内衬钢筒隧洞中自密实混凝土浇筑密实度检测装置及方法与流程

本发明属于土木工程测试技术领域，特别是一种内衬钢筒隧洞中自密实混凝土浇筑密实度检测装置及方法。

背景技术：

自密实混凝土因其较好的流动性相较一般混凝土可以达到更好的密实程度，但其并不是总能达到全部密实，尤其对于不规则的空间形状更不能保证浇筑质量。隧洞在盾构管片与钢筒之间浇筑自密实混凝土时，需要保证其浇筑的密实度达到设计要求。但是由于隧洞结构的特殊性，在浇筑自密实混凝土时，自密实混凝土的密实度难以通过现行的检测方法进行可靠测量。

目前常用的检测混凝土浇筑密实程度的方法主要有敲击法、钻芯取样法或地质雷达探测法。

敲击法靠辨识敲击混凝土的内壁发出的声音的变化来判断缺陷点，结果完全凭技术人员的技术及经验，受主观因素影响大。且敲击法缺乏理论依据和可供存档的资料，不便于施工技术管理及质量检测技术管理。另外，对于壁厚较大的混凝土结构，敲击法很难区分混凝土和外层岩层，很难进行准确判断。而且本发明所述的混凝土并不直接裸露在外，该方法在内衬钢筒的隧洞中应用难度极大。

钻芯法，即在已凝固成形的混凝土上钻孔抽芯，通过钻取的芯样的质量状况来判断混凝土的质量。很明显，钻芯法只能对某测试点的混凝土质量进行检测，不能综合判断整个混凝土层的质量情况，局限性较大。而且钻孔后在孔内灌浆补强很难满足与整个混凝土层等强，钢筒表面钻孔后需要补焊，容易形成漏点，存在破坏钢筒结构完整性和混凝土整体性的风险，严重时会削弱混凝土的受力性能。还有就是钻芯法存在周期较长、费用较高等弊端。

地质雷达探测法是根据电磁波在不同电性介质里传播时，其波形特征不同的原理，进而推测介质分布情况。检测时需要在隧洞内已经成型的自密实混凝土上布置测点和测线，以点代表线，线代表面的方式来推测整个隧洞混凝土的密实度，其设备成本较高，而且受外界环境和钢筒的壁厚干扰大，形成的检测数据并不全面。

由上可知，目前存在的混凝土密实度的检测装置和检测方法，都必须在混凝土凝固达到规定强度后才可以进行检测，属于事后检测，无法在发现问题时及时纠正。有些检测方法需要破坏钢筒表面，会对隧洞的整体性产生极大的影响。并且这些检测方法的检测覆盖面不能包括全部的混凝土，在一定程度上均属于抽样检测。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种内衬钢筒隧洞中自密实混凝土浇筑密实度检测装置及方法，以解决隧洞工程中盾构管片与钢筒之间自密实混凝土在浇筑时，自密实混凝土的密实度的检测问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种内衬钢筒隧洞中自密实混凝土浇筑密实度检测装置，包括pvc管、空心柔性杆、检测信号发射器、检测信号接收器和数据采集仪，所述pvc管螺旋安装在钢筒的外围，空心柔性杆上按照一定的距离前后分别安装检测信号发射器和检测信号接收器；所述空心柔性杆伸入pvc管中。

一种内衬钢筒隧洞中自密实混凝土浇筑密实度检测方法，包括以下步骤：

步骤1、在钢筒的外围螺旋状安装固定一条pvc管；

步骤2、在空心柔性杆上安装检测信号发射器和检测信号接收器；

步骤3、检测信号发射器和检测信号接收器的信号线在空心柔性杆的末端穿出，并接到数据采集仪上；

步骤4、待盾构管片与钢筒之间浇筑完自密实混凝土后，将步骤2中已安装好的空心柔性杆伸入钢筒外围螺旋状安装固定的pvc管中；

步骤5、空心柔性杆向前推进，同时数据采集仪通过连接的信号线缆控制检测信号发射器穿透其范围内的盾构管片与钢筒之间的自密实混凝土，向检测信号接收器发射检测信号；

步骤6、检测信号接收器实时接收检测信号，获得当前位置上的盾构管片与钢筒之间自密实混凝土的密实度；

步骤7、当空心柔性杆被推动到pvc管顶端时，该pvc管所在区域的盾构管片与钢筒之间自密实混凝土的密实度就能被检测完成；

步骤8、由数据采集仪得出盾构管片与钢筒之间自密实混凝土的密实度，生成探测范围内的混凝土密实度检测报告。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明是在自密实混凝土的内部展开测试，检测数据具有更高的准确性；(2)本发明所检测的是盾构管片与钢筒之间自密实混凝土的整体，而不是以点代面地进行抽样检测，检测数据具有更好的全面性；(3)本发明能够在盾构管片与钢筒之间自密实混凝土刚浇筑完时就能进行检测，发现问题可以及时补救。

附图说明

图1为隧洞断面图。

图2为隧洞水平剖面图。

图3为空心柔性杆示意图。

图4为pvc管中通入空心柔性杆后的隧洞局部水平剖面图。

图中附图标记：自密实混凝土101、钢筒102、pvc管103、空心柔性杆104、检测信号发射器105、检测信号接收器106、数据采集仪107、盾构管片108。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种内衬钢筒隧洞中自密实混凝土浇筑密实度检测装置，包括pvc管103、空心柔性杆104、检测信号发射器105、检测信号接收器106和数据采集仪107，所述pvc管103螺旋安装在钢筒102的外围，空心柔性杆104上按一定的距离前后分别安装固定检测信号发射器105和检测信号接收器106，如图3所示；空心柔性杆104伸入pvc管103中；当把空心柔性杆104从pvc管103末端伸入时，检测信号发射器105和检测信号接收器106的连线就能保持沿着渠道的前进方向，同时，当空心柔性杆104在人工或自动控制下不断往前推进时，检测信号发射器105和检测信号接收器106的连线仍然能保持平行于隧洞方向螺旋前进。

空心柔性杆104为内部具有从顶端贯通到末端的空腔的柔性杆件，空心柔性杆104顶端密封、末端敞开，检测信号发射器105和检测信号接收器106的信号线缆从末端通出并接到数据采集仪107上，如图4所示。

一种基于上述内衬钢筒隧洞中自密实混凝土浇筑密实度检测装置的检测方法，包括以下步骤：

步骤1、在钢筒102的外围螺旋状安装固定一条pvc管103；

步骤2、在空心柔性杆104上安装检测信号发射器105和检测信号接收器106；

步骤3、检测信号发射器105和检测信号接收器106的信号线在空心柔性杆104的末端穿出，并接到数据采集仪107上；

步骤4、待盾构管片108与钢筒102之间浇筑完自密实混凝土101后，将步骤2中已安装好的空心柔性杆104伸入钢筒102外围螺旋状安装固定的pvc管103中；

步骤5、空心柔性杆104向前推进，同时数据采集仪107通过连接的信号线缆控制检测信号发射器105穿透其范围内的盾构管片108与钢筒102之间的自密实混凝土101，向检测信号接收器106发射检测信号；

步骤6、检测信号接收器106实时接收检测信号，获得当前位置上的盾构管片108与钢筒102之间自密实混凝土101的密实度；

步骤7、当空心柔性杆104被推动到pvc管103顶端时，该pvc管103所在区域的盾构管片108与钢筒102之间自密实混凝土101的密实度就能被检测完成；

步骤8、由数据采集仪107得出盾构管片108与钢筒102之间自密实混凝土101的密实度，生成探测范围内的混凝土密实度检测报告。

进一步的，pvc管103在钢筒102的外围螺旋状安装固定时的圈数和螺距由以下步骤确定：

(1)首先确定需要检测的盾构管片108与钢筒102之间的自密实混凝土101在沿着隧洞前进方向的长度l；

(2)确定检测信号发生器105的选型，查询检测信号发生器105的信号穿透能力，得到该型号的检测信号发生器105的信号所能穿透被检测自密实混凝土101的厚度为h；

(3)则pvc管103螺旋状安装时，其螺距h必须小于信号穿透距离h；

(4)将pvc管按照螺距h，螺旋缠绕安装在钢筒102的外围，pvc管103安装的总圈数n＝l/h。

进一步的，空心柔性杆103上安装检测信号发射器105和检测信号接收器106的步骤如下：

(1)首先将检测信号发射器105安装在空心柔性杆104的空腔中的最顶端，并使用胶水或螺栓等方式固定，将其信号线缆从空心柔性杆104的末端通出；

(2)已经确定pvc管103的安装螺距h和pvc管103的直径d，测量钢筒102的外直径d，则可以计算出检测信号发射器105和检测信号接收器106的安装间距

(3)再将检测信号接收器106安装在空心柔性杆104中，使其与检测信号发射器105之间的距离为z，并将其固定，将检测信号接收器106的信号线缆从空心柔性杆104的末端通出；

进一步的，数据采集仪107通过连接的信号线缆控制检测信号发射器105不断地穿透其范围内的盾构管片108与钢筒102之间的自密实混凝土101，向检测信号接收器106发射检测信号，所述的检测信号可以选用但不局限于超声波、x射线或雷达等各种形式。

在空心柔性杆104通过人工或自动控制慢慢往前推进的时候，检测信号发射器105和检测信号接收器106也随着空心柔性杆104往前推进，其所检测的自密实混凝土101的范围也在一起往前推进，直到空心柔性杆104被推动到pvc管103最顶端时，该pvc管103所在区域的盾构管片108与钢筒102之间自密实混凝土101的密实度就能被检测完成。

本发明突破了传统检测方法的局限性，可以实现盾构管片与钢筒之间自密实混凝土的浇筑密实度的整体检测，并且能够在自密实混凝土刚浇筑完后就能开始检测，为工程技术人员及时发现问题提供了极大的便利。

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种内衬钢筒隧洞中自密实混凝土浇筑密实度检测装置，包括螺旋环绕安装在钢筒102外围的pvc管103、空心柔性杆104、检测信号发射器105、检测信号接收器106、数据采集仪107；隧洞的盾构管片108与钢筒102之间浇筑的自密实混凝土101。

将检测信号发射器105安装在空心柔性杆104的顶端，检测信号接收器106安装在检测信号发射器105的后面。这样将空心柔性杆104从pvc管103末端伸入时，检测信号发射器105和检测信号接收器106的连线就能保持平行于隧洞的前进方向。同时，当空心柔性杆104在人工或自动控制下不断往前推进时，检测信号发射器105和检测信号接收器106的连线仍能保持平行于隧洞的方向螺旋前进。

检测信号发射器105和检测信号接收器106的信号线缆在空心柔性杆104中穿出，并接到后端的数据采集仪107上。数据采集仪107通过连接的信号线缆控制检测信号发射器105不断向检测信号接收器106发射检测信号，所述的检测信号可以选用超声波、x射线或雷达等各种形式。

检测信号穿透自密实混凝土101后，其强度、波形、相位、频率等信号特征会发生一些变化，当其通过的自密实混凝土101的密实度不相同时，会发生一些不一样的特征变化。检测信号接收器106实时接收这些已经发生变化的检测信号，来获得当前位置上的自密实混凝土101的密实度和是否有不密实、存在气泡、存在杂质等情况。在空心柔性杆104通过人工或自动控制慢慢往前推进的时候，检测信号发射器105和检测信号接收器106也随着往前推进，其所检测的自密实混凝土101的范围也在一起往前推进。当空心柔性杆104被推动到pvc管103的顶端时，该pvc管103所在区域的盾构管片108与钢筒102之间的自密实混凝土101的密实度就能被检测完成。

一种基于上述内衬钢筒隧洞中自密实混凝土浇筑密实度检测装置的检测方法，包括以下步骤：

步骤1，如图1和图2所示，首先在钢筒102的外围螺旋状安装固定一条pvc管103，pvc管103在螺旋状安装时的圈数和螺距由以下步骤确定：

1)确定需要检测的盾构管片108与钢筒102之间的自密实混凝土101在沿着隧洞前进方向的长度l；

2)确定检测信号发生器105的选型，查询检测信号发生器105的信号穿透能力，得到该型号的检测信号发生器105的信号所能穿透被检测自密实混凝土101的厚度为h；

3)则pvc管103螺旋状安装时，其螺距h必须小于信号穿透距离h；

4)将pvc管按照螺距h，螺旋缠绕安装在钢筒102的外围，pvc管103安装的总圈数n＝l/h。

通过以上步骤，可以将pvc管103准确安装在钢筒102的外围。

步骤2、如图3所示，在空心柔性杆104上安装检测信号发射器105和检测信号接收器106。所述的空心柔性杆104是内部具有空腔、空腔从顶端贯通到末端的柔性杆件。其顶端密封，末端敞开用于将信号线缆通出。检测信号发射器105和检测信号接收器106在空心柔性杆104中的安装步骤如下：

1)首先将检测信号发射器105安装在空心柔性杆104的空腔中的最顶端，并使用胶水或螺栓等方式固定，将其信号线缆从空心柔性杆104的末端通出；

2)从步骤1中已经确定了pvc管103的安装螺距h和pvc管103的直径d，测量钢筒102的外直径d，则可以计算出检测信号发射器105和检测信号接收器106的安装间距

3)再将检测信号接收器106安装在空心柔性杆104中，使其与检测信号发射器105之间的距离为z，并将其固定，将检测信号接收器106的信号线缆从空心柔性杆104的末端通出；

通过以上步骤，可以将检测信号发射器105和检测信号接收器106符合本发明要求地安装在空心柔性杆104中。并且如附图4所示和下面步骤c～e所解释的，通过以上步骤，可以实现：当把空心柔性杆104从pvc管103末端伸入时，检测信号发射器105和检测信号接收器106的连线就能保持沿着渠道的前进方向。同时，当空心柔性杆104在人工或自动控制下不断往前推进时，检测信号发射器105和检测信号接收器106的连线仍然能保持平行于隧洞的方向螺旋前进。

步骤3、如图3和图4所示，检测信号发射器105和检测信号接收器106的信号线在空心柔性杆104的末端穿出，并接到数据采集仪107上。数据采集仪107通过连接的信号线缆控制检测信号发射器105不断地穿透其范围内的盾构管片108与钢筒102之间的自密实混凝土101，向检测信号接收器106发射检测信号。所述的检测信号可以选用但不局限于超声波、x射线或雷达等各种形式。

步骤4、检测信号穿透自密实混凝土101后，其强度、波形、相位、频率等信号特征会发生一些变化，当其穿透过的自密实混凝土101的密实度不相同时，会发生一些不一样的特征变化。检测信号接收器106实时接收这些已经发生变化的检测信号，来获得当前位置上的盾构管片108与钢筒102之间自密实混凝土101的密实度及其是否有不密实、存在气泡、存在杂质等情况。

步骤5、如图4所示，在空心柔性杆104通过人工或自动控制慢慢往前推进的时候，检测信号发射器105和检测信号接收器106也随着空心柔性杆104往前推进，其所检测的自密实混凝土101的范围也在一起往前推进。当空心柔性杆104被推动到pvc管103最顶端时，该pvc管103所在区域的盾构管片108与钢筒102之间自密实混凝土101的密实度就能被检测完成。

本发明在自密实混凝土101的内部展开测试，检测数据具有更高的准确性；本发明所检测的是盾构管片108与钢筒102之间自密实混凝土101的整体，而不是以点代面地进行抽样检测，检测数据具有更好的全面性。