CN117607251A - 利用弹性波能量特征值检测地铁管片注浆密实度的方法 - Google Patents

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CN117607251A CN202311456265.8A CN202311456265A CN117607251A CN 117607251 A CN117607251 A CN 117607251A CN 202311456265 A CN202311456265 A CN 202311456265A CN 117607251 A CN117607251 A CN 117607251A
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黄伯太
邵振伟
刘秀娟
邓立
吴佳晔
陈则铭
高宇
吴宁远
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Abstract

本发明提供了一种利用弹性波能量特征值检测地铁管片注浆密实度的方法,包括:采用无损检测设备在不同注浆质量的地铁管片进行检测,得到包括反射信号的波形;对获得的反射能量信号进行频谱分析,提取振幅谱或功率谱作为代表参数;根据已知注浆状态与其对应的参考振幅谱或功率谱建立缺陷判定模型;采用无损检测设备对其他未知状态的地铁管片进行注浆质量检测,通过比对其频谱分析结果与模型进行判断,确定注浆缺陷类型。本发明对管片底部不同类型缺陷进行参数标定,针对不同类型的缺陷,通过实验和数据分析,确定相应的参数标定值,在实际检测过程中,以根据标定值对检测结果进行精确评估和分类,提高了检测的准确性和可靠性。

Description

利用弹性波能量特征值检测地铁管片注浆密实度的方法
技术领域
本发明涉及地铁管片注浆密实度检测领域,特别是涉及一种利用弹性波能量特征值检测地铁管片注浆密实度的方法。
背景技术
地铁管片背后注浆密实度检测技术是一种用于评估地铁隧道内注浆材料填充程度的重要技术。在地铁建设中,注浆工艺被广泛应用于隧道衬砌的加固和防水处理中,以确保地铁隧道的稳定性和安全性。注浆过程中,注浆材料会被注入到管片与地层之间的空隙中,填充并加固隧道结构。
然而,传统的地铁管片背后注浆质量检测方法存在一些局限性。常见的方法包括钻孔法和电磁雷达法。
1、钻孔法:钻孔法是一种常用的地铁管片注浆质量检测方法。该方法通过对地铁管片钻孔,并通过现场目测钻孔后的浆料的情况来评估注浆质量。然而,这种方法存在以下问题:
(1)钻孔过程需要额外的时间和成本。
(2)只能获取少量离散样本,无法全面了解整个管片的注浆情况。
(3)由于钻孔过程可能对管片结构造成损害,可能引入新的问题。
2、电磁雷达法:电磁雷达法是一种非破坏性地铁管片注浆质量检测方法。该方法利用电磁波的反射信号来评估注浆质量。然而,该方法也存在以下问题:
(1)受到管片内部的双排钢筋材料和形状的影响,信号分析精度有限。
(2)需要专业操作人员进行解读和分析,结果可能存在主观误差。
(3)对于背后注浆密实度的准确评估有一定难度。
因此,本领域亟需一种新的地铁管片背后注浆密实度检测方法,以克服传统方法的局限性,提高注浆质量检测的准确性和效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高地铁管片注浆质量检测的准确性和效率的技术方案。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种利用弹性波能量特征值检测地铁管片注浆密实度的方法,包括:
采用无损检测设备在不同注浆质量的地铁管片进行检测,得到包括反射信号的波形;
对获得的反射能量信号进行频谱分析,提取振幅谱或功率谱作为代表参数;
根据已知注浆状态与其对应的参考振幅谱或功率谱建立缺陷判定模型;
采用无损检测设备对其他未知状态的地铁管片进行注浆质量检测,通过比对其频谱分析结果与模型进行判断,确定注浆缺陷类型。
可选的,所述无损检测设备包括接触式、非接触式传感器为基础的检测设备或其他适用的无损检测装置。
可选的,所述地铁管片包括混凝土管片、钢筋混凝土管片或其他类型的板状混凝土结构。
可选的,所述注浆状态包括未注浆、未凝固、注浆缺陷和密实状态。
可选的,在频谱分析中,采用傅里叶变换、小波变换、最大熵或其他适用的频谱分析方法,以获取反射能量信号的频谱特征。
可选的,所有模型均基于统计学方法构建。
可选的,还包括结合图像处理技术对开孔后的图像进行分析。
可选的,所述对获得的反射能量信号进行频谱分析,提取振幅谱或功率谱作为代表参数具体为:
通过分析接收到的反射信号强度,记录每个测点反射能量并计算该管片未注浆状态的能量反射均值。在对测试信号进行频谱分析时,采用信号分析的功率谱方法来计算频谱反射总能量E,并计算该状态的能量特征值EA
EA=E/n (2)
Pi(fi)表示信号在第i测点反射频率为fi时的功率谱密度;n表示总测点数量;
按照公式(3)计算频谱的能量P(f);
其中,P(f)表示频率f时的功率谱密度,T为采样时间长度,x(T)为时域信号,j为虚数单位。
可选的,所述根据已知注浆状态与其对应的参考振幅谱或功率谱建立缺陷判定模型包括:
采用检测设备对不同注浆状态的管片进行检测,按照所述公式(1)、公式(2)、公式(3)分析对应的能量特征值EB、EC、ED
对测得各状态的能量反射值进行排序,确定各状态能量反射的关系EA>EB>EC>ED
建立不同缺陷类型对应的基准:通过已知缺陷管片进行检测及分析,建立不同缺陷类型对应的反射能量基准:
未注浆:[EA,+∞)注浆未凝固:[EB,EA)
注浆缺陷:[EC,EB)注浆局部缺陷:(ED,EC)
注浆合格:(-∞,ED]。
可选的,还包括对待测管片进行检测并对信号进行反射能量分析,分析得到的反射能量与建立的缺陷基准进行分析,判定缺陷类型。
本发明提供的技术方案与现有技术相比,具有以下有益效果:
(1)本发明提供一种全新可忽略管片内部钢筋影响的管片背后注浆缺陷无损检测评判方法。
(2)能实现对地铁管片背后注浆缺陷的有无、缺陷类型的快速无损检测。
(3)本发明对管片底部不同类型缺陷进行参数标定,针对不同类型的缺陷,如未注浆、浆料未凝固、水等,通过实验和数据分析,确定相应的参数标定值。这样,在实际检测过程中,以根据标定值对检测结果进行精确评估和分类,提高了检测的准确性和可靠性。
附图说明
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,下面描述中的附图仅仅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性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的利用弹性波能量特征值检测地铁管片注浆密实度的方法流程示意图。
图2为本发明实施例提供的施工完成后的隧道示意图。
图3为本发明实施例提供的6点方向反射能量标定示意图。
图4为本发明实施例提供的12点反射能量标定示意图。
图5为本发明实施例提供的检测结果图。
图6为本发明实施例提供的现场钻孔场景图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种能够提高地铁管片注浆质量检测的准确性和效率的技术方案。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1:
本实施例提供了一种利用弹性波能量特征值检测地铁管片注浆密实度的方法,如图1所示,包括:
采用无损检测设备在不同注浆质量的地铁管片进行检测,得到包括反射信号的波形;
对获得的反射能量信号进行频谱分析,提取振幅谱或功率谱作为代表参数;
根据已知注浆状态与其对应的参考振幅谱或功率谱建立缺陷判定模型;
采用无损检测设备对其他未知状态的地铁管片进行注浆质量检测,通过比对其频谱分析结果与模型进行判断,确定注浆缺陷类型。
进一步的,所述无损检测设备包括接触式、非接触式传感器为基础的检测设备或其他适用的无损检测装置。
进一步的,所述地铁管片包括混凝土管片、钢筋混凝土管片或其他类型的板状混凝土结构。
进一步的,所述注浆状态包括未注浆、未凝固、注浆缺陷和密实状态。
进一步的,在频谱分析中,采用傅里叶变换、小波变换、最大熵或其他适用的频谱分析方法,以获取反射能量信号的频谱特征。
进一步的,所有模型均基于统计学方法构建。
进一步的,还包括结合图像处理技术对开孔后的图像进行分析。
进一步的,所述对获得的反射能量信号进行频谱分析,提取振幅谱或功率谱作为代表参数具体为:
通过分析接收到的反射信号强度,记录每个测点反射能量并计算该管片未注浆状态的能量反射均值。在对测试信号进行频谱分析时,采用信号分析的功率谱方法来计算频谱反射总能量E,并计算该状态的能量特征值EA
EA=E/n (2)
Pi(fi)表示信号在第i测点反射频率为fi时的功率谱密度;n表示总测点数量;
按照公式(3)计算频谱的能量P(f);
其中,P(f)表示频率f时的功率谱密度,T为采样时间长度,x(T)为时域信号,j为虚数单位。
进一步的,所述根据已知注浆状态与其对应的参考振幅谱或功率谱建立缺陷判定模型包括:
采用检测设备对不同注浆状态的管片进行检测,按照所述公式(1)、公式(2)、公式(3)分析对应的能量特征值EB、EC、ED
对测得各状态的能量反射值进行排序,确定各状态能量反射的关系EA>EB>EC>ED
建立不同缺陷类型对应的基准:通过已知缺陷管片进行检测及分析,建立不同缺陷类型对应的反射能量基准:
未注浆:[EA,+∞)注浆未凝固:[EB,EA)
注浆缺陷:[EC,EB)注浆局部缺陷:(ED,EC)
注浆合格:(-∞,ED]。
进一步的,还包括对待测管片进行检测并对信号进行反射能量分析,分析得到的反射能量与建立的缺陷基准进行分析,判定缺陷类型。
本发明的技术方案结合了对已支护管片的测试、反射能量的分析和缺陷判定类型的建立,实现了对地铁管片背后缺陷类型、缺陷有无判定的无损检测评定方法。通过这一方案,能够快速、准确地确定管片中的缺陷有无及存在的缺陷类型,为进一步的维修和处理提供可靠的依据。
实施例2:
采用本发明的技术方案对某城市地铁管片背后注浆质量进行检测。根据提供的资料,被检测管片厚度为40cm,设计强度为C50。为了说明本发明的检测效果,采用本方法对正在施工的地铁管片背后注浆进行检测,随后对检测结果进行数据分析并进行开孔验证,施工完成后的地铁隧道参考图2。
根据现场情况,首先建立缺陷的判断基准,再对目标位置进行背后注浆质量进行检测。
(1)建立判断基准:根据现场情况,分别在隧道前进方向的6点钟方向、12点钟方向部分管片沿管道走向方向检测,测点间距为0.3m。检测后对测试数据进行分析,分析结果图请参考图3和图4。根据现场注浆的情况,6点方向为管片底部,现场确定该位置为注浆密实部位,12点方向为未注浆。
根据分析结果图:未注浆状态反射能量的基准值为0.003密实状态的基准值为0.0017。
(2)利用该基准值对已经完成注浆的管片进行脱空检测,检测部位为拱顶12点方向,从小里程向大里程方向进行检测,测点间隔为0.3m。检测场景请参考图2。检测结果图请参考图5。
经过检测,发现在距离检测起点7.3m-8.9m范围内的反射能量大于未注浆的反射能量,因此判定在该范围存在未灌浆的情况。为了验证检测结果的可靠性,对该区域内的测点进行钻孔目测(钻孔场景参考图6),在钻孔过程中,钻机在突破管片瞬间,迅速***管片底部,几乎没有阻力,结合钻孔操作人员及现场情况,判定该部位存在注浆严重缺陷,检测的结果与判定相符,进一步验证了该方法对管片背后脱空检测的高准确性。
该创新技术是一种用于地铁管片背后脱空检测的无损检测方法。传统的地铁管片背后脱空检测方法存在着检测效率低、准确性不高等问题,而本发明的技术方案通过引入两个关键创新点,有效地解决了这些问题。
首先,本发明采用了反射能量强弱的判定方法进行脱空检测。通过在地铁管片表面进行敲击,产生的信号向管片内部传播,并利用传感器/声耦合装置接收到的反射信号,以分析信号的强弱来判断管片背后是否存在脱空缺陷。这种方法充分利用了脱空缺陷对能量反射的影响,相比传统方法更加准确和高效。
其次,本发明对管片底部不同类型缺陷进行参数标定。针对不同类型的缺陷,如未注浆、浆料未凝固、水等,该技术通过实验和数据分析,确定相应的参数标定值。这样,在实际检测过程中,以根据标定值对检测结果进行精确评估和分类,提高了检测的准确性和可靠性。
总体而言,本发明通过引入反射能量强弱的判定方法和参数标定,实现了对地铁管片背后脱空缺陷的准确、高效检测。相比传统方法,本发明具有更好的可操作性和可靠性,为地铁工程质量控制提供了一种创新的解决方案。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种利用弹性波能量特征值检测地铁管片注浆密实度的方法,其特征在于,包括:
采用无损检测设备在不同注浆质量的地铁管片进行检测,得到包括反射信号的波形;
对获得的反射能量信号进行频谱分析,提取振幅谱或功率谱作为代表参数;
根据已知注浆状态与其对应的参考振幅谱或功率谱建立缺陷判定模型;
采用无损检测设备对其他未知状态的地铁管片进行注浆质量检测,通过比对其频谱分析结果与模型进行判断,确定注浆缺陷类型。
2.根据权利要求1所述的利用弹性波能量特征值检测地铁管片注浆密实度的方法,其特征在于,所述无损检测设备包括接触式、非接触式传感器为基础的检测设备或其他适用的无损检测装置。
3.根据权利要求1所述的利用弹性波能量特征值检测地铁管片注浆密实度的方法,其特征在于,所述地铁管片包括混凝土管片、钢筋混凝土管片或其他类型的板状混凝土结构。
4.根据权利要求1所述的利用弹性波能量特征值检测地铁管片注浆密实度的方法,其特征在于,所述注浆状态包括未注浆、未凝固、注浆缺陷和密实状态。
5.根据权利要求1所述的利用弹性波能量特征值检测地铁管片注浆密实度的方法,其特征在于,在频谱分析中,采用傅里叶变换、小波变换、最大熵或其他适用的频谱分析方法,以获取反射能量信号的频谱特征。
6.根据权利要求1所述的利用弹性波能量特征值检测地铁管片注浆密实度的方法,其特征在于,所有模型均基于统计学方法构建。
7.根据权利要求1所述的利用弹性波能量特征值检测地铁管片注浆密实度的方法,其特征在于,还包括结合图像处理技术对开孔后的图像进行分析。
8.根据权利要求1所述的利用弹性波能量特征值检测地铁管片注浆密实度的方法,其特征在于,所述对获得的反射能量信号进行频谱分析,提取振幅谱或功率谱作为代表参数具体为:
通过分析接收到的反射信号强度,记录每个测点反射能量并计算该管片未注浆状态的能量反射均值;在对测试信号进行频谱分析时,采用信号分析的功率谱方法来计算频谱反射总能量E,并计算该状态的能量特征值EA
EA=En (2)
Pi(fi)表示信号在第i测点反射频率为fi时的功率谱密度;n表示总测点数量;
按照公式(3)计算频谱的能量P(f);
其中,P(f)表示频率f时的功率谱密度,T为采样时间长度,x(T)为时域信号,j为虚数单位。
9.根据权利要求8所述的利用弹性波能量特征值检测地铁管片注浆密实度的方法,其特征在于,所述根据已知注浆状态与其对应的参考振幅谱或功率谱建立缺陷判定模型包括:
采用检测设备对不同注浆状态的管片进行检测,按照所述公式(1)、公式(2)、公式(3)分析对应的能量特征值EB、EC、ED
对测得各状态的能量反射值进行排序,确定各状态能量反射的关系EA>EB>EC>ED
建立不同缺陷类型对应的基准:通过已知缺陷管片进行检测及分析,建立不同缺陷类型对应的反射能量基准:
未注浆:[EA,+∞)注浆未凝固:[EB,EA)
注浆缺陷:[EC,EB)注浆局部缺陷:(ED,EC)
注浆合格:(-∞,ED]。
10.根据权利要求1所述的利用弹性波能量特征值检测地铁管片注浆密实度的方法,其特征在于,还包括对待测管片进行检测并对信号进行反射能量分析,分析得到的反射能量与建立的缺陷基准进行分析,判定缺陷类型。
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