[发明专利]隧道衬砌地质雷达响应特征的模拟试验装置及其试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种隧道衬砌质量检测的试验装置，特别涉及一种用于探测隧道衬砌在地质雷达中响应特征的试验装置及其方法。

背景技术

随着我国经济的发展，隧道作为跨越复杂地形，缓解交通压力的重要方式得到了巨大发展。但是隧道施工中不可预见因素较多，容易形成隧道衬砌不密实与脱空、衬砌内裂缝、空洞与回填疏松地段积水、钢筋分布与设计不符等质量问题。为了保证衬砌质量以确保隧道的安全性，隧道衬砌质量检测十分重要。隧道主体部分为隐蔽工程，工程质量检测较为困难。地质雷达作为一种无损探测方法，探测精度高，对分界面反应灵敏，无损高效，是隧道衬砌质量检测中一种理想的方法。

为了保证地质雷达检测隧道衬砌质量的准确性，需要进行大量的试验，以确定隧道衬砌中各种结构与病害在地质雷达中的响应特征。但由于隧道主体工程的隐蔽性，在实际隧道中很难得知所探测隧道的具体质量情况，因而也就无法开展试验。为了研究隧道衬砌结构与病害在地质雷达中的响应特征，制作专门的可重复使用的试验装置势在必行。

现在一些研究机构或专门的检测公司可能进行过相关的试验，但还没有任何的机构或个人提出一套完整的、系统性的、专门用于模拟隧道衬砌质量情况以获得相对应地质雷达响应特征的试验装置，在针对性、全面性及可重用性方面还有着很大的不足。

发明内容

为解决现有技术存在的上述不足，本发明提供一种结构简单、操作方便、针对性、全面性及可重用性强的隧道衬砌地质雷达响应特征的模拟试验装置及其方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

隧道衬砌地质雷达响应特征的模拟试验装置，包括由混凝土制成的主体模型，所述主体模型上设有若干卡槽，所述卡槽内部设有与所述卡槽相匹配的用以模拟不同衬砌结构类型或不同地质病害的混凝土模拟部件；所述混凝土模拟部件与所述主体模型组合形成整体模型，使用地质雷达在所述整体模型上方进行探测，获得所述不同衬砌结构在地质雷达中的响应特征。

所述卡槽为矩形卡槽；所述混凝土模拟部件数量多于所述卡槽的数量；所述卡槽间的间距大于5cm。

所述主体模型采用隧道衬砌中使用的混凝土型号，按实际衬砌等比例浇筑而成；所述卡槽由浇筑所述主体模型时，在模具中的相应位置置入矩形工程塑料板所制成。

所述混凝土模拟部件包括设于外部的工程塑料板，和在所述工程塑料板内浇筑形成的混凝土，通过在所述混凝土模拟部件内部设置相应的构件来模拟不同的衬砌结构类型，不同类型的所述混凝土模拟部件的组合方式模拟不同的工程情况。

所述混凝土模拟部件由纯混凝土浇筑而成，外形为纯混凝土柱或纯混凝土板。

所述混凝土模拟部件为柱体，部件内部沿柱体纵向设有用以模拟衬砌中钢筋网的钢筋、或设有用以模拟衬砌中钢拱架的型钢。

所述混凝土模拟部件为柱体，部件内部沿柱体纵向中间布有设定厚度的、且界面起伏的用以模拟隧道衬砌混凝土脱空情况的混凝土脱空段。

所述混凝土模拟部件内部设有用以模拟衬砌中病害的大小不一的空腔。

所述空腔上部连接水平的出水管，下部连接水平的输水管，所述输水管通过水泵与水箱连接；电脑与所述水泵相连，控制注水量，以模拟同一空腔在不同注水量下的不同情况。

隧道衬砌地质雷达响应特征的模拟试验方法，包括以下步骤：

步骤1：根据所要模拟的隧道衬砌段的质量情况，确定混凝土模拟部件的种类、数量和排布方式；

步骤2：选择相应的混凝土模拟部件，插入主体模型的相应卡槽中，组成整体模型；

步骤3：使用地质雷达对各个混凝土模拟部件与主体模型组合而成的整体模型进行探测，获得所模拟的此种隧道衬砌质量情况在地质雷达中的响应特征。

本发明具有以下有益效果：

本发明提出了一种隧道衬砌地质雷达响应特征的模拟试验装置，该装置实现了简单便捷的模拟隧道衬砌(包括混凝土、钢筋网、钢拱架及各种常见病害)以供地质雷达进行检测试验。该装置与实际衬砌等比例浇筑，且使用的混凝土和钢筋均与实际隧道衬砌中的相同，针对性强，符合实际情况，模拟效果好。

更换卡槽内的混凝土模拟部件种类即可模拟不同工程情况。卡槽间距大于5cm，可以保证主体模型具有足够的强度和稳定性。

所述混凝土模拟部件由外部的矩形工程塑料板和在塑料板中浇筑的混凝土组成。部件插入卡槽时两者间由工程塑料板连接，接触面较为光滑，便于操作，且接触更为紧密。工程塑料的厚度不大，每层3毫米，两层相加仅为6毫米，并且工程塑料对电磁波无干扰，因而工程塑料对地质雷达探测结果影响较小。