中國經(jīng)濟(jì)的高速增長產(chǎn)生了對鐵路運輸行業(yè)不斷增長的需求，而鐵路運輸行業(yè)的發(fā)展對于鐵路隧道行業(yè)的發(fā)展也產(chǎn)生了極大的促進(jìn)作用，國內(nèi)鐵路隧道的長度也在不斷地高速增長，2022年中國鐵路隧道數(shù)量17873座。
截至2022年底，中國鐵路營業(yè)里程達(dá)到15.5萬km。其中，投入運營的鐵路隧道17873座，國內(nèi)鐵路隧道養(yǎng)護(hù)管理里程21978公里。
隧道數(shù)量的日益增加，使我國鐵路隧道的修建技術(shù)得到了長足的發(fā)展。但是，不可避免的是在鐵路隧道施工時仍然會存在一些問題：例如隧道在施工時出現(xiàn)滲漏、襯砌厚度不足、襯砌開裂等結(jié)構(gòu)缺陷，究其原因還是鐵路隧道質(zhì)量沒有得到嚴(yán)格控制。加強鐵路隧道質(zhì)量的試驗檢測是有效預(yù)控工程質(zhì)量的重要方法，是控制工程質(zhì)量的重要依據(jù)。因此，我們必須高度重視鐵路隧道質(zhì)量試驗檢測的重要性。
現(xiàn)階段，對于隧道質(zhì)量檢測常用的手段方法主要有以下幾種：
電磁波法：雷達(dá)
檢測襯砌（支護(hù)）厚度、襯砌背后的回填密實度、襯砌內(nèi)部缺陷和襯砌內(nèi)部鋼架、鋼筋等分布
光學(xué)法：三維激光掃描
檢測新建和運營隧道凈空斷面、襯砌表面平整度、襯砌內(nèi)鋼筋布置、（應(yīng)澆筑）襯砌厚度等
沖擊彈性波法：沖擊回波法
檢測襯砌混凝土厚度、密實性、內(nèi)部缺陷、脫空及層間結(jié)合狀況等
超聲法：陣列超聲
檢測襯砌以及密集鋼筋段襯砌混凝土裂縫、厚度、內(nèi)部缺陷等
回彈法：回彈法
混凝土強度檢測
其中，目前使用較多的是雷達(dá)檢測。雷達(dá)具有檢測效率較高，檢測結(jié)果較準(zhǔn)確等優(yōu)勢，可較為準(zhǔn)確地判斷出隧道襯砌是否出現(xiàn)了質(zhì)量問題。但由于電磁波對鋼筋極為敏感，因此在鋼筋分布較密的情況下，雷達(dá)就很難探測到鋼筋網(wǎng)后面的情況。
因此，在國家鐵路局即將推出的《鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測規(guī)程》改版中，推薦了陣列式超聲，用于檢測襯砌以及密集鋼筋段襯砌混凝土裂縫、厚度、內(nèi)部缺陷等，作為其他方法的補充。陣列式超聲具有以下優(yōu)點：
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干點接觸式探頭，無需耦合劑，測試更方便快捷；
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橫波探頭，信噪比更高，測試精度也更高；
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可以穿透密集鋼筋，測試鋼筋背后的異常；
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測試深度更大，鋼筋混凝土最大可測試2m，且同樣測試深度下，精度比雷達(dá)更高；
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經(jīng)過特殊處理的信號發(fā)射模式，最大穿透深度更可達(dá)8m；
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現(xiàn)場可以B，C，D以及3D模式顯示結(jié)構(gòu)內(nèi)部情況。
下面通過兩個案例，展示陣列式超聲在隧道檢測中的應(yīng)用。
老隧道二襯后脫空漏水檢測
本次測試主要目的是輔助探測隧道襯砌后滲水情況，發(fā)現(xiàn)可能存在的滲水點或面，再打孔安裝傳感器予以監(jiān)測。測試使用的儀器是新款A(yù) 1040 MIRA 3D混凝土三維超聲波成像儀。該設(shè)備使用超聲波作為測試信號，依據(jù)不同介質(zhì)具有不同的聲阻抗，在超聲波傳播過程中會引起不同程度的反射的原理，來檢測混凝土結(jié)構(gòu)中可能存在的異常介質(zhì)。
本項目檢測的結(jié)構(gòu)為隧道襯砌，襯砌材質(zhì)為混凝土，強度C25左右，厚度300-600mm不等，襯砌后面為塑料止水板。如果止水板與襯砌之間有水，那么超聲波傳播到這里會產(chǎn)生比較強的反射，在儀器的反應(yīng)就是顏色比較深的塊狀或者條狀區(qū)域。不過空洞、鋼筋也會有比較明顯的反射，襯砌混凝土內(nèi)部的一些雜質(zhì)也會產(chǎn)生干擾，影響對數(shù)據(jù)的解讀和判斷。另外，止水板因為是塑料材質(zhì)，聲阻抗與混凝土理論上也是存在較大的差異的，所以，即使沒有水，超聲波在襯砌和止水板的界面處也有可能出現(xiàn)明顯反射。因此，我們初步的想法是通過對比的方式來判斷滲水點的位置，即先在明確沒有滲水的位置測試一些信號，以此為參照，將可能滲水的位置信號與之對比，判斷是否存在滲水，因為有滲水的反射應(yīng)該明顯強于沒有滲水的信號。
洞口無滲水位置，二襯底部反射較弱
隧道內(nèi)部有滲水的位置，二襯底部反射強烈
地鐵隧道管片背后注漿密實度檢測
本次測試的目的主要是檢查管片背后注漿是否密實，使用A1040 MIRA 3D混凝土三維超聲波成像儀。對于測試的數(shù)據(jù)，在電腦端處理軟件中通過分層切片的方式，可以較清晰的查看第一層、第二層鋼筋，以及管片底部注漿密實度情況。
C掃切片30-100mm，第一層鋼筋位置
C掃切片250-300mm，第二層鋼筋位置
C掃切片350-400mm，管片底部
陣列式超聲自引進(jìn)中國以來，受到各行各業(yè)專家學(xué)者的認(rèn)可，眾多高校和科研單位就陣列式超聲在各自領(lǐng)域的應(yīng)用展開研究，成果頗豐。如張建清等在“超聲橫波成像法在混凝土質(zhì)量檢測中的應(yīng)用”中說到：超聲橫波成像法用于檢測混凝土缺陷具有只需一個檢測面、成果直觀和位置準(zhǔn)確等優(yōu)點，在工程中的初步應(yīng)用已取得良好效果，有著廣闊的應(yīng)用前景；朱燕梅等在“混凝土缺陷超聲橫波三維成像法探測精度影響因素的研究”中指出，陣列式超聲測試的波速與頻率設(shè)置，對于成像精度具有明顯影響，尤其是波速的設(shè)置，不但會影響檢測精度，對成像聚焦也具有很大影響，這給用戶使用陣列超聲帶來了極大的指導(dǎo)意義。此外，陣列式超聲也被引入裝配式結(jié)構(gòu)檢測領(lǐng)域，用于疊合樓板等的質(zhì)量檢測，經(jīng)過大量的試驗與工程實踐的積累與驗證，中國標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會、江蘇省、廣東省、貴州省、山東省等均在相應(yīng)的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中推薦了陣列式超聲。
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