脈沖回波法在引水隧洞襯砌質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用

陳釗++楊聃

摘 要：文章闡述了脈沖回波法無(wú)損檢測(cè)的工作原理及特點(diǎn)。結(jié)合工程實(shí)例，分析了脈沖回波法在引水隧洞襯砌質(zhì)量檢測(cè)中針對(duì)混凝土強(qiáng)度、襯砌厚度、內(nèi)部缺陷與脫空的檢測(cè)效果，體現(xiàn)了它測(cè)試精度高、功能強(qiáng)大且操作簡(jiǎn)便靈活的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：脈沖回波法；工作原理；引水隧洞；襯砌質(zhì)量

1 概述

引水系統(tǒng)在水利水電工程中具有極其重要的作用，引水系統(tǒng)能否安全運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)水電站運(yùn)行的成敗。引水系統(tǒng)安全運(yùn)行取決于隧洞襯砌及灌漿質(zhì)量的好壞，特別是在有壓、高水頭、長(zhǎng)隧洞中，襯砌混凝土承受圍巖壓力、內(nèi)水壓力及其他荷載等作用。混凝土襯砌及灌漿質(zhì)量的好壞對(duì)隧道長(zhǎng)期穩(wěn)定、使用功能的正常發(fā)揮以及外觀，均有很大影響。為了確保隧洞的襯砌與質(zhì)量，對(duì)隧洞進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)是非常重要的環(huán)節(jié)。目前，對(duì)襯砌厚度、缺陷以及空洞的檢測(cè)方法很多，比如沖擊回波法、地質(zhì)雷達(dá)法、聲波法等。但是，引水隧洞有自身的特點(diǎn)，根據(jù)地質(zhì)及水壓等條件，有的隧洞設(shè)計(jì)襯砌混凝土較厚、鋼筋間距小，同時(shí)采用雙層鋼筋等特點(diǎn)，限制了許多無(wú)損檢測(cè)的方法。本研究提出采用脈沖回波法能很好的解決這一問(wèn)題，其測(cè)試參數(shù)有襯砌混凝土的強(qiáng)度、混凝土的厚度、內(nèi)部缺陷及脫空深度，并在渡口壩水電站工程得到了應(yīng)用。

2 工作原理及儀器特點(diǎn)

2.1 工作原理

脈沖回波法檢測(cè)采用SCE-MATS-S混凝土多功能無(wú)損測(cè)試儀，利用沖擊彈性波技術(shù)進(jìn)行無(wú)損探測(cè)。本測(cè)試儀主要是由激振子系統(tǒng)、采集子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)構(gòu)成。在檢測(cè)過(guò)程中，先由激振子系統(tǒng)在混凝土襯砌表面施加一瞬時(shí)的沖擊，產(chǎn)生應(yīng)力脈沖波（主要考慮縱波）傳入混凝土襯砌內(nèi)部，被襯砌內(nèi)部缺陷表面或底部邊界反射到混凝土襯砌內(nèi)，反過(guò)來(lái)，又被襯砌表面反射到襯砌內(nèi)部，從而再一次被介質(zhì)內(nèi)部缺陷表面或底部邊界反射。由采集子系統(tǒng)獲得的時(shí)域信號(hào)通過(guò)快速傅立葉變換法（FFT）轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信號(hào)，即把位移-時(shí)間曲線轉(zhuǎn)換為振幅-頻率關(guān)系曲線，由其多次反射產(chǎn)生瞬態(tài)共振條件，數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)從振幅譜中辨別出共振頻率，可用于確定混凝土襯砌的厚度及其內(nèi)部缺陷的深度。

2.2 儀器特點(diǎn)

SCE-MATS-S混凝土多功能無(wú)損測(cè)試儀可對(duì)混凝土材料、結(jié)構(gòu)物及巖體的裂縫深度、結(jié)構(gòu)內(nèi)部強(qiáng)度、內(nèi)部空洞、表層剝離、表層剛性及結(jié)構(gòu)厚度進(jìn)行檢測(cè)。其測(cè)試精度高，功能強(qiáng)大且操作簡(jiǎn)便靈活。與市面上的沖擊回波測(cè)試混凝土厚度和缺陷的儀器相比，該測(cè)試儀采用多種頻譜分析方法和智能機(jī)制，自動(dòng)搜尋最優(yōu)結(jié)果，具有更高的測(cè)試精度。它不僅可以測(cè)試混凝土面板，還可以測(cè)試深達(dá)數(shù)米的基礎(chǔ)埋深和擋土墻厚度等，具有更廣的測(cè)試范圍。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

渡口壩水電站為混合式電站，工程由大壩樞紐、引水建筑物及地面廠房樞紐組成，引水隧洞全長(zhǎng)20026.44m，開(kāi)挖洞徑5.2m，采用雙層鋼筋混凝土襯砌，襯砌后洞徑4.2m，襯砌厚度50cm，鋼筋間距12.5cm～20cm。引水隧洞沿線為深～中切中～低山區(qū)，山勢(shì)陡峻，溝谷深切，山體總體走向NWW，地形標(biāo)高一般600～1200m，相對(duì)高差400～600m。隧洞埋深一般150～300m，沖溝處埋深10～150m，最小埋深10m，最大埋深約840m。洞線穿越地層為三疊系上統(tǒng)須家河組、侏羅系下統(tǒng)珍珠沖組、中下統(tǒng)自流井組、中統(tǒng)新田溝組、下沙溪廟組、上沙溪廟組及上統(tǒng)遂寧組，巖性為巖屑長(zhǎng)石石英砂巖、長(zhǎng)石砂巖、粉砂巖、頁(yè)巖、泥巖夾薄煤層及煤線。

3.2 測(cè)線布置

本工程脈沖回波法無(wú)損檢測(cè)共布置3條測(cè)線。其中拱頂測(cè)線布置在隧洞正頂部，左右拱肩測(cè)線偏離拱頂測(cè)線左右各60°，線距為1～5m，點(diǎn)距為0.1～0.2m。

3.3 檢測(cè)成果分析

本工程隧洞長(zhǎng)為洞全長(zhǎng)20026.44m，由于隧洞較長(zhǎng)，不全部分析，文章取K2+400～K2+410段為例來(lái)說(shuō)明檢測(cè)情況，該段為Ⅴ類圍巖，直徑為22mm的雙層鋼筋設(shè)置，混凝土襯砌厚度為50cm。

3.3.1 混凝土強(qiáng)度測(cè)試。在測(cè)試系統(tǒng)中，采用沖擊彈性波作為測(cè)試媒介，通過(guò)測(cè)試彈性波的波速，據(jù)此計(jì)算材料的動(dòng)彈性模量和推算相應(yīng)的靜彈模，進(jìn)而根據(jù)靜彈模與抗壓強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系推算混凝土的抗壓強(qiáng)度。

采用表面波法測(cè)試混凝土襯砌的強(qiáng)度，在K2+400～K2+410測(cè)試斷面中間的左右側(cè)拱腰處各布置2～3個(gè)測(cè)段，共4～6個(gè)測(cè)段，每個(gè)測(cè)段長(zhǎng)1m，測(cè)試五次，得到測(cè)試斷面的混凝土襯砌的詳細(xì)數(shù)據(jù)如表1。

由表1可知，測(cè)試斷面襯砌混凝土平均強(qiáng)度為24.1Mpa，基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求襯砌混凝土強(qiáng)度C25。通過(guò)整個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)表明，干燥部位混凝土強(qiáng)度明顯較高，潮濕部位混凝土襯砌的強(qiáng)度明顯偏低。

3.3.2 混凝土襯砌厚度測(cè)試。混凝土襯砌結(jié)構(gòu)的厚度測(cè)試，主要采用單面反射法。根據(jù)尺寸的大小、激振波長(zhǎng)和能量的強(qiáng)弱，可以采用單一反射法和重復(fù)反射法。經(jīng)過(guò)測(cè)試得到K2+400～K2+410段混凝土襯砌拱腰及頂拱處的最大、最小及平均厚度見(jiàn)表2，襯砌混凝土厚度分布見(jiàn)圖1。

由表2，圖1可知，襯砌混凝土無(wú)論是左右側(cè)腰拱還是頂拱其平均厚度均超過(guò)設(shè)計(jì)厚度40cm。

3.3.3 混凝土襯砌內(nèi)部缺陷與脫空測(cè)試。基于沖擊彈性波的彈性波雷達(dá)掃描技術(shù)，沿測(cè)試對(duì)象表面連續(xù)激發(fā)彈性波信號(hào)，信號(hào)在遇到空洞等疏松介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射。通過(guò)抽取該反射信號(hào)并進(jìn)行相應(yīng)的圖像處理，即可識(shí)別結(jié)構(gòu)的內(nèi)部缺陷。

在產(chǎn)生脫空的部位，當(dāng)錘擊混凝土襯砌結(jié)構(gòu)表面時(shí)，在表面會(huì)誘發(fā)振動(dòng)，因此，可以用傳感器直接拾取結(jié)構(gòu)表面的振動(dòng)信號(hào)。

所有測(cè)試斷面的缺陷描述及分布分別見(jiàn)表3和圖2，其中表3中，缺陷的特征尺寸描述中，前一個(gè)值（或者范圍值）表示沿測(cè)線方向上缺陷的長(zhǎng)度，后一個(gè)值（或者范圍值）表示缺陷在測(cè)線法向的大小（缺陷的深度）。

由表3和圖2可知，兩腰拱測(cè)線上發(fā)現(xiàn)缺陷，頂拱正常，其測(cè)試斷面的缺陷尺寸較小，長(zhǎng)度與深度范圍主要集中在0.1m～0.2m，且分布較零散不連續(xù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

渡口壩水電站引水隧洞設(shè)計(jì)采用襯砌鋼筋混凝土，具有鋼筋間距小及雙層鋼筋等特點(diǎn)，雙層鋼筋網(wǎng)對(duì)電磁波具有屏蔽作用，致使許多無(wú)損檢測(cè)效果差。脈沖回波法檢測(cè)法測(cè)試精度高，功能強(qiáng)大且操作簡(jiǎn)便靈活。在本工程中此檢測(cè)方法很好的解決了這一工程特點(diǎn)，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)效果顯著，為確保襯砌混凝土與灌漿質(zhì)量提供了有力保障，提高了安全運(yùn)行水平，有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]程立，祁增云，楊顯文.地質(zhì)雷達(dá)在引水隧洞襯砌與灌漿質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用[J].天津：勘察科學(xué)技術(shù)，2012.

[2]田北平，吳佳曄，趙強(qiáng)，等.引水隧洞襯砌質(zhì)量檢測(cè)的沖擊彈性波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)[J].天津：四川建筑科學(xué)研究，2010.

[3]王淑建，楊萬(wàn)章.混凝土無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用[J].四川：四川水力發(fā)電，2005.

作者簡(jiǎn)介：楊聃（1976-），男，漢族，浙江麗水人，高級(jí)工程師。endprint

摘 要：文章闡述了脈沖回波法無(wú)損檢測(cè)的工作原理及特點(diǎn)。結(jié)合工程實(shí)例，分析了脈沖回波法在引水隧洞襯砌質(zhì)量檢測(cè)中針對(duì)混凝土強(qiáng)度、襯砌厚度、內(nèi)部缺陷與脫空的檢測(cè)效果，體現(xiàn)了它測(cè)試精度高、功能強(qiáng)大且操作簡(jiǎn)便靈活的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：脈沖回波法；工作原理；引水隧洞；襯砌質(zhì)量

1 概述

引水系統(tǒng)在水利水電工程中具有極其重要的作用，引水系統(tǒng)能否安全運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)水電站運(yùn)行的成敗。引水系統(tǒng)安全運(yùn)行取決于隧洞襯砌及灌漿質(zhì)量的好壞，特別是在有壓、高水頭、長(zhǎng)隧洞中，襯砌混凝土承受圍巖壓力、內(nèi)水壓力及其他荷載等作用。混凝土襯砌及灌漿質(zhì)量的好壞對(duì)隧道長(zhǎng)期穩(wěn)定、使用功能的正常發(fā)揮以及外觀，均有很大影響。為了確保隧洞的襯砌與質(zhì)量，對(duì)隧洞進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)是非常重要的環(huán)節(jié)。目前，對(duì)襯砌厚度、缺陷以及空洞的檢測(cè)方法很多，比如沖擊回波法、地質(zhì)雷達(dá)法、聲波法等。但是，引水隧洞有自身的特點(diǎn)，根據(jù)地質(zhì)及水壓等條件，有的隧洞設(shè)計(jì)襯砌混凝土較厚、鋼筋間距小，同時(shí)采用雙層鋼筋等特點(diǎn)，限制了許多無(wú)損檢測(cè)的方法。本研究提出采用脈沖回波法能很好的解決這一問(wèn)題，其測(cè)試參數(shù)有襯砌混凝土的強(qiáng)度、混凝土的厚度、內(nèi)部缺陷及脫空深度，并在渡口壩水電站工程得到了應(yīng)用。

2 工作原理及儀器特點(diǎn)

2.1 工作原理

脈沖回波法檢測(cè)采用SCE-MATS-S混凝土多功能無(wú)損測(cè)試儀，利用沖擊彈性波技術(shù)進(jìn)行無(wú)損探測(cè)。本測(cè)試儀主要是由激振子系統(tǒng)、采集子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)構(gòu)成。在檢測(cè)過(guò)程中，先由激振子系統(tǒng)在混凝土襯砌表面施加一瞬時(shí)的沖擊，產(chǎn)生應(yīng)力脈沖波（主要考慮縱波）傳入混凝土襯砌內(nèi)部，被襯砌內(nèi)部缺陷表面或底部邊界反射到混凝土襯砌內(nèi)，反過(guò)來(lái)，又被襯砌表面反射到襯砌內(nèi)部，從而再一次被介質(zhì)內(nèi)部缺陷表面或底部邊界反射。由采集子系統(tǒng)獲得的時(shí)域信號(hào)通過(guò)快速傅立葉變換法（FFT）轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信號(hào)，即把位移-時(shí)間曲線轉(zhuǎn)換為振幅-頻率關(guān)系曲線，由其多次反射產(chǎn)生瞬態(tài)共振條件，數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)從振幅譜中辨別出共振頻率，可用于確定混凝土襯砌的厚度及其內(nèi)部缺陷的深度。

2.2 儀器特點(diǎn)

SCE-MATS-S混凝土多功能無(wú)損測(cè)試儀可對(duì)混凝土材料、結(jié)構(gòu)物及巖體的裂縫深度、結(jié)構(gòu)內(nèi)部強(qiáng)度、內(nèi)部空洞、表層剝離、表層剛性及結(jié)構(gòu)厚度進(jìn)行檢測(cè)。其測(cè)試精度高，功能強(qiáng)大且操作簡(jiǎn)便靈活。與市面上的沖擊回波測(cè)試混凝土厚度和缺陷的儀器相比，該測(cè)試儀采用多種頻譜分析方法和智能機(jī)制，自動(dòng)搜尋最優(yōu)結(jié)果，具有更高的測(cè)試精度。它不僅可以測(cè)試混凝土面板，還可以測(cè)試深達(dá)數(shù)米的基礎(chǔ)埋深和擋土墻厚度等，具有更廣的測(cè)試范圍。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

渡口壩水電站為混合式電站，工程由大壩樞紐、引水建筑物及地面廠房樞紐組成，引水隧洞全長(zhǎng)20026.44m，開(kāi)挖洞徑5.2m，采用雙層鋼筋混凝土襯砌，襯砌后洞徑4.2m，襯砌厚度50cm，鋼筋間距12.5cm～20cm。引水隧洞沿線為深～中切中～低山區(qū)，山勢(shì)陡峻，溝谷深切，山體總體走向NWW，地形標(biāo)高一般600～1200m，相對(duì)高差400～600m。隧洞埋深一般150～300m，沖溝處埋深10～150m，最小埋深10m，最大埋深約840m。洞線穿越地層為三疊系上統(tǒng)須家河組、侏羅系下統(tǒng)珍珠沖組、中下統(tǒng)自流井組、中統(tǒng)新田溝組、下沙溪廟組、上沙溪廟組及上統(tǒng)遂寧組，巖性為巖屑長(zhǎng)石石英砂巖、長(zhǎng)石砂巖、粉砂巖、頁(yè)巖、泥巖夾薄煤層及煤線。

3.2 測(cè)線布置

本工程脈沖回波法無(wú)損檢測(cè)共布置3條測(cè)線。其中拱頂測(cè)線布置在隧洞正頂部，左右拱肩測(cè)線偏離拱頂測(cè)線左右各60°，線距為1～5m，點(diǎn)距為0.1～0.2m。

3.3 檢測(cè)成果分析

本工程隧洞長(zhǎng)為洞全長(zhǎng)20026.44m，由于隧洞較長(zhǎng)，不全部分析，文章取K2+400～K2+410段為例來(lái)說(shuō)明檢測(cè)情況，該段為Ⅴ類圍巖，直徑為22mm的雙層鋼筋設(shè)置，混凝土襯砌厚度為50cm。

3.3.1 混凝土強(qiáng)度測(cè)試。在測(cè)試系統(tǒng)中，采用沖擊彈性波作為測(cè)試媒介，通過(guò)測(cè)試彈性波的波速，據(jù)此計(jì)算材料的動(dòng)彈性模量和推算相應(yīng)的靜彈模，進(jìn)而根據(jù)靜彈模與抗壓強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系推算混凝土的抗壓強(qiáng)度。

采用表面波法測(cè)試混凝土襯砌的強(qiáng)度，在K2+400～K2+410測(cè)試斷面中間的左右側(cè)拱腰處各布置2～3個(gè)測(cè)段，共4～6個(gè)測(cè)段，每個(gè)測(cè)段長(zhǎng)1m，測(cè)試五次，得到測(cè)試斷面的混凝土襯砌的詳細(xì)數(shù)據(jù)如表1。

由表1可知，測(cè)試斷面襯砌混凝土平均強(qiáng)度為24.1Mpa，基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求襯砌混凝土強(qiáng)度C25。通過(guò)整個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)表明，干燥部位混凝土強(qiáng)度明顯較高，潮濕部位混凝土襯砌的強(qiáng)度明顯偏低。

3.3.2 混凝土襯砌厚度測(cè)試。混凝土襯砌結(jié)構(gòu)的厚度測(cè)試，主要采用單面反射法。根據(jù)尺寸的大小、激振波長(zhǎng)和能量的強(qiáng)弱，可以采用單一反射法和重復(fù)反射法。經(jīng)過(guò)測(cè)試得到K2+400～K2+410段混凝土襯砌拱腰及頂拱處的最大、最小及平均厚度見(jiàn)表2，襯砌混凝土厚度分布見(jiàn)圖1。

由表2，圖1可知，襯砌混凝土無(wú)論是左右側(cè)腰拱還是頂拱其平均厚度均超過(guò)設(shè)計(jì)厚度40cm。

3.3.3 混凝土襯砌內(nèi)部缺陷與脫空測(cè)試。基于沖擊彈性波的彈性波雷達(dá)掃描技術(shù)，沿測(cè)試對(duì)象表面連續(xù)激發(fā)彈性波信號(hào)，信號(hào)在遇到空洞等疏松介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射。通過(guò)抽取該反射信號(hào)并進(jìn)行相應(yīng)的圖像處理，即可識(shí)別結(jié)構(gòu)的內(nèi)部缺陷。

在產(chǎn)生脫空的部位，當(dāng)錘擊混凝土襯砌結(jié)構(gòu)表面時(shí)，在表面會(huì)誘發(fā)振動(dòng)，因此，可以用傳感器直接拾取結(jié)構(gòu)表面的振動(dòng)信號(hào)。

所有測(cè)試斷面的缺陷描述及分布分別見(jiàn)表3和圖2，其中表3中，缺陷的特征尺寸描述中，前一個(gè)值（或者范圍值）表示沿測(cè)線方向上缺陷的長(zhǎng)度，后一個(gè)值（或者范圍值）表示缺陷在測(cè)線法向的大小（缺陷的深度）。

由表3和圖2可知，兩腰拱測(cè)線上發(fā)現(xiàn)缺陷，頂拱正常，其測(cè)試斷面的缺陷尺寸較小，長(zhǎng)度與深度范圍主要集中在0.1m～0.2m，且分布較零散不連續(xù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

渡口壩水電站引水隧洞設(shè)計(jì)采用襯砌鋼筋混凝土，具有鋼筋間距小及雙層鋼筋等特點(diǎn)，雙層鋼筋網(wǎng)對(duì)電磁波具有屏蔽作用，致使許多無(wú)損檢測(cè)效果差。脈沖回波法檢測(cè)法測(cè)試精度高，功能強(qiáng)大且操作簡(jiǎn)便靈活。在本工程中此檢測(cè)方法很好的解決了這一工程特點(diǎn)，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)效果顯著，為確保襯砌混凝土與灌漿質(zhì)量提供了有力保障，提高了安全運(yùn)行水平，有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]程立，祁增云，楊顯文.地質(zhì)雷達(dá)在引水隧洞襯砌與灌漿質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用[J].天津：勘察科學(xué)技術(shù)，2012.

[2]田北平，吳佳曄，趙強(qiáng)，等.引水隧洞襯砌質(zhì)量檢測(cè)的沖擊彈性波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)[J].天津：四川建筑科學(xué)研究，2010.

[3]王淑建，楊萬(wàn)章.混凝土無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用[J].四川：四川水力發(fā)電，2005.

作者簡(jiǎn)介：楊聃（1976-），男，漢族，浙江麗水人，高級(jí)工程師。endprint

摘 要：文章闡述了脈沖回波法無(wú)損檢測(cè)的工作原理及特點(diǎn)。結(jié)合工程實(shí)例，分析了脈沖回波法在引水隧洞襯砌質(zhì)量檢測(cè)中針對(duì)混凝土強(qiáng)度、襯砌厚度、內(nèi)部缺陷與脫空的檢測(cè)效果，體現(xiàn)了它測(cè)試精度高、功能強(qiáng)大且操作簡(jiǎn)便靈活的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：脈沖回波法；工作原理；引水隧洞；襯砌質(zhì)量

1 概述

引水系統(tǒng)在水利水電工程中具有極其重要的作用，引水系統(tǒng)能否安全運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)水電站運(yùn)行的成敗。引水系統(tǒng)安全運(yùn)行取決于隧洞襯砌及灌漿質(zhì)量的好壞，特別是在有壓、高水頭、長(zhǎng)隧洞中，襯砌混凝土承受圍巖壓力、內(nèi)水壓力及其他荷載等作用。混凝土襯砌及灌漿質(zhì)量的好壞對(duì)隧道長(zhǎng)期穩(wěn)定、使用功能的正常發(fā)揮以及外觀，均有很大影響。為了確保隧洞的襯砌與質(zhì)量，對(duì)隧洞進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)是非常重要的環(huán)節(jié)。目前，對(duì)襯砌厚度、缺陷以及空洞的檢測(cè)方法很多，比如沖擊回波法、地質(zhì)雷達(dá)法、聲波法等。但是，引水隧洞有自身的特點(diǎn)，根據(jù)地質(zhì)及水壓等條件，有的隧洞設(shè)計(jì)襯砌混凝土較厚、鋼筋間距小，同時(shí)采用雙層鋼筋等特點(diǎn)，限制了許多無(wú)損檢測(cè)的方法。本研究提出采用脈沖回波法能很好的解決這一問(wèn)題，其測(cè)試參數(shù)有襯砌混凝土的強(qiáng)度、混凝土的厚度、內(nèi)部缺陷及脫空深度，并在渡口壩水電站工程得到了應(yīng)用。

2 工作原理及儀器特點(diǎn)

2.1 工作原理

脈沖回波法檢測(cè)采用SCE-MATS-S混凝土多功能無(wú)損測(cè)試儀，利用沖擊彈性波技術(shù)進(jìn)行無(wú)損探測(cè)。本測(cè)試儀主要是由激振子系統(tǒng)、采集子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)構(gòu)成。在檢測(cè)過(guò)程中，先由激振子系統(tǒng)在混凝土襯砌表面施加一瞬時(shí)的沖擊，產(chǎn)生應(yīng)力脈沖波（主要考慮縱波）傳入混凝土襯砌內(nèi)部，被襯砌內(nèi)部缺陷表面或底部邊界反射到混凝土襯砌內(nèi)，反過(guò)來(lái)，又被襯砌表面反射到襯砌內(nèi)部，從而再一次被介質(zhì)內(nèi)部缺陷表面或底部邊界反射。由采集子系統(tǒng)獲得的時(shí)域信號(hào)通過(guò)快速傅立葉變換法（FFT）轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信號(hào)，即把位移-時(shí)間曲線轉(zhuǎn)換為振幅-頻率關(guān)系曲線，由其多次反射產(chǎn)生瞬態(tài)共振條件，數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)從振幅譜中辨別出共振頻率，可用于確定混凝土襯砌的厚度及其內(nèi)部缺陷的深度。

2.2 儀器特點(diǎn)

SCE-MATS-S混凝土多功能無(wú)損測(cè)試儀可對(duì)混凝土材料、結(jié)構(gòu)物及巖體的裂縫深度、結(jié)構(gòu)內(nèi)部強(qiáng)度、內(nèi)部空洞、表層剝離、表層剛性及結(jié)構(gòu)厚度進(jìn)行檢測(cè)。其測(cè)試精度高，功能強(qiáng)大且操作簡(jiǎn)便靈活。與市面上的沖擊回波測(cè)試混凝土厚度和缺陷的儀器相比，該測(cè)試儀采用多種頻譜分析方法和智能機(jī)制，自動(dòng)搜尋最優(yōu)結(jié)果，具有更高的測(cè)試精度。它不僅可以測(cè)試混凝土面板，還可以測(cè)試深達(dá)數(shù)米的基礎(chǔ)埋深和擋土墻厚度等，具有更廣的測(cè)試范圍。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

渡口壩水電站為混合式電站，工程由大壩樞紐、引水建筑物及地面廠房樞紐組成，引水隧洞全長(zhǎng)20026.44m，開(kāi)挖洞徑5.2m，采用雙層鋼筋混凝土襯砌，襯砌后洞徑4.2m，襯砌厚度50cm，鋼筋間距12.5cm～20cm。引水隧洞沿線為深～中切中～低山區(qū)，山勢(shì)陡峻，溝谷深切，山體總體走向NWW，地形標(biāo)高一般600～1200m，相對(duì)高差400～600m。隧洞埋深一般150～300m，沖溝處埋深10～150m，最小埋深10m，最大埋深約840m。洞線穿越地層為三疊系上統(tǒng)須家河組、侏羅系下統(tǒng)珍珠沖組、中下統(tǒng)自流井組、中統(tǒng)新田溝組、下沙溪廟組、上沙溪廟組及上統(tǒng)遂寧組，巖性為巖屑長(zhǎng)石石英砂巖、長(zhǎng)石砂巖、粉砂巖、頁(yè)巖、泥巖夾薄煤層及煤線。

3.2 測(cè)線布置

本工程脈沖回波法無(wú)損檢測(cè)共布置3條測(cè)線。其中拱頂測(cè)線布置在隧洞正頂部，左右拱肩測(cè)線偏離拱頂測(cè)線左右各60°，線距為1～5m，點(diǎn)距為0.1～0.2m。

3.3 檢測(cè)成果分析

本工程隧洞長(zhǎng)為洞全長(zhǎng)20026.44m，由于隧洞較長(zhǎng)，不全部分析，文章取K2+400～K2+410段為例來(lái)說(shuō)明檢測(cè)情況，該段為Ⅴ類圍巖，直徑為22mm的雙層鋼筋設(shè)置，混凝土襯砌厚度為50cm。

3.3.1 混凝土強(qiáng)度測(cè)試。在測(cè)試系統(tǒng)中，采用沖擊彈性波作為測(cè)試媒介，通過(guò)測(cè)試彈性波的波速，據(jù)此計(jì)算材料的動(dòng)彈性模量和推算相應(yīng)的靜彈模，進(jìn)而根據(jù)靜彈模與抗壓強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系推算混凝土的抗壓強(qiáng)度。

采用表面波法測(cè)試混凝土襯砌的強(qiáng)度，在K2+400～K2+410測(cè)試斷面中間的左右側(cè)拱腰處各布置2～3個(gè)測(cè)段，共4～6個(gè)測(cè)段，每個(gè)測(cè)段長(zhǎng)1m，測(cè)試五次，得到測(cè)試斷面的混凝土襯砌的詳細(xì)數(shù)據(jù)如表1。

由表1可知，測(cè)試斷面襯砌混凝土平均強(qiáng)度為24.1Mpa，基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求襯砌混凝土強(qiáng)度C25。通過(guò)整個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)表明，干燥部位混凝土強(qiáng)度明顯較高，潮濕部位混凝土襯砌的強(qiáng)度明顯偏低。

3.3.2 混凝土襯砌厚度測(cè)試。混凝土襯砌結(jié)構(gòu)的厚度測(cè)試，主要采用單面反射法。根據(jù)尺寸的大小、激振波長(zhǎng)和能量的強(qiáng)弱，可以采用單一反射法和重復(fù)反射法。經(jīng)過(guò)測(cè)試得到K2+400～K2+410段混凝土襯砌拱腰及頂拱處的最大、最小及平均厚度見(jiàn)表2，襯砌混凝土厚度分布見(jiàn)圖1。

由表2，圖1可知，襯砌混凝土無(wú)論是左右側(cè)腰拱還是頂拱其平均厚度均超過(guò)設(shè)計(jì)厚度40cm。

3.3.3 混凝土襯砌內(nèi)部缺陷與脫空測(cè)試。基于沖擊彈性波的彈性波雷達(dá)掃描技術(shù)，沿測(cè)試對(duì)象表面連續(xù)激發(fā)彈性波信號(hào)，信號(hào)在遇到空洞等疏松介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射。通過(guò)抽取該反射信號(hào)并進(jìn)行相應(yīng)的圖像處理，即可識(shí)別結(jié)構(gòu)的內(nèi)部缺陷。

在產(chǎn)生脫空的部位，當(dāng)錘擊混凝土襯砌結(jié)構(gòu)表面時(shí)，在表面會(huì)誘發(fā)振動(dòng)，因此，可以用傳感器直接拾取結(jié)構(gòu)表面的振動(dòng)信號(hào)。

所有測(cè)試斷面的缺陷描述及分布分別見(jiàn)表3和圖2，其中表3中，缺陷的特征尺寸描述中，前一個(gè)值（或者范圍值）表示沿測(cè)線方向上缺陷的長(zhǎng)度，后一個(gè)值（或者范圍值）表示缺陷在測(cè)線法向的大小（缺陷的深度）。

由表3和圖2可知，兩腰拱測(cè)線上發(fā)現(xiàn)缺陷，頂拱正常，其測(cè)試斷面的缺陷尺寸較小，長(zhǎng)度與深度范圍主要集中在0.1m～0.2m，且分布較零散不連續(xù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

渡口壩水電站引水隧洞設(shè)計(jì)采用襯砌鋼筋混凝土，具有鋼筋間距小及雙層鋼筋等特點(diǎn)，雙層鋼筋網(wǎng)對(duì)電磁波具有屏蔽作用，致使許多無(wú)損檢測(cè)效果差。脈沖回波法檢測(cè)法測(cè)試精度高，功能強(qiáng)大且操作簡(jiǎn)便靈活。在本工程中此檢測(cè)方法很好的解決了這一工程特點(diǎn)，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)效果顯著，為確保襯砌混凝土與灌漿質(zhì)量提供了有力保障，提高了安全運(yùn)行水平，有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：楊聃（1976-），男，漢族，浙江麗水人，高級(jí)工程師。endprint