一种盾构机空推隧道管片的压紧度测试方法技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种盾构机空推隧道管片的压紧度测试
方法。
背景技术
随着中国城市地铁建设的不断发展，单一传统的地铁施工方法：矿山法和盾构法
已经逐渐无法满足工程的要求，面对日益复杂的施工环境，将矿山法和盾构法组合起来施
工，已经成为越来越多的地铁建设者的选择：利用矿山法开挖坚硬岩层，进行初期支护，之
后利用盾构机空推通过矿山法施工段，安装隧道管片。盾构机在通过空推断时进行隧道管
片的拼装与压紧，隧道管片的压紧程度关系着空推段隧道管片的防水性与稳定性，对于空
推段的施工质量有着决定性的影响。
目前对于盾构机空隧道推管片的压紧度还没有有效的测试方法，大多凭借经验对
盾构机空推隧道管片的压紧度进行估算。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种盾构机空推隧道管片的压紧
度测试方法，该测试方法将盾构机空推段隧道管片的压紧程度用数字的方式直观的表现出
来，以准确检测盾构机空推隧道管片的压紧度，提高检测效率，保证施工质量。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种盾构机空推隧道管片的压紧度测试方法，其特征在于包括如下步骤：
1)取没有裂缝的两片实心隧道管片试件，制备隧道管片试件与工程施工现场的现
场隧道管片所使用的混凝土原料完全相同，且隧道管片试件的养护环境和养护时间与现场
隧道管片完全相同；
2)调试超声波探伤仪，使超声波探伤仪的各部件正常工作；
3)选择超声波探伤仪的换能器：进行超声波探伤检测时，当固定测点和移动测点
之间的距离小于1米时，选择频率为70-200kHz的换能器；当固定测点和移动测点之间的距
离大于1米时，选择频率为25-50kHz的换能器；
4)对隧道管片试件进行超声波探伤：将两片隧道管片试件接触端面打磨平整后纵
向连接好，两片隧道管片试件连接处形成接缝，取两支频率为70-200kHz的换能器，将两支
换能器连接到超声波探伤仪上，在其中一个隧道管片试件侧壁上距离接缝50mm处设固定测
点，并安装其中一个换能器，在另外一个隧道管片试件侧壁上距离固定测点200mm、300mm处
分别设两个移动测点，固定测点和各移动测点的连线垂直于接缝所在的平面，每个移动测
点在检测时安装另一个换能器，在固定测点和各移动测点之间进行超声波探伤检测时，沿
着两片隧道管片试件长度方向施加1KN、2KN、3KN、4KN、5KN、6KN、7KN、8KN、9KN、10KN十组不
同的压力压紧两片隧道管片试件，并记录超声波探伤仪所接收到的波速、声时、波幅；
5)进入工程施工现场，对现场隧道管片进行超声波探伤：取另外两支频率为70-
200kHz的换能器，将两支换能器与超声波探伤仪连接完毕后，两片现场隧道管片连接处由
于安装止水条而形成接触环，在其中一个现场隧道管片侧壁内表上距离接触环50mm设固定
测点，固定测点和各移动测点的连线垂直于接触环所在的平面，并安装其中一个换能器，在
另外一个现场隧道管片侧壁内表上距离固定测点100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、
350mm、400mm、450mm、500mm处分别设九个移动测点，每个移动测点在检测时安装另一个换
能器，并记录检测时超声波探伤仪所接收到的声时、波速、波幅；
6)将步骤5)各检测间距下检测所得的声时、波速、波幅的数据与步骤4)各检测间
距下检测所得的声时、波速、波幅的数据进行比较，就可以得到工程施工现场的相邻两现场
隧道管片之间的压紧情况。
进一步，所述的隧道管片试件高度为50mm、宽度为60mm、长度为1000mm，现场隧道
管片外径为6200mm、内径为5500mm、厚度为350mm、长度为1500mm。
进一步，所述的换能器为厚度伸缩振动模式换能器。
本发明的检测原理如下：
1、超声波法检测混凝土裂缝：
测量超声波在混凝土中传播速度、首波幅度和接受信号主频率等声学参数，并根
据这些参数极其相对变化，判定混凝土裂缝深度情况：超声波在密实混凝土体中具有稳定
的传播速度，超声波在传播的过程中如果遇到混凝土体中的裂缝，裂缝中存在的空气会使
得超声波产生衰减，通过对比前后的超声波对比，判断混凝土体中裂缝的存在以及大小。
2、用超声波法检测混凝土裂缝深度的方法判定隧道管片止水条压实情况：
在没有外力作用时，止水条内被大量管状空隙所占据，从而使超声波产生巨大衰
减，导致其无法传递。随着盾构机的挤压，止水条内空隙体积逐渐减小，直至为零时，止水条
被挤压成致密物质，内部不再存在空隙，使止水条传递机械波的能力增强。
通过前后超声波对比，得出止水条的受压状态，判断空推段隧道管片的压紧度。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：
1)通过检测空推段隧道管片环间止水条的压紧程度，依据隧道管片间止水条的受
压情况确定空推段隧道管片的压紧度。
2)根据待测试件的规格尺寸选择合理的换能器：提供的换能器选择具有通用性，
依据所提供的选择标准可以快速选择测试所用的换能器规格，适用于绝大部分盾构机空推
隧道管片的压紧度检测，有效提高盾构机空推隧道管片压紧度的检测工作。
3)采用现场内外结合的方式，施工现场的检测不影响工程进度，数据处理在场外
进行，相比较以往采用经验判断的方法，本检测方法所得结果更加直观、准确和可靠。
4)将以往用于检测混凝土裂缝的方法用于检测盾构机空推隧道管片的压紧度，所
得结果更具有普遍性。
附图说明
图1为隧道管片试件压紧度检测测点布置图。
图2为现场隧道管片压紧度检测测点布置图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
1)在现场隧道管片制作场取C50高性能混凝土混凝土，制作两片尺寸为50mm(高
度)×60mm(宽度)×1000mm的长方体状的实心隧道管片试件，并且两片隧道管片试件的养
护环境和养护时间与现场隧道管片相同。现场隧道管片外径为6200mm、内径为5500mm、厚度
为350mm、长度为1500mm，现场隧道管片由三块外弧长3652.10mm标准块(A1、A2、A3)、两块外
弧长3791.39mm的邻接块(B1、B2)和一块外弧长1339.05的封顶块(K)组成。
2)调试超声波探伤仪(非金属超声检测仪ZBL-U520A)，使超声波探伤仪的各部件
正常工作，如1)了解数字显示电路和集成元件工作是否正常；2)对数字及十进位显示作逐
步检查，检查内容有：数码显示是否正常，调节延时旋钮，观察数码显示是否满足十进位要
求。
3)进行超声波探伤检测时，当固定测点和移动测点之间(固定测点和移动测点之
间的距离一般以两支换能器边缘最近的距离为准)的距离小于1米时，选择频率为70-
200kHz的换能器；当固定测点和移动测点之间的距离大于1米时，选择频率为25-50kHz的换
能器；
4)对隧道管片试件进行超声波探伤：将两片隧道管片试件接触端面打磨平整后纵
向连接好，两片隧道管片试件连接处形成接缝，取两支频率为70-200kHz的换能器，将两支
换能器连接到超声波探伤仪上，在其中一个隧道管片试件侧壁上距离接缝50mm设固定测
点，并安装其中一个换能器，在另外一个隧道管片试件侧壁上距离固定测点200mm、300mm处
分别设两个移动测点，固定测点和各移动测点的连线垂直于接缝所在的平面，每个移动测
点在检测时安装另一个换能器，在固定测点和各移动测点之间进行超声波探伤检测时，沿
着两片隧道管片试件长度方向施加1KN、2KN、3KN、4KN、5KN、6KN、7KN、8KN、9KN、10KN十组不
同的压力压紧两片隧道管片试件，进一步缩小接缝，并记录超声波探伤仪所接收到的波速、
声时、波幅。
该步骤在实验室进行，测得的数据如下：
A、固定测点和移动测点之间的间距为200mm时，测得的数据如表1所示：
表1
B、固定测点和移动测点之间的间距为300mm时，测得的数据如表2所示：
表2
5)进入工程施工现场，对现场隧道管片进行超声波探伤：取另外两支频率为70-
200kHz的换能器，将两支换能器与超声波探伤仪连接完毕后，两片现场隧道管片连接处由
于安装止水条而形成接触环，在其中一个现场隧道管片侧壁内表上距离接触环50mm设固定
测点，并安装其中一个换能器，在另外一个现场隧道管片侧壁内表上距离固定测点100mm、
150mm、200mm、250mm、300mm、350mm、400mm、450mm、500mm处分别设九个移动测点，固定测点
和各移动测点的连线垂直于接触环所在的平面，每个移动测点在检测时安装另一个换能
器，并记录检测时超声波探伤仪所接收到的声时、波速、波幅。
按照该步骤重复检测3次，3次检测所得的数据分别如表3、表4和表5所示：
表3
表4
序号
测距(mm)
声时(us)
波速(Km/s)
波幅(dB)
1
100
94.2
4.25
31.63
2
150
101.8
4.25
30.12
3
200
112.4
4.25
30.22
4
250
111.4
4.25
28.12
5
300
130.4
4.25
28.54
6
350
133.2
4.25
27.16
7
400
139.6
4.25
27.11
8
450
144
4.25
25.15
9
500
154.2
4.25
25.14
表5
序号
测距(mm)
声时(us)
波速(Km/s)
波幅(dB)
1
100
98.8
4.25
29.11
2
150
111.4
4.25
28.46
3
200
120.6
4.25
27.48
4
250
123.6
4.25
27.15
5
300
128.2
4.25
26.54
6
350
131.8
4.25
25.66
7
400
138.8
4.25
24.37
8
450
147.2
4.25
23.15
9
500
162
4.25
22.71
6)将步骤5)各检测间距(固定测点和移动测点之间的距离)下检测所得的的声时、
波速、波幅的数据与步骤4)各检测间距下检测所得的声时、波速、波幅的数据进行比较，就
可以得到工程施工现场的相邻两现场隧道管片之间的压紧情况：根据比较可知，止水条有
效传递机械波时，其压缩应力应在2Mpa以上，现场盾构机操控室隧道管片监测系统所显示
的应力在0.5～1.0Mpa，这是以相邻两现场隧道管片接触面的面积计算的结果，但因接触环
突出于现场隧道管片侧壁5cm，所以在两现场隧道管片接触时，接触环处就会应力集中，再
根据现场超声波探伤仪接收记录到有效检测的数据，可以推定接触环处两现场隧道管片之
间压紧应力已经超过2Mpa。