一种管片壁后注浆缺陷检测装置及其检测方法与流程

1.本发明属于隧道管片检测技术领域，具体涉及一种管片壁后注浆缺陷检测装置及其检测方法。


背景技术：

2.对于施工隧道，在采用管片衬砌方式进行支护时，进行注浆加固能够有效充填围岩与管片间的空隙，并提供一定承载力，进而稳定管片衬砌，是施工中必不可少的重要环节之一。
3.对于在建和待建的隧道来说，都存在着大量的管片注浆结构，然而，这些注浆结构中大多存在着局部密实性不足，注浆厚度不足等缺陷，从而对隧道构成安全隐患。例如，在管片壁后注浆的过程中，由于所处的地层特性等原因，可能局部浆液填充不密实，或者填充的厚度不足，无法满足填充的要求。为此，就需要对这些管片注浆结构实施缺陷检测。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有地址雷达法无法精准检测灌浆质量缺陷，弥补其技术中的不足，提供一种管片壁后注浆缺陷检测装置及其检测方法。
5.为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
6.第一方面，本发明提供了一种管片壁后注浆缺陷检测方法，包括如下方法步骤：
7.构建管片壁后注浆的流态浆液阶段和凝固浆液阶段中不同特定位置上不同特定缺陷类型所对应的超声波波形模型；
8.实时获取管片浆液浇筑的流态浆液阶段和凝固浆液阶段中特定位置的超声波波形数据；
9.将超声波波形数据与已构建的超声波波形模型比对判断，以获取管片壁后注浆缺陷位置和缺陷类型。
10.作为进一步改进，获取超声波波形数据的方法包括如下步骤：
11.在管片壁后方沿环向和纵向预埋设置若干个高度与注浆层厚度相同的压电陶瓷机敏模块，以及在管片上设置若干个与压电陶瓷机敏模块一一对应的接受换能器；
12.注浆时利用周期脉冲激励压电陶瓷机敏模块使其产生超声波穿过注浆层并被接受换能器所接收记录；
13.接受换能器接收记录注浆过程中不同注浆层厚度时流态浆液阶段的超声波波形数据，以及接收记录注浆层处于浆液凝固时凝固浆液阶段的超声波波形数据。
14.作为进一步改进，构建超声波波形模型的方法包括如下步骤：
15.按照与管片注浆层厚度相同距离设置一一对应的压电陶瓷机敏模块和接受换能器；
16.在压电陶瓷机敏模块和接受换能器之间配置与管片注浆层在原料、配合比和龄期均相同的注浆料，并将注浆料模拟配置成不同注浆层厚度和不同特定缺陷类型；
17.利用接受换能器接收压电陶瓷机敏模块传送且穿过经模拟注浆料的超声波，以获取不同超声波发射频率、不同厚度和不同特定缺陷类型所对应的超声波数据，其中，超声波数据包括传播时间/速度、接收波振幅和频率。
18.作为进一步改进，当管片壁后注浆采用单液浆时，接受换能器接收记录注浆过程中注浆层厚度为50％、75％和100％时流态浆液阶段的超声波波形数据；
19.当管片壁后注浆采用双液浆时，接受换能器接收记录注浆过程中注浆层厚度为50％、100％时流态浆液阶段的超声波波形数据。
20.作为进一步改进，压电陶瓷机敏模块和接受换能器的测点布设方式为：采用环向布设和纵向布设；
21.环向布设：每间隔15环布置一环，每环布设范围为整环隧道，且测点不少于n个，n为隧道环向管片数量；
22.纵向布设：每环在隧道上部布置1～3点，且测点布设避开各个固定干扰物，所述干扰物包括管片接缝、管片螺栓。
23.作为进一步改进，不同特定缺陷类型包括注浆层不密实、注浆层有异物、注浆层裂缝和注浆层完好。
24.第二方面，本发明还提供了如第一方面中所述管片壁后注浆缺陷检测方法的检测装置，包括：
25.隧道管片层，所述隧道管片层和隧道围岩之间围成注浆层空隙；
26.压电陶瓷机敏模块，设有于注浆层空隙内，且距离隧道管片层高度等于所在布设测点处的注浆层厚度；
27.接受换能器，设置于所述隧道管片层上且与压电陶瓷机敏模块一一对应，用于接收穿透注浆层的不同超声波发射频率、不同厚度和不同特定缺陷类型所对应的超声波数据；
28.信号源，配置成用于向压电陶瓷机敏模块发送周期脉冲以激励压电陶瓷机敏模块向注浆层、接受换能器发送超声波；
29.示波器，分别与信号源和接受换能器电信号连接。
30.作为进一步改进，当管片壁后注浆采用单液浆时，接受换能器接收记录注浆过程中注浆层厚度为50％、75％和100％时流态浆液阶段的超声波波形数据；
31.当管片壁后注浆采用双液浆时，接受换能器接收记录注浆过程中注浆层厚度为50％、100％时流态浆液阶段的超声波波形数据。
32.作为进一步改进，压电陶瓷机敏模块和接受换能器的测点布设方式为：采用环向布设和纵向布设；
33.环向布设：每间隔15环布置一环，每环布设范围为整环隧道，且测点不少于n个，n为隧道环向管片数量；
34.纵向布设：每环在隧道上部布置1-3点，且测点布设避开各个固定干扰物，所述干扰物包括管片接缝、管片螺栓。
35.进一步的，所述压电陶瓷机敏模块通过一个固定架预埋固定于管片外侧；所述接受换能器通过一个固定板预埋于管片外面表面。
36.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明提供的管片壁后注浆缺陷检
测装置及其检测方法，通过构建不同阶段、不同注浆厚度、不同缺陷类型的波形模型，并结合预埋入压电陶瓷机敏模块和接受换能器实时获取上述相应阶段、厚度等条件下超声波波形数据，通过比对判断获取当前注浆层的状态(缺陷及其位置)，能够针对管片壁后注浆的流态浆液阶段和凝固浆液阶段中不同特定位置上不同特定缺陷进行实时检测，准确高效，便捷易操作。
附图说明
37.图1为本发明实施例提供的一种管片壁后注浆缺陷检测方法的流程图；
38.图2为本发明实施例提供的一种管片壁后注浆缺陷检测装置的结构示意图；
39.图3为本发明实施例提供的一种压电陶瓷机敏模块的预埋布设位置示意图；
40.图4为本发明实施例提供的一种管片壁后注浆缺陷检测装置的模拟示意图。
41.图中：
42.1、隧道；2、管片层；3、注浆层；4、压电陶瓷机敏模块；5、接受换能器；6、固定架；7、固定板；8、引出线。
具体实施方式
43.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
44.实施例
45.如图1和图2所示，本发明实施例中提供了一种管片壁后注浆缺陷检测方法和检测装置，实现对管片壁后注浆中固态凝浆和流态浆液的不同结构缺陷检测。
46.其中，参考图2和图3，管片壁后注浆缺陷检测装置，包括：
47.隧道管片层2，所述隧道管片层2和隧道1围岩之间围成注浆层3空隙；
48.压电陶瓷机敏模块4，设有于注浆层3空隙内，且距离隧道管片层2高度等于所在布设测点处的注浆层3厚度；
49.接受换能器5，设置于所述隧道管片层2上且与压电陶瓷机敏模块4一一对应，用于接收穿透注浆层3的不同超声波发射频率、不同厚度和不同特定缺陷类型所对应的超声波数据；
50.信号源，配置成用于向压电陶瓷机敏模块4发送周期脉冲以激励压电陶瓷机敏模块4向注浆层3、接受换能器5发送超声波；
51.示波器，分别与信号源和接受换能器5电信号连接。
52.结合上述检测装置所采用的检测方法包括如下方法步骤：
53.步骤s1：构建管片壁后注浆的流态浆液阶段和凝固浆液阶段中不同特定位置上不同特定缺陷类型所对应的超声波波形模型；
54.步骤s2：实时获取管片浆液浇筑的流态浆液阶段和凝固浆液阶段中特定位置的超声波波形数据；
55.步骤s3：将超声波波形数据与已构建的超声波波形模型比对判断，以获取管片壁后注浆缺陷位置和缺陷类型；
56.步骤s4：当判断出当前的注浆层3的缺陷类型和位置时，对缺陷及时实施修复。
57.在本实施例中，参考图4所示，构建超声波波形模型的方法包括如下步骤：
58.步骤s1-1：按照与管片注浆层3厚度相同距离设置一一对应的压电陶瓷机敏模块4和接受换能器5；
59.步骤s1-2：在压电陶瓷机敏模块4和接受换能器5之间配置与管片注浆层3在原料、配合比和龄期均相同的注浆料，并将注浆料模拟配置成不同注浆层3厚度和不同特定缺陷类型，其中，可在混凝土试件(模具)等中调整压电陶瓷机敏模块4和接受换能器5之间距离以模拟注浆层3厚度，同时还可以通过在混凝土试件(模具)中调整注浆料的厚度以模拟注浆过程不同阶段；
60.步骤s1-3：利用接受换能器5接收压电陶瓷机敏模块4传送且穿过经模拟注浆料的超声波，以获取不同超声波发射频率、不同厚度和不同特定缺陷类型所对应的超声波数据，其中，超声波数据包括传播时间/速度、接收波振幅和频率。
61.步骤s1-4：在构建波形模型中，对每一指定类型缺陷分别执行多种发射频率的检测、并利用多种频率下检测得到的波形数据综合构建指定类型缺陷所对应的波形模型，以便于获得更加丰富和准确检测结果。
62.并且，针对单浆液和双浆液在构建波形模型时选取不同厚度阶段数据，由于双液浆在水玻璃加入后，浆液迅速由高流态转变为凝胶态，所以在浆液高度模型建立仅建立流入1/2及完全埋没机敏模块的波形，其余过程与单液浆相同。
63.1)当管片壁后注浆采用单液浆时，接受换能器5接收记录注浆过程中注浆层3厚度为50％、75％和100％时流态浆液阶段的超声波波形数据；
64.2)当管片壁后注浆采用双液浆时，接受换能器5接收记录注浆过程中注浆层3厚度为50％、100％时流态浆液阶段的超声波波形数据。
65.在本实施例中，针对流态浆液阶段和凝固浆液阶段分别利用压电陶瓷机敏模块4输出超声波波形数据建立缺陷类型所对应的波形模型，其中，不同特定缺陷类型包括注浆层3不密实、注浆层3有异物、注浆层3裂缝和注浆层3完好。
66.在本实施例中，获取超声波波形数据的方法包括如下步骤：
67.步骤s2-1：在管片壁后方沿环向和纵向预埋设置若干个高度与注浆层3厚度相同的压电陶瓷机敏模块4，以及在管片上设置若干个与压电陶瓷机敏模块4一一对应的接受换能器5；
68.步骤s2-2：注浆时利用周期脉冲激励压电陶瓷机敏模块4使其产生超声波穿过注浆层3并被接受换能器5所接收记录；
69.步骤s2-3：接受换能器5接收记录注浆过程中不同注浆层3厚度时流态浆液阶段的超声波波形数据，以及接收记录注浆层3处于浆液凝固时凝固浆液阶段的超声波波形数据。
70.在本实施例中，压电陶瓷机敏模块4和接受换能器5的测点布设方式为：采用环向布设和纵向布设。
71.其中，环向布设：每间隔15环布置一环，每环布设范围为整环隧道1，且测点不少于n个，n为隧道1环向管片数量。
72.纵向布设：每环在隧道1上部布置1～3点，且测点布设避开各个固定干扰物，所述干扰物包括管片接缝、管片螺栓。
73.参阅图2，压电陶瓷机敏模块4通过一个固定架6预埋固定于管片外侧，能够在预埋
时通过固定架6长短调整压电陶瓷机敏模块4距离管片的高度。接受换能器5通过一个固定板7预埋于管片外面表面。同时，压电陶瓷机敏模块4和接受换能器5均设有外接设备的引出线8。预埋于管片上在管片隧道1铺设后进行后续检测操作，避免了管片铺设后再进行安装相应模块和接收器的空间狭小、距离尺寸控制精度差和操作困难问题。
74.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
75.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
76.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。