本發(fā)明屬于一種可方便在鉆孔中進(jìn)行聲波測(cè)試的系統(tǒng)及聲波測(cè)試方法，孔徑只要滿足能放進(jìn)測(cè)試探頭，可適用于測(cè)試時(shí)無(wú)法保證鉆孔充滿水的所有鉆孔。

背景技術(shù)：

聲波測(cè)試是彈性波測(cè)試方法之一，其理論基礎(chǔ)建立在固體介質(zhì)中彈性波的傳播理論上，該方法是以電磁激振的方法向介質(zhì)(巖石、巖體、混凝土構(gòu)筑物)發(fā)射聲波，在一定的空間距離上接收介質(zhì)物理特性的聲波，通過(guò)觀測(cè)和分析聲波在不同介質(zhì)中的傳播速度、振幅、頻率等聲學(xué)參數(shù)，檢測(cè)介質(zhì)(巖石、巖體、混凝土構(gòu)筑物)的有關(guān)特性。聲波檢測(cè)技術(shù)具有用途廣泛、成果實(shí)用性強(qiáng)、完全不破壞工程建筑物等優(yōu)點(diǎn)，迅速在國(guó)內(nèi)外普及推廣，成為應(yīng)用最廣泛的無(wú)損檢測(cè)方法，是我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)工程中作為質(zhì)量檢查的最主要手段之一。因此，我國(guó)不論在監(jiān)測(cè)技術(shù)、儀器設(shè)備方面均取得重大進(jìn)步，使該技術(shù)在國(guó)內(nèi)許多建設(shè)工程廣泛推廣應(yīng)用，在提高工程質(zhì)量、消除隱患、保證安全方面發(fā)揮了巨大作用。

聲波測(cè)試在具體的工程應(yīng)用中，常是在介質(zhì)中的鉆孔內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)，聲波探頭放進(jìn)孔內(nèi)后，要求發(fā)射探頭和接收探頭的外表面全部介質(zhì)孔壁良好接觸，才能獲得既穩(wěn)定有準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果，如果不借助于耦合介質(zhì)，是非常困難的。為了能夠保證良好接觸，必須在探頭和孔壁之間充滿耦合介質(zhì)，通過(guò)幾十年來(lái)的工程實(shí)踐驗(yàn)證，水是最為理想的耦合介質(zhì)。目前聲波測(cè)試中，采取在孔中充滿水，以水作為耦合介質(zhì)，是最常采用的方法，但是在復(fù)雜圍巖條件和測(cè)試環(huán)境下，如大斷面地下洞室和隧道中，經(jīng)常遇到以下幾種情況：(1)孔內(nèi)無(wú)水，即干孔，(2)即使有地下水，但沒(méi)有充滿測(cè)試孔，(3)平孔和仰孔，(4)總個(gè)鉆孔段內(nèi)存在強(qiáng)弱透水帶孔段。遇到以上幾種情況，就必須不斷向孔內(nèi)注水，孔口進(jìn)行堵水，保證水充滿整個(gè)鉆孔，在一個(gè)鉆孔內(nèi)需要進(jìn)行幾十個(gè)孔段的測(cè)試時(shí)，就需要幾十次的注水、堵水循環(huán)操作，極為費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，遇到仰孔或強(qiáng)透水帶孔段鉆孔時(shí)，操作就更加困難，以上情況，大大限制了聲波測(cè)試技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)的推廣應(yīng)用。

目前國(guó)內(nèi)外在聲波測(cè)試上，主要通過(guò)兩種途徑解決上述問(wèn)題，第一種途徑是不使用耦合劑，在發(fā)射探頭加大震源發(fā)射功率或在接收探頭安裝信號(hào)放大設(shè)置，提高接收信號(hào)的能力。這種方法能在一定程度上結(jié)解決問(wèn)題，但工作實(shí)踐表明，監(jiān)測(cè)效果并不理想，其原因在于增大發(fā)射功率，但由于探測(cè)系統(tǒng)與孔壁耦合不佳，發(fā)射端能量在進(jìn)入探測(cè)體之前就損失殆盡；而增強(qiáng)接受信號(hào)，很容易受到背景噪聲的干擾。第二種途徑是從聲波探頭與孔壁耦合入手，有孔口封堵法，出發(fā)點(diǎn)是使孔內(nèi)形成密閉空間，目的是使注入的水保證充滿測(cè)試孔，這種方法孔口封堵設(shè)備固定，在一孔內(nèi)需要做多個(gè)部位的聲波測(cè)試時(shí)，移動(dòng)聲波探頭極為不便，聲波探頭移動(dòng)到接近孔口位置進(jìn)行測(cè)試時(shí)，如果整個(gè)測(cè)試孔孔壁有一段存在較大的透水破碎帶時(shí)，就需要加大注水量，否則很難保證孔內(nèi)水的充滿。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種自動(dòng)耦合聲波測(cè)試系統(tǒng)及聲波測(cè)試方法，既能保證測(cè)試結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，又能高效地省時(shí)省力地進(jìn)行聲波測(cè)試。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種自動(dòng)耦合聲波測(cè)試系統(tǒng)，主要包括聲波測(cè)試設(shè)備和注水加壓設(shè)備兩部分，其中聲波測(cè)試設(shè)備包括聲波探頭，聲波探頭一端設(shè)有進(jìn)水接頭，進(jìn)水接頭上設(shè)有進(jìn)水孔、聲波信號(hào)電纜通道孔和推送桿連接螺栓，聲波探頭另一端設(shè)置有固定短桿；其中聲波測(cè)試設(shè)備還包括柔性弱透水袋，套裝在聲波探頭外，該柔性弱透水袋包括密封段和工作段。

注水加壓設(shè)備包括水箱、注水加壓水泵、水壓表和注水管，注水管分為兩段，一段連接水箱和注水加壓水泵，另一段連接注水加壓水泵和聲波測(cè)試設(shè)備進(jìn)水接頭的進(jìn)水孔，該段上安裝有三通接頭，三通接頭上安裝水壓表。

為了更好地密封柔性弱透水袋，在進(jìn)水接頭外側(cè)和固定短桿外側(cè)均設(shè)有三道環(huán)形止水槽。

柔性弱透水袋兩端緊緊包在進(jìn)水接頭和固定短桿上，并在環(huán)形止水槽處困扎，保證密封不漏水，柔性弱透水袋在設(shè)計(jì)水壓下的透水量不超過(guò)注水設(shè)備最大注水量的10％。柔性弱透水袋的密封段為不透水橡膠材料，工作段為柔性弱透水性材料。不透水橡膠材料采用具有良好的氣密性、耐熱性、彈性、耐老化性及較小的永久變形的一般用丁基橡膠材料。柔性弱透水材料采用有一定彈性、有較高強(qiáng)度和一定透水性的棉紗布料。密封段保證了袋內(nèi)沖水不向兩端產(chǎn)生大量漏水，減少用水量。

柔性弱透水袋具有一定的透水性，主要體現(xiàn)在材料的滲透系數(shù)上，其滲透系數(shù)要稍大于孔壁巖體的透水系數(shù)，保證透水袋與孔壁之間縫隙能充滿水，但透水量不能大于注水設(shè)備的注水量，一般控制在其透水量不超過(guò)注水量的1/10左右。

本發(fā)明的自動(dòng)耦合聲波測(cè)試系統(tǒng)的聲波測(cè)試方法主要包括以下步驟：

(1)在聲波測(cè)試設(shè)備進(jìn)水口處連接進(jìn)水管，連接部位做好密封，進(jìn)水管另一端連接注水加壓水泵，三通接頭上裝好水壓表，另一段注水管連接水箱和注水加壓水泵；

(2)大致估算聲波測(cè)試設(shè)備到水壓表的垂直高度，保證聲波測(cè)試設(shè)備柔性弱透水袋內(nèi)水壓保持在0.05-0.01MPa的水壓，根據(jù)垂直高度計(jì)算壓力表處的水壓值，設(shè)定好加水壓力；

(3)準(zhǔn)備工作就緒后，在推送桿連接螺栓處安裝推送桿，通過(guò)推送桿將聲波測(cè)試設(shè)備推送到孔內(nèi)指定深度；

(4)通過(guò)注水加壓水泵向聲波測(cè)試設(shè)備的柔性弱透水袋內(nèi)進(jìn)行注水加壓，柔性弱透水袋內(nèi)空氣通過(guò)弱透水袋排出，柔性弱透水袋擴(kuò)張并脹滿測(cè)試孔段與孔壁接觸，充滿水后，袋內(nèi)水通過(guò)弱頭水袋向外滲漏充滿袋與孔壁之間的空隙，并通過(guò)設(shè)定好的一定壓力，保證了探頭與孔壁的良好耦合；

(5)在注水到設(shè)定壓力后，注水加壓泵持續(xù)進(jìn)行補(bǔ)壓工作，開(kāi)始進(jìn)行聲波測(cè)試；

(6)一個(gè)孔段測(cè)試完后，通過(guò)注水加壓泵的卸壓孔，將柔性弱透水袋內(nèi)的水部分排出，透水袋收縮，脫離孔壁，避免測(cè)試設(shè)備前后移動(dòng)時(shí)損壞弱透水帶結(jié)構(gòu)；

(7)通過(guò)推送桿，將聲波測(cè)試設(shè)備推送到另一孔段，重新注水加壓，待水壓到指定水壓值時(shí)，后續(xù)持續(xù)補(bǔ)壓，即可進(jìn)行另一孔段測(cè)試。

推送桿前后推送聲波測(cè)試設(shè)備時(shí)，電纜線和注水管一起前后移動(dòng)。注水加壓水泵可以是手壓水泵或電動(dòng)補(bǔ)水泵，是否需要補(bǔ)壓可通過(guò)人工控制或通過(guò)智能自動(dòng)化控制。

根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的自動(dòng)耦合柔性弱透水聲波測(cè)試系統(tǒng)由于采用了柔性弱透水袋，柔性保證了一種類型可適用于大小不同孔徑。弱透水性，可以不必端部設(shè)排氣孔，并且保證工作段袋與孔壁之間充滿水，可有效的保證測(cè)試段內(nèi)探頭與孔壁耦合問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的自動(dòng)耦合聲波測(cè)試系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的聲波測(cè)試設(shè)備中的聲波探頭的截面圖。

圖3是本發(fā)明的柔性弱透水袋的結(jié)構(gòu)示意圖

圖4是本發(fā)明的聲波測(cè)試設(shè)備中的聲波探頭的側(cè)視圖。

其中，1-聲波探頭，2-柔性弱透水袋，3-進(jìn)水接頭，4-固定短桿，5-止水槽，6-止水槽，7-進(jìn)水孔，8-聲波信號(hào)電纜通道孔，9-水箱，10-注水加壓水泵，11-注水管，12-水壓表，13-三通接頭，14-推送桿連接螺栓，15-工作段，16-密封段

具體實(shí)施方式：

本發(fā)明的自動(dòng)耦合聲波測(cè)試系統(tǒng)主要由聲波測(cè)試設(shè)備和注水加壓設(shè)備兩部分組成。如圖1所示，聲波測(cè)試設(shè)備包括聲波探頭1和柔性弱透水袋2，聲波探頭1一端設(shè)有進(jìn)水接頭3，進(jìn)水接頭3為一圓柱型不銹鋼體，進(jìn)水接頭3端頭上設(shè)有進(jìn)水孔7、聲波信號(hào)電纜通道孔8和推送桿連接螺栓14，聲波電纜在聲波信號(hào)電纜通道孔8處進(jìn)行密封，密封材料能承受0.3MPa的壓力。進(jìn)水接頭3外側(cè)表面上設(shè)有三道環(huán)形止水槽5，聲波探頭1另一端設(shè)有一圓柱型不銹鋼體固定短桿4，固定短桿4外側(cè)表面設(shè)有三道環(huán)形止水槽6。柔性弱透水袋2由密封段和工作段兩部分組成，密封段為不透水彈性較大的橡膠材料，工作段為柔性弱透水型性材料。柔性弱透水袋2套裝在聲波探頭1外，柔性弱透水袋2兩端緊緊包在進(jìn)水接頭3和固定短桿4上，并在環(huán)形止水槽5、6處困扎，保證密封不漏水，柔性弱透水/2在設(shè)計(jì)水壓下的透水量不超過(guò)注水設(shè)備最大注水量的10％。

注水加壓設(shè)備由水箱9、注水加壓水泵10、水壓表12和注水管11組成，注水管11分為兩段，一段連接水箱9和注水加壓水泵10，另一段連接注水加壓水泵10和聲波測(cè)試設(shè)備進(jìn)水接3頭的進(jìn)水孔7，該段上安裝有三通接頭，三通接頭上安裝水壓表。

聲波測(cè)試設(shè)備由聲波探頭1和柔性弱透水袋2組成。聲波探頭1一端設(shè)有進(jìn)水接頭3，進(jìn)水接頭3端頭設(shè)有進(jìn)水孔7、聲波信號(hào)電纜通道8和推送桿連接螺栓9。另一端設(shè)有固定短桿4，進(jìn)水接頭3和固定短桿4的外側(cè)表面分別設(shè)三道止水槽5、6，柔性弱透水袋2分為密封段和工作段，套裝在聲波探頭1外，通過(guò)密封段密封在進(jìn)水接頭3和固定短桿4的外側(cè)表面上，并在止水槽5、6處環(huán)繞困扎，保證密封，密封段部分采用不透水的塑性較大、強(qiáng)度高的橡膠材料，工作段采用柔性弱透水、有較高強(qiáng)度的材料。柔性弱透水袋2工作直徑比孔口直徑大5-10mm左右。設(shè)在進(jìn)水接頭3和固定短桿4上的止水槽5、6可為多道。

注水加壓設(shè)備由水箱9、注水加壓水泵10和注水管11及水壓表12組成。注水加壓水泵10流量控制在10-30L/min，水壓表量程在1MPa，精度0.01MPa，注水管11分為兩段，一段不承壓連接水箱9和注水加壓水泵10，另一段可承受1MPa內(nèi)水壓力，連接注水加壓水泵10和聲波測(cè)試設(shè)備進(jìn)水接頭的進(jìn)水孔7，該段上安裝有三通接頭13，三通接頭上安裝水壓表12。

進(jìn)行聲波測(cè)試時(shí)，在聲波測(cè)試設(shè)備進(jìn)水口7連接上進(jìn)水管，連接部位做好密封，注水管另一端連接注水加壓水泵，三通接頭上裝好水壓表，另一段注水管連接水箱和注水加壓水泵。大致估算聲波測(cè)試設(shè)備到水壓表的垂直高度，保證聲波測(cè)試設(shè)備柔性弱透水袋內(nèi)水壓保持在0.05-0.01MPa的水壓，根據(jù)垂直高度計(jì)算壓力表處的水壓值，設(shè)定好加水壓力。

準(zhǔn)備工作就緒后，在推送桿連接螺栓14上安裝上推送桿，通過(guò)推送桿將聲波測(cè)試設(shè)備推送到孔內(nèi)指定深度。通過(guò)注水加壓水泵向聲波測(cè)試設(shè)備的柔性弱透水袋內(nèi)進(jìn)行注水加壓，柔性弱透水袋內(nèi)空氣通過(guò)弱透水帶排出，柔性弱透水帶擴(kuò)張并脹滿測(cè)試孔段與孔壁接觸，充滿水后，袋內(nèi)水通過(guò)弱頭水袋向外滲漏充滿袋與孔壁之間的空隙，并通過(guò)設(shè)定好的一定壓力，保證了探頭與孔壁的良好耦合。在注水到設(shè)定壓力后，注水加壓泵持續(xù)進(jìn)行補(bǔ)壓工作，就可以進(jìn)行聲波的測(cè)試。

一個(gè)孔段測(cè)試完后，通過(guò)注水加壓泵的卸壓孔，將柔性弱透水帶內(nèi)的水部分排出，透水袋收縮，脫離孔壁，避免測(cè)試設(shè)備前后移動(dòng)時(shí)損壞弱透水帶結(jié)構(gòu)。通過(guò)推送桿，將聲波測(cè)試設(shè)備推送到另一孔段，重新注水加壓，待水壓到指定水壓值時(shí)，后續(xù)持續(xù)補(bǔ)壓，即可進(jìn)行另一孔段測(cè)試。

推送桿前后推送聲波測(cè)試設(shè)備時(shí)，電纜線和注水管一起前后移動(dòng)。注水加壓水泵可以是手壓水泵或電動(dòng)補(bǔ)水泵，是否需要補(bǔ)壓可通過(guò)人工控制或通過(guò)智能自動(dòng)化控制。由于采用了上述技術(shù)方案，本柔性弱透水聲波測(cè)試設(shè)備系統(tǒng)，由于采用了柔性弱透水袋，柔性保證了一種類型可適用于大小不同孔徑。弱透水性，可以不必端部設(shè)排氣孔，并且保證工作段袋與孔壁之間充滿水，可有效的保證測(cè)試段內(nèi)探頭與孔壁耦合問(wèn)題。使用透水袋結(jié)構(gòu)，可免去了孔口堵水措施，并且不必要求整個(gè)孔內(nèi)充滿水，大大減小了注水量和注水時(shí)間。加壓水泵采取一定壓力，可保證弱透水帶充分?jǐn)U張接觸孔壁，并且袋內(nèi)充滿水。這種設(shè)計(jì)方案，解決了原來(lái)在平孔、仰孔進(jìn)行聲波測(cè)試中既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力的操作，并且也解決了當(dāng)鉆孔內(nèi)存在強(qiáng)漏水帶無(wú)法在孔內(nèi)注滿水的難題，及解決了復(fù)雜環(huán)境中的聲波測(cè)試問(wèn)題，又大大提高了工作效率，有著顯著的積極效果，具有一定的應(yīng)用和推廣價(jià)值。