[发明专利]一种隧道裂缝深度的非接触移动式快速测量方法与装置

说明书

本发明涉及一种隧道裂缝深度的非接触移动式快速测量方法与装置，该方法具体为：测量隧道内的真实风速；采用空气测温仪采集隧道内空气温度，记录位置信息；通过红外热像仪和可见光数字相机扫描得到隧道衬砌的红外热图像和可见光数字图像；通过数字图像处理系统对可见光数字图像进行识别，得到隧道衬砌表观裂缝图像及其位置信息，根据位置信息得到对应裂缝及其周围的红外热图像以及该处的空气温度；通过红外数据处理系统对热图像进行处理，得到正常区衬砌的表面平均温度、裂缝区与裂缝周围正常区的表面最大温差，通过公式计算得到隧道内空气温度与衬砌背后围岩边界温度之差，进一步根据裂缝深度与衬砌内外温差、裂缝区与正常区表面温差的数值关系表达式，计算得到裂缝深度。

技术领域

本发明属于隧道检测领域，尤其涉及一种隧道裂缝深度的非接触移动式快速测量方法与装置。

背景技术

我国是世界上拥有隧道数量最多的国家，且隧道数量仍在逐年增多。在隧道服役过程中，衬砌混凝土受地质条件、材料劣化及保护区范围内工程活动等诸多因素的影响易发生开裂，当衬砌裂缝发展到一定程度时，会发生渗漏、变形、剥落剥离等病害，从而影响隧道服役性能和运营安全。因此，衬砌裂缝深度和宽度不仅是评价隧道病害状态的重要指标，也是隧道检测、监测的重点项目。目前，针对裂缝宽度的快速检测技术已经较为成熟并已广泛应用，检测精度已经达到0.2mm，而对于裂缝深度的快速无损检测技术的研究仍处于起步阶段。

现阶段针对混凝土裂缝深度的检测方法主要有常规超声波法、雷达法、激光超声法等。常规超声法采用接触式换能器激发超声波，为保证高的灵敏度和可靠性，还需要使用超声耦合剂，且检测前需要对混凝土表面进行处理，检测效率和检测精度都较低。CN110243320 A 公布了一种隧道衬砌裂缝深度非接触测量方法及装置。该方法使用脉冲激光器激发超声波，采用非接触的接收探头进行超声波信号的接收，根据接收得到的波形的波峰和波谷的时间差，计算裂缝深度，若波峰和波谷的时间差超过设定的阈值，则通过建立有限元分析模型来计算得到裂缝深度。该方法本质为利用超声波探测衬砌混凝土裂缝，混凝土为高度非均匀的多相复合材料，混凝土中的骨料会使超声波在传播过程中发生多重散射、波形转换、能量衰减等问题，接收到的超声检测信号需要进行降噪。随着裂缝深度的增加，超声波信号幅值严重衰减，因此该方法不适用于检测较深的裂缝。

冲击回波法利用冲击激励在混凝土中产生应力波，通过接收波形信号来检测裂缝。CN 110954033 A公布了一种混凝土裂缝深度检测方法及其系统。该方法利用冲击回波仪对混凝土裂缝深度进行检测，接收并分析裂缝缺陷信号，得到多个不同信号能量的频段，然后计算各频段信号能量与总能量的比值，获取得到信号主频率和缺陷频率，再根据公式计算得到裂缝深度。该方法操作步骤复杂，需要对每条裂缝的测线进行精准布置，内业工作量大，且需要专业人士对检测所得的裂缝缺陷信号及信号能量进行分析和计算，检测效率低，不适用于大范围的裂缝检测。

CN 112013783 A公布了一种桥梁裂缝深度检测方法、装置及系统。该方法通过获取加热条件下的待测裂缝区域的热红外图像，并将其导入预先训练的桥梁裂缝深度检测模型中，得到桥梁裂缝深度。但该方法使用时需要提前获得裂缝深度检测训练模型，且检测时需要热激励设备、红外相机、可见光相机、无人机等多种设备，成本高、操作步骤复杂，所使用的可见光相机对照明条件要求高，因此该方法并不适用于地下隧道。

综上，常规超声波法、激光超声法、冲击回波法具有操作复杂、易受干扰、信号衰减严重、可检测的裂缝深度有限等诸多缺点。而基于热传导机理的红外无损检测技术可以克服以上缺陷，但目前已有的基于红外技术的检测方法并不适用于隧道。隧道处于围岩体包围之中，热环境复杂、可见度低，因此需探索基于自然条件下隧道热环境的红外无损检测技术，以用于隧道衬砌裂缝深度的快速检测。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有的检测技术存在的缺陷而提供的一种隧道裂缝深度的非接触移动式快速测量方法与装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：