病害检测工作提供了很多的技术支持与方法便利，它能够与很多已有的隧道病害检测方法相结合，得到更为准确科学的结论，有效帮助隧道病害检测人员，提高工作效率，但数值分析学科与隧道病害检测工作的结合仍不深入，现在两者相结合的结果还仍有一些缺陷，期望着未来两者的结合深度还能够继续发展。

参考文献：

[1]曹征富.地下建筑工程渗漏及治理技术综述[J].中国建筑防水,2017(06)_26-33.

[2]葛双双,高玮,汪义伟,谢渊,陈新,王森.我国交通盾构隧道病害、评价及治理研究综述[J_OL].土木工程学报.

[3]刘德军,仲飞,黄宏伟,左建平,薛亚东,张东明.运营隧道衬砌病害诊治的现状与发展[J].中国公路学报,2021,34(11)_178-199.

[4]龚晓南,郭盼盼.隧道及地下工程渗漏水诱发原因与防治对策[J].中国公路学报,2021,34(07)1-30.

[5]覃成科.基于数值分析的隧道衬砌病害检测技术研究[J].西部交通科技,2020(05)_88-91+105.

[6]杨睿,薛亚东,杨健.雷达探测隧道壁后空洞的现场验证及空洞影响分析[J].隧道建设,2017,37(02)_185-191.

[7]黄忠财,熊雅文.公路运营隧道路面起拱病害检测及成因分析技术研究[J].西部交通科技,2021(03)_179-183.

[8]刘学增,唐精,杨芝璐,谷文川,段俊铭.隧道衬砌浅层剥离的红外探测方法[J].岩石力学与工程学报,2021,40(S1)_2876-2887.

[9]朱合华,刘学增.公路隧道结构服役性能快速移动感知技术[J].华中科技大学学报(自然科学版),2022,50(08)_11-18.

[10]熊雅文.公路隧道衬砌掉块病害检测及成因分析[J].西部交通科技,2020(12)_167-170+208.

[11]王剑宏,解全一,刘健,小泉淳.日本铁路隧道病害和运维管理现状及对我国隧道运维技术发展的建议[J].隧道建设(中英文),2020,40(12)_1824-1833.