隧道二次衬砌补充注浆厚度检测设备的制作方法

本发明涉及隧道工程技术，特别涉及隧道衬砌厚度检测技术，具体涉及隧道二次衬砌补充注浆厚度检测设备。

背景技术：

衬砌是为了防止围岩变形或坍塌，沿隧道洞身周边用钢筋混凝土等材料修建的永久性支护结构。衬砌技术通常应用于交通隧道、水利渠道中。

二次衬砌是和初期支护相对而言的，是在隧道已经进行初期支护的条件下，用混凝土等材料修建的内层衬砌。隧道二次衬砌，是提供安全储备或承受后期围岩压力的隧道重要结构。

隧道二次衬砌在施工过程中，经常会由于水泥混凝土流动性不好、泵送压力不足、抽拔泵送管过早、排气管安装不规范等原因，导致隧道拱顶混凝土注浆欠饱满，加之二次衬砌混凝土在重力及干缩效应等影响下，致使隧道二次衬砌拱顶混凝土极易出现拱顶脱空、厚度不足问题。隧道二次衬砌厚度不足，影响隧道结构的整体稳定性，威胁隧道安全运营。

为了弥补隧道二次衬砌厚度不足问题，施工单位通常采用补充注浆的办法，补足隧道二次衬砌厚度，并增加二次衬砌强度。

现有技术隧道二次衬砌补充注浆，依靠控制注浆压力判断是否已注满二次衬砌拱顶脱空。此方法仅可间接判断二次衬砌补充注浆是否已注满拱顶脱空，不能够直接准确判断隧道二次衬砌厚度是否已达到设计标准。尤其在遇到堵管或排气管安装不到位致使有气囊存在的情况下，注浆压力会急剧增高，造成隧道二次衬砌拱顶脱空已注满的假象。因此，如果以直接表征指标(隧道二次衬砌厚度值)，进行补充注浆控制，将克服仅依靠间接控制指标(注浆压力)判断是否已注满二次衬砌拱顶脱空方法的缺陷。

而目前常用的隧道二次衬砌厚度检测技术，主要有有损钻孔检测法和无损地质雷达检测法两种。有损钻孔检测法，实施繁琐，对已有隧道二次衬砌造成二次破坏；且由于二次衬砌补充注浆液固化需要一定时间，在补充注浆液凝结固化前，实施钻孔易造成浆液外流，无法实现补充注浆过程中隧道二次衬砌厚度的实时检测。无损地质雷达检测法，虽可克服有损钻孔检测法造成的浆液外流问题，但是由于地质雷达电磁波信号对水和空气非常敏感的原因，通常只有等隧道二次衬砌补充注浆液完全干后(通常两周以后)方可进行准确检测。可见，目前常用的两种已有隧道二次衬砌厚度检测方法，均不能胜任隧道二次衬砌补充注浆厚度实时检测的任务。

同时，地质雷达在检测隧道二次衬砌时，为了穿透钢拱架及钢筋网片等金属材料，通常采用重且体积庞大的低频天线，检测过程中操作困难。地质雷达数据处理滞后，无法实现实时厚度检测；且对检测操作人员的素质要求高，需经过专业培训人员才能胜任检测工作。另地质雷达检测采用电磁波，易对操作人员健康产生危害。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供隧道二次衬砌补充注浆厚度检测设备，以克服现有方法不能实时检测隧道二次衬砌补充注浆厚度和地质雷达易产生电磁辐射危害的问题。

为了实现上述目的，根据本发明具体实施方式的一个方面，提供了一种隧道二次衬砌补充注浆厚度检测设备，包括超声波发生器、超声波发射探头、超声波接收探头、超声波接收器、数据处理系统和电源装置；

所述超声波发生器与超声波发射探头连接，所述超声波发生器输出的超声波脉冲信号，驱动超声波发射探头发出超声波；

所述超声波接收探头与超声波接收器连接，所述超声波接收探头接收反射回来的超声波信号，将其转换为电信号输入超声波接收器；

所述数据处理系统与超声波发生器和超声波接收器连接，控制超声波发生器通过超声波发射探头发出超声波信号，并接收超声波接收器输出的电信号；

所述电源装置为设备提供电源。

进一步的，所述数据处理系统包括dsp、储存器和触摸屏。

进一步的，所述储存器为插卡式储存器。

进一步的，所述设备还包括照明装置，所述照明装置与电源装置连接。

进一步的，所述设备为一体化便携式结构。

进一步的，所述电源装置包括蓄电池及和控制电路，所述蓄电池通过所述控制电路进行供电和充电。

进一步的，所述电源装置采用外挂结构，通过卡槽触点为设备供电。

进一步的，所述超声波发射探头和超声波接收探头封装在一起，通过空气耦合结构发射超声波和接收超声波。

进一步的，所述空气耦合结构为空气耦合保护膜。

进一步的，所述超声波接收探头包括前置增幅器，所述超声波接收探头输出的信号经过前置增幅器放大整形后输入超声波接收器。

本发明的有益效果是，能够满足隧道二次衬砌补充注浆厚度实时检测的要求，在隧道二次衬砌补充注浆施工过程中，实时便捷地检测二次衬砌厚度。进一步的，本发明还具有便携、易操作、安全环保、对操作人员不产生电磁辐射危害的特点。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的具体实施方式、示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为实施例的隧道二次衬砌补充注浆厚度检测设备结构示意图。

图2为实施例的隧道二次衬砌补充注浆厚度检测设备实体外形示意图。

附图中：

1为超声波空气耦合防护膜；

100为主体结构；

9为电源装置；

13为前置手柄；

14为主手柄；

15为超声波发射开关。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的具体实施方式、实施例以及其中的特征可以相互组合。现将参考附图并结合以下内容详细说明本发明。

为了使本领域技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明具体实施方式、实施例中的附图，对本发明具体实施方式、实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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。基于本发明中的具体实施方式、实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式、实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的隧道二次衬砌补充注浆厚度检测设备，由主体结构100和电源装置9两部分构成，如图1所示。

主体结构100包括超声波发生器、超声波发射探头、超声波接收探头、超声波接收器、数据处理系统。

电源装置9采用外挂结构，通过卡槽触点为主体结构100供电。电源装置9包括蓄电池及和控制电路(图1中未示出)，蓄电池通过控制电路进行供电和充电。

主体结构100中：

超声波发生器与超声波发射探头连接，超声波发生器输出的超声波电脉冲信号，驱动超声波发射探头的换能器发出超声波。

超声波接收探头与超声波接收器连接，超声波接收探头接收反射回来的超声波信号，通过接收探头中的换能器将超声波信号转换为电信号输入超声波接收器。

数据处理系统与超声波发生器和超声波接收器连接，控制超声波发生器通过超声波发射探头发出超声波信号，并接收超声波接收器输出的电信号。

实施例

本例是一种一体化便携式隧道二次衬砌补充注浆厚度检测设备，采用了超声波厚度检测技术，克服了传统雷达电磁波检测对水敏感致使检测滞后的问题。同时克服了现有技术隧道二次衬砌补充注浆厚度检测不能实时在线检测的问题，在隧道进行二次衬砌补充注浆施工时，可以进行实时在线检测，为工程进度和质量控制提供有效支持。

本例厚度检测设备是一种便携式装置，外形为枪型结构，与工程上常用的冲击电钻等外形非常相近，如图2所示。

本例超声波发射探头和超声波接收探头封装在一起，构成超声波探头，通过空气耦合结构发射超声波和接收超声波。

本例超声波探头采用的是japanprobe公司生产的0.12m20nr03空气耦合超声波探头。发射的超声波频率为0.12mhz，采样频率5mhz，选取的入射角度为3°。

本例空气耦合结构采用空气耦合保护膜1，如图2所示。

本例超声波接收探头还包括前置增幅器，用于将超声波接收探头输出的信号进行整形和放大，经过前置增幅器放大整形后的信号输入超声波接收器。

本例这种空气耦合超声波检测技术，为非接触式超声波检测技术，克服了传统接触式超声波检测速度慢且对被测表面平整性要求高的缺陷，能够胜任隧道二次衬砌补充注浆施工实时检测时恶劣的环境。

通常，隧道二次衬砌补充注浆施工都是在隧道工程还没有完成时进行的，二次衬砌补充注浆施工检测面凹凸不平，接触式检测非常困难，甚至会严重影响检测精度，本例采用非接触空气耦合超声波检测技术，完全克服了上述问题和困难，检测效率和精度得到了保证。

本例超声波发射器，能够发射大功率超声脉冲串信号，可以穿透超声波发射探头和被检测体间的空气。

安装于超声波探头前端的超声空气耦合防护膜，可在不减弱超声波信号的条件下保护空气耦合超声波发射探头和接收探头，且能够在使用过程中根据磨损污染程度及时更换，以适应隧道二次衬砌补充注浆施工过程中恶劣的工作环境。

本例数据处理系统包括dsp(数字信号处理器)、储存器和触摸屏。

本例储存器采用插卡式大容量储存器，可以手动取出，将数据导出到计算机，方便后期数据的经一步分析处理。

采用触摸屏，节省了键盘按钮占用的空间尺寸，大幅降低了便携式隧道二次衬砌补充注浆厚度实时检测设备的外形尺寸。

本例触摸屏上设置有一键还原按钮，可供操作人员检测过程中随时让检测设备还原到初始设置参数状态。

本例隧道二次衬砌补充注浆厚度检测设备，为了方便操作设置有两个手柄，前置手柄13和主手柄14采用人体工程学设计，方便操作过程中操作人员手持操作，如图2所示。

本例电源装置9采用大功率蓄电池，并且通过插槽与主体结构100连接，易于更换，能够满足设备连续工作的需要。

为了便于夜间或在光线不足的隧道操作，本例隧道二次衬砌补充注浆厚度检测设备设置有照明装置，照明装置与电源装置连接，可以为操作者通过照明需求。

本发明具体实施过程为：插上电源装置9，打开电源开关(图中未示出)，使便携式隧道二次衬砌补充注浆厚度实时检测设备处于准备工作状态。按下照明装置按钮打开照明装置，然后操作人员左手握住前置手柄13，右手握住主手柄14，对准要检测隧道二衬衬砌厚度的位置，准备隧道二次衬砌厚度检测。

参照图2，按下超声波发射开关15，超声波发射发生器输出的超声波脉冲信号串，经空气耦合超声波发射探转换为超声波发射出来。超声波经隧道二次衬砌反射后，由空气耦合超声波接收探头接收并将其转换为脉冲电信号，经前置增幅器进行放大和整形后传至超声波接收器。接收到的超声波信号，进过数字信号处理器处理分析，将其转化为隧道二次衬砌厚度数据，并自动保存到大容量数据储存器中，同时输出到触摸屏进行实地显示，供现场操作人员实施了解注浆程度及隧道二次衬砌的厚度是否已达到设计要求。

如需进行数据的进一步分析处理，可将储存在大容量数据存储器中的检测数据，导出到计算机，进行后期分析处理。

在检测过程中遇到电量不足情况时，可以随时更换外置电源装置9，以保证其持续的检测操作。