周江

(武大珞珈工程結(jié)構(gòu)檢測咨詢有限公司，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)的不易檢測的特性，鉆孔電視因其良好的成像直觀、圖像清晰、方法簡便的特點(diǎn)，對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，已被應(yīng)用到地質(zhì)勘測、管樁檢測、管道檢測、涵閘滲漏檢測、工程質(zhì)量檢測等方面。

1 鉆孔電視的檢測原理及特點(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)測的孔內(nèi)，將拍攝到的孔壁四周及下部的全景圖像通過電纜傳送到地面監(jiān)視器顯示，監(jiān)測人員就可實(shí)時(shí)觀看孔壁四周的圖像，同時(shí)記錄下整個(gè)檢測過程中的圖像，也可根據(jù)需要記錄部分圖像。鉆孔電視儀器采用光學(xué)檢測方法，通過攝像頭采集圖片數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行處理。單畫面采用直接觀察的方式;全柱面采用間接觀察，通過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、絞車等組成，具有防水、耐高壓、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，還具有操作簡便、數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)圖像監(jiān)測等特點(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的不足，可定量分析接頭質(zhì)量及破碎、斷裂、裂隙的長度、寬度及其傾向等，并能提供充分、真實(shí)、完整的檢測資料。

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)通過感光元件將光信號轉(zhuǎn)變成電流，再將模擬電信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，由專門的芯片進(jìn)行處理和過濾后得到的信息還原出來就是我們看到的動態(tài)畫面了。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。通過發(fā)光二極管給孔內(nèi)照明，再通過錐面鏡將孔周圍的情況全部集中到鏡頭上錄下來，從而達(dá)到全柱面檢測的目的。深度計(jì)數(shù)采用數(shù)字式脈沖編碼器，當(dāng)編碼器轉(zhuǎn)動一周，將會發(fā)出200個(gè)脈沖，通過計(jì)算固定在編碼器輪子的周長，換算出每個(gè)脈沖所對應(yīng)的深度。當(dāng)探頭下降時(shí)，通過電纜帶動編碼器輪子時(shí)，編碼器向計(jì)算機(jī)發(fā)出脈沖信號，通過計(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，通過檢測地磁場來確定方位，精度極高，可精確到1°;電子羅盤如圖2所示放置時(shí)，將可以測量地球磁場，將磁場數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)處理，從而得到探頭正向所對應(yīng)的方位。

圖1 鉆孔電視錐面反射工作原理簡圖

圖2 鉆孔電視電子羅盤確定方位工作原理簡圖

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)，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。管樁探測系統(tǒng)(適合管樁探測)，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面鉆孔電視工作效率的3倍～10倍。檢測孔徑越大，工作效率倍率越高，全景圖像的精度不如單畫面圖像的精度;單畫面窗口圖像在縱向和橫向上顯示始終放大實(shí)際檢測對象;盡管隨著孔徑的加大，全景探頭觀測效率提高，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，既滿足了精度要求，觀測效率也大大提高。在管樁檢測中，因管樁孔徑較大，用全景鉆孔電視配合單畫面鉆孔電視進(jìn)行綜合探測，先用全景鉆孔電視進(jìn)行粗查，再用單畫面鉆孔電視觀測細(xì)節(jié)。

3 鉆孔電視的工程檢測實(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號壩段)多處出現(xiàn)裂縫，為查明大壩裂縫狀況，對左岸非溢流壩段(大壩3號壩段)進(jìn)行裂縫檢查。考慮到高溫季節(jié)壩段內(nèi)部仍存在開裂或裂縫發(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)場的實(shí)際情況，對f13號裂縫進(jìn)行裂縫寬度、深度檢查。2009年8月檢測人員現(xiàn)場利用原有的超聲對測法測試孔檢測裂縫深度，檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)：壩體中部原有裂縫f13的超聲對測法測試孔(見圖3中的電視孔1號～6號)在注水時(shí)，水流從3號壩段處廊道內(nèi)部的排水孔和3號～4號壩段下部的交界處流出，測試孔內(nèi)水無法注滿，現(xiàn)場無法進(jìn)行超聲對測法檢測裂縫深度。

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

圖3 大壩左岸非溢流壩3號壩段裂縫鉆孔電視孔位示意圖

首先在大壩3號壩段壩頂表面，增加檢測孔(孔7號，孔8號，鉆孔深均為7.5 m)用手持式激光測距儀和鋼卷尺等確定鉆孔的位置，在鉆孔過程中取芯，并保存芯樣，同時(shí)在鉆孔過程中做好記錄，與鉆孔電視圖像進(jìn)行比對;鉆孔完畢后進(jìn)行孔內(nèi)電視錄像檢測，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，以孔深推進(jìn)1 cm保存一幅孔壁展開圖片。鉆孔電視探測方向沿鉆孔由上而下進(jìn)行，鉆孔電視檢測中的深度零點(diǎn)從壩頂面標(biāo)高104.00 m處開始起算，共檢測了8個(gè)鉆孔，檢測鉆孔總長度為65.4 m。鉆孔1號～鉆孔6號的上、下游孔的間距均為2 m。鉆孔的具體位置見圖3。鉆孔7號，鉆孔8號在鉆孔和檢測過程中未發(fā)現(xiàn)鉆孔失水現(xiàn)象，其中孔7號，孔8號的鉆芯結(jié)果與鉆孔電視的檢測結(jié)果比對相符。鉆孔電視檢測結(jié)果如表1所示，鉆孔電視圖像如圖4～圖7所示。

表1 3號壩段壩頂面鉆孔電視裂縫檢測結(jié)果

圖5 鉆孔3號裂縫示意圖

圖4 鉆孔2號裂縫示意圖

圖6 鉆孔7號取芯樣

圖7 鉆孔7號裂縫示意圖

4 結(jié)論與建議

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

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

［1］ 武漢巖?！躲@孔電視使用手冊》［Z］.