CN108614307A - 一种利用综合物探技术的仰拱质量检测方法及系统 - Google Patents

一种利用综合物探技术的仰拱质量检测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用综合物探技术的仰拱质量检测方法及系统，属于隧道检测技术领域。该方法通过利用电磁波法、面波法和电阻率法三种物探方法来综合检测隧道仰拱质量；所述隧道仰拱质量的检测对象包括仰拱回填层质量、仰拱深度、钢筋施作情况；该系统包括基于面波法的病害检测子系统、基于电阻率法的病害检测子系统和基于电磁波法的病害检测子系统。通过本发明，能获取隧道仰拱回填层质量、仰拱深度、钢筋施作情况等，且为无损检测。

Description

一种利用综合物探技术的仰拱质量检测方法及系统
技术领域
本发明属于隧道检测技术领域，涉及一种利用综合物探技术的仰拱质量检测方法及系统。
背景技术
隧道仰拱施工质量检测目前国内外尚无相关研究，现阶段主要使用地质雷达法、钻芯法、声波法、瞬变电磁波法、超声回弹综合法、回弹法、瑞雷波法、地震影像法及红外线探测法等。检测方法虽然很多，但是各种方法均存在有不足之处，如何保证隧道仰拱施工质量检测的准确可靠，一直困扰着检测工作者们。在实际工程检测中，最常用到的检测方法有地质雷达法和钻芯取样法。
但是，使用地质雷达法检测隧道仰拱时，由雷达天线频率决定的探测深度与分辨率是相互制约的，高频率电磁波分辨率高，而浅部损耗严重，探测深度小；低频电磁波穿透深度大，但分辨率较低。不同意隧道衬砌的厚度，仰拱的施做厚度通常在几十至两百公分的范围内，仰拱以上的填充层相较混凝土密度较为松散，电磁波在松散的地层内衰减更快，损耗更大，因此要想让电磁波经过厚而松散的填充层，比较实用频率较低的低频天线。根据电磁波的特性，低频天线产生的电磁波具有较高的波长，造成无论是检测物的横向分辨率或是纵向分辨率都更低。造成检测结果非常粗糙模糊，很难对仰拱真正的质量做出一个有效的判断。除此之外，检测人员也无法通过地质雷达检测结果对回填层的密实度做出正确的判断。
钻芯法检测取样检测为有损检测，且为局部点位检测，代表性较差，钻机移动缓慢，效率不高。
因此，亟需一种无损且精准的检测装置对隧道质量进行检查。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用综合物探技术的仰拱质量检测方法，利用电磁波法、面波法和电阻率法三种物探方法来综合检测隧道仰拱质量；所述隧道仰拱质量的检测对象包括仰拱回填层质量、仰拱深度、钢筋施作情况等。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种利用综合物探技术的仰拱质量检测方法，通过利用电磁波法、面波法和电阻率法三种物探方法来综合检测隧道仰拱质量；所述隧道仰拱质量的检测对象包括仰拱回填层质量、仰拱深度、钢筋施作情况等；
所述电磁波法通过采用较为低频的天线(本发明采用100/200M天线)来探测仰拱回填层与仰拱二衬的分界面，从而得到仰拱深度；
所述面波法采用面波勘探装置来检测仰拱回填层密实度和厚度；
所述电阻率法采用电阻率检波器来检测仰拱钢筋施作情况。
进一步，所述面波法包括稳态面波数据采集和稳态面波数据处理过程；
所述稳态面波数据采集：利用面波装置探测仰拱每一层的波束，作为正演的参考；
所述稳态面波数据处理：通过已知的仰拱不同层序的厚度和波速的模拟，建立相应的正演模型，获得理想情况下面波勘探结果曲线。
进一步，所述电阻率法包括数据采集和数据处理过程；
所述数据采集：对仰拱钢筋层电阻率的采集；
所述数据处理：对采集结果使用最小二乘法处理。
本发明还提供了一种利用综合物探技术的仰拱质量检测系统，包括基于面波法的病害检测子系统、基于电阻率法的病害检测子系统和基于电磁波法的病害检测子系统；
所述基于面波法的病害检测子系统包括稳态面波数据采集装置和稳态面波数据处理及解释模块；所述稳态面波数据采集装置用于采集仰拱每一层的波速，为反演处理提供有效的基础数据；所述稳态面波数据处理及解释模块根据稳态面波数据采集装置提供的数据进行反演及处理；
所述基于电阻率法的病害检测子系统包括电阻率数据采集装置(即电阻率检波器)和电阻率数据处理模块；所述数据处理模块对采集的数据使用最小二乘法进行反演；
所述基于电磁波法的病害检测子系统由多频率探地式采集装置组成，即100M/200M天线。
进一步，所述检测系统集成安装在同一车载设备上；所述检测系统在数据处理过程中，对采集数据进行正演，结合正演情况编制含仰拱钢筋多层模型，模拟数据进行联合反演及解释，过程采用模拟退火算法计算最优解，验证联合反演程序的适用情况。
进一步，所述电阻率数据采集装置由温纳装置、偶极装置、微分装置和四级探测装置组成；所述温纳装置的测线总长度控制在3～4米，道间距控制在10～30厘米左右。
进一步，所述电阻率数据采集装置的选取原则：1)探测深度能够达到仰拱底部；2)探测分辨率满足钢筋及钢拱架的识别；3)装置符合车载设备的大小要求。
本发明的有益效果在于：本发明利用了电磁波法、面波法和电阻率法三种物探方法来综合检测隧道仰拱质量，可同时获取隧道仰拱回填层质量、仰拱深度、钢筋施作情况等；且均为无损检测。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明所述隧道仰拱质量检测系统示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供的一种利用综合物探技术的仰拱质量检测系统，包括基于面波法的病害检测子系统、基于电阻率法的病害检测子系统和基于电磁波法的病害检测子系统；所述基于面波法的病害检测子系统包括稳态面波数据采集装置和稳态面波数据处理及解释模块；所述稳态面波数据采集装置用于采集仰拱每一层的波速，为反演处理提供有效的基础数据；所述稳态面波数据处理及解释模块根据稳态面波数据采集装置提供的数据进行反演及处理；所述基于电阻率法的病害检测子系统包括电阻率数据采集装置(即电阻率检波器)和电阻率数据处理模块；所述数据处理模块对采集的数据使用最小二乘法进行反演；所述基于电磁波法的病害检测子系统由多频率探地式采集装置组成，即100M/200M天线。
1、电磁法
电磁法即是探地雷达式检测方法，在目前隧道检测工作中适用较为频繁，但在仰拱质量检测工作中受限于回填层的深度及密实度，是电磁波在回填层经过衰减之后无法达到仰拱质量检测工作的要求。在本发明中，采用较为低频的天线对仰拱进行检测，包括探测出仰拱回填层与仰拱二衬的分界面，从而得到仰拱的深度。其检测原理是因为低频天线的探测深度大，相对于高频天线衰减小，虽然分辨率相应较低，但对于深部分层已足够。因此，本发明通过使用100M或200M天线，确定低频探地雷达对于仰拱深度探测的可行性。
2、面波法
面波法勘探在路基质量检测中使用较为广泛，仰拱的结构相比路基结构更为复杂，仰拱中的干扰因素也更多，因此，如果将面波勘探法应用在仰拱质量检测中需要进行大量的试验，试验内容包括：
1)单层模型面波波速的确定：因为探测目标的分层较为固定，通常可分为沥青层、水混层、调平层、回填层、仰拱层。每一层的材质相对固定，差异不大，因此需要确定每一层的波速，作为正演的参考。
2)多层模型正演试验：通过已知的不同层序的厚度和波速的模拟，建立相应的正演模型，获得理想情况下面波勘探结果曲线。
3)可控模型试验及其数据反演：建立模拟仰拱的实体模型，针对回填层不密实、厚度不足等情况构筑实体模型，采用不同的道间距及偏移距所构成的装置进行试验，以找到可检测回填层密实度及厚度的最优装置。
4)使用上述试验获得的面波装置进行隧道仰拱工地试验，验证其在实际工作中的可行性。
3、电阻率法
本发明所采用的电阻率法借鉴传统意义上的高密度电阻率勘探法，不同之处在于相较于传统高密度电阻率法勘探范围和勘探深度，仰拱的深度较浅，待检测的钢筋和钢拱架需要的横向分辨率较高，本发明拟采用横向分辨率较高温纳装置作为基础，测线总长度控制在3～4米，道间距控制在10～30厘米左右。试验也需要正演模拟作为基础，模拟在仰拱中钢筋层的电阻率情况，然后分别进行实验室试验和工地现场试验，对结果使用最小二乘法进行反演，验证其在仰拱中对钢筋深度、数量、间距的检测情况。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种利用综合物探技术的仰拱质量检测方法，其特征在于：该方法通过利用电磁波法、面波法和电阻率法三种物探方法来综合检测隧道仰拱质量；所述隧道仰拱质量的检测对象包括仰拱回填层质量、仰拱深度、钢筋施作情况；
所述电磁波法通过采用较为低频的天线来探测仰拱回填层与仰拱二衬的分界面，从而得到仰拱深度；
所述面波法采用面波勘探装置来检测仰拱回填层密实度和厚度；
所述电阻率法采用电阻率检波器来检测仰拱钢筋施作情况。
2.根据权利要求1所述的一种利用综合物探技术的仰拱质量检测方法，其特征在于：所述面波法包括稳态面波数据采集和稳态面波数据处理过程；
所述稳态面波数据采集：利用面波装置探测仰拱每一层的波束，作为正演的参考；
所述稳态面波数据处理：通过已知的仰拱不同层序的厚度和波速的模拟，建立相应的正演模型，获得理想情况下面波勘探结果曲线。
3.根据权利要求1所述的一种利用综合物探技术的仰拱质量检测方法，其特征在于：所述电阻率法包括数据采集和数据处理过程；
所述数据采集：对仰拱钢筋层电阻率的采集；
所述数据处理：对采集结果使用最小二乘法处理。
4.一种利用综合物探技术的仰拱质量检测系统，其特征在于：包括基于面波法的病害检测子系统、基于电阻率法的病害检测子系统和基于电磁波法的病害检测子系统；
所述基于面波法的病害检测子系统包括稳态面波数据采集装置和稳态面波数据处理及解释模块；所述稳态面波数据采集装置用于采集仰拱每一层的波速，为反演处理提供有效的基础数据；所述稳态面波数据处理及解释模块根据稳态面波数据采集装置提供的数据进行反演及处理；
所述基于电阻率法的病害检测子系统包括电阻率数据采集装置和电阻率数据处理模块；所述数据处理模块对采集的数据使用最小二乘法进行反演；
所述基于电磁波法的病害检测子系统由多频率探地式采集装置组成，即100M/200M天线。
5.根据权利要求4所述的一种利用综合物探技术的仰拱质量检测系统，其特征在于：
所述检测系统集成安装在同一车载设备上；所述检测系统在数据处理过程中，对采集数据进行正演，结合正演情况编制含仰拱钢筋多层模型，模拟数据进行联合反演及解释，过程采用模拟退火算法计算最优解，验证联合反演程序的适用情况。
6.根据权利要求4所述的一种利用综合物探技术的仰拱质量检测系统，其特征在于：所述电阻率数据采集装置由温纳装置、偶极装置、微分装置和四级探测装置组成；所述温纳装置的测线总长度控制在3～4米，道间距控制在10～30厘米左右。
7.根据权利要求4所述的一种利用综合物探技术的仰拱质量检测系统，其特征在于：所述电阻率数据采集装置的选取原则：
1)探测深度能够达到仰拱底部；
2)探测分辨率满足钢筋及钢拱架的识别；
3)装置符合车载设备的大小要求。
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