一种隧道混凝土结构缺陷检测方法技术

本发明专利技术公开了一种隧道混凝土结构缺陷检测方法，涉及隧道混凝土结构检测技术领域，包括以下步骤，(1)确定并划分检测区域；(2)对检测区域表面采用红外热成像技术，确定表面的结构缺陷位置；(3)对检测区域浅层采用超声面波技术，确定浅层的结构缺陷位置；(4)根据步骤(2)和(3)中的结构缺陷位置划定重点检测区域；(5)对重点检测区域采用超声层析成像技术进行检测，获得检测数据；(6)将步骤(5)所得检测数据运用算法反演，获得检测区域的结构情况，通过使用本发明专利技术的检测方法，大大提高了隧道混凝土结构缺陷检测的效率和精度，节约了隧道运营维护成本，提高了隧道的安全性。

A detection method of defects in tunnel concrete structure

【技术实现步骤摘要】
一种隧道混凝土结构缺陷检测方法
本专利技术涉及隧道混凝土结构检测
，尤其涉及一种隧道混凝土结构缺陷检测方法。
技术介绍
随着我国经济持续稳定向前发展，国家对基础设施建设力度日渐加强，高速(客运专线)/重载铁路和高速公路成为公共交通发展的主方向。新建铁路、公路隧道的等级、规模、数量逐年递增导致其配套的检测、维护等需求快速增加。隧道工程是一项隐蔽性很强的艰巨工程，在隧道修建过程中，会面临地质条件复杂，施工环境恶劣等一系列挑战。一方面如果施工工艺不够规范、工序不够严格则很容易出现混凝土衬砌与围岩间填充不实，甚至出现空洞。另一方面，由于混凝土是一种复合材料，其内部结构非常复杂，各种组分随机地交织在一起，非均质性很强，隧道建成后，随着运营时间与使用强度的增加，混凝土构件产生一定程度上的老化、损坏难以避免，再加上混凝土材料本身及现场浇注施工的特点,质量控制较为困难,常常出现蜂窝、麻面、孔洞、离析等微缺陷，上述微缺陷因冻融循环、盐蚀、钢筋结构热胀冷缩等现象也会产生脱空、脱层、渗漏、结构变形等问题。隧道混凝土结构一旦发生破损，渗漏，将会对隧道工程结构及其附属设备、行驶列车造成严重破坏，甚至危及行车安全。例如，隧道内部若产生脱空、脱层，将破坏隧道本身的稳定性，轻则隧道洞身脱落，砸中列车或落在轨道上危害轨道及列车，重则引起隧道塌方；低温地区隧道渗漏水会结冰，冰块坠至高速行进中的列车造成的危害也相当严重。因此，快速准确地对隧道混凝土结构进行检测与安全评估变得愈发重要，从隧道工程施工到运营维护各个环节均对隧道混凝土检测技术提出了更高的要求。目前，国内无损检测技术在隧道混凝土构筑物检测中的推广应用度还相对较低，大部分施工单位应用的无损检测技术，不论是技术种类还是软硬件设备方面，都与国际先进水平存在较明显差距，常用的几种无损检测方法包括：回弹法、垂直反射法、探地雷达技术以及超声波法。回弹法是在混凝土侧面或顶底面均匀布置一定数量的测点，利用回弹仪测得混凝土的回弹值，并根据已知的测试强度曲线，以及混凝土抗压强度与混凝土表面回弹值之间存在的统计相关性，通过换算求得混凝土当前状态和强度，用以检测混凝土的质量和抗压强度。该方法的优点在于仪器构造简单，检测灵活度较高。但反映的仅是混凝土表面10cm～15cm范围内的情况，只能用于表面检测。垂直反射法是一种极小偏移距的反射方法，其工作原理是由发射探头向混凝土块发射一个声波脉冲，在波传播的过程中遇到波阻抗有明显差异，如脱空，脱层等时将产生反射波而返回到混凝土表面被接收传感器接收。通过记录下的弹性波信号的振幅、相位等进行分析，即可判断出混凝土中的缺陷。该方法数据分析简便，在基桩检测中应用较广，但不足之处是反射震源和接收检波器必须具有短余振特性，必须要解决好高频与大功率之间的矛盾。探地雷达技术是利用高频电磁波以宽频带短脉冲形式,由地面通过发射天线定向送入下,经过存在电性差异的介质反射后返回地面,被接收天线接收,电磁波在介质中传播时,其路径、电磁场强度与波形将随所通过混凝土的电性与状态而变化。发射与接收天线以固定的间距沿测线同步移动时,就可以得到反映测线以下介质的雷达图像。在进行隧道衬砌检测时,介质为混凝土,当混凝土均一性差时(如存在脱层、空洞等),这部分区域与周围混凝土电性差异增大,反射波增强；当其完整致密时,混凝土性质相对均匀,反射波很弱。该方法可根据波形记录直接分析混凝土内部缺陷的分布和形态,具有可视性；可根据检测深度、分辨率的要求选用不同频率的天线。超声波法是在结构的表面或钻孔内布置一定数量的测点,利用低频超声波测量混凝土结构中的波速,将测得的波速与标准状态的波速对照从而求得混凝土的质量和强度。该方法可在结构的表面、相向的两对侧面进行对侧,还可以对钻孔进行单孔或跨孔测量。其优点是声脉冲穿透混凝土的全部厚度或较深的内部混凝土,试验结果能够较好地反映被测结构物的质量；测试工作有较好的灵活性:可以对同一部位进行多次重复测试。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：如何大大提高隧道混凝土结构缺陷检测的效率和精度，以节约隧道运营维护成本，提高隧道安全性。本专利技术提供的一种隧道混凝土结构缺陷检测方法，包括以下步骤，(1)确定并划分检测区域；(2)对检测区域表面采用红外热成像技术，确定表面的结构缺陷位置；(3)对检测区域浅层采用超声面波技术，确定浅层的结构缺陷位置；所述浅层区域指表面向内的0-20cm范围；(4)根据步骤(2)和(3)中的结构缺陷位置划定重点检测区域；(5)对重点检测区域采用超声层析成像技术进行检测，获得检测数据；所述检测可以是多次反复检测；(6)将步骤(5)所得检测数据运用算法反演，获得检测区域的结构情况。更进一步的，还包括对步骤(2)和(3)中的非重点区域采用探地雷达技术，确定其他的重点检测区域。其中，采用探地雷达技术确定其他的重点检测区域的方法包括，对所述非重点区域进行安全检查和网格划分，对检测方位进行校正，并确定所有扫描点位；依次在每个点位上进行扫描，直到将非重点区域内的所有点位扫描完毕；对扫描得到的扫描数据进行数据处理，得到断面成像。更进一步的，所述数据处理的方法包括依次对所述扫描数据进行快速傅里叶变化、在频率域计算动量空间波场、在频率域计算波场、进行傅里叶逆变换、空间-频率域波场计算和对信号带宽内所有频率求和。更进一步的，为更直观的展示结构缺陷位置的形状，还包括根据步骤(6)中的结构情况，建立结构缺陷位置的3D模型。更进一步的，采用红外热成像技术确定表面的结构缺陷位置的步骤包括，(21)对检测区域进行准备；(22)对检测区域进行扫描；(23)获取红外图像；(24)根据红外图像确定检测区域表面的结构缺陷位置。其中，所述对检测区域进行准备的步骤包括，(211)对检测区域进行安全检查；(212)对检测区域进行区块划分；(213)对扫描方位进行校正。更进一步的，采用超声面波技术确定浅层的结构缺陷位置的方法包括，(31)根据探测水平分辨率需求在检测区域进行区域网格划分和安全检查，确定所有扫描点位；(32)依次在每个点位上进行扫描，重复该过程直至将所有点位扫描完毕，并得到扫描数据；(33)对扫描数据进行数据处理得到浅表层横波速度；所述数据处理包括相干性分析、相位提取和平均面波速度，根据数据处理的结果进行浅表层横波速度计算，判断该区域下方是否存在缺陷；(34)根据浅表层横波速度与介质软硬的对应关系确定浅层的结构缺陷位置。更进一步的，采用超声层析成像技术进行检测的方法包括，(51)根据探测水平分辨率需求，在重点检测区域进行网格划分，并确定所有扫描点位；(52)依次在每个点位上进行扫描，直至将重点检测区域内的所有点位扫描完毕；(53)对扫描得到的扫描数据进行存储；(54)对扫描数据进行数据处理，得到检测数据。...

【技术保护点】
1.一种隧道混凝土结构缺陷检测方法，其特征在于：包括以下步骤，/n(1)确定并划分检测区域；/n(2)对检测区域表面采用红外热成像技术，确定表面的结构缺陷位置；/n(3)对检测区域浅层采用超声面波技术，确定浅层的结构缺陷位置；/n(4)根据步骤(2)和(3)中的结构缺陷位置划定重点检测区域；/n(5)对重点检测区域采用超声层析成像技术进行检测，获得检测数据；/n(6)将步骤(5)所得检测数据运用算法反演，获得检测区域的结构情况。/n

【技术特征摘要】
1.一种隧道混凝土结构缺陷检测方法，其特征在于：包括以下步骤，
(1)确定并划分检测区域；
(2)对检测区域表面采用红外热成像技术，确定表面的结构缺陷位置；
(3)对检测区域浅层采用超声面波技术，确定浅层的结构缺陷位置；
(4)根据步骤(2)和(3)中的结构缺陷位置划定重点检测区域；
(5)对重点检测区域采用超声层析成像技术进行检测，获得检测数据；
(6)将步骤(5)所得检测数据运用算法反演，获得检测区域的结构情况。


2.根据权利要求1所述的隧道混凝土结构缺陷检测方法，其特征在于：还包括对步骤(2)和(3)中的非重点区域采用探地雷达技术，确定其他的重点检测区域。


3.根据权利要求2所述的隧道混凝土结构缺陷检测方法，其特征在于：采用探地雷达技术确定其他的重点检测区域的方法包括，
对所述非重点区域进行安全检查和网格划分，对检测方位进行校正，并确定所有扫描点位；
依次在每个点位上进行扫描，直到将非重点区域内的所有点位扫描完毕；
对扫描得到的扫描数据进行数据处理，得到断面成像。


4.根据权利要求3所述的隧道混凝土结构缺陷检测方法，其特征在于：所述数据处理的方法包括依次对所述扫描数据进行快速傅里叶变化、在频率域计算动量空间波场、在频率域计算波场、进行傅里叶逆变换、空间-频率域波场计算和对信号带宽内所有频率求和。


5.根据权利要求1所述的隧道混凝土结构缺陷检测方法，其特征在于：还包括根据步骤(6)中的结构情况，建立结构缺陷位置的3D模型。


6.根据权利要求1所述的隧道混凝土结构缺陷检测方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新，黄威望，孙策，曹玉红，
申请(专利权)人：中铁建大桥工程局集团第二工程有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44