红外热成像技术在盾构隧道中的应用

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1、红外热成像技术在盾构隧道中的应用李文婷;王英;梁本亮;查珑珑 【摘要】通过研究建立红外热成像技术图像与隧道内表面渗漏水类型的量化关系， 将红外热成像技术应用于地铁隧道渗漏水病害的检查、评估和维护过程，探索了高 效的渗漏水检查和质量评定的新技术和方法，对于轨道交通隧道结构渗漏水病害的 治理、结构的安全和地铁的正常运营具有重要的现实意义。【期刊名称】建材技术与应用【年(卷)，期】2015(000)004【总页数】3页(P24-26) 【关键词】红外热成像;地铁隧道;渗漏水;地铁运营 【作者】李文婷;王英;梁本亮;查珑珑【作者单位】上海师范大学建筑工程学院，上海201418;上海师范大学建筑工程 学

2、院，上海201418;上海师范大学建筑工程学院，上海201418;上海师范大学建 筑工程学院，上海201418【正文语种】中文【中图分类】TN219引言随着世界经济的不断发展，城市化水平迅速提高，城市规模正不断扩大。城市成为 世界各国、各地区的政治、经济、文化发展中心。为了把城市建设成为环境优美、 交通快捷、生活便利的人类聚集地，人们不得不开发利用一切可以利用的有限空间， 尤其是地下空间，以建设给水、排水、能源、交通等地下隧道。然而，随着地下空 间的开发利用，越来越多的地下结构由于使用过程中的过量不均匀变形而导致的渗 漏水病害，对地下结构本身及其周围环境的影响也愈加严重。本文通过研究建立红外热

3、成像技术图像与隧道内表面渗漏水类型的量化关系，将红 外热成像技术创新性地应用于地铁隧道渗漏水病害的检查、评估和维护过程，探索 了高效的渗漏水检查和质量评定的新技术和方法，以期为轨道交通隧道结构渗漏水 病害的治理和结构的安全鉴定提供依据。1红外热成像技术研究与实践概况1.1研究概况红外热成像无损检测技术是近年来发展起来的新型无损检测技术，作为一种非接触、 非破坏及直观的检测技术，广泛应用于航天航空、机械、电力、医疗等领域，成为 保证产品质量和安全运行的重要手段。其基本原理是:探测目标物体的红外辐射， 并通过光电转换、信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像。 利用热成像仪测定目标本

4、身与背景之间的红外线差，便可以得到不同的红外图像。 由热红外线形成的图像称为热图像，目标的热图像与目标的可见光图像不同，它不 是人眼所能看到的目标可见光图像，而是目标表面温度分布图像。1.2实践概况上海市金山海水引水工程中的盾构隧道，在地下动水压力的作用下，下卧土层的水 土流入隧道，隧道随之产生纵向沉降和弯曲，导致环向接缝进一步张开和水土流失 增加，最终导致破坏性纵向变形和破坏性横向受力状态，最大相对不均匀沉降达到 18 cm，横向直径变化最大超过10 cm。上海市地铁1号线于1995年4月正式建成投入运营。经过长期的变形监测发现， 隧道在长期运营中产生的沉降及不均匀沉降相当大，许多隧道段的沉

5、降和不均匀沉 降一直在发展，而且没有收敛的趋势。至2001年底，人民广场站-新闸路站之间 的区间隧道最大累计沉降量超过200 mm;黄陂南路站-人民广场站之间的区间隧 道差异沉降量近100 mm。过大的不均匀变形已导致隧道的接缝出现了越来越多 的渗漏水病害，而渗漏水的发展又加大了隧道的沉降量。因此，盾构隧道渗漏水病 害不仅影响隧道的防水性能，而且其长期发展有可能威胁到隧道结构和地铁运营的 安全。根据6日50108-2008地下工程防水技术规范的规定，盾构隧道工程防水设 计等级为2级。即其防水要求为:不允许漏水，结构表面可有少量湿渍。总湿渍面 积不应大于总防水面积的2/1000;任意100 m2

6、防水面积上的湿渍不超过3处， 单个湿渍最大面积0.2 m2淇中，隧道工程还要求平均渗漏水量0.05 L/(m2d), 任意100 m2防水面积上的渗漏水量0.15 L/(m2d)。由此可见，湿渍面积、湿 渍数量和隧道的渗漏水量是衡量隧道渗漏水状态是否满足设计要求的重要指标。 在工程实践中，渗漏水量的确定方法一般有以下3种：(1) 在有流动水的隧道内设集水井(多为最低处)，进行积水量检测。其计量方式是积 水池中水位升高部分的水量，即漏水体积量。(2) 在有流动水的隧道内设贮水堰，进行积水量检测。(3) 湿渍与漏点的检测与换算。尽管渗漏水量实测方法对于评价运营隧道的渗漏水具有重要意义，但渗漏水量实

7、测 方法工作量大，不易操作。因此，对湿渍面积和湿渍数量的统计和分析，就成为当 前隧道渗漏水评估的最经济与高效的方法。但由于目前维保中心采用先现场拍照与 描述，然后再分析统计渗漏水面积的人工操作模式，不能满足上海425 km轨道 交通的大量区间隧道的渗漏水评估要求。目前，在隧道渗漏水病害检查工作中，一般将渗漏水表象分为以下4种：(1) 湿渍。指隧道管片内表面呈现明显色泽变化的潮湿斑。(2) 渗水。指水渗入管片，导致管片内表面水分浸润。(3) 滴漏。指水渗入管片，水量达到一定程度时，从上方滴落。(4) 漏泥沙。指因渗水通道扩大或防水失效，渗水量增加，同时夹带泥沙。盾构隧道在运营阶段其渗漏水状况的检

8、查、分类和分级，是渗漏水分层次、分次序 进行治理维护的前提和基础。2隧道渗漏水红外热成像研究技术路线将红外热成像技术应用于运营阶段盾构隧道的渗漏水病害检查，是一种高效的渗漏 水检查和质量评定的新技术和方法。通过热图像的温度分布确定渗水病害的类型和 渗水面积，可以提高渗漏水检查和质量评定的质量和速度，为运营隧道渗漏水病害 治理计划的制定提供依据，不仅对隧道结构的运营维护具有重要意义，而且对地铁 的安全运营同样也具有重要意义。依据研究方法和技术路线，将红外热成像技术创新性地应用于地铁隧道渗漏水病害 的检查、评估和维护过程在技术上是可行的。对隧道结构渗漏水病害的摄像、拍照与红外热成像，采取实验室模拟

9、分析、理论分 析及现场实测分析相结合的方法进行研究。具体内容如下：(1) 隧道结构内表面渗漏水摄像、拍照与红外热成像图像的模拟对比试验研究。(2) 隧道结构内表面渗漏水红外热成像技术适用性及分辨率分析研究。(3) 建立隧道结构内表面渗漏水红外热成像技术定量分析方法。(4) 建立隧道结构内表面渗漏水红外热成像技术分类方法。(5) 隧道结构内表面渗漏水病害分级方法研究。(6) 隧道结构内表面渗漏水红外热成像技术实测研究。需解决的几个关键问题如下：(1) 建立红外热成像技术图像与渗漏水病害的几何关系。(2) 确定隧道结构内表面渗漏水病害的量化技术。建立隧道结构内表面渗漏水病害的拍摄位置、角度与距离对

10、渗漏水量化的影响 关系。(4) 建立基于红外热成像技术的隧道结构内表面渗漏水病害风险分级方法。3研究方法及试验方案3.1研究方法通过地铁隧道结构的室内模拟试验、现场实测和理论研究等方法，建立红外热成像 技术图像与渗漏水病害的几何关系，确定隧道结构内表面渗漏水病害的量化技术， 并据此建立基于红外热成像技术的隧道结构内表面渗漏水病害的检查、评估方法。 对隧道结构渗漏水病害的摄像、拍照与红外热成像，采取实验室模拟分析、理论分 析与现场实测分析相结合的方法进行研究。(1) 通过对隧道结构渗漏水病害的空间特征与摄像、拍照和红外热成像图像的对比 分析，建立隧道结构渗漏水病害红外热成像技术定量评定的试验模型

11、。(2) 通过理论研究，确定红外热成像技术图像定量分析隧道结构渗漏水病害的理论 模型。(3) 提出基于红外热成像技术图像的隧道结构渗漏水病害分级方法。(4) 通过现场实测，考察红外热成像技术图像定量分析隧道结构渗漏水病害的理论 模型与分级方法的适用性。3.2试验方案(1) 在实验室对隧道模型渗漏水病害的空间特征与摄像、拍照和红外热成像图像的 特征进行分析，研究其分布规律。(2) 在实验室对隧道模型的各种渗漏水病害类型的红外热成像图像进行对比分析， 研究各自的分布规律和特征。(3) 在现场采集隧道结构渗漏水病害的红外热成像图像，分析其分布规律。4结语通过研究建立红外热成像技术图像与隧道内表面渗漏

12、水类型的量化关系，将红外热 成像技术创新性地应用于地铁隧道渗漏水病害的检查、评估和维护过程，对于轨道 交通隧道结构渗漏水病害的治理、结构的安全和地铁的正常运营均具有重要的现实 意义。参考文献：1GB 501082008，地下工程防水技术规范S .北京:中国计划出版社， 2008.2 沈春林.地下防水工程实用技术M .北京:机械工业出版社，2005.3 张维力，和丕训，李春荣.红外诊断技术M .北京:水利水电出版社，1991.4 Newport R.用红外热成像技术分析机械系统J.孙宝生译.中国设备管理， 2000(10):50 - 52.5 王瑞凤，杨宪江，吴伟东.发展中的红外热成像技术J.红外与激光工程， 2008 , 37(S2):699 - 702.6 代博洋.红外热成像技术在震后房屋损坏快速鉴定中的应用研究D .北京： 中国地震局地质研究所，2009.7 陈松，李为杜，赵冬兵.红外热成像技术理论分析及应用初探A .第九届全 国混凝土及预应力混凝土学术交流会论文集C.北京:中国土木工程学会，1996.