铁路隧道衬砌质量冲击回波声频法检测指南SCIT-1-DG-002-2019-C

铁路隧道衬砌质量冲击回波声频法检测指南
（V1.02）
目录
铁路隧道衬砌质量冲击回波声频法检测指南 (1)
第1章适用对象及范围 (1)
第2章技术规范 (1)
第3章检测设备 (1)
3.1隧道衬砌缺陷检测设备 (1)
第4章检测方法及原理 (2)
4.1冲击回波声频法 (2)
4.2标定 (3)
第5章隧道衬砌缺陷检测准备工作 (3)
5.1施工方需配合内容 (3)
5.2自备物品清单 (3)
第6章测线布置方案及注意事项 (3)
6.1测线布置 (3)
6.2注意事项 (4)
第7章现场检测 (5)
7.1测点间距处理 (5)
7.2文件命名设置 (5)
7.3检测波形特征 (5)
第8章数据分析及判定 (6)
8.1分析主要参数设置及说明 (6)
8.2声频隧道二衬厚度及内部缺陷检测判定 (7)
8.2.1 冲击回波声频法（IAE）检测结果图形 (7)
8.2.2 缺陷类型的说明 (8)
8.2.3 缺陷类型的判断 (9)
版本修订说明 (14)
技术支持 ............................................................................................................. 错误!未定义书签。

铁路隧道衬砌质量冲击回波声频法检测指南
第1章适用对象及范围
适用于铁路隧道衬砌及类似板状混凝土内部质量及缺陷检测，检测内容包含衬砌厚度、脱空、不密实等质量检测，检测范围0.05-1m。

第2章技术规范
1、《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》（TB10223-2004）；
2、《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10417-2018）；
3、《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2018）。

第3章检测设备
3.1隧道衬砌缺陷检测设备
本次隧道衬砌缺陷检测采用的设备是由四川升拓检测技术股份有限公司研发的冲击回波声频检测仪（STL-IAES-B），仪器外观如下图(图3-1)。

图3-1 冲击回波声频检测仪（STL-IAES-B）
温馨提示：声频隔音筒连接CH0通道，TTL锤连接CH1通道。

第4章检测方法及原理
4.1冲击回波声频法
为给隧道质量评估提供技术支撑，我公司开发了基于声频的非接触、移动式的工程无损检测方法“冲击回波声频法，Impact Acoustic Echo method，IAE”
IAE法的出发点就是利用专业拾声器代替拾振传感器来拾取被测体的振动信号，并引入IE法的分析方法，从而结合两种方法的优点，研究开发出的一套崭新的无损检测技术体系。

图4-1冲击回波声频法检测示意图
该方法是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）产生低频的应力波，应力波传播到结构内部，被缺陷和构件底面反射回来，本系统采用专业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。

图4-2 冲击回波声频法检测过程示意图
该检测方法结合了弹性波冲击回波法和打声法的优点，是基于声频的非接触、移动式的无损检测方法。

“冲击回波声频法”对浅层缺陷、数十厘米深的缺陷均能较好识别，虽然工效目前赶不上地质雷达，但其避免了雷达受钢筋影响大，对浅层缺陷不敏感等不足，该方法与地质雷达在工效与精度、整体初探与局部细查方面形成互补。

4.2标定
针对现场测试用波速，应对结构进行标定确定：
对于素混结构，可根据需要采用钻孔取芯(二衬)或其他可靠结果进行验证冲击回波声频检测波速；
对于钢混结构，应根据需要采用钻孔取芯(二衬)进行验证冲击回波声频检测波速。

若对于无现场标定条件，可根据TB10223-2004《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》中表5.4.1，结合设计混凝土强度选择参考波速，如下：
第5章隧道衬砌缺陷检测准备工作
5.1施工方需配合内容
1）提供施工桩号资料、设计基本参数表（纸质）、施工过程中记录资料等。

2）施工方需准备内容：
1、检测台车（同雷达检测）；
2、安全帽、安全绳2个、喷漆1个、辅助工人1名；
3）其他合理的配合事情。

5.2自备物品清单
1）手电2把、对讲机2个、反光背心/每人、口罩若干。

第6章测线布置方案及注意事项
6.1测线布置
测线布置方式为沿隧道纵向布置5条测线，分别为拱顶、左右拱腰、
及左右边墙，也可根据实际检测要求适当调整测线。

图6-1 冲击回波声频法检测测线布置示意图
注:在检测过程中,由于环境的影响,冲击回波声频法检测前行中测线位置会略有偏差,检测数据只针对测线区域。

6.2注意事项
在检测工作开展前，施工单位的测绘人员先期在隧道的边墙上各施工缝位置标定清楚里程桩号，要求标记准确清晰。

隧道衬砌缺陷检测属于危险的高空作业，必须注意以下事项：
1、在测试前，请施工单位将测试段落上的车辆、杂物等清理干净，方便测试装载机或测试人员通过。

2、操作设备人员必须佩戴安全帽、腰系安全带、手带手套、操作平台的防护围栏必须高过工人的腰部。

3、在测试隧道拱腰时，操作设备人员的手必须高过平台防护围栏的高度，手扶围栏时绝对禁止手扶靠近衬砌且与衬砌平行的围栏，以免夹上人员的手臂或手掌。

4、在测试拱顶和拱腰时，操作设备人员旁的观测工人应该随时注意围栏与拱顶、拱腰的距离，指挥装载机司机操作平台的空间位置，防止撞上衬砌导致平台垮塌，酿成大事故，一定注意
5、在装载机驾驶室旁安排一名传令工人接收平台上的观测工人的距离指挥
指令来指挥装载机司机操作平台和开进装载机；在装载机前方也应安排一名工人指挥装载机前进，因有时司机看不清前方的道路。

第7章现场检测
现场首先进行测线、测点的布置，沿测试轴线的方向，以扫描的形式逐点进行激振和接收信号。

7.1测点间距处理
隧道衬砌缺陷检测测点间距布置宜为0.5m，或在采用雷达方检测存在疑似缺陷位置可适当减小测点间距，一般为0.2m。

【提示】：激振点与拾声器轴心之间的距离为0.1m左右。

图7-1 现场检测敲击图
7.2文件命名设置
1、文件命名：测试数据以一个浇筑段为一个文件，一般为12m，测试文件命名一般采用测线位置+里程桩号，如：ZGY-DK100+112-124。

其中ZGY指测线位置左拱腰，DK100+112-124指所测试的浇筑段里程桩号。

7.3检测波形特征
隧道衬砌缺陷检测时，最重要的是需要做好隔音，其测试波形应具有以下
特征：
1、整体呈现明显的信号衰减趋势，无异常干扰信号混入；
2、波形中频率成分比较单一，正常声频波形图参见下图。

图7-2 声频正常测试波形图
隧道衬砌缺陷检测时，应时刻注意声频隔音筒与测试面的贴合，若贴合不佳，其测试波形中噪声成分会比较明显，如下：
图7-3 声频非正常波形图（隔音筒未良好隔音）
第8章数据分析及判定
8.1分析主要参数设置及说明
数据分析步骤大致如下：
1、数列变换：将测试波形数列变换显示在一个数据解析页面；
2、海明窗滤波：对声频数据进行波形信号处理；
3、频谱解析：对波形数据进行频谱分析，转换频谱图；
4、等值线绘画：对频谱数据进行等值线绘画，以便进行结果位置及判定。

其中，频谱解析参数设置大致如下：
图8-1 频谱解析设定
【解析方式】选择“MEM ”；
【纵坐标模式】选择“标准”；
【设置】选择“振幅归一化”；
【MEM 解析设定】选择“自动最优化”，计算最长时间可设为0.5，计算最短时间设为0.003，计算时间间隔设为0.001（或自动)。

8.2 声频隧道二衬厚度及内部缺陷检测判定
8.2.1 冲击回波声频法（IAE ）检测结果图形
下图为一典型的IAE 法检测结果图形。

其中：
1） 横轴（水平轴）表示弹性波一个来回的时间（单位：ms ）；
2） 纵轴（垂直轴）表示检测的测点位置；
3） 蓝色竖线为设计厚度位置；
4） 红、黄色部分表示能量集中区域。

其与激振点平面的距离H 按下式计算：
()2
/T V H p ⋅= p V 为检测用波速，可通过现场标定取得。

图8-2 典型的IAE 法解析画面 8.2.2 缺陷类型的说明
隧道二衬的主要状况和缺陷可以分为以下几类：
1）衬砌本身完好
（1） 厚度不符合设计要求，过厚或过薄；
（2） 施工缝及止水带附近；
2）衬砌混凝土材质差、不密实，存在骨料离散、大、小空洞等；测线走向
3）衬砌完整性差，存在脱空面、裂缝面等
（1） 脱空：二衬内存在与衬砌表面平行的不连续面。

根据其所处的深度位置， 又可以分为浅层、中层及深层脱空；
（2） 裂缝：二衬内存在与衬砌表面垂直的不连续面。

图8-3 衬砌本身完好的类型示意
测线走向
基点位置 弹性波反射走时
设计厚度标定线
二衬底部反射信号
图8-4 衬砌缺陷的类型示意
8.2.3
缺陷类型的判断
1） 健全部位
(1) 二衬结构材质均匀，二衬厚度一致，与设计厚度标定线（蓝线）重合
图8-5 健全部位的云图（色版-1）
图8-6 健全部位的实测示例图（色版-1）
(2) 板的厚度有变化
板底部反射信号平直，与设计厚度标定线重合
板底之前无明显反射信号
健全密实
图8-7 厚度不足的云图（色版-Ⅱ-A））
图8-8 厚度超厚的云图（色版-Ⅱ-B）
超厚位置欠厚位置
图8-9 厚度变化的实测示例图（色版-Ⅱ）(3)施工缝
图8-10 施工缝位置的云图（色版-Ⅲ）
施工缝位置
图8-11 施工缝位置的实测示例图（色版-Ⅲ）
2）衬砌混凝土材质差、不密实
图8-12 内部不密实缺陷部位的云图（色版-Ⅳ）内部不密实
图8-13 内部不密实缺陷部位的实测示例图（色版-Ⅳ）3）脱空缺陷
(1)表（浅）层脱空
图8-14 表（浅）层脱空缺陷的云图（色版-Ⅴ-A ）
图8-15 表（浅）层脱空缺陷部位的实测示例图（色版-Ⅴ-A ）
(2) 中层脱空
图8-16 二衬内部脱空型缺陷的检测云图（色版-V-B ）
图8-17 二衬内部脱空型部位的实测示例图（色版-V-B ）
(3) 深层脱空
中层脱空
板底信号延迟严重
微弱连续反射信号
图8-18 深层脱空缺陷的云图（色版-V-C）
深层脱空
图8-19 深层脱空缺陷部位的实测示例图（色版-V-C）
版本修订说明
V1.00: 2019年4月12日，整理文稿并形成初稿。

V1.01: 2019年6月12日，增加无波速标定时参考用波速，修改了现场检测照片，增加文件命名方式，增加现场实测案例示意图。

V1.02: 2019年11月30日，删除TTL外触发参数设置。