鐵路隧道襯砌質量沖擊回波聲頻法檢測指南SCIT-1-DG-002-2019-C

鐵路隧道襯砌質量沖擊回波聲頻法檢測指南（V1.02）目錄31661鐵路隧道襯砌質量沖擊回波聲頻法檢測指南 鐵路隧道襯砌質量沖擊回波聲頻法檢測指南適用對象及范圍適用于鐵路隧道襯砌及類似板狀混凝土內部質量及缺陷檢測，檢測內容包含襯砌厚度、脫空、不密實等質量檢測，檢測范圍0.05-1m。技術規(guī)范1、《鐵路隧道襯砌質量無損檢測規(guī)程》（TB10223-2004）；《鐵路隧道工程施工質量驗收標準》（TB10417-2018）；《高速鐵路隧道工程施工質量驗收標準》（TB10753-2018）。檢測設備隧道襯砌缺陷檢測設備本次隧道襯砌缺陷檢測采用的設備是由四川升拓檢測技術股份有限公司研發(fā)的沖擊回波聲頻檢測儀（STL-IAES-B），儀器外觀如下圖(圖31)。圖3SEQ圖\*ARABIC\s11沖擊回波聲頻檢測儀（STL-IAES-B）溫馨提示：聲頻隔音筒連接CH0通道，TTL錘連接CH1通道。檢測方法及原理沖擊回波聲頻法為給隧道質量評估提供技術支撐，我公司開發(fā)了基于聲頻的非接觸、移動式的工程無損檢測方法“沖擊回波聲頻法，ImpactAcousticEchomethod，IAE”IAE法的出發(fā)點就是利用專業(yè)拾聲器代替拾振傳感器來拾取被測體的振動信號，并引入IE法的分析方法，從而結合兩種方法的優(yōu)點，研究開發(fā)出的一套嶄新的無損檢測技術體系。圖4-1沖擊回波聲頻法檢測示意圖該方法是利用一個短時的瞬態(tài)沖擊（用一個小球或者小錘輕敲混凝土表面）產生低頻的應力波，應力波傳播到結構內部，被缺陷和構件底面反射回來，本系統(tǒng)采用專業(yè)拾聲器拾取被測體的振動信號，并傳送到信號處理儀器；將所記錄的信號進行分析，從而確定結構的厚度和缺陷的位置。圖4-2沖擊回波聲頻法檢測過程示意圖該檢測方法結合了彈性波沖擊回波法和打聲法的優(yōu)點，是基于聲頻的非接觸、移動式的無損檢測方法?！皼_擊回波聲頻法”對淺層缺陷、數十厘米深的缺陷均能較好識別，雖然工效目前趕不上地質雷達，但其避免了雷達受鋼筋影響大，對淺層缺陷不敏感等不足，該方法與地質雷達在工效與精度、整體初探與局部細查方面形成互補。標定針對現(xiàn)場測試用波速，應對結構進行標定確定：對于素混結構，可根據需要采用鉆孔取芯(二襯)或其他可靠結果進行驗證沖擊回波聲頻檢測波速；對于鋼混結構，應根據需要采用鉆孔取芯(二襯)進行驗證沖擊回波聲頻檢測波速。若對于無現(xiàn)場標定條件，可根據TB10223-2004《鐵路隧道襯砌質量無損檢測規(guī)程》中表5.4.1，結合設計混凝土強度選擇參考波速，如下：隧道襯砌缺陷檢測準備工作施工方需配合內容提供施工樁號資料、設計基本參數表（紙質）、施工過程中記錄資料等。施工方需準備內容：檢測臺車（同雷達檢測）；安全帽、安全繩2個、噴漆1個、輔助工人1名；其他合理的配合事情。自備物品清單手電2把、對講機2個、反光背心/每人、口罩若干。測線布置方案及注意事項測線布置測線布置方式為沿隧道縱向布置5條測線，分別為拱頂、左右拱腰、及左右邊墻，也可根據實際檢測要求適當調整測線。圖6-1沖擊回波聲頻法檢測測線布置示意圖注:在檢測過程中,由于環(huán)境的影響,沖擊回波聲頻法檢測前行中測線位置會略有偏差,檢測數據只針對測線區(qū)域。注意事項在檢測工作開展前，施工單位的測繪人員先期在隧道的邊墻上各施工縫位置標定清楚里程樁號，要求標記準確清晰。隧道襯砌缺陷檢測屬于危險的高空作業(yè)，必須注意以下事項：在測試前，請施工單位將測試段落上的車輛、雜物等清理干凈，方便測試裝載機或測試人員通過。操作設備人員必須佩戴安全帽、腰系安全帶、手帶手套、操作平臺的防護圍欄必須高過工人的腰部。在測試隧道拱腰時，操作設備人員的手必須高過平臺防護圍欄的高度，手扶圍欄時絕對禁止手扶靠近襯砌且與襯砌平行的圍欄，以免夾上人員的手臂或手掌。在測試拱頂和拱腰時，操作設備人員旁的觀測工人應該隨時注意圍欄與拱頂、拱腰的距離，指揮裝載機司機操作平臺的空間位置，防止撞上襯砌導致平臺垮塌，釀成大事故，一定注意?。?！在裝載機駕駛室旁安排一名傳令工人接收平臺上的觀測工人的距離指揮指令來指揮裝載機司機操作平臺和開進裝載機；在裝載機前方也應安排一名工人指揮裝載機前進，因有時司機看不清前方的道路?，F(xiàn)場檢測現(xiàn)場首先進行測線、測點的布置，沿測試軸線的方向，以掃描的形式逐點進行激振和接收信號。測點間距處理隧道襯砌缺陷檢測測點間距布置宜為0.5m，或在采用雷達方檢測存在疑似缺陷位置可適當減小測點間距，一般為0.2m?！咎崾尽浚杭ふ顸c與拾聲器軸心之間的距離為0.1m左右。圖71現(xiàn)場檢測敲擊圖文件命名設置1、文件命名：測試數據以一個澆筑段為一個文件，一般為12m，測試文件命名一般采用測線位置+里程樁號，如：ZGY-DK100+112-124。其中ZGY指測線位置左拱腰，DK100+112-124指所測試的澆筑段里程樁號。檢測波形特征隧道襯砌缺陷檢測時，最重要的是需要做好隔音，其測試波形應具有以下特征：整體呈現(xiàn)明顯的信號衰減趨勢，無異常干擾信號混入；波形中頻率成分比較單一，正常聲頻波形圖參見下圖。圖7-2聲頻正常測試波形圖隧道襯砌缺陷檢測時，應時刻注意聲頻隔音筒與測試面的貼合，若貼合不佳，其測試波形中噪聲成分會比較明顯，如下：圖7-3聲頻非正常波形圖（隔音筒未良好隔音）數據分析及判定分析主要參數設置及說明數據分析步驟大致如下：數列變換：將測試波形數列變換顯示在一個數據解析頁面；海明窗濾波：對聲頻數據進行波形信號處理；頻譜解析：對波形數據進行頻譜分析，轉換頻譜圖；等值線繪畫：對頻譜數據進行等值線繪畫，以便進行結果位置及判定。其中，頻譜解析參數設置大致如下：圖8-1頻譜解析設定【解析方式】選擇“MEM”；【縱坐標模式】選擇“標準”；【設置】選擇“振幅歸一化”；【MEM解析設定】選擇“自動最優(yōu)化”，計算最長時間可設為0.5，計算最短時間設為0.003，計算時間間隔設為0.001（或自動)。聲頻隧道二襯厚度及內部缺陷檢測判定沖擊回波聲頻法（IAE）檢測結果圖形下圖為一典型的IAE法檢測結果圖形。其中：橫軸（水平軸）表示彈性波一個來回的時間（單位：ms）；縱軸（垂直軸）表示檢測的測點位置；藍色豎線為設計厚度位置；紅、黃色部分表示能量集中區(qū)域。其與激振點平面的距離按下式計算：為檢測用波速，可通過現(xiàn)場標定取得。二襯底部反射信號設計厚度標定線彈性波反射走時基點位置測線走向二襯底部反射信號設計厚度標定線彈性波反射走時基點位置測線走向圖8-2典型的IAE法解析畫面缺陷類型的說明隧道二襯的主要狀況和缺陷可以分為以下幾類：1）襯砌本身完好（1）厚度不符合設計要求，過厚或過??；（2）施工縫及止水帶附近；2）襯砌混凝土材質差、不密實，存在骨料離散、大、小空洞等；測線走向3）襯砌完整性差，存在脫空面、裂縫面等（1）脫空：二襯內存在與襯砌表面平行的不連續(xù)面。根據其所處的深度位置，又可以分為淺層、中層及深層脫空；裂縫：二襯內存在與襯砌表面垂直的不連續(xù)面。圖8-3襯砌本身完好的類型示意圖8-4襯砌缺陷的類型示意缺陷類型的判斷健全部位二襯結構材質均勻，二襯厚度一致，與設計厚度標定線（藍線）重合板底部反射信號平直，與設計厚度標定線重合板底之前無明顯反射信號板底部反射信號平直，與設計厚度標定線重合板底之前無明顯反射信號圖8-5健全部位的云圖（色版-1）健全密實健全密實圖8-6健全部位的實測示例圖（色版-1）板的厚度有變化圖8-7厚度不足的云圖（色版-Ⅱ-A））圖8-8厚度超厚的云圖（色版-Ⅱ-B）欠厚位置超厚位置欠厚位置超厚位置圖8-9厚度變化的實測示例圖（色版-Ⅱ）施工縫圖8-10施工縫位置的云圖（色版-Ⅲ）施工縫位置施工縫位置圖8-11施工縫位置的實測示例圖（色版-Ⅲ）襯砌混凝土材質差、不密實圖8-12內部不密實缺陷部位的云圖（色版-Ⅳ）內部不密實內部不密實圖8-13內部不密實缺陷部位的實測示例圖（色版-Ⅳ）脫空缺陷表（淺）層脫空圖8-14表（淺）層脫空缺陷的云圖（色版-Ⅴ-A）微弱連續(xù)反射信號板底信號延遲嚴重微弱連續(xù)反射信號板底信號延遲嚴重圖8-15表（淺）層脫空缺陷部位的實測示例圖（色版-Ⅴ-A）中層脫空圖8-16二襯內部脫空型缺陷的檢測云圖（色版-V-B）中層脫空中層脫空圖8-17二襯內部脫空型部位的實測示例圖（色版-V-B）深層脫空圖8-18深