一种针对混凝土衬砌质量缺陷的综合检测方法技术

本发明专利技术公开了混凝土衬砌检测工程技术领域的一种针对混凝土衬砌质量缺陷的综合检测方法，包括以下步骤：S1：根据实际隧洞工程结构，制作隧洞混凝土衬砌模型标准体；S2：制作综合波场法衬砌检测装置；S3：对隧洞混凝土衬砌模型标准体进行综合波场法及地质雷达法检测；S4：对所采集数据进行综合波场法数据处理及地质雷达法处理；S5：结合综合波场法及地质雷达法数据解译结果，建立所述标准缺陷类型的信号特征数据库；S6：以所述信号特征数据库为依据，进行实体工程的隧洞混凝土衬砌质量检测，能够采用无损检测的方法检测实体隧洞混凝土衬砌质量缺陷，并对缺陷类型及其尺寸进行判别，提高检测精度及现场检测效率。高检测精度及现场检测效率。高检测精度及现场检测效率。

【技术实现步骤摘要】
一种针对混凝土衬砌质量缺陷的综合检测方法


[0001]本专利技术涉及混凝土衬砌检测工程
，具体为一种针对混凝土衬砌质量缺陷的综合检测方法。

技术介绍

[0002]混凝土衬砌作为输水隧洞的永久支护结构，其质量对隧洞的长期稳定和使用功能起到至关重要的作用。如果隧洞衬砌混凝土厚度不足或出现质量缺陷，将直接影响衬砌和围岩的稳定性，降低隧洞承载能力，进而影响隧洞安全。
[0003]目前对于混凝土衬砌常用的检测方法分为有损检测和无损检测两大类。有损检测主要是钻芯法，虽然检测结果直观但是无法代表整个工程质量，且对结构存在损伤。无损检测中最常用的是地质雷达法，但是当钢筋密集时电磁波信号将被大量屏蔽，使之无法探测钢筋背后的缺陷。而应用地震波法检测混凝土衬砌质量，工程中多采用地震映像法、冲击回波法、超声横波法等。不同的方法均有其各自的优势和局限性，不能完全适用于实际工程。具体存在的缺陷如下：
[0004]1.传统应用地震波法检测衬砌质量仅使用一道检波器，数据处理手段仅能从单道数据入手，解释精度不高，具有较大局限性。超声横波法虽然为阵列式检波器，但是设备沉重且多道检波器与衬砌表面耦合困难，致使检测速率偏低。
[0005]2.传统检测通过人工敲锤激发地震波，受现场条件及操作人员影响，无法对震源信号的能量和频率进行定量控制。
[0006]3.传统地震波法检测仅能对是否存在缺陷做出定性判断，无法定量判断缺陷类型及尺寸，检测结果存在较大局限性；
[0007]4.传统检测结果更多依赖专业技术人员的经验，其结果的评判因人而异，无统一的评价标准。
[0008]由此可见，现有的检测方法中存在着数据处理方法单一、仪器设备笨重、震源不可控、检测结果评价不一等缺陷。
[0009]基于此，本专利技术设计了一种针对混凝土衬砌质量缺陷的综合检测方法以解决上述问题。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于提供一种针对混凝土衬砌质量缺陷的综合检测方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0011]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种针对混凝土衬砌质量缺陷的综合检测方法，包括以下步骤：
[0012]S1：根据实际隧洞工程结构，制作隧洞混凝土衬砌模型标准体；
[0013]S2：制作综合波场法衬砌检测装置；
[0014]S3：对隧洞混凝土衬砌模型标准体进行综合波场法及地质雷达法检测；
[0015][0016]S4：对所采集数据进行综合波场法数据处理及地质雷达法处理；
[0017]S5：结合综合波场法及地质雷达法数据解译结果，建立标准缺陷类型的信号特征数据库；
[0018]S6：以信号特征数据库为依据，进行实体工程的隧洞混凝土衬砌质量检测。
[0019]优选的，S1具体包括：
[0020]根据结构实体的混凝土衬砌配合比、尺寸、内部结构，制作与结构实体相同参数的隧洞混凝土衬砌模型标准体，其中衬砌模型标准体尺寸要求：为避免产生尺寸效应的影响，衬砌模型标准体高度不应小于1.5米，直径不应小于5米，根据实际工程中衬砌混凝土强度，衬砌模型标准体强度应在C25～C30之间，衬砌厚度不大于50cm，为节约成本，衬砌模型标准体划分为4个区域，分别为素混凝土衬砌区、单层钢筋混凝土衬砌区、双层钢筋混凝土衬砌区、双层钢筋及钢绞线混凝土衬砌区；
[0021]上述单层钢筋、双层钢筋、钢绞线具体型号及位置应按照实际工程具体结构位置布置；
[0022]衬砌模型标准体各区域内应包含标准缺陷类型；
[0023]标准缺陷类型包括大型空洞缺陷，小型孔洞缺陷，混凝土不密实缺陷；
[0024]标准缺陷类型包括含水与不含水两种形式；
[0025]大型空洞缺陷其直径不应小于18cm，小型孔洞缺陷其直径不应大于5cm，混凝土不密实缺陷其边长尺寸不应小于20cm；
[0026]大型空洞缺陷可用标准大小足球代替，小型孔洞型缺陷可用小型玩具皮球代替，混凝土不密实缺陷可在边长20cm立方体试模内以粒径大于5cm的粗骨料浇筑而成，成型后采用细铁丝固定于隧洞混凝土衬砌模型标准体内部；
[0027]为节约场地等经济成本，衬砌模型标准体按直立式放置。
[0028]优选的，S2具体包括：
[0029]加工具备两道检波器的地震波信号接收装置；
[0030]地震波信号接收装置包括传感器壳体、传感器和减震弹簧，传感器安装在传感器壳体内，减震弹簧的两端分别与传感器、传感器壳体抵接，传感器内壳内置速度型传感器，在传感器壳体上安装有圆弧形触头；
[0031]传感器壳体包括传感器外壳和传感器内壳，传感器内壳安装在传感器外壳的内部，传感器安装在传感器内壳的内部，减震弹簧顶端与传感器外壳抵接，减震弹簧底端与传感器内壳顶端抵接，传感器外壳的底部开口，圆弧形触头通过该开口与被测物的表面耦合；
[0032]地震波信号接收装置还包括套装在连杆上的滑动套筒，使其可在连杆外侧自由滑动，且上部设有固定螺丝用于固定；
[0033]在连杆上刻有刻度尺；
[0034]加工能量及频率可控的震源激发装置；
[0035]震源激发装置包括可调节锤头，金属锤杆，外触发器卡槽，外触发器，可调节锤头与金属锤杆通过内置的螺纹连接，外触发器卡槽镶嵌于金属锤杆之上；
[0036]根据弹性波激发原理，不同质量钢球下落将产生不同能量和频率的弹性波，其原理与钢球和被测物体表面接触的时间有关，撞击混凝土的接触时间t
c
为
[0037][0038]式中E为弹性模量，μ为泊松比，R1为钢球半径，m1为钢球质量，v0为钢球与混凝土的碰撞速度，H为激震锤体的下落高度；
[0039]根据震源激发装置，通过钢球撞击产生的地震波的频率范围由荷载时间确定，如果地震波频率在1.25/t
c
大小范围内时，其振幅可以达到所需要求，根据现有研究可以作出如下设定，假设由撞击产生的弹性波中有用能量的最大频率为
[0040]f
max
＝1.25/t
c
，可得如下关系式：
[0041]式中f
max
为地震波最大频率(Hz)，R为钢球半径(m)；
[0042]根据上述公式可知，所产生的弹性波的频率范围可由钢球直径进行控制，且由于钢球质量改变，所产生弹性波的振幅也随之改变。
[0043]优选的，S3具体包括：
[0044]在衬砌模型标准体中按一定间距布置综合波场法测线及地质雷达测线；
[0045]综合波场法测线及地质雷达测线应完全重合，且测线间距不应小于各类标准缺陷模型的最大尺寸；
[0046]综合波长法检测方式为点测，测点间距不应小于标准类型缺陷中的最小尺寸的1/2，在已知缺陷位置应适当增加测点数量；
[0047]综合波场法检测为一发两收，即震源激发一次两个检波器同时开始接收两道地震信号，其偏移距及道间距应以试验测试后为准；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对混凝土衬砌质量缺陷的综合检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据实际隧洞工程结构，制作隧洞混凝土衬砌模型标准体；S2：制作综合波场法衬砌检测装置；S3：对隧洞混凝土衬砌模型标准体进行综合波场法及地质雷达法检测；S4：对所采集数据进行综合波场法数据处理及地质雷达法处理；S5：结合综合波场法及地质雷达法数据解译结果，建立所述标准缺陷类型的信号特征数据库；S6：以所述信号特征数据库为依据，进行实体工程的隧洞混凝土衬砌质量检测。2.根据权利要求1所述的一种针对混凝土衬砌质量缺陷的综合检测方法，其特征在于：所述S1具体包括：根据结构实体的混凝土衬砌配合比、尺寸、内部结构，制作与结构实体相同参数的隧洞混凝土衬砌模型标准体，其中衬砌模型标准体尺寸要求：为避免产生尺寸效应的影响，衬砌模型标准体高度不应小于1.5米，直径不应小于5米，根据实际工程中衬砌混凝土强度，衬砌模型标准体强度应在C25～C30之间，衬砌厚度不大于50cm，为节约成本，衬砌模型标准体划分为4个区域，分别为素混凝土衬砌区、单层钢筋混凝土衬砌区、双层钢筋混凝土衬砌区、双层钢筋及钢绞线混凝土衬砌区；上述单层钢筋、双层钢筋、钢绞线具体型号及位置应按照实际工程具体结构位置布置；所述衬砌模型标准体各区域内应包含标准缺陷类型；所述标准缺陷类型包括大型空洞缺陷，小型孔洞缺陷，混凝土不密实缺陷；所述标准缺陷类型包括含水与不含水两种形式；所述大型空洞缺陷其直径不应小于18cm，所述小型孔洞缺陷其直径不应大于5cm，所述混凝土不密实缺陷其边长尺寸不应小于20cm；所述大型空洞缺陷可用标准大小足球代替，所述小型孔洞型缺陷可用小型玩具皮球代替，所述混凝土不密实缺陷可在边长20cm立方体试模内以粒径大于5cm的粗骨料浇筑而成，成型后采用细铁丝固定于所述隧洞混凝土衬砌模型标准体内部；为节约场地等经济成本，所述衬砌模型标准体按直立式放置。3.根据权利要求1所述的一种针对混凝土衬砌质量缺陷的综合检测方法，其特征在于：所述S2具体包括：加工具备两道检波器的地震波信号接收装置；所述地震波信号接收装置包括传感器壳体、传感器和减震弹簧，传感器安装在传感器壳体内，减震弹簧的两端分别与传感器、传感器壳体抵接，传感器内壳内置速度型传感器，在传感器壳体上安装有圆弧形触头；传感器壳体包括传感器外壳和传感器内壳，传感器内壳安装在传感器外壳的内部，传感器安装在传感器内壳的内部，减震弹簧顶端与传感器外壳抵接，减震弹簧底端与传感器内壳顶端抵接，传感器外壳的底部开口，圆弧形触头通过该开口与被测物的表面耦合；地震波信号接收装置还包括套装在连杆上的滑动套筒，使其可在连杆外侧自由滑动，且上部设有固定螺丝用于固定；在连杆上刻有刻度尺；加工能量及频率可控的震源激发装置；
所述震源激发装置包括可调节锤头，金属锤杆，外触发器卡槽，外触发器，所述可调节锤头与所述金属锤杆通过内置的螺纹连接，所述外触发器卡槽镶嵌于金属锤杆之上；根据弹性波激发原理，不同质量钢球下落将产生不同能量和频率的弹性波，其原理与钢球和被测物体表面接触的时间有关，撞击混凝土的接触时间t
c
为g＝9.8m/s2，式中E为弹性模量，μ为泊松比，R1为钢球半径，m1为钢球质量，v0为钢球与混凝土的碰撞速度，H为激震锤体的下落高度；根据震源激发装置，通过钢球撞击产生的地震波的频率范围由荷载时间确定，如果地震波频率在1.25/t
c
大小范围内时，其振幅可以达到所需要求，根据现有研究可以作出如下设定，假设由撞击产生的弹性波中有用能量的最大频率为f
max...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳龙，谭春，李润伟，刘忠富，朱海波，马智法，许德鑫，龙翔，徐新川，
申请(专利权)人：中水东北勘测设计研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：