隧道襯砌地質雷達響應特征的模擬試驗裝置及其試驗方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種隧道襯砌質量檢測的試驗裝置，特別涉及一種用于探測隧道襯砌在地質雷達中響應特征的試驗裝置及其方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國經濟的發展，隧道作為跨越復雜地形，緩解交通壓力的重要方式得到了巨大發展。但是隧道施工中不可預見因素較多，容易形成隧道襯砌不密實與脫空、襯砌內裂縫、空洞與回填疏松地段積水、鋼筋分布與設計不符等質量問題。為了保證襯砌質量以確保隧道的安全性，隧道襯砌質量檢測十分重要。隧道主體部分為隱蔽工程，工程質量檢測較為困難。地質雷達作為一種無損探測方法，探測精度高，對分界面反應靈敏，無損高效，是隧道襯砌質量檢測中一種理想的方法。
[0003]為了保證地質雷達檢測隧道襯砌質量的準確性，需要進行大量的試驗，以確定隧道襯砌中各種結構與病害在地質雷達中的響應特征。但由于隧道主體工程的隱蔽性，在實際隧道中很難得知所探測隧道的具體質量情況，因而也就無法開展試驗。為了研究隧道襯砌結構與病害在地質雷達中的響應特征，制作專門的可重復使用的試驗裝置勢在必行。
[0004]現在一些研究機構或專門的檢測公司可能進行過相關的試驗，但還沒有任何的機構或個人提出一套完整的、系統性的、專門用于模擬隧道襯砌質量情況以獲得相對應地質雷達響應特征的試驗裝置，在針對性、全面性及可重用性方面還有著很大的不足。
【發明內容】
[0005]為解決現有技術存在的上述不足，本發明提供一種結構簡單、操作方便、針對性、全面性及可重用性強的隧道襯砌地質雷達響應特征的模擬試驗裝置及其方法。
[0006]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0007]隧道襯砌地質雷達響應特征的模擬試驗裝置，包括由混凝土制成的主體模型，所述主體模型上設有若干卡槽，所述卡槽內部設有與所述卡槽相匹配的用以模擬不同襯砌結構類型或不同地質病害的混凝土模擬部件；所述混凝土模擬部件與所述主體模型組合形成整體模型，使用地質雷達在所述整體模型上方進行探測，獲得所述不同襯砌結構在地質雷達中的響應特征。
[0008]所述卡槽為矩形卡槽；所述混凝土模擬部件數量多于所述卡槽的數量；所述卡槽間的間距大于5cm。
[0009]所述主體模型采用隧道襯砌中使用的混凝土型號，按實際襯砌等比例澆筑而成；所述卡槽由澆筑所述主體模型時，在模具中的相應位置置入矩形工程塑料板所制成。
[0010]所述混凝土模擬部件包括設于外部的工程塑料板，和在所述工程塑料板內澆筑形成的混凝土，通過在所述混凝土模擬部件內部設置相應的構件來模擬不同的襯砌結構類型，不同類型的所述混凝土模擬部件的組合方式模擬不同的工程情況。
[0011]所述混凝土模擬部件由純混凝土澆筑而成，外形為純混凝土柱或純混凝土板。
[0012]所述混凝土模擬部件為柱體，部件內部沿柱體縱向設有用以模擬襯砌中鋼筋網的鋼筋、或設有用以模擬襯砌中鋼拱架的型鋼。
[0013]所述混凝土模擬部件為柱體，部件內部沿柱體縱向中間布有設定厚度的、且界面起伏的用以模擬隧道襯砌混凝土脫空情況的混凝土脫空段。
[0014]所述混凝土模擬部件內部設有用以模擬襯砌中病害的大小不一的空腔。
[0015]所述空腔上部連接水平的出水管，下部連接水平的輸水管，所述輸水管通過水栗與水箱連接；電腦與所述水栗相連，控制注水量，以模擬同一空腔在不同注水量下的不同情況。
[0016]隧道襯砌地質雷達響應特征的模擬試驗方法，包括以下步驟:
[0017]步驟1:根據所要模擬的隧道襯砌段的質量情況，確定混凝土模擬部件的種類、數量和排布方式；
[0018]步驟2:選擇相應的混凝土模擬部件，插入主體模型的相應卡槽中，組成整體模型；
[0019]步驟3:使用地質雷達對各個混凝土模擬部件與主體模型組合而成的整體模型進行探測，獲得所模擬的此種隧道襯砌質量情況在地質雷達中的響應特征。
[0020]本發明具有以下有益效果:
[0021]本發明提出了一種隧道襯砌地質雷達響應特征的模擬試驗裝置，該裝置實現了簡單便捷的模擬隧道襯砌(包括混凝土、鋼筋網、鋼拱架及各種常見病害)以供地質雷達進行檢測試驗。該裝置與實際襯砌等比例澆筑，且使用的混凝土和鋼筋均與實際隧道襯砌中的相同，針對性強，符合實際情況，模擬效果好。
[0022]更換卡槽內的混凝土模擬部件種類即可模擬不同工程情況。卡槽間距大于5cm，可以保證主體模型具有足夠的強度和穩定性。
[0023]所述混凝土模擬部件由外部的矩形工程塑料板和在塑料板中澆筑的混凝土組成。部件插入卡槽時兩者間由工程塑料板連接，接觸面較為光滑，便于操作，且接觸更為緊密。工程塑料的厚度不大，每層3毫米，兩層相加僅為6毫米，并且工程塑料對電磁波無干擾，因而工程塑料對地質雷達探測結果影響較小。
[0024]混凝土模擬部件內部布有大小形狀不一的空腔，可以模擬襯砌中的裂隙、空洞等病害。空腔由澆筑混凝土時置入塑料盒或小木箱形成。
[0025]特定空腔可與充排水系統相連，可以模擬積水空洞。
[0026]本發明可模擬隧道襯砌混凝土、鋼筋網、鋼拱架等結構與襯砌不密實與脫空、裂縫、空洞、積水、鋼筋分布與設計不符等病害，可全面地模擬實際襯砌質量檢測中遇到的各種情況。
[0027]本發明只需改變卡槽中插入的混凝土模擬部件的種類即可模擬多種不同的情況，具有很好的可重用性。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發明主體模型主視圖；
[0029]圖2為本發明混凝土部件與卡槽連接處示意圖；
[0030]圖3為本發明純混凝土柱主視圖；
[0031]圖4為本發明純混凝土柱主視圖左視圖；
[0032]圖5為本發明鋼筋混凝土柱主視圖；
[0033]圖6為本發明鋼筋混凝土柱左視圖；
[0034]圖7為本發明鋼拱架混凝土柱主視圖；
[0035]圖8為本發明鋼拱架混凝土柱左視圖；
[0036]圖9為本發明空腔混凝土柱主視圖；
[0037]圖10為本發明空腔混凝土柱左視圖；
[0038]圖11為本發明純混凝土板主視圖；
[0039]圖12為本發明純混凝土板左視圖；
[0040]圖13為本發明脫空混凝土板主視圖；
[0041]圖14為本發明脫空混凝土板左視圖；
[0042]圖15為本發明注水排水裝置示意圖；
[0043]圖16為本發明示例I整體模型主視圖；
[0044]圖17為本發明示例2整體模型主視圖。
[0045]圖中:1.主體模型，2.鋼筋，3.H形型鋼，4.空腔，5.pvc管，6.水栗，7.水箱，8.控制電腦，9.主體模型塑料板，10.卡槽，11.混凝土，12.部件塑料板。
【具體實施方式】
[0046]實施例1:
[0047]下面通過具體實例和附圖對本發明進行進一步的闡述，應當指出的是，以下所揭露的僅為本發明的一種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利范圍，在不脫離本發明原理的前提下，本領域技術人員還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
[0048]隧道襯砌地質雷達響應特征的模擬試驗裝置，包括:預留有多個貫穿模型的矩形卡槽10的主體模型1，與卡槽10大小相對應的矩形混凝土部件(包含模擬鋼筋、鋼拱架、空腔、裂隙的混凝土柱和模擬脫空的混凝土板)，以及與包含空腔的混凝土部件配套的充排水系統。將混凝土部件插入卡槽10中組成整體模型以供試驗，不同的組合方式模擬不同的情況，
[0049]主體模型I由隧道襯砌中常用的C30混凝土與實際襯砌等比例澆筑而成。
[0050]卡槽10由澆筑主體模型I時在模具中置入矩形主體模型塑料板9形成。
[0051]矩形混凝土部件由外部的矩形部件塑料板12和在塑料板中澆筑的混凝土 11組成。部件插入卡槽10時兩者間由工程塑料板9連接，接觸面較為光滑，便于操作，且接觸更為緊密。工程塑料的厚度不大，每層3毫米，兩層相加僅為6毫米，并且工程塑料對電磁波無干擾，因而工程塑料對地質雷達探測結果影響較小。
[0052]矩形混凝土部件包括純混凝土柱、鋼筋混凝土柱、鋼拱架混凝土柱、空腔混凝土柱、純混凝土板和脫空混凝土板。
[0053]純混凝土柱由C30混凝土饒筑而成，模擬普通襯砌混凝土。
[0054]鋼筋混凝土柱由C30混凝土澆筑而成，里面布有一根鋼筋2，模擬襯砌中的鋼筋網。
[0055]鋼拱架混凝土柱由C30混凝土澆筑而成，里面布有一根H形型鋼3，模擬襯砌中的鋼拱架。
[0056]空腔混凝土柱由C30混凝土澆筑而成，里面布有大小形狀不一的空腔4，模擬襯砌中的裂隙、空洞、積水等病害。空腔4由澆筑混凝土時置入塑料盒或小木箱形成。特定空腔4可與充排水系統相連，模擬積水空洞。
[0057]純混凝土板由C30混凝土澆筑而成，模擬正常襯砌混凝土。
[0058]