CN111103358B - 一种隧道喷射混凝土质量检测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种一种隧道喷射混凝土质量检测方法，其特征在于，隧道喷射混凝土质量检测方法包括：获取爆破时待测混凝土表面的振动速度；对振动速度进行分量分解，得到水平速度分量；对水平速度分量进行数据分析，得到第一判断结果；对振动速度进行数据处理，得到水平速度分量的幅值与频率的曲线图；对曲线图进行分析，得到第二判断结果；若第一判断结果表示水平速度分量随时间衰减的加速度小于设定值，且第二判断结果表示曲线图中具有单峰现象，则待测混凝土质量判断结果为不合格。本发明通过对待测混凝土的爆破振动速度进行检测分析，以得到待测混凝土是否存有空洞的结果，提高了检测精度及工作效率，降低了隧道开挖和支护的工作量。

Description

一种隧道喷射混凝土质量检测方法及系统
技术领域
本发明涉及岩土工程检测技术领域，特别是涉及一种隧道喷射混凝土质量检测方法及系统。
背景技术
交通、水工隧道在爆破开挖推进的过程中，需要及时在隧道表面喷射混凝土来对围岩进行保护和加固，以确保隧道围岩的稳定和安全。但是，由于围岩超欠挖现象严重、混凝土喷射技术不当等原因，喷射的混凝土与围岩可能会脱开；此外，隧道开挖推进过程中爆破产生的振动也可能会导致喷射混凝土与围岩脱开，二者之间形成孔洞。喷射混凝土背后空洞的存在会降低隧道围岩支护效果，影响隧道施工期的围岩稳定和施工安全。因此，隧道爆破开挖推进过程中的喷射混凝土质量检测是一项非常重要的工作。
隧道喷射混凝土背后存在的空洞属于隐蔽性缺陷，很难用肉眼直接发现，常需要采用专门的仪器进行检测，目前主要采用的是地质雷达法和锤击法。地质雷达法是通过发射天线向喷射混凝土发射高频电磁波，通过对反射回的电磁波的运动特征进行分析以确定空洞的存在及分布。地质雷达检测法所需的仪器设备价格昂贵，且检测耗时长。锤击法是用机械锤击喷射混凝土表面产生应力波，产生的应力波振动信号被布置在锤击点附近的传感器所记录，然后通过对振动信号进行分析达到检测空洞的目的。锤击法受现场施工环境影响较大，易被施工机械、运行车辆产生的振动干扰，从而导致检测精度低。此外，无论是地质雷达检测法还是锤击检测法，都会给隧道开挖和支护增加额外的工作量。
发明内容
本发明的目的是提供一种隧道喷射混凝土质量检测方法及系统，用于解决现有技术中，检测耗时长且检测精度低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种隧道喷射混凝土质量检测方法，包括：
获取爆破时待测混凝土表面的振动速度；
对所述振动速度进行分量分解，得到水平速度分量；
对所述水平速度分量进行数据分析，得到第一判断结果；
对所述振动速度进行数据处理，得到所述水平速度分量的幅值与频率的曲线图；
对所述曲线图进行分析，得到第二判断结果；
若所述第一判断结果表示所述水平速度分量随时间衰减的加速度小于设定值，且所述第二判断结果表示所述曲线图中具有单峰现象，则所述待测混凝土质量判断结果为不合格。
可选的，所述对所述水平速度分量进行数据分析，得到第一判断结果具体包括：
对所述水平速度分量进行统计，按照时间绘制所述水平速度分量的衰减曲线图，对所述衰减曲线图的加速度进行计算，得到所述加速度与设定值的大小关系。
可选的，所述对所述水平速度分量进行数据处理，得到所述水平速度分量的幅值与频率的曲线图具体为：
对所述振动速度进行傅里叶变换，得到所述振动速度的幅值与频率的曲线图。
可选的，所述对所述曲线图进行分析，得到第二判断结果具体包括：
所述曲线图为所述振动速度的幅值与频率之间关系的曲线图，若所述曲线图中存在单峰现象，则表明所述待测混凝土质量为不合格。
为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：
一种隧道喷射混凝土质量检测系统，包括：振动速度获取模块、第一数据处理模块、第二数据处理模块、第一判断模块、第二判断模块以及控制器；
所述振动速度获取模块用于获取所述振动速度；
所述第一数据处理模块与所述振动速度获取模块连接，所述第一数据处理模块用于对所述振动速度进行分量分解，得到水平速度分量；
所述第一判断模块与所述第一数据处理模块连接，所述第一判断模块用于所述水平速度分量进行数据分析，得到第一判断结果；
所述第二数据处理模块与所述振动速度获取模块连接，所述第二数据处理模块用于对所述振动速度进行数据处理，得到所述水平速度分量的幅值与频率的曲线图；
所述第二判断模块与所述第二数据处理模块连接，所述第二判断模块用于对所述曲线图进行分析，得到第二判断结果；
所述控制器分别与所述第一判断模块以及所述第二判断模块连接，所述控制器用于根据所述第一判断结果以及所述第二判断结果发出警报。
可选的，所述振动速度获取模块对待测混凝土的爆破振动速度进行检测。
可选的，所述第一判断模块对所述水平速度分量进行统计，按照时间绘制所述水平速度分量的衰减曲线图，对所述衰减曲线图的加速度进行计算，当所述加速度小于设定值时，所述第一判断模块发送的检测结果为不合格。
可选的，所述第二数据处理模块对所述振动速度进行傅里叶变换，得到所述振动速度的幅值与频率的曲线图。
可选的，所述振动速度获取模块为TC-4850爆破测振仪。
可选的，所述第二判断模块对所述曲线图中的单峰现象进行判断，所述曲线图为所述振动速度的幅值与频率之间关系的曲线图，若所述曲线图中存在单峰现象，则发送的检测结果为不合格。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明通过对待测混凝土的爆破振动速度进行检测分析，以得到待测混凝土是否存有空洞的结果，只需在隧道爆破开挖时，对待测混凝土的振动速度进行检测即可，由于爆破产生的振动信号远大于所在环境的噪音，所以受到现场环境噪声的影响小，检测精度高；同时，由于不需要在对待测混凝土进行单独的检测工作，大幅提高了工作效率，降低了隧道开挖和支护的工作量。
附图说明
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，下面将对实施例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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的爆破振动监测点布置示意图；
图2为本发明所提供的流程图；
图3为本发明所提供的第一监测点水平速度分量时程曲线；
图4为本发明所提供的第四监测点水平速度分量时程曲线；
图5为本发明所提供的第四监测点水平速度分量的幅值-频率谱；
图6为本发明所提供的第一监测点水平速度分量的幅值-频率谱；
图7为本发明所提供的隧道喷射混凝土质量检测系统的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种隧道喷射混凝土质量检测方法及系统，以实现降低隧道喷射混凝土质量检测过程中的工作量，以及提高对隧道喷射混凝土质量检测的精度的目的。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
在实际应用中，在使用本发明一种隧道喷射混凝土质量检测方法对隧道喷射混凝土质量进行检测之前，需要首先在隧道爆破作业前，在待检验的隧道喷射混凝土表面按一定的间距布置爆破振动速度监测点，在监测点固定安装振动速度传感器，并将传感器与记录仪连接；
如图1所示，本实施例首先在距爆区最近的喷射混凝土表面布置第一个爆破振动监测点，随后根据现场条件每隔10～15m布置一个振动监测点，总共布置5个振动监测点。在每个监测点，采用粘合剂(如石膏)将振动速度获取模块与喷射混凝土紧密粘结，然后将所述振动速度获取模块用数据线连接到控制器上。
在本发明实施例中，所述振动速度获取模块为TC-4850爆破测振仪。
如图2所示，一种隧道喷射混凝土质量检测方法，包括：
步骤100：获取爆破时待测混凝土表面的振动速度；
具体地，隧道爆破过程中，每一个监测点的爆破测振仪记录该点的振动速度。
步骤200：对所述振动速度进行分量分解，得到水平速度分量；
具体的，对所述振动速度进行分量分解，还可以得到水平径向、水平切向和垂直向振动速度。
步骤300：对所述水平速度分量进行数据分析，得到第一判断结果；
步骤400：对所述振动速度进行数据处理，得到所述水平速度分量的幅值与频率的曲线图；
步骤500：对所述曲线图进行分析，得到第二判断结果；
若所述第一判断结果表示所述水平速度分量随时间衰减的加速度小于设定值，且所述第二判断结果表示所述曲线图中具有单峰现象，则所述待测混凝土质量判断结果为不合格。
在实际应用中，所述对所述水平速度分量进行数据分析，得到第一判断结果具体包括：
对所述水平速度分量进行统计，按照时间绘制所述水平速度分量的衰减曲线图，对所述衰减曲线图的加速度进行计算，得到所述加速度与设定值的大小关系。
当所述加速度小于设定值时，所述水平速度分量时程曲线出现随时间衰减缓慢的现象。
如图3以及图4所示，以图3所示的第一监测点水平速度分量时程曲线为对比，图4所示的第四监测点水平速度分量时程曲线中，通过检查每个监测点的水平速度分量时程曲线，发现第四监测点的水平速度分量随时间衰减较慢，而第一监测点水平速度分量时程曲线中，第一待测点的水平速度分量随时间衰减较快。
在实际应用中，所述对所述水平速度分量进行数据处理，得到所述水平速度分量的幅值与频率的曲线图具体为：
对所述振动速度进行傅里叶变换，得到所述振动速度的幅值与频率的曲线图。
在实际应用中，所述对所述曲线图进行分析，得到第二判断结果具体包括：
所述曲线图为所述振动速度的幅值与频率之间关系的曲线图，若所述曲线图中存在单峰现象，则表明所述待测混凝土质量为不合格。
如图5所示，对第四监测点的水平速度分量进行傅里叶变换，得到该点振动速度的幅值-频率谱。从图5可以看到，第四监测点水平速度分量的幅值-频率谱只有一个明显的峰值，发生在500Hz左右。为了显示第四监测点水平速度分量的幅值-频率谱具有明显的单峰现象，本实施例给出了第一监测点水平速度分量的幅值-频率谱作为对比，如图6所示，第一监测点水平速度分量的幅值-频率谱具有3个幅值相差不大的峰值，分别发生在200Hz、400Hz和700HZ左右。
第四监测点的水平速度分量同时出现了随时间衰减缓慢的现象以及其幅值-频率谱具有明显单峰的现象，故判定第四监测点附近的喷射混凝土与隧道围岩脱开、二者之间存在空洞。
作为对比的，通过对第四监测点所处位置的喷射混凝土进行地质雷达检测，证实背后确有空洞存在，由此验证了本发明方法的可靠性。
所述地质雷达检测是通过LHLD-D1地质雷达探测仪进行的。
为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：
如图7所示，一种隧道喷射混凝土质量检测系统，包括：振动速度获取模块、第一数据处理模块、第二数据处理模块、第一判断模块、第二判断模块以及控制器；
所述振动速度获取模块用于获取所述振动速度；
所述第一数据处理模块与所述振动速度获取模块连接，所述第一数据处理模块用于对所述振动速度进行分量分解，得到水平速度分量；
所述第一判断模块与所述第一数据处理模块连接，所述第一判断模块用于所述水平速度分量进行数据分析，得到第一判断结果；
所述第二数据处理模块与所述振动速度获取模块连接，所述第二数据处理模块用于对所述振动速度进行数据处理，得到所述水平速度分量的幅值与频率的曲线图；
所述第二判断模块与所述第二数据处理模块连接，所述第二判断模块用于对所述曲线图进行分析，得到第二判断结果；
所述控制器分别与所述第一判断模块以及所述第二判断模块连接，所述控制器用于根据所述第一判断结果以及所述第二判断结果发出警报。
在实际应用中，所述振动速度获取模块对待测混凝土的爆破振动速度进行检测。
在实际应用中，所述第一判断模块对所述水平速度分量进行统计，按照时间绘制所述水平速度分量的衰减曲线图，对所述衰减曲线图的加速度进行计算，当所述加速度小于设定值时，所述第一判断模块发送的检测结果为不合格。
在实际应用中，所述第二数据处理模块对所述振动速度进行傅里叶变换，得到所述振动速度的幅值与频率的曲线图。
在实际应用中，所述振动速度获取模块为TC-4850爆破测振仪。
在实际应用中，所述第二判断模块对所述曲线图中的单峰现象进行判断，所述曲线图为所述振动速度的幅值与频率之间关系的曲线图，若所述曲线图中存在单峰现象，则发送的检测结果为不合格。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种隧道喷射混凝土质量检测方法，其特征在于，所述隧道喷射混凝土质量检测方法包括：
获取爆破时待测混凝土表面的振动速度；
对所述振动速度进行分量分解，得到水平速度分量；
对所述水平速度分量进行数据分析，得到第一判断结果，具体包括：
对所述水平速度分量进行统计，按照时间绘制所述水平速度分量的衰减曲线图，对所述衰减曲线图的加速度进行计算，得到所述加速度与设定值的大小关系；
对所述振动速度进行数据处理，得到所述水平速度分量的幅值与频率的曲线图；
对所述曲线图进行分析，得到第二判断结果；
若所述第一判断结果表示所述水平速度分量随时间衰减的加速度小于设定值，且所述第二判断结果表示所述曲线图中具有单峰现象，则所述待测混凝土质量判断结果为不合格。
2.根据权利要求1所述的隧道喷射混凝土质量检测方法，其特征在于，所述对所述水平速度分量进行数据处理，得到所述水平速度分量的幅值与频率的曲线图具体为：
对所述振动速度进行傅里叶变换，得到所述振动速度的幅值与频率的曲线图。
3.根据权利要求2所述的隧道喷射混凝土质量检测方法，其特征在于，所述对所述曲线图进行分析，得到第二判断结果具体包括：
所述曲线图为所述振动速度的幅值与频率之间关系的曲线图，若所述曲线图中存在单峰现象，且所述加速度小于所述设定值，则表明所述待测混凝土质量为不合格。
4.一种隧道喷射混凝土质量检测系统，其特征在于，所述隧道喷射混凝土质量检测系统基于权利要求1-3中任意一项所述的隧道喷射混凝土质量检测方法，所述隧道喷射混凝土质量检测系统包括：振动速度获取模块、第一数据处理模块、第二数据处理模块、第一判断模块、第二判断模块以及控制器；
所述振动速度获取模块用于获取所述振动速度；
所述第一数据处理模块与所述振动速度获取模块连接，所述第一数据处理模块用于对所述振动速度进行分量分解，得到水平速度分量；
所述第一判断模块与所述第一数据处理模块连接，所述第一判断模块用于所述水平速度分量进行数据分析，得到第一判断结果；所述第一判断模块对所述水平速度分量进行统计，按照时间绘制所述水平速度分量的衰减曲线图，对所述衰减曲线图的加速度进行计算，当所述加速度小于设定值时，所述第一判断模块发送的检测结果为不合格；
所述第二数据处理模块与所述振动速度获取模块连接，所述第二数据处理模块用于对所述振动速度进行数据处理，得到所述水平速度分量的幅值与频率的曲线图；
所述第二判断模块与所述第二数据处理模块连接，所述第二判断模块用于对所述曲线图进行分析，得到第二判断结果；所述第二判断模块对所述曲线图中的单峰现象进行判断，所述曲线图为所述振动速度的幅值与频率之间关系的曲线图，若所述曲线图中存在单峰现象，则发送的检测结果为不合格；
所述控制器分别与所述第一判断模块以及所述第二判断模块连接，所述控制器用于根据所述第一判断结果以及所述第二判断结果发出警报；若所述第一判断结果表示所述水平速度分量随时间衰减的加速度小于设定值，且所述第二判断结果表示所述曲线图中具有单峰现象，则所述待测混凝土质量判断结果为不合格。
5.根据权利要求4所述的隧道喷射混凝土质量检测系统，其特征在于，所述振动速度获取模块对待测混凝土的爆破振动速度进行检测。
6.根据权利要求4所述的隧道喷射混凝土质量检测系统，其特征在于，所述第二数据处理模块对所述振动速度进行傅里叶变换，得到所述振动速度的幅值与频率的曲线图。
7.根据权利要求4或5所述的隧道喷射混凝土质量检测系统，其特征在于，所述振动速度获取模块为TC-4850爆破测振仪。
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