铁路隧道无损检测新技术
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✓ 4.1.1 地质雷达法适用于检测衬砌厚度、衬砌背后的回填密实度和衬砌内 部钢架、钢筋等分布；
✓ 5.1.1 声波法包括直达波法和反射波法，应根据不同的检出目的选用。直 达波法适用于检测隧道衬砌表层混凝土质量，判定浅部的典型缺陷，在具 有参照标准的前提下，可推定衬砌表层混凝土的单轴抗压强度等级；反射 波法适用于检测隧道衬砌混凝土厚度、内部缺陷等。
度的提高，分辨力、适用范围等可优于地质雷达；
✓ 冲击回波声频检测结果图识别简单，明了。
IAE与地质雷达的配合
地质雷达与IAE法具有良好的互补性；
✓ 雷达法的优势在于检测效率高，每分钟可测10m左右，还可以透过防 水板，测试初支的状况。而其劣势在于受钢筋网的影响大、对表层脱 空、薄层脱空、混凝土不密实以及水、气共存时的缺陷不敏感；
二衬底部反射信号
弹性波反射走时
典型的IAE法解析画面
冲击回波声频法 典型图例
IAE典型测试图形及验证结果（健全）
冲击回波声频法 典型图例
IAE典型测试图形及验证结果（不密实）
冲击回波声频法 典型图例
IAE典型测试图形及验证结果（局部欠厚）
设计50cm，实际厚度37cm
冲击回波声频法 典型图例
砌
缺
陷
衬砌检测AI自动标识（篮框），左：超厚（ch），右：欠厚（qh）
✓ 结合冲击弹性波IE法与打声（敲击）法的优点； ✓ 采用非接触式的信号采集方法，提高测试稳定性和可靠性； ✓ 采用IE法的分析手段，进而提高对缺陷的检出能力及适用范围。
冲击回波声频法（IAE） 图2-1 现场检测敲击图
衬砌缺陷类型
冲击回波声频法（IAE）典型解析画面
测线走向
设计厚度标定线
基点位置
铁路工程冲击回波声频法检测技术
目录
1
•来自百度文库述
2
•铁路隧道衬砌质量检测及实例
2.1 •相关标准及规程要求
2.2 •IAE法检缺陷类型及典型图例
2.3 •IAE法与雷达对比判定实例
3
•展望
概述
——背景 ——规程情况 ——检测设备
1
行业背景
在列车风压、围岩地压、冻融等循环作用下，衬砌老化迅速 衬砌掉块对高速列车的安全危害极大 国内外已有大量衬砌掉块、脱落事故 总公司对隧道衬砌质量的重视，安全“红线”的相关要求
✓ IAE法的优缺点恰好与雷达法互补，受钢筋、水分影响小，对脱空及 缺陷的检测分辨率高。但测试效率较低、同时受防水板的影响，难以 测试初支及背后岩体状况。
展望 ——1 AI辅助提高检测精度
3
AI辅助提高检测精度
自动标识欠厚、超厚、浅层脱空、深层脱空和不密实等5种缺陷
隧
道
混
凝
土
衬
衬砌检测AI自动标识（篮框），左：不密实（bms），右：深层脱空（sctk）
IAE典型测试图形及验证结果（脱空）
冲击回波声频法 典型图例
IAE典型测试图形及验证结果（脱空、欠厚）
设计45，实际36cm,后有9cm脱空
冲击回波声频法 典型图例
IAE典型测试图形及验证结果（整板欠厚）
设计45，实际36cm
冲击回波声频法 典型实例
IAE典型测试图形及验证结果（表层脱空/剥离）
检测设备 冲击回波声频检测仪（STL-IAES-B）
四大核心优势： ✓非接触式信号采集 ✓有效提高信噪比 ✓可用于移动测试并实时出 结果 ✓可用于不同方向的被测面
6项发明专利
现有相关技术问题点
问
地质雷达 （应用最广泛）
题 点
问 题 敲击法（打声法） 点
1 钢筋影响大，对双层钢筋网下缺陷检测
困难；
2018.11 成昆线青岗山隧道
成都铁路局
0.50
标定数据、密实
2018.11
郑万线重庆段
中铁某工程局 0.42～0.45 缺陷位置已验证
2018.11 黔张常大屏山隧道
成都铁路局
0.45
标定数据、密实
2019.01
郑万线湖北段
国家铁路集团 0.40～0.50 雷达对比、部分验证
2019.02 2019.03
雷达检测结果判定（脱空）
冲击回波声频法判定（密实）
钻孔验证结果（密实）
IAE法与雷达对比判定实例二（银西铁路，2019.01）
通过对比雷达及弹性波数据结 果，在衬砌缺陷为背后空洞/厚度 不足时，疑似在空洞正上方测面数 左拱腰DK22+471-475测试图（左：声频 右：雷达） 据呈现低频，在等值线云图中出现 中部不连续的图样；
脱空位置
脱空位置
IAE法与雷达对比判定实例一（郑万铁路A隧道，2019.2.19-2019.3.1）
采用冲击回波声频（IAE）法对某隧道进口拱顶检测15处，经声频 （IAE法）检测结果判定在二衬结构内部存在3处脱空、3处不密实、其余 9处密实。现场开孔验证11孔，对比表如下：
表3-3-12 某隧道进口（拱顶）开孔验证结果对比表
5
5
某检测中心
3
3
正解率 91% 96% 100%
100% 100% 100%
新检测技术（IAE）优点
冲击回波声频法（IAE）的优点
✓ 非接触式检测，理论上可实现快速移动测试，提高效率；
✓ 杜绝接触造成的共振频率，重复性、稳定性很好； ✓ 不受钢筋影响，测试精度高； ✓ 对衬砌内缺陷、厚度的检测能力较地质雷达、打声法有大幅
左拱顶DK21+552-556测试图（左：声频 右：雷达）
IAE法与雷达对比判定实例二（银西铁路，2019.08）
钻孔验证结果（脱空）
钻孔验证结果（脱空欠厚）
钻孔验证结果（脱空）
IAE法与雷达对比判定实例二（银西铁路，2019.08）
钻孔验证结果（厚度不足、脱空）
钻孔验证结果（脱空欠厚）
案例三（张吉怀铁路，2019.03）
验证精度
测试日期 2019.01 2019.02 2019.03
2019.04 2019.08 2019.09
测试地点 郑万客专 郑万客专 张吉怀客专
太焦铁路 银西铁路 张吉怀铁路
验证单位
钻孔数量 正解数量
中铁某工程局
11
10
中铁某工程局
24
23
张吉怀客专线各个
施工单位
24
24
中铁某工程局
6
6
中铁某工程局
规程要求
《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10417-2018） 《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2018）
✓ 9.3.6 衬砌实体混凝土的强度检测方法：采用回弹法检测，当回弹检测结 果小于设计值时，对该组混凝土进行钻芯取样检测）；
✓ 9.3.7 衬砌实体混凝土的厚度、密实度...检测方法：地质雷达法配合敲击 法
利用一个短时的瞬态冲击（用一个小球或者小锤轻敲混凝土表面）产生冲击 弹性波，应力波传播到结构内部，被缺陷和构件底面反射回来。
本技术采用拾声器拾取被测体的振 动信号，并传送到信号处理仪器；将所 记录的信号进行分析，从而确定结构的 厚度和缺陷的位置。
冲击回波声频法（IAE）
冲击回波声频（IAE）法的开发：思路与方法
钻孔验证结果（脱空、欠厚45/30）
声频检测技术案例汇总
测试日期 2018.10 2018.10 2018.11
测试地点 黔张常蒲草沟隧道 成昆线大坪山隧道
银西铁路
委托单位 成都铁路局 成都铁路局 中铁西北科研院
设计厚度
备注
0.50 雷达对比、部分验证
0.40 雷达对比、部分验证
0.40～0.50 雷达对比、部分验证
开孔比较
IAE
地质雷达
完全一致
9
1
基本一致
1
4
不一致
1
6
IAE法与雷达对比判定实例一（郑万铁路A隧道，2019.2.19-2019.3.1） 160-176
雷达检测结果判定（轻微脱空）
冲击回波声频法判定（脱空、欠厚）
钻孔验证结果（脱空、欠厚45/36）
IAE法与雷达对比判定实例一（郑万铁路A隧道，2019.2.19-2019.3.1） 887-894
检测主要项目
隧道衬砌厚度 脱空：初支、二衬 衬砌内部缺陷：脱空、不密实 混凝土强度
规程要求
《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》（TB10223-2004）
✓ 1.0.2 铁路隧道衬砌…检测内容包括衬砌的厚度、强度、背后回填密实度 和内部缺陷；
✓ 1.0.3 地质雷达法和声波法可根据不同的检测内容和要求选用；
案例三（张吉怀铁路，素混，2019.09） 570-582
0
0.45
0.9
1.35
雷达检测结果判定（未判定）
冲击回波声频法判定（脱空、欠厚）
钻孔验证结果（脱空、欠厚45/26）
案例三（张吉怀铁路，素混，2019.09） 534-546
0
0.45
0.9
1.35
雷达检测结果判定（未判定）
冲击回波声频法判定（脱空、欠厚）
2019.03 2019.04
郑万线重庆段 张吉怀客专
赣深客专 太焦铁路
中铁某工程局 张吉怀客专线各施
工单位 广铁集团深圳工程
公司 中铁隧道局集团
0.40～0.55 0.40～0.50 0.40～0.55 0.40～0.55
测试4500m 约20条隧道，部分验
证
7条隧道
2条隧道
声频检测技术案例汇总
2 对脱空型缺陷分辨力低，特别是含水、
薄层状态；
3 对浅部缺陷分辨力低；
1 测试深度范围一般不超过15cm；
2 缺乏客观判定标准、人为因素大
铁路隧道衬砌质量检测及实例 ——1 冲击回波声频法检测原理 ——2 IAE法检缺陷类型及典型图例 ——3 IAE法与雷达对比判定实例
2
冲击回波声频检测原理（IAE）
✓ 5.1.1 声波法包括直达波法和反射波法，应根据不同的检出目的选用。直 达波法适用于检测隧道衬砌表层混凝土质量，判定浅部的典型缺陷，在具 有参照标准的前提下，可推定衬砌表层混凝土的单轴抗压强度等级；反射 波法适用于检测隧道衬砌混凝土厚度、内部缺陷等。
度的提高，分辨力、适用范围等可优于地质雷达；
✓ 冲击回波声频检测结果图识别简单，明了。
IAE与地质雷达的配合
地质雷达与IAE法具有良好的互补性；
✓ 雷达法的优势在于检测效率高，每分钟可测10m左右，还可以透过防 水板，测试初支的状况。而其劣势在于受钢筋网的影响大、对表层脱 空、薄层脱空、混凝土不密实以及水、气共存时的缺陷不敏感；
二衬底部反射信号
弹性波反射走时
典型的IAE法解析画面
冲击回波声频法 典型图例
IAE典型测试图形及验证结果（健全）
冲击回波声频法 典型图例
IAE典型测试图形及验证结果（不密实）
冲击回波声频法 典型图例
IAE典型测试图形及验证结果（局部欠厚）
设计50cm，实际厚度37cm
冲击回波声频法 典型图例
砌
缺
陷
衬砌检测AI自动标识（篮框），左：超厚（ch），右：欠厚（qh）
✓ 结合冲击弹性波IE法与打声（敲击）法的优点； ✓ 采用非接触式的信号采集方法，提高测试稳定性和可靠性； ✓ 采用IE法的分析手段，进而提高对缺陷的检出能力及适用范围。
冲击回波声频法（IAE） 图2-1 现场检测敲击图
衬砌缺陷类型
冲击回波声频法（IAE）典型解析画面
测线走向
设计厚度标定线
基点位置
铁路工程冲击回波声频法检测技术
目录
1
•来自百度文库述
2
•铁路隧道衬砌质量检测及实例
2.1 •相关标准及规程要求
2.2 •IAE法检缺陷类型及典型图例
2.3 •IAE法与雷达对比判定实例
3
•展望
概述
——背景 ——规程情况 ——检测设备
1
行业背景
在列车风压、围岩地压、冻融等循环作用下，衬砌老化迅速 衬砌掉块对高速列车的安全危害极大 国内外已有大量衬砌掉块、脱落事故 总公司对隧道衬砌质量的重视，安全“红线”的相关要求
✓ IAE法的优缺点恰好与雷达法互补，受钢筋、水分影响小，对脱空及 缺陷的检测分辨率高。但测试效率较低、同时受防水板的影响，难以 测试初支及背后岩体状况。
展望 ——1 AI辅助提高检测精度
3
AI辅助提高检测精度
自动标识欠厚、超厚、浅层脱空、深层脱空和不密实等5种缺陷
隧
道
混
凝
土
衬
衬砌检测AI自动标识（篮框），左：不密实（bms），右：深层脱空（sctk）
IAE典型测试图形及验证结果（脱空）
冲击回波声频法 典型图例
IAE典型测试图形及验证结果（脱空、欠厚）
设计45，实际36cm,后有9cm脱空
冲击回波声频法 典型图例
IAE典型测试图形及验证结果（整板欠厚）
设计45，实际36cm
冲击回波声频法 典型实例
IAE典型测试图形及验证结果（表层脱空/剥离）
检测设备 冲击回波声频检测仪（STL-IAES-B）
四大核心优势： ✓非接触式信号采集 ✓有效提高信噪比 ✓可用于移动测试并实时出 结果 ✓可用于不同方向的被测面
6项发明专利
现有相关技术问题点
问
地质雷达 （应用最广泛）
题 点
问 题 敲击法（打声法） 点
1 钢筋影响大，对双层钢筋网下缺陷检测
困难；
2018.11 成昆线青岗山隧道
成都铁路局
0.50
标定数据、密实
2018.11
郑万线重庆段
中铁某工程局 0.42～0.45 缺陷位置已验证
2018.11 黔张常大屏山隧道
成都铁路局
0.45
标定数据、密实
2019.01
郑万线湖北段
国家铁路集团 0.40～0.50 雷达对比、部分验证
2019.02 2019.03
雷达检测结果判定（脱空）
冲击回波声频法判定（密实）
钻孔验证结果（密实）
IAE法与雷达对比判定实例二（银西铁路，2019.01）
通过对比雷达及弹性波数据结 果，在衬砌缺陷为背后空洞/厚度 不足时，疑似在空洞正上方测面数 左拱腰DK22+471-475测试图（左：声频 右：雷达） 据呈现低频，在等值线云图中出现 中部不连续的图样；
脱空位置
脱空位置
IAE法与雷达对比判定实例一（郑万铁路A隧道，2019.2.19-2019.3.1）
采用冲击回波声频（IAE）法对某隧道进口拱顶检测15处，经声频 （IAE法）检测结果判定在二衬结构内部存在3处脱空、3处不密实、其余 9处密实。现场开孔验证11孔，对比表如下：
表3-3-12 某隧道进口（拱顶）开孔验证结果对比表
5
5
某检测中心
3
3
正解率 91% 96% 100%
100% 100% 100%
新检测技术（IAE）优点
冲击回波声频法（IAE）的优点
✓ 非接触式检测，理论上可实现快速移动测试，提高效率；
✓ 杜绝接触造成的共振频率，重复性、稳定性很好； ✓ 不受钢筋影响，测试精度高； ✓ 对衬砌内缺陷、厚度的检测能力较地质雷达、打声法有大幅
左拱顶DK21+552-556测试图（左：声频 右：雷达）
IAE法与雷达对比判定实例二（银西铁路，2019.08）
钻孔验证结果（脱空）
钻孔验证结果（脱空欠厚）
钻孔验证结果（脱空）
IAE法与雷达对比判定实例二（银西铁路，2019.08）
钻孔验证结果（厚度不足、脱空）
钻孔验证结果（脱空欠厚）
案例三（张吉怀铁路，2019.03）
验证精度
测试日期 2019.01 2019.02 2019.03
2019.04 2019.08 2019.09
测试地点 郑万客专 郑万客专 张吉怀客专
太焦铁路 银西铁路 张吉怀铁路
验证单位
钻孔数量 正解数量
中铁某工程局
11
10
中铁某工程局
24
23
张吉怀客专线各个
施工单位
24
24
中铁某工程局
6
6
中铁某工程局
规程要求
《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10417-2018） 《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2018）
✓ 9.3.6 衬砌实体混凝土的强度检测方法：采用回弹法检测，当回弹检测结 果小于设计值时，对该组混凝土进行钻芯取样检测）；
✓ 9.3.7 衬砌实体混凝土的厚度、密实度...检测方法：地质雷达法配合敲击 法
利用一个短时的瞬态冲击（用一个小球或者小锤轻敲混凝土表面）产生冲击 弹性波，应力波传播到结构内部，被缺陷和构件底面反射回来。
本技术采用拾声器拾取被测体的振 动信号，并传送到信号处理仪器；将所 记录的信号进行分析，从而确定结构的 厚度和缺陷的位置。
冲击回波声频法（IAE）
冲击回波声频（IAE）法的开发：思路与方法
钻孔验证结果（脱空、欠厚45/30）
声频检测技术案例汇总
测试日期 2018.10 2018.10 2018.11
测试地点 黔张常蒲草沟隧道 成昆线大坪山隧道
银西铁路
委托单位 成都铁路局 成都铁路局 中铁西北科研院
设计厚度
备注
0.50 雷达对比、部分验证
0.40 雷达对比、部分验证
0.40～0.50 雷达对比、部分验证
开孔比较
IAE
地质雷达
完全一致
9
1
基本一致
1
4
不一致
1
6
IAE法与雷达对比判定实例一（郑万铁路A隧道，2019.2.19-2019.3.1） 160-176
雷达检测结果判定（轻微脱空）
冲击回波声频法判定（脱空、欠厚）
钻孔验证结果（脱空、欠厚45/36）
IAE法与雷达对比判定实例一（郑万铁路A隧道，2019.2.19-2019.3.1） 887-894
检测主要项目
隧道衬砌厚度 脱空：初支、二衬 衬砌内部缺陷：脱空、不密实 混凝土强度
规程要求
《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》（TB10223-2004）
✓ 1.0.2 铁路隧道衬砌…检测内容包括衬砌的厚度、强度、背后回填密实度 和内部缺陷；
✓ 1.0.3 地质雷达法和声波法可根据不同的检测内容和要求选用；
案例三（张吉怀铁路，素混，2019.09） 570-582
0
0.45
0.9
1.35
雷达检测结果判定（未判定）
冲击回波声频法判定（脱空、欠厚）
钻孔验证结果（脱空、欠厚45/26）
案例三（张吉怀铁路，素混，2019.09） 534-546
0
0.45
0.9
1.35
雷达检测结果判定（未判定）
冲击回波声频法判定（脱空、欠厚）
2019.03 2019.04
郑万线重庆段 张吉怀客专
赣深客专 太焦铁路
中铁某工程局 张吉怀客专线各施
工单位 广铁集团深圳工程
公司 中铁隧道局集团
0.40～0.55 0.40～0.50 0.40～0.55 0.40～0.55
测试4500m 约20条隧道，部分验
证
7条隧道
2条隧道
声频检测技术案例汇总
2 对脱空型缺陷分辨力低，特别是含水、
薄层状态；
3 对浅部缺陷分辨力低；
1 测试深度范围一般不超过15cm；
2 缺乏客观判定标准、人为因素大
铁路隧道衬砌质量检测及实例 ——1 冲击回波声频法检测原理 ——2 IAE法检缺陷类型及典型图例 ——3 IAE法与雷达对比判定实例
2
冲击回波声频检测原理（IAE）