鉆孔電視在工程檢測(cè)中的應(yīng)用

周江

(武大珞珈工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)咨詢(xún)有限公司，湖北武漢 430223)

在工程建設(shè)中，地下基礎(chǔ)具有隱蔽性和大型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的不易檢測(cè)的特性，鉆孔電視因其良好的成像直觀、圖像清晰、方法簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，對(duì)壩體滲漏以及大體積混凝土的澆筑狀況可進(jìn)行清楚有效地檢測(cè)，已被應(yīng)用到地質(zhì)勘測(cè)、管樁檢測(cè)、管道檢測(cè)、涵閘滲漏檢測(cè)、工程質(zhì)量檢測(cè)等方面。

1 鉆孔電視的檢測(cè)原理及特點(diǎn)

鉆孔電視的基本原理是將攝像頭和帶有自動(dòng)調(diào)節(jié)光圈的廣角鏡頭裝進(jìn)防水承壓艙里，然后放入需監(jiān)測(cè)的孔內(nèi)，將拍攝到的孔壁四周及下部的全景圖像通過(guò)電纜傳送到地面監(jiān)視器顯示，監(jiān)測(cè)人員就可實(shí)時(shí)觀看孔壁四周的圖像，同時(shí)記錄下整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中的圖像，也可根據(jù)需要記錄部分圖像。鉆孔電視儀器采用光學(xué)檢測(cè)方法，通過(guò)攝像頭采集圖片數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行處理。單畫(huà)面采用直接觀察的方式;全柱面采用間接觀察，通過(guò)反射鏡反射全景圖片，采集數(shù)據(jù)后傳到計(jì)算機(jī)利用特殊算法將圖像還原，并有其他輔助設(shè)備，提高檢測(cè)精度，增強(qiáng)了還原的真實(shí)性。鉆孔電視由攝像頭、傳輸電纜、主機(jī)控制箱、絞車(chē)等組成，具有防水、耐高壓、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，還具有操作簡(jiǎn)便、數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)圖像監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)。在干孔和清水孔條件下，均能實(shí)時(shí)獲得非常清晰的彩色圖像，為各種孔內(nèi)事故處理提供可靠的依據(jù)，有獨(dú)特的直觀性和真實(shí)性。當(dāng)用于管樁檢測(cè)時(shí)，可用于孔壁結(jié)構(gòu)分析，能清晰直觀地看到樁內(nèi)的各種異常和缺陷，它克服了小應(yīng)變反射波法管樁檢測(cè)的不足，可定量分析接頭質(zhì)量及破碎、斷裂、裂隙的長(zhǎng)度、寬度及其傾向等，并能提供充分、真實(shí)、完整的檢測(cè)資料。

2 鉆孔電視的工作原理

鉆孔電視的圖像采集采用數(shù)碼攝像頭拍攝圖片并錄制視頻。數(shù)碼攝像機(jī)通過(guò)感光元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電流，再將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，由專(zhuān)門(mén)的芯片進(jìn)行處理和過(guò)濾后得到的信息還原出來(lái)就是我們看到的動(dòng)態(tài)畫(huà)面了。為了得到鉆孔四周的情況，我們采用錐面反射的方式，原理如圖1所示。通過(guò)發(fā)光二極管給孔內(nèi)照明，再通過(guò)錐面鏡將孔周?chē)那闆r全部集中到鏡頭上錄下來(lái)，從而達(dá)到全柱面檢測(cè)的目的。深度計(jì)數(shù)采用數(shù)字式脈沖編碼器，當(dāng)編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)一周，將會(huì)發(fā)出200個(gè)脈沖，通過(guò)計(jì)算固定在編碼器輪子的周長(zhǎng)，換算出每個(gè)脈沖所對(duì)應(yīng)的深度。當(dāng)探頭下降時(shí)，通過(guò)電纜帶動(dòng)編碼器輪子時(shí)，編碼器向計(jì)算機(jī)發(fā)出脈沖信號(hào)，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理，并還原成為深度數(shù)據(jù)。方向定位采用電子羅盤(pán)，通過(guò)檢測(cè)地磁場(chǎng)來(lái)確定方位，精度極高，可精確到1°;電子羅盤(pán)如圖2所示放置時(shí)，將可以測(cè)量地球磁場(chǎng)，將磁場(chǎng)數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)處理，從而得到探頭正向所對(duì)應(yīng)的方位。

圖1 鉆孔電視錐面反射工作原理簡(jiǎn)圖

圖2 鉆孔電視電子羅盤(pán)確定方位工作原理簡(jiǎn)圖

彩色鉆孔電視具有低電壓、高精度、密封好的特點(diǎn)，全景錐面反射系統(tǒng)(適合地質(zhì)鉆孔探測(cè))，深度精度可達(dá)1 mm，方位數(shù)字化顯示。三維變換虛擬巖芯圖，能量化分析，確定孔壁構(gòu)造特征。所有操作均在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，探頭可調(diào)焦，適合鉆孔孔徑51 mm～320 mm。管樁探測(cè)系統(tǒng)(適合管樁探測(cè))，適合管樁口徑：131 mm～1 000 mm。全景鉆孔電視的工作效率為單畫(huà)面鉆孔電視工作效率的3倍～10倍。檢測(cè)孔徑越大，工作效率倍率越高，全景圖像的精度不如單畫(huà)面圖像的精度;單畫(huà)面窗口圖像在縱向和橫向上顯示始終放大實(shí)際檢測(cè)對(duì)象;盡管隨著孔徑的加大，全景探頭觀測(cè)效率提高，但是圖像精度下降很大，因此全景探頭只適合于觀測(cè)小孔(孔徑50 mm～150 mm)或大孔粗查。

在地質(zhì)勘探中，因地質(zhì)鉆孔孔徑較小，采用全景鉆孔電視探測(cè)，既滿(mǎn)足了精度要求，觀測(cè)效率也大大提高。在管樁檢測(cè)中，因管樁孔徑較大，用全景鉆孔電視配合單畫(huà)面鉆孔電視進(jìn)行綜合探測(cè)，先用全景鉆孔電視進(jìn)行粗查，再用單畫(huà)面鉆孔電視觀測(cè)細(xì)節(jié)。

3 鉆孔電視的工程檢測(cè)實(shí)例

某水力發(fā)電廠水利樞紐大壩左岸非溢流壩段(大壩3號(hào)壩段)多處出現(xiàn)裂縫，為查明大壩裂縫狀況，對(duì)左岸非溢流壩段(大壩3號(hào)壩段)進(jìn)行裂縫檢查?？紤]到高溫季節(jié)壩段內(nèi)部仍存在開(kāi)裂或裂縫發(fā)展的可能性，為獲得裂縫高溫季節(jié)檢查資料，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，對(duì)f13號(hào)裂縫進(jìn)行裂縫寬度、深度檢查。2009年8月檢測(cè)人員現(xiàn)場(chǎng)利用原有的超聲對(duì)測(cè)法測(cè)試孔檢測(cè)裂縫深度，檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)：壩體中部原有裂縫f13的超聲對(duì)測(cè)法測(cè)試孔(見(jiàn)圖3中的電視孔1號(hào)～6號(hào))在注水時(shí)，水流從3號(hào)壩段處廊道內(nèi)部的排水孔和3號(hào)～4號(hào)壩段下部的交界處流出，測(cè)試孔內(nèi)水無(wú)法注滿(mǎn)，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法進(jìn)行超聲對(duì)測(cè)法檢測(cè)裂縫深度。

2009年9月，對(duì)左岸非溢流壩3號(hào)壩段頂部的原有的6個(gè)鉆孔及新增加的2個(gè)鉆孔(見(jiàn)圖3中的電視孔1號(hào)～8號(hào)，其中電視孔7號(hào)和電視孔8號(hào)為本次檢測(cè)新增鉆孔)進(jìn)行混凝土裂縫鉆孔電視錄像檢查，3號(hào)壩段壩頂面鉆孔電視錄像孔位見(jiàn)圖3。

圖3 大壩左岸非溢流壩3號(hào)壩段裂縫鉆孔電視孔位示意圖

首先在大壩3號(hào)壩段壩頂表面，增加檢測(cè)孔(孔7號(hào)，孔8號(hào)，鉆孔深均為7.5 m)用手持式激光測(cè)距儀和鋼卷尺等確定鉆孔的位置，在鉆孔過(guò)程中取芯，并保存芯樣，同時(shí)在鉆孔過(guò)程中做好記錄，與鉆孔電視圖像進(jìn)行比對(duì);鉆孔完畢后進(jìn)行孔內(nèi)電視錄像檢測(cè)，主要檢查孔內(nèi)壁面混凝土質(zhì)量、是否存在水平層間縫等。

現(xiàn)場(chǎng)鉆孔完畢后，將鉆孔電視探頭放入鉆孔內(nèi)進(jìn)行拍攝，將孔內(nèi)壁全景柱狀圖像進(jìn)行平面展開(kāi)，以孔深推進(jìn)1 cm保存一幅孔壁展開(kāi)圖片。鉆孔電視探測(cè)方向沿鉆孔由上而下進(jìn)行，鉆孔電視檢測(cè)中的深度零點(diǎn)從壩頂面標(biāo)高104.00 m處開(kāi)始起算，共檢測(cè)了8個(gè)鉆孔，檢測(cè)鉆孔總長(zhǎng)度為65.4 m。鉆孔1號(hào)～鉆孔6號(hào)的上、下游孔的間距均為2 m。鉆孔的具體位置見(jiàn)圖3。鉆孔7號(hào)，鉆孔8號(hào)在鉆孔和檢測(cè)過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)鉆孔失水現(xiàn)象，其中孔7號(hào)，孔8號(hào)的鉆芯結(jié)果與鉆孔電視的檢測(cè)結(jié)果比對(duì)相符。鉆孔電視檢測(cè)結(jié)果如表1所示，鉆孔電視圖像如圖4～圖7所示。

表1 3號(hào)壩段壩頂面鉆孔電視裂縫檢測(cè)結(jié)果

圖5 鉆孔3號(hào)裂縫示意圖

圖4 鉆孔2號(hào)裂縫示意圖

圖6 鉆孔7號(hào)取芯樣

圖7 鉆孔7號(hào)裂縫示意圖

4 結(jié)論與建議

本次混凝土裂縫鉆孔電視檢測(cè)的效果是成功的，令人滿(mǎn)意的，通過(guò)本次試驗(yàn)可以得到以下結(jié)論：

1)鉆孔電視的精度是滿(mǎn)足工程檢測(cè)要求的;2)鉆孔電視檢測(cè)的圖像是直觀的，相比于鉆孔所取芯樣更能準(zhǔn)確定位、定量;3)工程檢測(cè)需要檢測(cè)人員有豐富的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)及性能可靠的檢測(cè)儀器，在正確采集數(shù)據(jù)的前提下，依靠豐富的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，便能得到清晰、直觀的檢測(cè)結(jié)果;同時(shí)，在實(shí)際檢測(cè)中收集施工資料，就是收集不可缺少的判斷依據(jù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)信號(hào)出現(xiàn)異常時(shí)，這些施工資料可幫助我們對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析及處理，以做出準(zhǔn)確判斷，保證工程檢測(cè)的質(zhì)量。

［1］ 武漢巖?！躲@孔電視使用手冊(cè)》［Z］.