一种隧道衬砌检测装置的制作方法

本技术属于隧道检测，具体涉及一种隧道衬砌检测装置。

背景技术：

1、隧道施工、监测与运营中，需要重点关注的因素有两个，衬砌混凝土开裂、空洞与渗漏水病害，这二者是控制混凝土施工质量、保证后期运营稳定的重要环节。

2、衬砌是隧道围岩的支护和进一步的维护结构，只有与初期支护密贴接触，才能对围岩起到支护作用。但实际工程中，由于超挖、混凝土收缩或混凝土供料不足等原因，会使衬砌与围岩脱离，形成空洞。衬砌与围岩初支之间存在空洞时，由于空洞处失去对围岩的约束、衬砌的受力条件会受影响，进而影响隧道围岩的稳定。而渗漏水病害不管是施工还是运营，都关系到安全问题，需要重视。因此，隧道衬砌结构检测中，对衬砌结构的开裂、空洞与渗漏水病害情况需要重点关注。

3、在实际检测工作中，对隧道衬砌背后空洞进行检测的方法有很多，如钻孔取芯量测法、冲击钻打孔量测法和地质雷达法，但是前两种方法具有破坏性，容易凿穿防水层。地质雷达法是一种快速、无损、连续的检测方法，精度高、样点密、工作效率高，但是对技术人员要求也高，包括仪器操作、数据处理及图像识别。所以在实际的衬砌检测中引入了预埋压力传感器，通过受压情况实时判断施工中衬砌是否存在空洞，如cn201920707102.5《一种隧道施工用衬砌拱顶防空洞监控系统》，方法虽然实用，但仍存在以下问题：

4、1.每个压力传感器需要通过临时接线与声光报警器接通，这在施工现场或者检测现场，如果预埋压力传感器数量较多时，一方面，快速接头3下方所有的相关部件都要与压力传感器同数量配置，成本不小；另一方面，施工现场监测或者后期监测时，一个隧道，数不清的压力传感器，接线工作量巨大，费时费力。但如果预埋压力传感器数量减少或者不足时，又存在布点位置稀疏，无法全面覆盖监测混凝土是否浇筑密实的问题，在后期的衬砌空洞检测中也同样存在检测点分散，无法作为表征数据采信在检验报告中的问题。

5、2.施工中的渗漏水病害无法在渗漏水的第一时间进行监控，只能等到渗水湿渍显现后才能觉察，不利于及时处理；在检测中也是根据隧道衬砌表面的湿渍或滴水情况来确定检测位置，这在可视范围有限的隧道中，极其不便。

6、基于以上问题，实验人员提出了一种隧道衬砌检测装置，不仅解决了以上问题，还通过特殊的预埋方式实现施工中、竣交工验收、运营期定检三种状态下对衬砌状态的长期、随时检测。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种隧道衬砌检测装置，以解决衬砌结构的开裂、空洞与渗漏水病害无法快速、准确检测与实时监测的问题。

2、为了解决以上问题，本实用新型技术方案为：

3、一种隧道衬砌检测装置，设在隧道中，包括压电传感器、水浸传感器、指示灯、控制器。隧道径向自内而外分别由衬砌、止水带、初支、围岩组成；压电传感器埋设在衬砌与止水带之间；水浸传感器埋设在初支与止水带之间；指示灯设在衬砌表面；控制器一端分别连接压电传感器与水浸传感器，另一端连接指示灯。

4、进一步的，衬砌为模筑混凝土结构，衬砌相邻的模之间留有若干施工缝，每个模内均安装一套检测装置，每套该检测装置包括四个水浸传感器、一个控制器、若干与指示灯相适配的压电传感器。在现场，根据隧道施工现场的衬砌台车情况，确定模数长度，根据模数长度合理安排检测装置连接件的个数，每一模对应一组检测装置，每模之间的检测装置互不干扰、可独立工作，在施工监测与后期检测中又不用额外连接线路，可在施工与运营中全程监测衬砌开裂、空洞与渗漏水情况。

5、进一步的，水浸传感器和压电传感器并联后的输出引线在施工缝处引出，且引出后与控制器连接。该接线方式在模筑混凝土衬砌施工现场，便于根据传感器指示情况调整每模的混凝土供料和施工方案；在后期运营检测过程中，也可以按模分段进行检测，出现质量异常也可以分段维养，分区工作，便于统筹。

6、进一步的，控制器的输出端并联与压电传感器适配的指示灯。使得每个压电传感器适配一个指示灯，分别指示压电传感器受压状态，对于衬砌开裂、空洞及渗漏水的发生位置实时监测，便于工作。

7、进一步的，压电传感器为埋入式自发电式的压电传感器，数组个压电式传感器在两侧拱腰和拱顶位置沿隧道轴向均匀分布在衬砌内部的止水带上，每组压电式传感器又包括数个。压电传感器为成品构件，其压电效应为正压电效应，当传感器受到一定压力后，产生变形，压力形变信号会通过控制器直接控制对应的指示灯变亮，起到指示预警作用。

8、进一步的，水浸传感器为线式水浸传感器，四个水浸传感器沿隧道轴向均匀分布在初支上且被止水带覆盖。线式水浸传感器可检测浸水范围较大，非点式，每模四个，均匀分布在初支上基本可以覆盖模的整体，未安装水浸传感器时，当围岩有渗漏水时，在止水带阻隔下，外部需要很长时间才能观察到衬砌表面的渗水，在施工初期易导致混凝土脱落，同时将止水带也从初支上拽落下来，后期施工补救较为繁琐，成本高。安装水浸传感器后，位于初支表面的水浸传感器能第一时间监测到围岩渗漏水情况，便于施工人员及时处理，防止发生衬砌混凝土与止水带脱落。且在后期运营检测中，可以第一时间掌握渗漏水信息，及时进行处理。

9、本实用新型的有益效果如下：

10、（1）本实用新型通过压电传感器监测衬砌的混凝土空洞，通过水浸传感器监测围岩渗漏水，二者均沿隧道轴向分布，可监测拱顶、两侧拱腰关键位置的状态，以随时调整更适宜的施工方案，防止衬砌浇筑过程中出现混凝土空洞，同时预防围岩初支渗水导致的止水带与混凝土块脱落问题。在验收检测中，也能直观的获得衬砌空洞和围岩渗漏水情况，便于运营中监测衬砌有无开裂，初支有无渗水等问题。

11、（2）本实用新型可实现了隧道从施工到验收、运营的全过程检测与监测，投入使用周期长，结构简单成本低、安装方便重量轻，工作可靠、灵敏度高，检测过程方便、人员操作便捷，实用性极强，值得推广。

技术特征：

1.一种隧道衬砌检测装置，包括设在隧道（1）表层衬砌（14）中的压电传感器（2），设在衬砌（14）表面的指示灯（4），其特征在于：还包括水浸传感器（3）、控制器（5）；所述隧道（1）径向自内而外分别由衬砌（14）、止水带（13）、初支（12）、围岩（11）组成，所述水浸传感器（3）设在初支（12）与止水带（13）之间，所述控制器（5）一端分别连接压电传感器（2）与水浸传感器（3），所述控制器（5）另一端连接指示灯（4）。

2.如权利要求1所述的一种隧道衬砌检测装置，其特征在于：所述衬砌（14）为模筑混凝土结构，所述衬砌（14）相邻的模之间留有若干施工缝（15），每个模内均安装一套检测装置，每套该检测装置包括四个水浸传感器（3）、一个控制器（5）、若干与指示灯（4）相适配的压电传感器（2）。

3.如权利要求2所述的一种隧道衬砌检测装置，其特征在于：所述水浸传感器（3）和压电传感器（2）并联后的引线在施工缝（15）处引出，且引出后与控制器（5）输入端连接。

4.如权利要求3所述的一种隧道衬砌检测装置，其特征在于：所述控制器（5）的输出端并联各个与压电传感器（2）适配的指示灯（4）。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种隧道衬砌检测装置，其特征在于：所述压电传感器（2）为埋入式自发电式的压电传感器（2），数组压电传感器（2）在两侧拱腰和拱顶位置沿隧道轴向均匀分布在衬砌（14）内部的止水带（13）上，每组压电传感器（2）又包括数个压电传感器（2）。

6.如权利要求5所述的一种隧道衬砌检测装置，其特征在于：所述水浸传感器（3）为线式水浸传感器，四个水浸传感器（3）沿隧道轴向均匀分布在初支（12）上且被止水带（13）覆盖。

技术总结
本技术公开了一种隧道衬砌检测装置，属于隧道检测技术领域，以解决衬砌结构的开裂、空洞与渗漏水病害无法快速、准确检测与实时监测的问题。装置设在隧道中，包括压电传感器、水浸传感器、指示灯、控制器。隧道径向自内而外分别由衬砌、止水带、初支、围岩组成；压电传感器埋设在衬砌与止水带之间；水浸传感器埋设在初支与止水带之间；指示灯设在衬砌表面；控制器一端分别连接压电传感器与水浸传感器，另一端连接指示灯。本技术可实现隧道衬砌结构从施工到验收直至运营阶段的全过程检测与监测，投入使用周期长，结构简单成本低、安装方便重量轻，工作可靠、灵敏度高，检测过程方便、人员操作便捷，实用性极强，值得推广。

技术研发人员：李丽,胡振兴,赵元科,张青龙,胡俊,黄力
受保护的技术使用者：甘肃省交通科学研究院集团有限公司
技术研发日：20221216
技术公布日：2024/1/12