本發明屬于一種可方便在鉆孔中進行聲波測試的系統及聲波測試方法，孔徑只要滿足能放進測試探頭，可適用于測試時無法保證鉆孔充滿水的所有鉆孔。

背景技術：

聲波測試是彈性波測試方法之一，其理論基礎建立在固體介質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(巖石、巖體、混凝土構筑物)發射聲波，在一定的空間距離上接收介質物理特性的聲波，通過觀測和分析聲波在不同介質中的傳播速度、振幅、頻率等聲學參數，檢測介質(巖石、巖體、混凝土構筑物)的有關特性。聲波檢測技術具有用途廣泛、成果實用性強、完全不破壞工程建筑物等優點，迅速在國內外普及推廣，成為應用最廣泛的無損檢測方法，是我國基礎建設工程中作為質量檢查的最主要手段之一。因此，我國不論在監測技術、儀器設備方面均取得重大進步，使該技術在國內許多建設工程廣泛推廣應用，在提高工程質量、消除隱患、保證安全方面發揮了巨大作用。

聲波測試在具體的工程應用中，常是在介質中的鉆孔內進行檢測，聲波探頭放進孔內后，要求發射探頭和接收探頭的外表面全部介質孔壁良好接觸，才能獲得既穩定有準確的測試結果，如果不借助于耦合介質，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，通過幾十年來的工程實踐驗證，水是最為理想的耦合介質。目前聲波測試中，采取在孔中充滿水，以水作為耦合介質，是最常采用的方法，但是在復雜圍巖條件和測試環境下，如大斷面地下洞室和隧道中，經常遇到以下幾種情況：(1)孔內無水，即干孔，(2)即使有地下水，但沒有充滿測試孔，(3)平孔和仰孔，(4)總個鉆孔段內存在強弱透水帶孔段。遇到以上幾種情況，就必須不斷向孔內注水，孔口進行堵水，保證水充滿整個鉆孔，在一個鉆孔內需要進行幾十個孔段的測試時，就需要幾十次的注水、堵水循環操作，極為費時、費力，遇到仰孔或強透水帶孔段鉆孔時，操作就更加困難，以上情況，大大限制了聲波測試技術在現場的推廣應用。

目前國內外在聲波測試上，主要通過兩種途徑解決上述問題，第一種途徑是不使用耦合劑，在發射探頭加大震源發射功率或在接收探頭安裝信號放大設置，提高接收信號的能力。這種方法能在一定程度上結解決問題，但工作實踐表明，監測效果并不理想，其原因在于增大發射功率，但由于探測系統與孔壁耦合不佳，發射端能量在進入探測體之前就損失殆盡；而增強接受信號，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，出發點是使孔內形成密閉空間，目的是使注入的水保證充滿測試孔，這種方法孔口封堵設備固定，在一孔內需要做多個部位的聲波測試時，移動聲波探頭極為不便，聲波探頭移動到接近孔口位置進行測試時，如果整個測試孔孔壁有一段存在較大的透水破碎帶時，就需要加大注水量，否則很難保證孔內水的充滿。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種自動耦合聲波測試系統及聲波測試方法，既能保證測試結果的穩定性和準確性，又能高效地省時省力地進行聲波測試。為實現上述發明目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種自動耦合聲波測試系統，主要包括聲波測試設備和注水加壓設備兩部分，其中聲波測試設備包括聲波探頭，聲波探頭一端設有進水接頭，進水接頭上設有進水孔、聲波信號電纜通道孔和推送桿連接螺栓，聲波探頭另一端設置有固定短桿；其中聲波測試設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試設備進水接頭的進水孔，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，在進水接頭外側和固定短桿外側均設有三道環形止水槽。

柔性弱透水袋兩端緊緊包在進水接頭和固定短桿上，并在環形止水槽處困扎，保證密封不漏水，柔性弱透水袋在設計水壓下的透水量不超過注水設備最大注水量的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、有較高強度和一定透水性的棉紗布料。密封段保證了袋內沖水不向兩端產生大量漏水，減少用水量。

柔性弱透水袋具有一定的透水性，主要體現在材料的滲透系數上，其滲透系數要稍大于孔壁巖體的透水系數，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備的注水量，一般控制在其透水量不超過注水量的1/10左右。

本發明的自動耦合聲波測試系統的聲波測試方法主要包括以下步驟：

(1)在聲波測試設備進水口處連接進水管，連接部位做好密封，進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)大致估算聲波測試設備到水壓表的垂直高度，保證聲波測試設備柔性弱透水袋內水壓保持在0.05-0.01MPa的水壓，根據垂直高度計算壓力表處的水壓值，設定好加水壓力；

(3)準備工作就緒后，在推送桿連接螺栓處安裝推送桿，通過推送桿將聲波測試設備推送到孔內指定深度；

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

(5)在注水到設定壓力后，注水加壓泵持續進行補壓工作，開始進行聲波測試；

(6)一個孔段測試完后，通過注水加壓泵的卸壓孔，將柔性弱透水袋內的水部分排出，透水袋收縮，脫離孔壁，避免測試設備前后移動時損壞弱透水帶結構；

(7)通過推送桿，將聲波測試設備推送到另一孔段，重新注水加壓，待水壓到指定水壓值時，后續持續補壓，即可進行另一孔段測試。

推送桿前后推送聲波測試設備時，電纜線和注水管一起前后移動。注水加壓水泵可以是手壓水泵或電動補水泵，是否需要補壓可通過人工控制或通過智能自動化控制。

根據上述技術方案，本發明的自動耦合柔性弱透水聲波測試系統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，可有效的保證測試段內探頭與孔壁耦合問題。

附圖說明

圖1是本發明的自動耦合聲波測試系統的整體結構示意圖。

圖2是本發明的聲波測試設備中的聲波探頭的截面圖。

圖3是本發明的柔性弱透水袋的結構示意圖

圖4是本發明的聲波測試設備中的聲波探頭的側視圖。

其中，1-聲波探頭，2-柔性弱透水袋，3-進水接頭，4-固定短桿，5-止水槽，6-止水槽，7-進水孔，8-聲波信號電纜通道孔，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

具體實施方式：

本發明的自動耦合聲波測試系統主要由聲波測試設備和注水加壓設備兩部分組成。如圖1所示，聲波測試設備包括聲波探頭1和柔性弱透水袋2，聲波探頭1一端設有進水接頭3，進水接頭3為一圓柱型不銹鋼體，進水接頭3端頭上設有進水孔7、聲波信號電纜通道孔8和推送桿連接螺栓14，聲波電纜在聲波信號電纜通道孔8處進行密封，密封材料能承受0.3MPa的壓力。進水接頭3外側表面上設有三道環形止水槽5，聲波探頭1另一端設有一圓柱型不銹鋼體固定短桿4，固定短桿4外側表面設有三道環形止水槽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2兩端緊緊包在進水接頭3和固定短桿4上，并在環形止水槽5、6處困扎，保證密封不漏水，柔性弱透水/2在設計水壓下的透水量不超過注水設備最大注水量的10％。

注水加壓設備由水箱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和聲波測試設備進水接3頭的進水孔7，該段上安裝有三通接頭，三通接頭上安裝水壓表。

聲波測試設備由聲波探頭1和柔性弱透水袋2組成。聲波探頭1一端設有進水接頭3，進水接頭3端頭設有進水孔7、聲波信號電纜通道8和推送桿連接螺栓9。另一端設有固定短桿4，進水接頭3和固定短桿4的外側表面分別設三道止水槽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，通過密封段密封在進水接頭3和固定短桿4的外側表面上，并在止水槽5、6處環繞困扎，保證密封，密封段部分采用不透水的塑性較大、強度高的橡膠材料，工作段采用柔性弱透水、有較高強度的材料。柔性弱透水袋2工作直徑比孔口直徑大5-10mm左右。設在進水接頭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內水壓力，連接注水加壓水泵10和聲波測試設備進水接頭的進水孔7，該段上安裝有三通接頭13，三通接頭上安裝水壓表12。

進行聲波測試時，在聲波測試設備進水口7連接上進水管，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。大致估算聲波測試設備到水壓表的垂直高度，保證聲波測試設備柔性弱透水袋內水壓保持在0.05-0.01MPa的水壓，根據垂直高度計算壓力表處的水壓值，設定好加水壓力。

準備工作就緒后，在推送桿連接螺栓14上安裝上推送桿，通過推送桿將聲波測試設備推送到孔內指定深度。通過注水加壓水泵向聲波測試設備的柔性弱透水袋內進行注水加壓，柔性弱透水袋內空氣通過弱透水帶排出，柔性弱透水帶擴張并脹滿測試孔段與孔壁接觸，充滿水后，袋內水通過弱頭水袋向外滲漏充滿袋與孔壁之間的空隙，并通過設定好的一定壓力，保證了探頭與孔壁的良好耦合。在注水到設定壓力后，注水加壓泵持續進行補壓工作，就可以進行聲波的測試。

一個孔段測試完后，通過注水加壓泵的卸壓孔，將柔性弱透水帶內的水部分排出，透水袋收縮，脫離孔壁，避免測試設備前后移動時損壞弱透水帶結構。通過推送桿，將聲波測試設備推送到另一孔段，重新注水加壓，待水壓到指定水壓值時，后續持續補壓，即可進行另一孔段測試。

推送桿前后推送聲波測試設備時，電纜線和注水管一起前后移動。注水加壓水泵可以是手壓水泵或電動補水泵，是否需要補壓可通過人工控制或通過智能自動化控制。由于采用了上述技術方案，本柔性弱透水聲波測試設備系統，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，可有效的保證測試段內探頭與孔壁耦合問題。使用透水袋結構，可免去了孔口堵水措施，并且不必要求整個孔內充滿水，大大減小了注水量和注水時間。加壓水泵采取一定壓力，可保證弱透水帶充分擴張接觸孔壁，并且袋內充滿水。這種設計方案，解決了原來在平孔、仰孔進行聲波測試中既費時又費力的操作，并且也解決了當鉆孔內存在強漏水帶無法在孔內注滿水的難題，及解決了復雜環境中的聲波測試問題，又大大提高了工作效率，有著顯著的積極效果，具有一定的應用和推廣價值。