本发明专利技术提供了一种基于滚动式超声波装置的隧道衬砌网格化精检方法及系统，该方法将滚动式超声检测装置与网格化精检台车组合设置作为精检扫描机构，基于网格化设置的隧道衬砌空间，采用设定的扫描方式贴合衬砌表面实现全覆盖检测，采集衬砌内部数据，检测数据实时地上传到检测主机和远端服务器系统，基于网格的空间位置对检测得的各网格单元衬砌内部数据进行三维重构，进而优化数据的信噪比和分辨率形成高质量的超声检测数据并识别衬砌内部缺陷。采用滚动式超声检测装置，对隧道衬砌实现连续性全覆盖检测，克服了现有衬砌检测技术精确度不足、作业效率低的问题，检测精度高，耗时少且对操作人员要求低，实用性强。实用性强。实用性强。
【技术实现步骤摘要】
一种基于滚动式超声波装置的隧道衬砌网格化精检方法及系统
[0001]本专利技术涉及隧道衬砌质量检测
，尤其涉及一种基于滚动式超声波装置的隧道衬砌网格化精检方法及系统。
技术介绍
[0002]受地质水文条件、材料因素、施工工艺、施工装备等因素的影响，隧道衬砌可能存在空洞、不密实、厚度不足等不易直观看到的质量缺陷，在应力重分布、温湿度变化、气动载荷等条件的作用下在特定时间易发生隧道衬砌病害，影响隧道的质量安全及服役寿命。
[0003]无损检测技术是评判隧道衬砌内部缺陷隐患的重要手段。根据《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》(TB 10223—2004)，超声波检测法可对衬砌混凝土强度、内部裂缝、空洞、含水和钢筋分布等项目进行检测。超声波检测法是近年发展起来的混凝土无损检测技术，由可发射和接收声波的天线及专用分析软件组成，通过天线与被测物体的耦合接触获得超声波振幅与波速等信息，进而指示被测物体内部性质变化。目前国内外混凝土超声检测设备主要用于原位检测，采样精度较低，多点检测时需要反复布点，逐个接收采样数据，工作量大。同时，传统的混凝土超声检测设备只能对所接收的一维信号分析处理和人工判读，工作效率低、可靠性较差，直接从一维信号中获得关于混凝土内部质量的描述还存在相当大的难度和不确定性，一般要求仪器操作者具有相当的工作经验。这已成为严重制约混凝土超声检测手段普及与发展的主要原因之一。相较而言，基于滚动式超声波扫描技术通过持续覆盖技术实现对混凝土的快速检测，通过自动成像算法，检测精度较高，能够实时直观地展现混凝土内部情况。
[0004]目前应用超声波检测仪进行衬砌质量检测主要依靠人工托举的方式，对于衬砌拱部肩部等部位还需要由机械臂托举检测人员进行高空作业，安全性差、工作量大、强度高、效率低、稳定性差。而且该技术为原位检测，目前检测设备及方式只能实现单点检测，主要用于对特定区域进行验证性检验，无法开展对隧道衬砌的全覆盖精检。
[0005]并且现有技术中多采用平面式超声波检测设备，要想得到精确稳定的检测结果，需要保障其平面扫描端各部位与隧道衬砌表面有着均匀的距离，然而隧道衬砌结构具备弧度特征，难以实现均匀稳定的测量，需要繁杂的计算设置工作，对检测装置扫描端的尺寸要求比较精密，且检测数据的真实性和精确性存在一定的风险。
[0006]综上，现有基于超声波检测的隧道衬砌检测技术及装备在效率、准确性、信息化等方面仍存在一定的问题，无法快速实时地获得连续全覆盖衬砌质量识别结果。
[0007]公开于本专利技术
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的一般
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成己为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
[0008]为解决上述问题，为了及时有效地对衬砌内部缺陷进行主动的整治养护，保障隧道衬砌质量及运营安全，需在缺陷发展为病害之前准确地识别出衬砌内部缺陷的发展规模、空间分布等特征。本专利技术提出一种基于滚动式超声波装置的隧道衬砌网格化精检方法，基于网格化精检台车，对隧道进行网格化划分，进而采用特定的扫描方式对整个隧道衬砌空间进行全覆盖扫描精检，在实现衬砌全覆盖高精度连续检测的同时保证快速的检测效率。一个优选的实施例中，所述方法包括：
[0009]装置准备步骤、将滚动式超声检测装置固定设置在网格化精检台车的支撑机构上，构成隧道衬砌的精检扫描机构，所述精检台车的支撑机构可沿隧道径向伸缩，保障检测装置始终贴合衬砌表面；
[0010]扫描网格设置步骤、根据滚动式超声检测装置的尺寸对整体的隧道衬砌面，划分网格，用于定位扫描检测数据的位置；
[0011]网格化精检扫描步骤、从设定扫描方式中选取一种利用精检扫描机构对隧道衬砌进行全覆盖扫描，贴着衬砌表面滚动采集隧道衬砌检测数据；所述设定扫描方式包括主纵向扫描、主环向扫描和纵向环向组合扫描；
[0012]检测数据传输步骤、在网格化扫描的过程中，将检测得到的数据实时地上传到现场的检测主机，同时通过无线通信方式实时地将检测数据传输至远端服务器系统；
[0013]超声数据处理步骤、基于现场隧道内各网格的空间位置对检测得的各网格单元衬砌检测数据进行空间重构，获得整个隧道衬砌空间的整体衬砌检测数据，进而以信噪比和分辨率为优化目标对衬砌检测数据优化处理；
[0014]衬砌缺陷识别步骤、依据优化后的衬砌检测数据，利用超声波数据识别方法进行解译，识别存在的不同衬砌缺陷并输出缺陷类型和缺陷状态数据；衬砌缺陷包括：空洞、裂缝、含水、强度不足、不密实、厚度不足及钢筋分布现象。
[0015]优选地，一个实施例中，在扫描网格设置步骤中，根据滚动式超声检测装置扫描结构的尺寸将整体的隧道衬砌结构划分成多个网格空间单元，网格空间单元的纵向边长和环向边长选取与检测装置尺寸的差值绝对值满足设定范围的值，实际操作时，可以将待扫描的隧道衬砌结构视为矩形的展布平面进行划分，网格划分后的隧道衬砌数据传达给网格化精检台车，精检扫描机构执行扫描的过程中能够自动就能够生成与位置信息关联的超声检测数据，位置信息为精检扫描机构不同时刻所处位置相对于整体隧道衬砌的纵向坐标和环向坐标数据。
[0016]实际应用时，一个实施例中，网格化精检扫描步骤中，当选取主环向扫描方式对隧道衬砌进行全覆盖扫描时，包括：
[0017]基于单个网格单元的纵向尺寸将整体的隧道衬砌结构划分成多个均匀的环向测线空间；
[0018]控制网格化精检台车托举滚动式超声检测装置贴合衬砌表面，沿着当前环向测线空间逐网格连续滚动实现扫描检测；
[0019]沿单个环向测线空间完成隧道环向起点端侧边墙到末尾端侧边墙的扫描后，按照预设的纵向步长移动到下一个环向测线空间，沿弓字形往返实现整体隧道衬砌的扫描检测。
[0020]另一方面，一个实施例中，网格化精检扫描步骤中，当选取主纵向扫描方式对隧道衬砌进行全覆盖扫描时，包括：
[0021]基于单个网格单元的环向尺寸将整体的隧道衬砌结构划分成多个均匀的纵向测线空间；
[0022]控制网格化精检台车托举滚动式超声检测装置贴合衬砌表面，沿着当前纵向测线空间逐网格连续滚动实现扫描检测；
[0023]沿单个纵向测线空间完成隧道纵向起点端到末尾端的扫描后，按照预设的环向步长移动到下一个纵向测线空间，沿弓字形往返实现整体隧道衬砌的扫描检测。
[0024]作为本专利技术的进一步改进，一个实施例中，在网格化精检扫描步骤中，当选取纵向环向组合扫描方式对隧道衬砌进行全覆盖扫描时，包括：
[0025]识别当前隧道衬砌结构中没有弧度特征的部分作为无弧度区，剩余的隧道衬砌区域作为弧度区；
[0026]对无弧度区采用主纵向扫描方式，基于单个网格单元的环向尺寸将无弧度区分成多个均匀的纵向测线空间，控制网格化精检台车托举滚动式超声检测装置贴合衬砌表面，沿着纵向测线空间逐网格连续滚动实现扫描检测，沿单个纵向测线空间完成隧道纵向起点端到末尾端的扫描后，按照预设的环向步长移动到下一个纵向测线空间，沿本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于滚动式超声波装置的隧道衬砌网格化精检方法，其特征在于，所述方法包括：装置准备步骤、将滚动式超声检测装置固定设置在网格化精检台车的支撑机构上，构成隧道衬砌的精检扫描机构，所述精检台车的支撑机构可沿隧道径向伸缩，保障检测装置始终贴合衬砌表面；扫描网格设置步骤、根据滚动式超声检测装置的尺寸对整体的隧道衬砌面，划分网格，用于定位扫描检测数据的位置；网格化精检扫描步骤、从设定扫描方式中选取一种利用精检扫描机构对隧道衬砌进行全覆盖扫描，贴着衬砌表面滚动采集隧道衬砌检测数据；所述设定扫描方式包括主纵向扫描、主环向扫描和纵向环向组合扫描；检测数据传输步骤、在网格化扫描的过程中，将检测得到的数据实时地上传到现场的检测主机，同时通过无线通信方式实时地将检测数据传输至远端服务器系统；超声数据处理步骤、基于现场隧道内各网格的空间位置对检测得的各网格单元衬砌检测数据进行空间重构，获得整个隧道衬砌空间的整体衬砌检测数据，进而以信噪比和分辨率为优化目标对衬砌检测数据优化处理；衬砌缺陷识别步骤、依据优化后的衬砌检测数据，利用超声波数据识别方法进行解译，识别存在的不同衬砌缺陷并输出缺陷类型和缺陷状态数据；衬砌缺陷包括：空洞、裂缝、含水、强度不足、不密实、厚度不足及钢筋分布现象。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在扫描网格设置步骤中，根据滚动式超声检测装置扫描结构的长度将整体的隧道衬砌结构划分成多个网格空间单元，网格空间单元的纵向边长和环向边长选取与检测装置尺寸的差值绝对值满足设定范围的值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，网格化精检扫描步骤中，当选取主环向扫描方式对隧道衬砌进行全覆盖扫描时，包括：基于单个网格单元的纵向尺寸将整体的隧道衬砌结构划分成多个均匀的环向测线空间；控制网格化精检台车托举滚动式超声检测装置贴合衬砌表面，沿着当前环向测线空间逐网格连续滚动实现扫描检测；沿单个环向测线空间完成隧道环向起点端侧边墙到末尾端侧边墙的扫描后，按照预设的纵向步长移动到下一个环向测线空间，沿弓字形往返实现整体隧道衬砌的扫描检测。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，网格化精检扫描步骤中，当选取主纵向扫描方式对隧道衬砌进行全覆盖扫描时，包括：基于单个网格单元的环向尺寸将整体的隧道衬砌结构划分成多个均匀的纵向测线空间；控制网格化精检台车托举滚动式超声检测装置贴合衬砌表面，沿着当前纵向测线空间逐网格连续滚动实现扫描检测；沿单个纵向测线空间完成隧道纵向起点端到末尾端的扫描后，按照预设的环向步长移动到下一个纵向测线空间，沿弓字形...
【专利技术属性】
技术研发人员：马伟斌，安哲立，袁振宇，郭小雄，王勇，邹文浩，张金龙，王志伟，徐湉源，李尧，赵鹏，柴金飞，郭子刚，杜彦庆，贺秀鹏，刘朋，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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