越江公路盾构隧道壁后注浆探地雷达探测试验及应用研究

摘要

通过探地雷达对盾构隧道壁后注浆的分布进行无损检测，是为了在及时快速地掌握盾构隧道壁后浆液分布的基础上，再进行目的性的补偿注浆，最终达到控制隧道纵向沉降的目的。本论文结合越江公路盾构隧道直径较大，管片厚度较大等特点，通过室内试验，数值分析、模型试验以及现场探测等手段，对探地雷达在壁后注浆探测应用进行了较全面的研究，同时对越江公路盾构隧道探测装置进行了概念性的设计，主要取得了以下几个方面的成果： 1、在越江公路盾构隧道结构及软土方面，利用250MHz、500MHz和1GHz的探地雷达对上海长江盾构隧道管片进行探测试验，根据金属板模型介电常数测定方法测得了管片的介电常数；使用金属板模型和同轴探头法对注浆材料进行了测定：采用同轴探头法对上海地区典型的淤泥软土进行介电常数的测定和分析。得到了这些介质的介电常数和在各种介质中的电磁波速，为正确解释壁后注浆提供数据支持。 2、利用时域有限差分的方法对模型试验进行数值模拟，模拟了不同频率探地雷达对管片壁后不同充填方式及管片表面有水等的探测；在数值模拟的基础上，建立实体模型，然后利用250MHz、500MHz和1GHz的探地雷达对不同龄期的浆液获取了从第一天一直到第二十一天的探测结果，同时还对管片壁后不同充填方式及管片表面有水等进行探测。通过数值模拟和模型试验对比分析得出，500MHz的探地雷达的探测结果优于250MHz和1GHz，并且注浆后第三天的探测效果要优于第一天的效果，因此建议施工期利用500MHz的探地雷达对注浆三天后的现场进行探测。 3、针对越江公路盾构隧道壁后注浆探测的特点，设计了相应的机械装置的三种方案：基于盾构机改造的无损检测装置方案、车载快速检测装置方案和爬行机器人的方案，三种方案中车载快速检测装置方案具有一定的基础，在几年内具有实现的可能性，也能够满足探测的需要。 4、基于以上几项研究，应用250MHz、500MHz和1GHz频率的探地雷达对翔殷路隧道、上中路隧道、上海长江隧道进行现场探测，通过对三种频率探地雷达探测结果的分析，得出500MHz的探测效果要优于250MHz和1GHz。在现场探测试验阶段，由于上海长江隧道连接通道处设置通孔，通过钻孔获得了通孔处的注浆厚度21cm，利用500MHz探地雷达进行探测也得到厚度大约在22cm～23cm，误差控制在5％，可见探地雷达具有较高的精度。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1探地雷达简介

1.2探地雷达在隧道工程中的应用

1.2.1探地雷达在岩石隧道中的应用

1.2.2探地雷达在软土盾构隧道中的应用

1.2.3探地雷达检测装置应用现状

1.3探地雷达在越江公路盾构隧道壁后注浆探测中的应用

1.3.1越江公路盾构隧道的特点

1.3.2探地雷达应用于越江公路盾构隧道存在的问题

1.4论文主要研究工作及创新点

第2章越江公路盾构隧道结构及软土介电常数测定

2.1概述

2.1.1介质的介电常数

2.1.2介电常数测定的方法

2.2越江公路盾构隧道结构电磁波速测定

2.2.1管片介电常数测定

2.2.2浆液介电常数测定

2.3软土的介电常数测定

2.4本章小结

第3章越江公路盾构隧道管片大型模型试验及数值分析

3.1模型的试验目的及意义

3.2模型试验的方案

3.2.1模型试验场地情况

3.2.2模型试验材料准备

3.2.3模型试验具体方案

3.3基于时域有限差分法的模型试验数值模拟

3.3.1时域有限差分法的原理

3.3.2不同频率探地雷达数值模拟

3.3.3管片壁后不同充填方式模型的数值模拟

3.3.4管片表面有水的数值模拟

3.3.5浆液和砂层有金属板的数值模拟

3.4模型试验数据分析

3.4.1不同频率雷达对比分析

3.4.2不同龄期浆液模型试验的探地雷达实测分析

3.4.3管片表面存在积水时的探地雷达实测分析

3.5本章小结

第4章越江公路盾构隧道壁后注浆雷达探测装置概念设计

4.1探测装置需要达到的要求

4.2盾构隧道壁后雷达探测的测线布置

4.3隧道壁后注浆无损检测装置概念设计

4.3.1基于盾构机改造的无损检测装置概念设计

4.3.2车载快速无损检测系统概念设计

4.3.3附壁爬行检测机器人概念设计

4.4本章小结

第5章越江公路盾构隧道壁后注浆雷达探测应用

5.1翔殷路隧道现场探测

5.1.1工程概况

5.1.2翔殷路隧道的壁后注浆现场探测

5.1.3本节小结

5.2上中路隧道现场探测

5.2.1工程概况

5.2.2上中路隧道的壁后同步注浆现场探测

5.2.3试验结果分析

5.2.4本节小结

5.3上海长江隧道现场探测

5.3.1不同频率探地雷达的探测

5.3.2连接通道通孔处壁后注浆探测

5.4本章小结

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果