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案例分享：铁路隧道衬砌阵列式超声无损检测
发布时间：2023-11-01 浏览次数：2929 来源：欧美大地
中国经济的高速增长产生了对铁路运输行业不断增长的需求，而铁路运输行业的发展对于铁路隧道行业的发展也产生了极大的促进作用，国内铁路隧道的长度也在不断地高速增长，2022年中国铁路隧道数量17873座。
截至2022年底，中国铁路营业里程达到15.5万km。其中，投入运营的铁路隧道17873座，国内铁路隧道养护管理里程21978公里。

隧道数量的日益增加，使我国铁路隧道的修建技术得到了长足的发展。但是，不可避免的是在铁路隧道施工时仍然会存在一些问题：例如隧道在施工时出现渗漏、衬砌厚度不足、衬砌开裂等结构缺陷，究其原因还是铁路隧道质量没有得到严格控制。加强铁路隧道质量的试验检测是有效预控工程质量的重要方法，是控制工程质量的重要依据。因此，我们必须高度重视铁路隧道质量试验检测的重要性。
现阶段，对于隧道质量检测常用的手段方法主要有以下几种：
电磁波法：雷达
检测衬砌（支护）厚度、衬砌背后的回填密实度、衬砌内部缺陷和衬砌内部钢架、钢筋等分布
光学法：三维激光扫描
检测新建和运营隧道净空断面、衬砌表面平整度、衬砌内钢筋布置、（应浇筑）衬砌厚度等
冲击弹性波法：冲击回波法
检测衬砌混凝土厚度、密实性、内部缺陷、脱空及层间结合状况等
超声法：阵列超声
检测衬砌以及密集钢筋段衬砌混凝土裂缝、厚度、内部缺陷等
回弹法：回弹法
混凝土强度检测

其中，目前使用较多的是雷达检测。雷达具有检测效率较高，检测结果较准确等优势，可较为准确地判断出隧道衬砌是否出现了质量问题。但由于电磁波对钢筋极为敏感，因此在钢筋分布较密的情况下，雷达就很难探测到钢筋网后面的情况。
因此，在国家铁路局即将推出的《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》改版中，推荐了阵列式超声，用于检测衬砌以及密集钢筋段衬砌混凝土裂缝、厚度、内部缺陷等，作为其他方法的补充。阵列式超声具有以下优点：
  1. 干点接触式探头，无需耦合剂，测试更方便快捷；
  2. 横波探头，信噪比更高，测试精度也更高；
  3. 可以穿透密集钢筋，测试钢筋背后的异常；
  4. 测试深度更大，钢筋混凝土最大可测试2m，且同样测试深度下，精度比雷达更高；
  5. 经过特殊处理的信号发射模式，最大穿透深度更可达8m；
  6. 现场可以B，C，D以及3D模式显示结构内部情况。
下面通过两个案例，展示阵列式超声在隧道检测中的应用。
老隧道二衬后脱空漏水检测
本次测试主要目的是辅助探测隧道衬砌后渗水情况，发现可能存在的渗水点或面，再打孔安装传感器予以监测。测试使用的仪器是新款A 1040 MIRA 3D混凝土三维超声波成像仪。该设备使用超声波作为测试信号，依据不同介质具有不同的声阻抗，在超声波传播过程中会引起不同程度的反射的原理，来检测混凝土结构中可能存在的异常介质。

本项目检测的结构为隧道衬砌，衬砌材质为混凝土，强度C25左右，厚度300-600mm不等，衬砌后面为塑料止水板。如果止水板与衬砌之间有水，那么超声波传播到这里会产生比较强的反射，在仪器的反应就是颜色比较深的块状或者条状区域。不过空洞、钢筋也会有比较明显的反射，衬砌混凝土内部的一些杂质也会产生干扰，影响对数据的解读和判断。另外，止水板因为是塑料材质，声阻抗与混凝土理论上也是存在较大的差异的，所以，即使没有水，超声波在衬砌和止水板的界面处也有可能出现明显反射。因此，我们初步的想法是通过对比的方式来判断渗水点的位置，即先在明确没有渗水的位置测试一些信号，以此为参照，将可能渗水的位置信号与之对比，判断是否存在渗水，因为有渗水的反射应该明显强于没有渗水的信号。
洞口无渗水位置，二衬底部反射较弱

隧道内部有渗水的位置，二衬底部反射强烈


地铁隧道管片背后注浆密实度检测
本次测试的目的主要是检查管片背后注浆是否密实，使用A1040 MIRA 3D混凝土三维超声波成像仪。对于测试的数据，在电脑端处理软件中通过分层切片的方式，可以较清晰的查看第一层、第二层钢筋，以及管片底部注浆密实度情况。

C扫切片30-100mm，第一层钢筋位置


C扫切片250-300mm，第二层钢筋位置


C扫切片350-400mm，管片底部



阵列式超声自引进中国以来，受到各行各业专家学者的认可，众多高校和科研单位就阵列式超声在各自领域的应用展开研究，成果颇丰。如张建清等在“超声横波成像法在混凝土质量检测中的应用”中说到：超声横波成像法用于检测混凝土缺陷具有只需一个检测面、成果直观和位置准确等优点，在工程中的初步应用已取得良好效果，有着广阔的应用前景；朱燕梅等在“混凝土缺陷超声横波三维成像法探测精度影响因素的研究”中指出，阵列式超声测试的波速与频率设置，对于成像精度具有明显影响，尤其是波速的设置，不但会影响检测精度，对成像聚焦也具有很大影响，这给用户使用阵列超声带来了极大的指导意义。此外，阵列式超声也被引入装配式结构检测领域，用于叠合楼板等的质量检测，经过大量的试验与工程实践的积累与验证，中国标准化协会、江苏省、广东省、贵州省、山东省等均在相应的装配式混凝土结构检测技术标准中推荐了阵列式超声。

欧美大地作为先进检测仪器的提供者，一直与客户共同探索新技术的应用方向，如果您对阵列式超声检测方法有兴趣，欢迎拨打服务热线400-700-9998，或至欧美大地官网www.epccn.com联系我们。
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