CN111024778A - 一种隧道二衬预防空洞检测系统及其运行控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种隧道二衬预防空洞检测系统及其运行控制方法，包括成组安装在隧道拱顶的金属感应片及其导线，以及控制指示装置两部分；所述金属感应片由具有较好导电特性的金属材料加工而成，其一端钻有接线小孔，所述导线连接金属感应片与控制指示装置；所述控制指示装置由断路器、整流器、继电器和指示灯组成。本发明的优点是，整体上设计新颖合理，使用操作便捷，实现成本低，工作可靠性高，实用性强，使用效果好，便于推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工质量控制技术领域，具体涉及一种隧道二衬预防空洞检测系统及其运行控制方法。
背景技术
隧道二次衬砌形成的空洞会造成衬砌厚度不足、结构受力特性劣化，并由此引起衬砌裂损、渗漏水、钢筋(钢架)锈蚀、掉块甚至坍塌，给隧道的健康安全运营带来诸多不利影响。在高速铁路隧道中，因高速列车行驶产生的活塞效应，增加了对衬砌支护中空洞的挤压、拉拔、撕裂作用，导致空洞破裂并快速扩散至混凝土表面形成病害，严重时直接威胁行车安全。
目前隧道二次衬砌施工绝大多数采用模板台车配置混凝土输送泵进行整体一次性浇筑。在隧道边墙和拱腰部位，混凝土捣固采用固定在模板台车上的附着式振捣器，以及结合浇筑开口处的插入式振捣棒进行振捣。在拱顶部位，因混凝土自重及模板台车结构稳定性要求，一般不设置浇筑开口，主要采用附着式振捣器进行振捣。拱部混凝土浇筑过程中，因泵送混凝土塌落度较大及各部振捣影响，混凝土在自重作用下向低处流动，故易在拱顶部位产生空洞。而目前施工技术中没有有效的监控手段在浇筑过程中对拱顶部位混凝土的填充状态进行实时监控，只能在施工完成后，采用雷达探查、敲击等手段进行实体检测，然后对缺陷进行整治。现有施工技术存在的缺点和不足主要体现在以下几个方面：
1)浇筑过程对拱顶部位混凝土的填充状态不能实时、有效地监控；
2)后期检测难度大、不全面、成本高；
3)空洞整治所需材料及人工费用高。
4)空洞整治用时长，对隧道施工的正常工序造成干扰。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种设计合理、监控效果直观、使用效果好、耗材通用且成本低廉的隧道二衬预防空洞检测系统及其运行控制方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种隧道二衬预防空洞检测系统及其运行控制方法，检测系统包括金属感应片及其导线，以及控制指示装置二部分，所述金属感应片安装在隧道拱顶初期支护表面一定位置处，所述控制指示装置包括断路器、整流器、继电器和指示灯，所述控制指示装置以箱体形式安装在衬砌模板台车内侧，所述导线以低压电源连接金属感应片与控制指示装置；
所述金属感应片由具有较好导电特性的金属材料加工而成，而非专门的感应器件或材料。其一端钻有接线小孔，用于连接导线；
所述金属感应片成组、等间距安装固定在沿隧道轴线方向的拱顶位置，一组金属感应片的数量可根据模板台车衬砌长度(如：9m)和预防空洞实测效果确定，如：4个、8个等；
所述控制指示装置中的断路器用于连接220V电源与整流器；
所述控制指示装置中的整流器为金属感应片、继电器和指示灯提供安全电压；
所述控制指示装置中的继电器具有常闭、常开两组触点，且连接具有正负极属性的金属感应片和指示灯，常闭触点控制测试指示灯(红色)、常开触点控制工作指示灯(绿色)。控制指示屏上的测试指示灯数量与安装在拱顶的负极感应片数量相等；
所述指示灯包括测试指示灯(红色)和工作指示灯(绿色)，二者数量相等且上下成排顺序对应安装。
进一步的，所述连接至继电器负极端的金属感应片数量为多个，做为工作部件安装在隧道拱顶最高处，连接至继电器正极端的所述金属感应片数量为1个，做为控制部件，安装在衬砌模板台车模板外侧任意位置(以保证正负极在同一导电介质中，正极可取出再用)。作为正极的所述金属感应片与作为负极的所述金属感应片通过继电器构成回路，以控制指示灯的点亮或熄灭。
进一步的，所述断路器具有过流和欠压保护功能。
进一步的，所述整流器为金属感应片和指示灯提供安全电压(如：12V、24V、36V)，以保证所在范围施工人员作业安全。
上述隧道二衬预防空洞检测系统及其运行控制方法，包括以下步骤：
1)作业准备：准备好当班所需数量(含正极和负极)的金属感应片，将导线一端穿入金属感应片的小孔中，并用绝缘胶带缠绕，保证接线牢固。导线应预留足够长度，保证可连接至控制指示装置接线端子上。在二次衬砌前项工序完成并验收合格后，开始安装布置预防空洞检测系统；
2)固定感应片及导线：将缠绕包裹好的作为工作部件负极端的金属感应片由洞口端向内按一定间距(如：2～3m)顺序安装在隧道拱顶最高处，并用胶带固定，必要时用“T”形钢筋上顶紧贴初期支护表面，并将“T”形钢筋下端固定在二衬钢筋上。金属感应片的尾部导线沿拱顶纵向用胶带粘贴牢固，若同时预埋有拱顶注浆管时，可将导线捆绑在注浆管外或直接穿入注浆管内。作为控制部件正极端的金属感应片安装在衬砌模板台车模板外侧任意位置(含拱顶)，当安装在便于人工安放和收回的任意位置时，正极金属感应片及导线可重复使用(不能收回时，同拱部感应片一样一次性使用，导线自硬化混凝土表面剪断)，同时固定好其尾部导线，记录拱顶金属感应片安装位置起止里程。
3)将感应片导线连接至控制指示装置：将拱部已固定好的金属感应片的尾部导线连接至控制指示装置标注有“－”的接线端子上，同时将作为正极的金属感应片导线连接至控制指示装置标注有“+”的接线端子上。连接拱部金属感应片尾部导线时，最好按进洞方向由外向内的安装顺序依次接线，否则，测试指示灯(红色)和工作指示灯(绿色)的点亮与熄灭不能顺序显示。一旦某个工作指示灯不能点亮，将不能确定存在空洞准确位置(只能确认是上述第2步骤记录的“起止里程”范围)。
4)模板台车工作准备、检查测试指示灯是否点亮：预防空洞检测系统安装布置完成后，闭合断路器，此时，测试指示灯(红色)应全部点亮；若某个测试指示灯(红色)为熄灭状态，应检查接线是否正确，且不能虚接。测试指示灯(红色)全部点亮时，模板台车即可就位，并安装台车端模、橡胶止水带等。至模板台车工作准备结束，测试指示灯(红色)应一直为点亮状态，否则，应检查恢复。
5)连续浇筑混凝土冲顶至工作指示灯亮：根据隧道模板台车二衬混凝土由下至上分层浇筑要求，利用混凝土输送泵进行连续浇筑。浇筑过程中注意测试指示灯(红色)和工作指示灯(绿色)的点亮与熄灭情况，正常情况下，测试指示灯(红色)熄灭一个，对应工作指示灯(绿色)应同时点亮。对不正常情况做好记录。
新浇筑混凝土首先淹没作为正极的金属感应片。开始浇筑冲顶作业时，当混凝土接触拱部最高位置处的某一个做为负极的金属感应片后，通过新浇筑混凝土的导电特性，对应继电器使其常闭触点断开、常开触点闭合，对应测试指示灯(红色)熄灭、工作指示灯(绿色)点亮，表示正负极间混凝土已经充满。如果工作指示灯(绿色)全部或某个没有点亮，则说明混凝土未充填至拱顶或未点亮指示灯感应片处未填充饱满，需继续进行冲顶作业，直至指示全部灯点亮。
6)质量检测、缺陷处理：对上述各步骤记录的不正常情况进行分析，根据实际情况可对重点部位进行带模注浆；再采用雷达扫描检测等方法，对隧道二次衬砌质量进行检测，并进行必要的缺陷处理，直至满足相关技术要求。
本发明的有益效果在于：
本发明主要针对现有技术中对隧道二次衬砌混凝土浇筑过程对拱顶部位混凝土的填充状态不能实时、有效地监控，因而产生空洞问题而提出。通过在隧道拱顶预设金属感应片及导线与控制指示装置相连接，直观显示拱顶范围混凝土充填情况；混凝土输送泵操作手可在进行混凝土泵送操作时，同时看清控制指示装置上指示灯的变化情况，从而确定最后的混凝土冲顶作业是持续进行还是立即停止(过度冲顶作业可导致台车端模脱落、模板变形，甚至酿成更大的质量事故或安全事故)。
采用的金属感应片由具有较好导电特性的金属材料(如铜板、铝板等)加工而成，而非专门的感应器件或材料(如：压力传感器、液位传感器、湿度敏感材料等)，材料要求低，获取和加工成本低，感应片安装要求低，固定即可；导线连接简单。
采用的金属感应片数量可根据模板台车衬砌长度(如：9m)进行初步确定，如：5个，再根据后期雷达探查效果确定增加或减少，以保证监控的有效性和作业高效、降低材料消耗量。
采用了简单的继电器常闭、常开触点控制回路，直接控制金属感应片和指示灯，结构简单，显示效果直观。
采用的指示灯包括测试指示灯(红色)和工作指示灯(绿色)，二者数量相等且上下成排顺序对应安装，便于操作者察看、比较，并有利于快速、准确确定可能出现空洞的位置范围。
整体上设计新颖合理，使用操作便捷，工作可靠性高，实用性强，使用效果好，实现成本低，维护维修费用低，便于推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明检测系统的电路图；
图2为本发明检测系统的运行控制方法流程图；
图3为本发明检测系统指示灯在控制屏上的布置方式。
具体实施方式
如图1、图2所示的一种隧道二衬预防空洞检测系统及其运行控制方法，其特征在于，包括金属感应片3及其导线6，以及控制指示装置二部分，所述金属感应片3安装在隧道拱顶初期支护表面一定位置处，所述控制指示装置包括断路器1、整流器2、继电器4和指示灯5，所述控制指示装置以箱体形式(控制屏)安装在衬砌模板台车内侧，所述导线以低压电源连接金属感应片3与控制指示装置；
所述金属感应片3由具有较好导电特性的金属材料加工而成，而非专门的感应器件或材料；其一端钻有接线小孔，用于连接导线6；
所述金属感应片3成组、等间距安装固定在沿隧道轴线方向的拱顶位置，一组金属感应片3的数量可根据模板台车衬砌长度(如：9m)和预防空洞实测效果确定，如：4个、8个等；
所述控制指示装置中的断路器1用于连接220V电源与整流器2；
所述控制指示装置中的整流器2为金属感应片3、继电器4和指示灯5提供安全电压；
所述控制指示装置中的继电器4(包括4-1、4-2……4-n)具有常闭、常开两组触点，且连接具有正负极属性的金属感应片3和指示灯5，常闭触点控制测试指示灯(红色)、常开触点控制工作指示灯(绿色)。控制指示屏上的测试指示灯数量与安装在拱顶的负极感应片数量相等；
所述指示灯5包括测试指示灯(红色)(包括5-1、5-2……5-n)和工作指示灯(绿色)(包括5-01、5-02……5-0n)，二者数量相等且上下成排顺序对应安装。
所述连接至继电器负极端的金属感应片3数量为多个，包括(3-1、3-2……3-n)，做为工作部件安装在隧道拱顶最高处，连接至继电器4正极端的所述金属感应片3数量为1个，做为控制部件，安装在衬砌模板台车模板外侧任意位置(以保证正负极在同一导电介质中，正极可取出再用)。作为正极的所述金属感应片3与作为负极的所述金属感应片3通过继电器4构成回路，以控制指示灯5的点亮或熄灭。
所述断路器1具有过流和欠压保护功能。
所述整流器2为金属感应片3和指示灯5提供安全电压(如：12V、24V、36V)，以保证所在范围施工人员作业安全。
上述隧道二衬预防空洞检测系统及其运行控制方法，包括以下步骤：
1)作业准备：准备好当班所需数量(含正极和负极)的金属感应片3，将导线6一端穿入金属感应片的小孔中，并用绝缘胶带缠绕，保证接线牢固。导线6应预留足够长度(可接长)，保证可连接至控制指示装置接线端子上。在二次衬砌前项工序完成并验收合格后，开始安装布置预防空洞检测系统；
2)固定感应片及导线：将缠绕包裹好的作为工作部件负极端的金属感应片3由洞口端向内按一定间距(如：2～3m)顺序安装在隧道拱顶最高处，并用胶带固定，必要时用“T”形钢筋上顶紧贴初期支护表面，并将“T”形钢筋下端固定在二衬钢筋上。金属感应片3的尾部导线6沿拱顶纵向用胶带粘贴牢固，若同时预埋有拱顶注浆管时，可将导线捆绑在注浆管外或直接穿入注浆管内。作为控制部件正极端的金属感应片3安装在衬砌模板台车模板外侧任意位置(含拱顶)，当安装在便于人工安放和收回的任意位置时，正极金属感应片3及导线6可重复使用(不能收回时，同拱部感应片一样一次性使用，导线自硬化混凝土表面剪断)，同时固定好其尾部导线。记录拱顶金属感应片安装位置起止里程。
3)将感应片导线连接至控制指示装置：将拱部已固定好的金属感应片3的尾部导线6连接至控制指示装置标注有“－”的接线端子上，同时将作为正极的金属感应片3导线连接至控制指示装置标注有“+”的接线端子上。连接拱部金属感应片3尾部导线时，最好按进洞方向由外向内的安装顺序依次接线。否则，测试指示灯(红色)和工作指示灯(绿色)的点亮与熄灭不能顺序显示，一旦某个工作指示灯不能点亮，将不能确定存在空洞准确位置(只能确认是上述第2步骤记录的“起止里程”范围)。
4)模板台车工作准备、检查测试指示灯是否点亮：预防空洞检测系统安装布置完成后，闭合断路器1，此时，测试指示灯(红色)应全部点亮。若某个测试指示灯(红色)为熄灭状态，应检查接线是否正确，且不能虚接。测试指示灯(红色)全部点亮时，模板台车即可就位，并安装台车端模、橡胶止水带等。至模板台车工作准备结束，测试指示灯(红色)应一直为点亮状态，否则，应检查恢复。
5)连续浇筑混凝土冲顶至工作指示灯亮：根据隧道模板台车二衬混凝土由下至上分层浇筑要求，利用混凝土输送泵进行连续浇筑。浇筑过程中注意测试指示灯(红色)和工作指示灯(绿色)的点亮与熄灭情况，正常情况下，测试指示灯(红色)熄灭一个，对应工作指示灯(绿色)应同时点亮。对不正常情况做好记录。
新浇筑混凝土首先淹没作为正极的金属感应片3。开始浇筑冲顶作业时，当混凝土接触拱部最高位置处的某一个做为负极的金属感应片(如：3-2)后，通过新浇筑混凝土的导电特性，对应继电器(如：4-2)使其常闭触点断开、常开触点闭合，对应测试指示灯(红色)(如：5-2)熄灭、工作指示灯(绿色)(如：5-02)点亮，表示正负极间混凝土已经充满。如果工作指示灯(绿色)全部或某个没有点亮，则说明混凝土全部未充填至拱顶或未点亮指示灯感应片处未填充饱满，需继续进行冲顶作业，直至指示全部灯点亮。
6)质量检测、缺陷处理：对上述各步骤记录的不正常情况进行分析，根据实际情况可对重点部位进行带模注浆。再采用雷达扫描检测、人工敲击等方法，对隧道二次衬砌质量进行探查，并进行必要的缺陷处理，直至满足相关技术要求。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1.本发明主要针对现有技术中对隧道二次衬砌混凝土浇筑过程对拱顶部位混凝土的填充状态不能实时、有效地监控，因而产生空洞问题而提出。通过在隧道拱顶预设金属感应片3及导线6与控制指示装置相连接，直观显示拱顶范围混凝土充填情况。混凝土输送泵操作手可在进行混凝土泵送操作时，同时看清控制指示装置上指示灯的变化情况，从而确定最后的混凝土冲顶作业是持续进行还是立即停止(过度冲顶作业可导致台车端模脱落、模板变形，甚至酿成更大的质量事故或安全事故)。
2.采用的金属感应片3由具有较好导电特性的金属材料(如铜板、铝板等)加工而成，而非专门的感应器件或材料(如：压力传感器、液位传感器、湿度敏感材料等)。材料要求低，获取和加工成本低；导线连接简单，感应片安装要求低，固定即可。
3.采用的金属感应片3数量可根据模板台车衬砌长度(如：9m)进行初步确定，如：5个，再根据后期雷达探查效果确定增加或减少，以保证监控的有效性和作业高效、降低材料消耗量。
4.采用了简单的继电器4常闭、常开触点控制回路，直接控制金属感应片3和指示灯5，结构简单，维护费用低，显示效果直观。
5.采用的指示灯5包括测试指示灯(红色)和工作指示灯(绿色)，二者数量相等且上下成排顺序对应安装，便于操作者察看、比较，并有利于快速、准确确定可能出现空洞的位置范围。
综上所述，本发明设计新颖合理，使用操作便捷，工作可靠性高，实用性强，使用效果好，实现成本低，维护维修费用低，便于推广应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种隧道二衬预防空洞检测系统，其特征在于，包括金属感应片(3)及其导线(6)，以及控制指示装置两部分，所述控制指示装置包括断路器(1)、整流器(2)、继电器(4)和指示灯(5)，所述导线(6)以低压电源连接金属感应片(3)与控制指示装置；所述金属感应片(3)一端钻有接线小孔，用于连接导线(6)；
所述金属感应片(3)成组、等间距安装固定在沿隧道轴线方向的拱顶位置，一组金属感应片(3)的数量可根据模板台车衬砌长度和预防空洞实测效果确定；
所述控制指示装置中的断路器(1)用于连接220V电源与整流器(2)；
所述控制指示装置中的整流器(2)为金属感应片(3)、继电器(4)和指示灯(5)提供电压；
所述控制指示装置中的继电器具有常闭、常开两组触点，且连接具有正负极属性的金属感应片(3)和指示灯(5)；
所述指示灯(5)包括测试指示灯和工作指示灯，且成双排顺序对应安装。
2.根据权利要求1所述的一种隧道二衬预防空洞检测系统，其特征在于，连接至继电器(4)负极端的所述金属感应片(3)数量为多个，作为工作部件安装在隧道拱顶最高处，连接至继电器(4)正极端的所述金属感应片(3)数量为1个，作为控制部件，安装在衬砌模板台车模板外侧任意位置；作为正极的所述金属感应片(3)与作为负极的所述金属感应片(3)通过继电器(4)构成回路，以控制指示灯(5)的点亮或熄灭。
3.根据权利要求1所述的一种隧道二衬预防空洞检测系统，其特征在于，所述控制指示装置以箱体形式安装在衬砌模板台车内侧。
4.根据权利要求1所述的一种隧道二衬预防空洞检测系统，其特征在于，所述金属感应片(3)由具有较好导电特性的金属材料加工而成；所述测试指示灯为红色，所述工作指示灯为绿色。
5.一种隧道二衬预防空洞检测系统的运行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)作业准备：准备好当班所需数量(含正极和负极)的金属感应片(3)，将导线(6)一端穿入金属感应片(3)的小孔中，并用绝缘胶带缠绕固定；导线(6)的预留长度应足够连接至控制指示装置接线端子上；在二次衬砌前项工序完成并验收合格后，开始安装布置预防空洞检测系统；
2)固定感应片及导线(6)：将缠绕包裹好的作为工作部件负极端的金属感应片(3)由洞口端向内按相同间距依序安装在隧道拱顶最高处，并用胶带固定；金属感应片(3)的尾部导线(6)沿拱顶纵向用胶带粘贴牢固，若同时预埋有拱顶注浆管，将导线(6)捆绑在注浆管外或直接穿入注浆管内；作为控制部件正极端的金属感应片(3)安装在衬砌模板台车模板外侧便于人工安放和收回的任意位置，固定好其尾部导线(6)；
3)将感应片导线(6)连接至控制指示装置：将拱部已固定好的金属感应片(3)的尾部导线(6)连接至控制指示装置标注有“－”的接线端子上，将作为正极的金属感应片(3)的导线(6)连接至控制指示装置标注有“+”的接线端子上；连接拱部金属感应片(3)的尾部导线(6)时，按进洞方向由外向内的安装顺序依次接线；
4)模板台车工作准备、检查测试指示灯是否点亮：预防空洞检测系统安装布置完成后，闭合断路器(1)，此时，测试指示灯应全部点亮，模板台车就位，并安装台车端模、橡胶止水带，至模板台车工作准备结束，测试指示灯一直为点亮状态；
5)连续浇筑混凝土冲顶至工作指示灯亮：根据隧道模板台车二衬混凝土由下至上分层浇筑要求，利用混凝土输送泵进行连续浇筑，浇筑过程中注意测试指示灯和工作指示灯的点亮与熄灭情况，正常情况下，测试指示灯熄灭一个，对应工作指示灯应同时点亮，对不正常情况做好记录；
新浇筑混凝土首先淹没作为正极的金属感应片(3)，开始浇筑冲顶作业时，当混凝土接触拱部最高位置处做为负极的金属感应片(3)后，通过新浇筑混凝土的导电特性，对应继电器(4)使其常闭触点断开、常开触点闭合，对应测试指示灯熄灭、工作指示灯点亮，表示正负极间混凝土已经充满，继续进行冲顶作业，直至指示全部灯点亮；
6)质量检测、缺陷处理：浇筑完成后，对上述各步骤记录的不正常情况进行分析，根据实际情况可对重点部位进行带模注浆；采用雷达扫描检测、人工敲击等方法，对隧道二次衬砌质量进行探查，并进行必要的缺陷处理，直至满足技术要求。
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