CN207798745U - 一种隧道衬砌结构密实性的检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及隧道结构检测技术领域，尤其是一种隧道衬砌结构密实性的检测装置，其特征在于：所述检测装置包括大激振锤、小激振锤、加速度传感器以及数据处理装置，所述加速度传感器通过耦合剂布置在隧道衬砌结构的测点之上，所述大冲击锤和所述小冲击锤的锤点均位于所述测点的一侧，所述加速度传感器数据连接所述数据处理装置，以将其所采集的应力波反射信号传输至所述数据处理装置。本实用新型的优点是：可精确判断隧道衬砌结构潜在的脱空区域，减少误判；装置简单合理，方便技术人员进行检测操作；适于推广。

Description

一种隧道衬砌结构密实性的检测装置

技术领域

本实用新型涉及隧道结构检测技术领域，尤其是一种隧道衬砌结构密实性的检测装置。

背景技术

作为城市轨道交通的重要组成部分之一，地铁大大地缓解了城市客运交通，同时其所引起的频繁发生的各种安全事故及其带来的各种损失是值得深入研究的问题。现在国内外城市地铁建设都以前所未有的规模和速度发展着，越来越多的地铁线路投入运营。到2020年底，上海将形成总规模18条线路、总里程约800公里、500余座车站的庞大轨道交通路网。大部分地铁线路均位于地下，因此盾构隧道衬砌结构的安全性是需要迫切解决的问题。

由于盾构施工扰动和爆破等影响，加上土体的再固结和超挖造成的地层损失产生了地层变形，使得混凝土管片与围岩之间存在空洞，进而导致围岩松弛，容易造成支护结构产生弯曲应力，降低其承载能力，极大地影响隧道的安全使用。所以工程中一般采用壁后注浆，这样不仅可以充填由于盾构刀盘外径大于隧道管片外径造成的超挖空隙，而且能够防止围岩松动、管片漏水、显著减少地面沉降。但受施工工艺、运营荷载及所处运营环境的影响，混凝土管片可能出现空洞、裂缝、破损、错台和上浮等病害，将大大降低隧道结构的承载能力，缩短其使用寿命，甚至导致衬砌结构（即注浆层）失稳、破坏。如何及早发现影响盾构隧道安全性的可能病害是一个迫切需要解决的问题。由于通过人肉眼无法辨别是否存在脱空区，且传统检测方法易对结构产生破坏，故相应的无损检测方法已纳入实际运用。目前，关于混凝土的无损检测方法主要分为以下几类：

1）超声波法

超声波法通过测量超声波在结构中的传播速度、首波幅度和接收信号主频率、波形等以检测和定位混凝土中的缺陷、裂缝深度、孔穴、不密实区与测量厚度，但测试时需要将收发探头与被测面用黄油等耦合剂耦合，测试效率低，检测结果受人为因素的影响较大；且激发信号能量低、信号频率高，在混凝土中衰减快，检测深度较浅。同时，受混凝土中骨料、钢筋影响较大。

2）回弹法

回弹法主要通过测量回弹值以测定混凝土强度，但无法检测混凝土内部缺陷。

3）地质雷达法

地质雷达法是隧道衬砌检测的最常用方法, 用于检测隧道衬砌厚度、衬砌背后的回填密实度、衬砌内部钢筋和钢架的分布，对混凝土内部缺陷可以准确定位,但由于其仪器价格昂贵且混凝土中密集分布的钢筋会造成很大影响，甚至于形成屏蔽效应而无法检测更深部的缺陷，其实际应用受到一定的限制。

4）冲击回波法

冲击回波法是利用在结构表面产生瞬态应力波形成瞬时类谐振条件，通过分析频率变化可判断混凝土内部缺陷及混凝土构件的厚度，但对混凝土内部纵向尺度较小的缺陷体的下界面却难于分辨。

发明内容

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种隧道衬砌结构密实性的检测装置，通过两个不同激振频率的激振锤对隧道衬砌结构进行锤击，结合加速度传感器采集应力波反射信号，实现隧道衬砌整体结构的密实性检测。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种隧道衬砌结构密实性的检测装置，用于对具有双层结构的隧道衬砌结构进行密实性检测，所述隧道衬砌结构包括管片结构和注浆层，所述注浆层位于所述管片结构的外围，其特征在于：所述检测装置包括大激振锤、小激振锤、加速度传感器以及数据处理装置，所述加速度传感器通过耦合剂布置在隧道衬砌结构的测点之上，所述大冲击锤和所述小冲击锤的锤点均位于所述测点的一侧，所述加速度传感器数据连接所述数据处理装置，以将其所采集的应力波反射信号传输至所述数据处理装置。

所述加速度传感器所布置的测点位置沿所述隧道衬砌结构的走向等距布设，且沿所述隧道衬砌结构的截面方向等距布设。

所述大激振锤的激振频率大于所述隧道衬砌结构整体的厚度频率，所述小激振锤的激振频率大于所述隧道衬砌结构中的管片结构的厚度频率。

所述大激振锤的激振频率为4kHz，所述小激振锤的激振频率为7kHz。

本实用新型的优点是：可精确判断隧道衬砌结构潜在的脱空区域，减少误判；扩大了冲击回拨发应用的范围厚度与领域；装置简单合理，方便技术人员进行检测操作；适于推广。

附图说明

图1为本实用新型的系统构成示意图；

图2为本实用新型的检测原理示意图Ⅰ

图3为本实用新型的检测原图示意图Ⅱ；

图4为本实用新型的检测对象示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-4所示，图中标号1-10分别表示为：大激振锤1、小激振锤2、加速度传感器3、数据处理装置4、隧道衬砌结构5、激发点6、接收点7、脱空区域8、管片9、注浆层10。

实施例：如图4所示，本实施例中的隧道衬砌结构密实性的检测装置针对于双层结构的隧道衬砌结构，该隧道衬砌结构包括管片9和注浆层10，注浆层10而位于管片9的外围。

如图1所示，本实施例中的隧道衬砌结构密实性的检测装置包括大激振锤1、小激振锤2、加速度传感器3以及数据处理装置4，其中大激振锤1和小激振锤2作为应力波的激发装置，加速度传感器接收大激振锤1和小激振锤2所激发的应力波反射信号，数据处理装置4数据连接加速度传感器3以接收并处理应力波反射信号。

如图2所示，加速度传感器3通过耦合剂布置隧道衬砌结构5的测点上，该测点是根据实际工程的检测需要进行选择的位置。通过耦合剂来布置加速度传感器3可便于加速度传感器3的安装与拆卸，进而便于技术人员对整个隧道衬砌结构5进行密实性检测。在加速度传感器3的一侧为激发点6的位置，激发点6的位置即为大激振锤1和小激振锤2的锤击位置。接收点7位于加速度传感器3的另一侧以接收大激振锤1和小激振锤2所激发产生的应力波反射信号。

大激振锤1的激振频率大于隧道衬砌结构5整体的厚度频率，即管片9和注浆层10的厚度频率；而小激振锤2的激振频率则大于隧道衬砌结构5中的管片9的厚度频率。

本实施例的工作原理如下：通过大激振锤1和小激振锤2在激发点6处分次进行锤击，若加速度传感器3所采集到的大激振锤1的厚度频率值均与通过有限元所模拟的隧道衬砌结构5的厚度频率相近且稳定不变则判定衬砌结构密实；若值出现异变，检验相应测点处小激振锤2的厚度频率值是否为管片9的厚度频率，若为管片9的厚度频率，则判断脱空发生于注浆层10内，反之若不为管片9的厚度频率，则判断脱空发生于管片9内，如图2和图3所示。

本实施例在具体应用时，具有如下应用方法：

1）检测前根据隧道衬砌结构5的已知构件力学参数建模，并通过有限元模拟判断管片9以及隧道衬砌结构5的厚度频率。

2）根据不同的厚度频率选择激振频率相对较高且具有足够能量的大激振锤1以及小激振锤2，其中大激振锤1的激振频率大于隧道衬砌结构5整体的厚度频率，即管片9和注浆层10的厚度频率；而小激振锤2的激振频率则大于隧道衬砌结构5中的管片9的厚度频率。

3）将加速度传感器3通过耦合剂耦合在所设计的测点位置，在测点位置的一侧通过大激振锤1和小激振锤2锤击隧道衬砌结构5。

4）每个测点分别使用大激振锤1和小激振锤2各锤击两次，通过加速度传感器3有效的应力波反射信号，该应力波反射信号传输至数据处理装置4以进行信号处理。

5）数据处理装置4对应力波反射信号进行信号分析和融合处理。若大锤的厚度频率值均与有限元值相近且稳定不变则衬砌结构密实；若值出现突变，检验相应测点小锤的厚度频率值是否为管片厚度频率。

例：由理论公式QUOTE （式中 QUOTE 为几何结构形状系数；QUOTE 为结构中纵波波速； QUOTE 为频谱图中频率主峰值；T为所求构件厚度）算得管片9与整体结构的厚度频率分别约为6kHz、3kHz。大激振锤1的激振频率则可选为4kHz，小激振锤2的激振频率则可选为7kHz。

本实施例在具体实施时：为了对隧道衬砌结构5整体结构进行完整评价，加速度传感器3所布置的测点位置沿隧道衬砌结构5的走向等距布设从而构成测线。此外，由测点所构成的、沿隧道衬砌结构5的走向所布置的若干测线还沿隧道衬砌结构5的截面方向等距布设。

虽然以上实施例已经参照附图对本实用新型目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本实用新型作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。

Claims (4)

1.一种隧道衬砌结构密实性的检测装置，用于对具有双层结构的隧道衬砌结构进行密实性检测，所述隧道衬砌结构包括管片结构和注浆层，所述注浆层位于所述管片结构的外围，其特征在于：所述检测装置包括大激振锤、小激振锤、加速度传感器以及数据处理装置，所述加速度传感器通过耦合剂布置在隧道衬砌结构的测点之上，所述大激振锤和所述小激振锤的锤点均位于所述测点的一侧，所述加速度传感器数据连接所述数据处理装置，以将其所采集的应力波反射信号传输至所述数据处理装置。

2.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌结构密实性的检测装置，其特征在于：所述加速度传感器所布置的测点位置沿所述隧道衬砌结构的走向等距布设，且沿所述隧道衬砌结构的截面方向等距布设。

3.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌结构密实性的检测装置，其特征在于：所述大激振锤的激振频率大于所述隧道衬砌结构整体的厚度频率，所述小激振锤的激振频率大于所述隧道衬砌结构中的管片结构的厚度频率。

4.根据权利要求3所述的一种隧道衬砌结构密实性的检测装置，其特征在于：所述大激振锤的激振频率为4kHz，所述小激振锤的激振频率为7kHz。