[发明专利]在役隧道衬砌结构硫酸盐腐蚀损伤预测方法及系统

说明书

本发明公开了在役隧道衬砌结构硫酸盐腐蚀损伤预测方法及系统，通过获取在役隧道上的混凝土在被硫酸盐腐蚀过程中，所述混凝土的相对动弹模量或质量损失的时间序列；基于所述混凝土的相对动弹模量或质量损失的时间序列，构建以混凝土过去的相对动弹模量或质量损失的时间序列为输入量，以混凝土将来的相对动弹模量或质量损失的时间序列为输出的ARIMA模型；基于所述ARIMA模型对所述混凝土将来的相对动弹模量或质量损失的时间序列进行预测，并根据预测的将来的相对动弹模量或质量损失对在役隧道衬砌结构硫酸盐腐蚀损伤进行预测。相比现有技术，本发明能准确预测出隧道混凝土损伤发展趋势。

技术领域

本发明涉及混凝土硫酸盐侵蚀的寿命预测领域，尤其涉及在役隧道衬砌结构硫酸盐腐蚀损伤预测方法及系统。

背景技术

由于我国隧道工程的大规模开发和建造，无论是高速公路还是铁路隧道都在快速发展并越来越多。但是随着国家基础建设的完善，建造隧道已经慢慢降温，相应的如何维护和修护隧道成为了主要研究方向。在我国西南地区，隧道饱受硫酸盐侵蚀的困扰，硫酸盐的物理结晶作用以及化学侵蚀作用是导致西南地区铁路隧道衬砌混凝土表层剥落和失去胶结强度的重要原因，硫酸盐侵蚀引起的混凝土结构劣化破坏，表现为侵蚀性离子通过混凝土中水化产物发生反应，生成膨胀物质石膏和钙矾石。在混凝土试件外表孔隙处会产生结晶盐，内部产生的侵蚀产物具有膨胀性，所以产生结晶盐膨胀应力，导致混凝土开裂剥落，质量和Erd大幅度下降

目前隧道混凝土硫酸盐侵蚀的寿命预测与钢筋混凝土的氯离子侵蚀寿命预测趋近一致。为了快速的测出硫酸盐的扩散深度，通过Fick第二扩散定律计算出混凝土的实际寿命。其大多采用测量硫酸盐侵蚀深度，根据混凝土结构的扩散系数、混凝土内部的初始硫酸盐浓度等一系列数值计算出硫酸盐对隧道混凝土的侵蚀状况，从而对隧道混凝土的剩余寿命进行估量。

现有的计算模型计算量复杂，计算过程繁琐。而且由于隧道内部环境复杂，混凝土受到了干湿循环、地下水长期浸润和温度湿度等一系列环境因素影响。其创建的数学模型难以各方各面的考虑到所有环境因素的影响，所以实际研究中不能准确确定环境参数。这给数学、物理甚至是理论模型的实用性带来了很大的局限性，不能准确地应用到实际工程当中去。

但是隧道混凝土的损伤发展是一个实际发生且多变的过程，利用数学模型或者是物理理论模型对后续的发展预测误差极大，甚至不能有效的规避隧道破坏的危害。

因此，如何准确的预测出隧道混凝土酸盐侵蚀的损伤发展已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了在役隧道衬砌结构硫酸盐腐蚀损伤预测方法及系统，用于解决现有的隧道混凝土酸盐侵蚀的损伤预测准确度低的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种在役隧道衬砌结构硫酸盐腐蚀损伤预测方法，包括以下步骤：

获取在役隧道上的混凝土在被硫酸盐腐蚀过程中，所述混凝土的相对动弹模量或质量损失的时间序列；

基于所述混凝土的相对动弹模量或质量损失的时间序列，构建以混凝土过去的相对动弹模量或质量损失的时间序列为输入量，以混凝土将来的相对动弹模量或质量损失的时间序列为输出的ARIMA模型；

基于所述ARIMA模型对所述混凝土将来的相对动弹模量或质量损失的时间序列进行预测，并根据预测的将来的相对动弹模量或质量损失对在役隧道衬砌结构硫酸盐腐蚀损伤进行预测。

优选的，获取在役隧道上的混凝土在被硫酸盐腐蚀过程中，所述混凝土的相对动弹模量的时间序列，包括以下步骤：

现场取芯制备的混凝土试件，该混凝土试件已受到长时间的硫酸盐侵蚀，并保留其内部的环境因素的影响；

将制备好的混凝土试件放入与所述实际工作环境一致的硫酸盐溶液中，采用干湿循环的方式对混凝土试件进行加速硫酸盐腐蚀；