地质雷达动态检测衬砌病害注浆修复模拟试验装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种地质雷达动态检测衬砌病害注浆修复模拟试验装置及方法。包括主体模型和检测模块。主体模型在前方浇筑混凝土板模拟隧道衬砌；在侧方及后方砌砖墙；在砖墙和混凝土板之间的空间中堆沙模拟围岩；在浇筑混凝土板和堆沙之前使用放置预制塑料箱或砌墙形成预留空洞模拟各种隧道衬砌病害。在混凝土板前方设导轨，在导轨上放置小车，在小车上放置地质雷达。在各预留空洞内填碎石模拟各种隧道衬砌病害，使用地质雷达进行探测；再对模拟的病害进行注浆修复，同时在各不同时间段使用地质雷达进行探测，评价注浆效果并总结水泥浆从刚注入到完全干涸不同时期的响应特征。控制注浆量进行多次试验，总结不同注浆修复效果下的响应特征。
【专利说明】
地质雷达动态检测衬砌病害注浆修复模拟试验装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种使用地质雷达动态检测隧道衬砌病害注浆修复效果的模拟试验装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着我国交通技术的发展，隧道变得越来越常见。由于设计标准不足、施工质量不佳、地质条件恶劣等原因，大多数隧道中都存在着不同程度的病害，如衬砌开裂、衬砌不密实、衬砌与围岩间空洞(脱空区)、衬砌后方围岩破碎等，存在安全隐患，影响行车安全。注浆修复是最常用的隧道衬砌病害修复方法，但由于隧道工程的隐蔽性，很难使用常规方法判断注浆修复的效果。地质雷达是一种快速、无损、高分辨率的探测方法，可用来检测注浆修复效果。但其解译过于依赖探测人员的经验，缺少足够的试验数据，容易造成误判漏判。
[0003]为了保证使用地质雷达检测隧道衬砌病害注浆修复效果的准确性，需要进行大量的试验。由于隧道工程的隐蔽性，试验无法在实际工程中进行，只能进行模型试验。
[0004]可能有一些研究机构或检测公司进行过相关试验，但还没有任何的机构或个人提出一套完整的、系统性的、专门用于模拟注浆修复隧道衬砌病害过程的试验装置，在针对性、全面性及可重用性方面都有着很大的不足。
【发明内容】
[0005]为解决现有技术存在的上述不足，本发明提供一种结构简单、操作方便、针对性、全面性及可重用性强的使用地质雷达动态检测隧道衬砌病害注浆修复效果的模拟试验装置以及方法。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]使用地质雷达动态检测隧道衬砌病害注浆修复效果的模拟试验装置，包括主体模型和雷达检测装置。所述主体模型包括位于前方且用于隧道衬砌的混凝土板，混凝土板的侧方及后方砌有与其形成空间结构的砖墙;在砖墙和混凝土板形成的空间结构中堆积有模拟围岩的沙子，且在浇筑混凝土板和堆沙之前形成预留空洞来模拟各种隧道衬砌病害;在混凝土板的前方设有检测隧道衬砌病害或者病害注浆修复状况的雷达检测装置。
[0008]进一步的，所述雷达检测装置包括一对平行于混凝土板的导轨，在所述的导轨上放置小车，在小车上放置地质雷达，方便探测。此模拟试验装置建成后，在各预留空洞内填碎石等物模拟各种隧道衬砌病害，使用地质雷达进行探测;再对模拟的病害进行注浆修复，同时在各不同时间段使用地质雷达进行探测，评价注浆效果并总结水泥浆从刚注入到完全干涸不同时期的响应特征。
[0009]进一步的，所述混凝土板应尽量与实际隧道衬砌相似，使用隧道衬砌中常用的C30混凝土浇筑而成，浇筑厚度为50cm。混凝土板大半段为素混凝土，小半段中加入钢筋网模拟有筋情况，钢筋排布方式应与隧道衬砌中钢筋实际排布方式类似。
[00?0] 进一步的，所述侧方及后方砖墙使用120mm砖墙或240mm砖墙，足以承载其中所填干沙即可。砖墙应与混凝土板紧密相连，保证其中所填的干沙不外泄。
[0011 ]进一步的，在浇筑混凝土板和堆沙之前使用放置预制塑料箱或砌墙的方式形成预留空洞t旲拟各种險道衬砲病害。
[0012]进一步的，所述预制塑料箱为长方体，顶部开口，其余面封闭，高度略高于混凝土板，在浇筑混凝土板及填沙前置入模型中。其中采用细长板状塑料箱模拟衬砌开裂;采用长宽比5:1左右的塑料箱模拟衬砌及围岩间的空洞(脱空区)；采用长宽比5:1左右的塑料箱，内填小块碎石模拟衬砌不密实。预制塑料箱事先铺硬塑料布，等到试验结束后将硬塑料布和其中凝固的混凝土一同取出，做到重复利用。
[0013]所述部分内部砖墙内填大块碎石模拟破碎围岩。这里注浆修复后混凝土板与砖墙合为一体，难以重复利用。
[0014]使用地质雷达动态检测隧道衬砌病害注浆修复效果，包括以下步骤:
[0015]步骤1:建成试验模型，选择合适的地质雷达，并做好其他准备工作；
[0016]步骤2:对未注浆修复的模型进行地质雷达探测，获得此时的响应特征；
[0017]步骤3:对试验模型中设计的几种衬砌病害进行注浆修复；
[0018]步骤4:注浆修复结束后，使用地质雷达在不同时间段进行多次探测，获得水泥浆刚注入时、半凝固时及完全凝固时的响应特征；
[0019]步骤5:拆除地质雷达，取出预制塑料箱中内铺的硬塑料布和其中的混凝土块，为下一次试验做准备；
[0020]步骤6:分析所得数据，评价注浆效果，总结注浆修复各阶段中不同病害的响应特征。
[0021]步骤7:重复步骤3至步骤6，控制注浆量以达到不同注浆修复效果(如完全修复、不完全修复等)，记录、分析并总结各种病害在不同注浆修复效果下的响应特征。
[0022]本发明具有以下有益效果:
[0023]本发明提出了一种使用地质雷达动态检测隧道衬砌病害注浆修复效果的模拟试验装置，该装置实现了简单便捷的模拟隧道衬砌和其中的各种常见病害，可以十分简便地进行衬砌病害注浆修复模拟并利用地质雷达进行动态检测。该装置与实际衬砌等比例浇筑，且使用的混凝土标号和钢筋排布情况模拟实际工程中的情况，针对性强，符合实际情况，模拟效果好。
[0024]本发明专门检测隧道衬砌病害的注浆修复效果，针对性强。
[0025]本发明可对注浆修复衬砌病害全过程进行动态检测，有助于研究注浆修复衬砌病害的机理。
[0026]本发明中大部分模拟衬砌病害的部件可重复使用，可分多次模拟衬砌病害在不同注浆修复效果下的响应特征，有助于研究并总结衬砌病害注浆修复效果的地质雷达检测判断准则。
[0027]本发明对隧道衬砌、衬砌病害及其注浆修复过程的模拟都比较符合实际工程情况，模拟效果较好。
[0028]本发明可模拟隧道衬砌开裂、衬砌不密实、衬砌和围岩间的空洞(脱空区)、衬砌后方围岩破碎四种衬砌病害的注浆修复，较为全面。
[0029]本发明中地质雷达放置在导轨小车上进行探测，探测时更加平稳、方便。
【附图说明】
[0030]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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本发明俯视图；
[0032]图2为本发明侧视图。
[0033]图中:1.混凝土板，2.砖墙，3.钢筋网，4.预制塑料箱，5.小块碎石，6.大块碎石，7.干沙，8.导轨，9.小车，10.地质雷达。
【具体实施方式】
[0034]实施例1:
[0035]下面通过具体实例和附图对本发明进行进一步的阐述，应当指出的是，以下所揭露的仅为本发明的一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，在不脱离本发明原理的前提下，本领域技术人员还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
[0036]使用地质雷达动态检测隧道衬砌病害注浆修复效果的模拟试验装置，如图1-2所示，包括:由混凝土板I，砖墙2，干沙7，预制塑料箱4，小块碎石5，大块碎石6组成的主体模型和由导轨8，小车9，地质雷达10组成的探测模块。对模型中模拟的各种病害进行注浆修复，使用地质雷达在各个时间段内进行多次动态探测，获得响应特征并评价修复效果。
[0037]主体模型包括位于前方且用于隧道衬砌的混凝土板I，混凝土板I的侧方及后方砌有与其形成一定空间结构的砖墙2，；在砖墙2和混凝土板I之间的空间中堆积沙子来模拟围岩，且在浇筑混凝土板I和堆沙之前使用放置预制塑料箱或砌墙的方式形成预留空洞模拟各种隧道衬砌病害;在混凝土板的前方设有检测隧道衬砌病害或者病害注浆修复状况的雷达检测装置。
[0038]混凝土板I由隧道衬砌中常用的C30混凝土与实际衬砌等比例浇筑而成，模拟隧道衬砌。
[0039]砖墙2为120_砖墙，水泥砂浆抹面，承载其中的填干沙7。
[0040]钢筋网3由分布筋、拉钩筋等组成，排布方式模拟实际衬砌中钢筋的排布方式，模拟有筋衬砌段。
[0041]预制塑料箱4顶部开口，四周及底部封闭，高度略高于混凝土板及堆沙高度，模拟衬砌开裂、衬砌不密实、衬砌及围岩间空洞(脱空区)三种衬砌病害。在填碎石或注浆前事先放入硬塑料布，等到试验结束后将硬塑料布及内部的混凝土取出，做到重复利用。塑料箱厚度不大，且介电常数与混凝土相差不大，对地质雷达探测结果影响较小。
[0042]小块碎石5填入预制塑料箱4中模拟衬砌不密实。
[0043 ]大块碎石6填入砖墙2中模拟衬砌后方围岩破碎。
[0044]干沙7填入砖墙2中模拟普通围岩。
[0045]导轨8供小车9在上面移动。
[0046]小车9承载地质雷达10。
[0047]地质雷达10探测主体模型在各种情况下的响应特征。
[0048]图1为本发明主视图。主体模型长为12米，宽为2米，高为I米。混凝土板长12米，宽
0.5米，加钢筋网段长2米。预制塑料箱长I米，模拟衬砌不密实和衬砌与围岩间空洞(脱空区)的宽0.2米，模拟衬砌裂缝的宽2厘米。
[0049]雷达检测装置包括一对平行于混凝土板的导轨8，在所述的导轨8上放置小车9，在小车9上放置地质雷达10，方便探测。此模拟试验装置建成后，在各预留空洞内填碎石等物模拟各种隧道衬砌病害，使用地质雷达进行探测;再对模拟的病害进行注浆修复，同时在各不同时间段使用地质雷达进行探测，评价注浆效果并总结水泥浆从刚注入到完全干涸不同时期的响应特征。重复多次试验，控制注浆量以达到不同注浆修复效果，记录、分析并总结各种病害在不同注浆修复效果下的响应特征。
[0050]使用地质雷达动态检测隧道衬砌病害注浆修复效果，包括以下步骤:
[0051 ]步骤1:建成试验模型，选择合适的地质雷达，并做好其他准备工作；
[0052]步骤2:对未注浆修复的模型进行地质雷达探测，获得此时的响应特征；
[0053]步骤3:对试验模型中设计的几种衬砌病害进行注浆修复；
[0054]步骤4:注浆修复结束后，使用地质雷达在不同时间段进行多次探测，获得水泥浆刚注入时、半凝固时及完全凝固时的响应特征；
[0055]步骤5:拆除地质雷达，取出预制塑料箱中内铺的硬塑料布和其中的混凝土块，为下一次试验做准备；
[0056]步骤6:分析所得数据，评价注浆效果，总结注浆修复各阶段中不同病害的响应特征。
[0057]步骤7:重复步骤3至步骤6，控制注浆量以达到不同注浆修复效果(如完全修复、不完全修复等)，记录、分析并总结各种病害在不同注浆修复效果下的响应特征。
[0058]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1.使用地质雷达动态检测隧道衬砌病害注浆修复效果的模拟试验装置，其特征在于:包括主体模型和雷达检测装置;所述主体模型包括位于前方且用于隧道衬砌的混凝土板，混凝土板的侧方及后方砌有与其形成空间结构的砖墙;在砖墙和混凝土板形成的空间结构中堆积有模拟围岩的沙子，且在浇筑混凝土板和堆沙之前形成预留空洞来模拟各种隧道衬砌病害；在混凝土板的前方设有检测隧道衬砌病害或者病害注浆修复状况的雷达检测装置。2.如权利要求1所述的模拟试验装置，其特征在于:所述雷达检测装置包括一对平行于混凝土板的导轨，在所述的导轨上放置小车，在小车上放置地质雷达。3.如权利要求1所述的模拟试验装置，其特征在于:所述混凝土板与实际隧道衬砌相似，使用隧道衬砌中常用的C30混凝土。4.如权利要求1或3所述的模拟试验装置，其特征在于:所述混凝土板中，其中一段为素混凝土，另一段中加入钢筋网模拟有筋情况，钢筋排布方式与隧道衬砌中钢筋实际排布方式类似。5.如权利要求1所述的模拟试验装置，其特征在于:所述侧方及后方砖墙的厚度以承载其所填物的重量为准。6.如权利要求1所述的模拟试验装置，其特征在于:所述砖墙与混凝土板紧密相连，保证其中所填的干沙不外泄。7.如权利要求1所述的模拟试验装置，其特征在于:在浇筑混凝土板和堆沙之前使用放置预制塑料箱或砌墙的方式形成预留空洞模拟各种隧道衬砌病害。8.如权利要求7所述的模拟试验装置，其特征在于:所述预制塑料箱为长方体，顶部开口，其余面封闭，高度略高于混凝土板，在浇筑混凝土板及填沙前置入模型中。9.如权利要求8所述的模拟试验装置，其特征在于:采用细长板状塑料箱模拟衬砌开裂;采用长宽比5:1左右的塑料箱模拟衬砌及围岩间的空洞;采用长宽比5:1左右的塑料箱，内填小块碎石模拟衬砌不密实。10.利用权1-权9任一所述的模拟试验装置检测隧道衬砌病害以及注浆修复效果的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤I:建成模拟试验模型，选择地质雷达，并做好其他准备工作； 步骤2:对未注浆修复的模型进行地质雷达探测，获得此时的响应特征； 步骤3:对试验模型中设计的几种衬砌病害进行注浆修复； 步骤4:注浆修复结束后，使用地质雷达在不同时间段进行多次探测，获得水泥浆刚注入时、半凝固时及完全凝固时的响应特征； 步骤5:拆除地质雷达，取出预制塑料箱中内铺的硬塑料布和其中的混凝土块，为下一次试验做准备； 步骤6:分析所得数据，评价注浆效果，总结注浆修复各阶段中不同病害的响应特征； 步骤7:重复步骤3至步骤6，控制注浆量以达到不同注浆修复效果，记录、分析并总结各种病害在不同注浆修复效果下的响应特征。
【文档编号】G01N23/20GK105866148SQ201610188380
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月29日
【发明人】刘斌, 张凤凯, 林春金, 李术才, 李尧, 杨磊, 聂利超, 宋杰
【申请人】山东大学