自动检测盾构隧道衬砌施工质量的机械装置及检测方法与流程
本发明涉及盾构隧道衬砌施工质量检测领域，具体地，涉及一种自动检测盾构隧道衬砌施工质量的机械装置及检测方法。
背景技术：
目前，盾构隧道衬砌质量检测主要为地质雷达检测。地质雷达检测的基本原理是利用高频电磁波，以宽频带短脉冲形式，在地面通过发射天线将信号送入地下，由接收天线接受经地层界面或目标体反射返回地面的那部分电磁波反射信号，然后通过计算机分析电磁波反射信号的时频特征和振幅特征来确定地层或目标体的位置、几何形态和结构。通过上述无损检测方式，确定衬砌厚度、裂损部位、衬砌背后空洞空隙的分布及混凝土结构完整性，并用以判断工程施工是否达到设计要求，诊断和评价既有衬砌的工作状态和安全性能。然而，现阶段的地质雷达无损检测是基于装载机焊接简易平台或者高空维修专用车，通过人工手举或手托探测器紧贴衬砌表面实施的。一方面，由于盾构隧道狭长且断面面积大，检测点数量多，采用人工手举或手托方式不仅耗时耗力，而且检测范围有限，操作人员的人身安全也难以保证；另一方面，当路面不平或维修车驾驶不当时，雷达天线极易脱离衬砌表面，雷达图像质量难以保证。因此，有必要提供一种自动检测盾构隧道衬砌施工质量的机械装置来取代现阶段的人工作业，实现无损检测的机械自动化。
经对现有技术文献的检索发现，中国专利号为201520017228.1，专利公开号为：204479742U，专利名称为：一种隧道衬砌雷达检测机械装置和隧道衬砌雷达检测车，该专利自述：“利用移动车将隧道衬砌雷达检测机械装置运送到放样点的下放后，通过该装置的伸缩杆或者进一步配合移动车上安装的伸缩架，将雷达天线靠近放样点，之后通过调节各个升降杆的高度，进而使得安装于升降杆的雷达天线的倾斜角度与扫描点的倾斜角度相一致，再通过各个升降杆与伸缩架的配合，将雷达天线紧贴于扫描点处，进而完成之后的扫描工作。”该装置利用伸缩架和升降杆代替人工托举作业，当进行左右边墙及拱腰检测时，通过调节升降杆改变雷达天线的角度使其与衬砌表面贴合，然而升降杆的底端与支撑台固定连接，在雷达天线不可伸缩的前提下，若要使得雷达天线与衬砌贴合，四个升降杆只能向内弯曲，多次检测之后，升降杆既无法保证其垂直度也无法保证其弯曲度，直接影响检测结果；同时，四个升降杆的角度设置仍采用人工手动调节，人为误差无法避免；除此之外，盾构隧道环境并不适合移动车的进出作业。故而上述专利提出的方法难以保证雷达天线检测结果的准确性，难以适用于盾构隧道衬砌质量检测。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种自动检测盾构隧道衬砌施工质量的机械装置及检测方法，该装置和方法打破以往借助装载机或高空作业专用车，以人工托举方式进行检测的模式，实现检测的机械化和同步化，并保证检测结果的准确性和稳定性。
根据本发明的一个方面，提供一种自动检测盾构隧道衬砌施工质量的机械装置，包括：检测台车、控制台、纵向轨道、纵向移动装置、环向轨道、环向移动检测装置，其中：
所述检测台车连接于盾构机原有台车的后方；所述控制台设置于所述检测台车的后端部；所述纵向轨道焊接于所述检测台车底部的两侧边缘；所述纵向移动装置安装在所述纵向轨道上，并沿所述纵向轨道滑行；所述环向轨道与所述纵向移动装置焊接固定，并位于所述控制台前方；所述环向移动检测装置安装在所述环向轨道上，并沿所述环向轨道滑行；
所述检测台车与盾构机原有台车相连实现了衬砌无损检测与隧道施工同步化；通过调节所述环向移动检测装置，使其到达指定监测点位置并完成环向移动检测装置与衬砌表面的贴合工作；待隧道环向衬砌完成检测，通过所述控制台调节纵向移动装置，进行后续隧道环向衬砌的检测。
优选地，所述检测台车底部安装有轨道轮，以便在盾构机轨道上移动；所述检测台车的前端部与盾构机原有台车的后端部铰接固定，由此实现盾构衬砌无损检测与隧道施工的同步化。
更优选地，所述检测台车是由两个相同的钢制平台通过两根H型钢焊接而成；钢制平台是由规格相同的H型钢焊接而成的长矩形框架，长矩形框架的底部焊接一层镂空钢板，用于人员行走及设备固定。
更优选地，所述两个相同的钢制平台通过H型钢焊接而成，是指：在钢制平台顶端短边方向的两外侧分别焊接H型钢，使得两个相同的钢制平台连接形成一个整体。
优选地，所述控制台位于检测台车的后端，并固定在检测台车的镂空钢板上；所述控制台还集成有环向移动检测装置、纵向移动装置的控制开关以及图像监视器。
优选地，所述纵向轨道为两根规格相同的长直形钢制齿条轨道，并在两根长直形钢制齿条轨道的中部均设置凹槽，以便卡设纵向移动装置。
更优选地，所述两根长直形钢制轨道分别焊接于检测台车的两个钢制平台底部的外侧边缘。
优选地，所述纵向移动装置有相同的两个，分别安装在所述两根长直形钢制齿条轨道上，所述纵向移动装置由金属壳、齿轮、安置平台和纵向马达组成，其中：齿轮安装在金属壳的内部，安置平台设置在金属壳外侧边的中部，纵向马达固定在安置平台上。
更优选地，所述金属壳的横截面为下端开口的矩形；金属壳长度方向的尺寸等于环向轨道的宽度；金属壳沿长边方向的两侧边底部内侧焊接方形钢条并卡设于纵向轨道中部的凹槽内；金属壳沿长边方向的一侧边中部开一方形洞口，以便纵向马达穿过金属壳以驱动齿轮。
更优选地，所述齿轮有相同的三个，三个齿轮分别安装在金属壳的两端及中部，并均与纵向轨道上的齿条相啮合；其中：安装在金属壳中部的齿轮由纵向马达驱动，中部的齿轮与纵向轨道上的齿条产生的啮合力驱动所述纵向移动装置在纵向轨道上移动，另外两个安装在金属壳两端的齿轮起到平衡所述纵向移动装置的作用。
更优选地，所述安置平台为一矩形厚钢板，并位于金属壳的方形洞口下方；安置平台的上表面与金属壳的方形洞口下边沿齐平，并焊接于金属壳上。
更优选地，所述纵向马达的转轴穿过金属壳上的方形洞口，并与安装在金属壳中部的齿轮连接。
优选地，所述环向轨道为两根规格相同且相互平行的圆弧形钢制轨道，圆弧形钢制轨道的两端分别焊接在所述两个纵向移动装置上。
更优选地，所述圆弧形钢制轨道的半径小于盾构隧道横截面的半径，且与衬砌内表面相距300～400mm；圆弧形钢制轨道的内侧带齿，以便环向移动检测装置移动。
优选地，所述环向移动检测装置包括：天线盒、安装盒、弹簧组、电动伸缩杆、主动移动装置、从动移动装置及传动轴；其中：
天线盒放置在安装盒内；弹簧组位于天线盒的底部外侧、安装盒的底部内侧，且均与天线盒、安装盒固定连接；主动移动装置与从动移动装置通过传动轴相连，且主动移动装置和从动移动装置的一个外侧面分别与两个电动伸缩杆的一端固定；安装盒与两个电动伸缩杆的另一端固定连接。
更优选地，所述环向轨道的两根圆弧形钢制轨道的横截面尺寸小于环向移动检测装置中的主动移动装置及从动移动装置上设置的洞口尺寸，以便两根圆弧形钢制轨道穿过主动移动装置及从动移动装置。
更优选地，所述天线盒为一短边带翼缘、长边无翼缘的矩形铁盒，天线盒的内部尺寸与雷达天线的尺寸相同；天线盒的第一端板、第三端板的顶部设置保护雷达天线的导向板；天线盒的第二侧板、第四侧板的外侧面均绘制有上行程线、下行程线。
更优选地，所述天线盒的第一端板、第三端板是指：天线盒沿长边方向的两块钢板。
更优选地，所述天线盒的第二侧板、第四侧板是指：天线盒沿短边方向的两块带翼缘的钢板；其中：翼缘的长度3～10mm，翼缘的宽度、高度与天线盒沿短边方向的钢板相同。
更优选地，所述导向板为两块凸形钢板，其中一块凸形钢板的凹面与第一端板及翼缘顶部进行三面围焊，另一块凸形钢板的凹面与第三端板及翼缘顶部进行三面围焊。
更优选地，所述上行程线、下行程线是指：绘制在天线盒第一端板、第三端板外侧的两条平行直线；所述上行程线、下行程线是为了显示雷达天线与衬砌表面的贴合程度，当且仅当上行程线高出安装盒上表面时，表明雷达天线与衬砌表面贴合程度适当。
更优选地，所述安装盒为一矩形铁盒，安装盒的长度和宽度均大于天线盒、高度大于天线盒高度；安装盒内侧壁的四个角均设置有限位槽，以便将天线盒的第二侧板、第四侧板的翼缘卡设于限位槽内；安装盒的第二侧板、第四侧板中部外侧分别焊接一翼板。
更优选地，所述限位槽是指：加工在安装盒内侧壁四个角的凹槽，且凹槽垂直于安装盒底板。
更优选地，所述安装盒的第二侧板、第四侧板是指：安装盒短边方向的两块钢板。
更优选地，所述翼板为一矩形钢板，两块矩形钢板的长边分别与所述安装盒的第二、四钢侧板均通过焊接方式固定，且矩形钢板长边的长度与安装盒短边的长度相同。
更优选地，所述弹簧组的一端焊接在天线盒底板的外侧、另一端焊接在安装盒底板的内侧。
更优选地，所述电动伸缩杆由伸出端和固定端组成，共有两根，其中一根电动伸缩杆的伸出端焊接于安装盒第二侧板上的翼板下侧面的外缘中心位置、固定端与所述主动移动装置的外侧面焊接固定；另一根的伸出端焊接于安装盒第四侧板上的翼板下侧面的外缘中心位置、固定端与从动移动装置的外侧面焊接固定；两根电动伸缩杆的电路并联，以保证在检测过程中两根电动伸缩杆同步伸缩。
更优选地，所述主动移动装置呈矩形盒状，沿主动移动装置短边方向的两侧板均开设洞口，沿长边方向的两端板对应设置限位孔。
更优选地，所述洞口为矩形洞口，其尺寸大于环向轨道的横截面尺寸，以便环向轨道穿过。
更优选地，所述限位孔为圆孔，圆形限位孔的直径等于传动轴中的钢制圆轴直径，便于穿过钢制圆轴。
更优选地，所述主动移动装置由主动导轮基座、主动导轮、环向马达和驱动齿轮组成，其中：主动导轮基座焊接于主动移动装置内部的上表面，主动导轮安装在主动导轮基座上，主动导轮高于两侧板开设洞口的上边沿，环向马达位于主动移动装置内部的下方，驱动齿轮固定在环向马达的转轴上。
更优选地，所述主动导轮基座共有两组，每组由两块相同的倒梯形钢板组成，其下底边焊接在主动移动装置内部的上表面，两块梯形钢板相互平行且通过一根钢轴焊接相连。
更优选地，所述主动导轮是指机械中常用的轨道滚轮轴承，共有两个；主动导轮中部设有圆孔，以便于主动导轮基座上的钢轴穿过，从而完成主动导轮在主动导轮基座上的安装；主动导轮侧表面的中部向内凹陷，以便于卡设环向轨道的外边缘。
更优选地，所述从动移动装置呈矩形盒状，从动移动装置内部装有从动导轮基座和从动导轮；沿从动移动装置短边方向的两侧板均开设洞口，沿从动移动装置长边方向的两端板均开设限位孔。
更优选地，所述洞口与主动移动装置中的洞口相同。
更优选地，所述限位孔与主动移动装置中的限位孔相同。
更优选地，所述从动导轮基座即从动移动装置中的导轮基座，与主动导轮基座相同。
更优选地，所述从动导轮即所述从动移动装置中的导轮，与主动导轮相同。
更优选地，所述传动轴由一个钢制圆轴、一个大齿轮及两个相同的小齿轮组成，其中：一个大齿轮和一个小齿轮位于钢制圆轴一端，另一个小齿轮位于钢制圆轴的另一端。
更优选地，所述钢制圆轴作为传动轴的轴承，其长度大于主动移动装置至从动移动装置的最大水平距离；钢制圆轴的一端穿过主动移动装置的一个限位孔、大齿轮、小齿轮以及主动移动装置的另一个限位孔，钢制圆轴的另一端穿过从动移动装置的一个限位孔、小齿轮以及从动移动装置的另一个限位孔。
更优选地，所述大齿轮位于主动移动装置的内部，并与主动移动装置中环向马达的驱动齿轮啮合；所述大齿轮的直径是所述小齿轮直径的3～4倍。
更优选地，两个所述小齿轮中：
其中一个小齿轮位于主动移动装置的内部，并与环向轨道内侧的齿相啮合；
另一个小齿轮位于从动移动装置的内部，并与环向轨道内侧的齿相啮合。
根据本发明的另一个方面，提供一种基于自动检测盾构隧道衬砌施工质量的机械装置的检测方法，包括以下步骤：
第一步、确定衬砌中的电磁波速v和雷达天线的中心频率f
在雷达天线安装至天线盒之前，根据对检测精度的需要选定雷达天线空间分辨率X；采用人工方式将雷达天线与尚未拼装的预制管片贴合，并对预制管片进行扫描，待雷达成像结束后，记录双程旅行时间t，通过引用规范TB10223-2004中计算公式确定衬砌中的电磁波速v，引用文献《地质雷达在隧道衬砌质量检测中的应用》中公式确定雷达天线的中心频率f；
第二步、待盾构隧道开挖距离大于盾构机总长时，将雷达天线安装至天线盒，将自动检测盾构隧道衬砌施工质量的机械装置中的检测台车前端部通过铰链连接于盾构机后端部，实现盾构开挖与衬砌质量检测的同步化；
第三步、待自动检测盾构隧道衬砌施工质量的机械装置移动到盾构隧道第一环衬砌的下方，调节纵向移动检测装置，使得环向移动检测装置位于第一环衬砌的横截面中心线正下方；
第四步、确定盾构隧道衬砌的检测路线；
第五步、确定自动检测盾构隧道衬砌施工质量的机械装置中的雷达天线与第一环衬砌表面贴合适当
通过在控制台调节环向移动检测装置中的电动伸缩杆，使得天线盒上的上行程线高于安装盒表面，而下行程线低于安装盒表面，即完成雷达天线与衬砌表面的贴合工作；
第六步，检测盾构隧道第一环衬砌质量
移动环向移动检测装置至环向轨道的一端，在控制台中调节环向移动检测装置速度vr，使环向移动检测装置匀速移动，直至环向移动检测装置移动到环向轨道的另一端，即完成对盾构隧道第一环衬砌质量的检测；
第七步、随着自动检测盾构隧道衬砌施工质量的机械装置中的检测台车的不断前进，通过调节纵向移动检测装置，使环向移动检测装置位于下一环衬砌横截面中心轴线处，依次重复第五步和第六步，即完成后续衬砌质量的检测工作。
优选地，第一步中，所述雷达天线空间分辨率X是指：两个目标物在雷达荧光屏上产生的回波能够区分开来的最小实际距离，根据对检测精度的需要，一般取0.01-0.1m。
优选地，第一步中，所述双程旅行时间t是指：电磁波从雷达天线发出穿过介质到达目标体并从目标体反射回雷达天线这一过程的时间，即电磁波从预制管片的一面穿过预制管片的厚度并返回的时间。
优选地，第一步中，所述衬砌中的电磁波速v按如下公式确定：
式中：d为预制管片厚度(m)；t为双程旅行时间(ns)。
优选地，第一步中，所述雷达天线的中心频率f按如下公式确定：
式中：X为雷达天线空间分辨率(m)；ε为相对介电常数，引用规范TB10223-2004中计算公式为：
优选地，第二步中，所述盾构开挖与衬砌质量检测的同步化是指：盾构施工速度与衬砌质量检测速度一致。
优选地，第三步中，所述调节纵向移动检测装置是指：在控制台控制纵向移动检测装置延纵向轨道前后移动到指定位置。
优选地，第四步中，所述盾构隧道衬砌的检测线路分为环向与纵向检测线路，其中：
所述环向检测线路近似为盾构隧道衬砌全断面检测，其检测范围等于自动检测盾构隧道衬砌施工质量的机械装置中环向移动检测装置的环向移动范围；
所述纵向检测线路是指沿隧道开挖方向，每环衬砌横截面中心线处均检测。
优选的，第六步中，所述环向移动检测装置速度vr由下式确定：
其中：α为调整系数，取0.3-0.6；ε为相对介电常数；s为雷达扫描速度，即雷达天线每秒发射的脉冲数(次/s)；f为雷达天线的中心频率(MHz)；v为衬砌中的电磁波速(m·ns-1)。
本发明的工作原理为：
检测台车与盾构机原有台车相连实现了衬砌无损检测与隧道施工同步化；通过调节环向移动检测装置的高度，即可到达指定检测点的位置；通过调节电动伸缩杆，观察上、下行程线，即可完成环向移动检测装置与衬砌表面的贴合工作；待隧道环向衬砌完成检测，可通过控制台调节纵向移动装置，进行后续隧道环向衬砌的检测。本发明利用盾构机掘进及管片安装的时间差，高效地完成隧道衬砌的无损检测。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的操作均在控制台完成，只需控制开关即可，以机械化代替人工化，且不存在安全隐患；本发明可与盾构机原有台车相连，实现隧道掘进与无损检测的同步化；本发明通过调节环向移动检测装置及电动伸缩杆，即可完成贴合工作，保证了检测结果的精确度。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1a为本发明一实施例的机械装置的结构主视图；
图1b为本发明一实施例的机械装置的结构左视图；
图1c为本发明一实施例的机械装置的结构俯视图；
图2a为本发明一实施例的纵向移动装置及纵向轨道的装配纵断面图；
图2b为本发明一实施例的纵向移动装置及纵向轨道的横断面图；
图3a为本发明一实施例的环向移动检测装置的结构示意图；
图3b为环向移动检测装置中天线盒结构示意图；
图3c为图3b的侧视图；
图3d为环向移动检测装置中安装盒及弹簧组的装配示意图；
图3e为图3d的侧视图；
图3f为环向移动检测装置中主动移动装置结构示意图；
图3g为环向移动检测装置中从动移动装置结构示意图；
图3h为图3a中从动移动装置的1-1剖面图；
图3i为环向移动检测装置中传动轴的结构示意图；
图中：
1为检测台车，2为控制台，3为纵向轨道，4为纵向移动装置，5为环向轨道；6为环向移动检测装置；
1-1为轨道轮，1-2为镂空钢板；
3-1为限位槽；
4-1为金属壳，4-2为齿轮，4-3为安置平台，4-4为纵向马达；
6-1为雷达天线，6-2为天线盒，6-3为安装盒，6-4为弹簧组，6-5为电动伸缩杆，6-6为主动移动装置，6-7为从动移动装置，6-8为传动轴；
6-2-1为导向板，6-2-2为上行程线，6-2-3为下行程线，6-2-4为洞口；
6-3-1为限位槽，6-3-2为翼板，6-3-3为洞口；
6-6-1为限位孔，6-6-2为主动导轮基座，6-6-3为主动导轮，6-6-4为环向马达，6-6-5为驱动齿轮；
6-7-1为限位孔，6-7-2为从动导轮基座，6-7-3为从动导轮；
6-8-1为钢制圆轴，6-8-2为大齿轮，6-8-3为小齿轮。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本实施例以直径6m的土圧平衡盾构隧道施工为例，衬砌厚度300mm；所选用地质雷达的中心频率900MHz，其雷达天线的尺寸为500mm×300mm×210mm，与雷达主机相分离，两者通过电缆连通。
如图1、图2、图3所示，本实施例提供一种自动检测盾构隧道衬砌质量的机械装置，包括检测台车1，控制台2，纵向轨道3，纵向移动装置4，环向轨道5，环向移动检测装置6，其连接方式为：
所述检测台车1连接于盾构机原有台车的后方；所述控制台2设置于所述检测台车1后端部；所述纵向轨道3焊接于所述检测台车1底部的两侧边缘；所述纵向移动装置4安装在所述纵向轨道3上，可沿所述纵向轨道3滑行；所述环向轨道5与所述纵向移动装置4焊接固定，所述环向轨道5位于所述控制台2前方；所述环向移动检测装置6安装在所述环向轨道5上，可沿所述环向轨道5滑行。
如图1所示，本实施例两个相同的钢制平台均是由规格为200mm×200mm×8mm×12mm的Q235级H型钢焊接而成的长矩形框架，这种框架长5000mm，宽900mm，高2400mm，框架底部焊接一层8mm厚的Q235级镂空钢板1-2，用于人员行走和设备固定；上述两个钢制平台顶部短边方向焊接规格为200mm×200mm×8mm×12mm的Q235级H型钢，使得两个钢制平台连接形成检测台车1的主体，且在两个钢制平台之间尚有2200mm距离的空间，作为工人或施工小车通行的通道；两钢制平台靠近上述通道的一侧下边分别安装有3个直径为200mm的钢制轨道轮1-1，以便检测台车1可以在盾构机轨道上移动；检测台车1前端部与盾构机的原有台车后部铰接连接，由此实现盾构衬砌检测与隧道施工的同步化。上述焊接均采用E43系列焊条，平焊缝高度8mm，角焊缝高度10mm。
如图1所示，本实施例所述控制台2长600mm、宽300mm、高1100mm，位于检测台车1的后端，并焊接固定在检测台车1的镂空钢板1-2上，且与钢制平台后端的一根竖向H型钢焊接固定；上述焊接采用E43系列焊条，平焊缝高度8mm，角焊缝高度10mm；
所述控制台2集成纵向移动装置4、环向移动检测装置6的控制开关以及图像监视器。
如图2所示，本实施例所述纵向轨道3为两根规格为4200mm×80mm×100mm的长直形钢制带齿轨道，其两侧面中部均设置限位槽3-1，限位槽3-1截面为边长9mm的方形且贯通长直形钢制轨道全长；两根长直形钢制轨道分别焊接于所述检测台车1的两个钢制平台底部的外边缘；焊接采用E43系列焊条，角焊缝高度10mm。
本实施例所述纵向移动装置4有相同的两个，并分别安装在两个纵向轨道3上；每一个纵向移动装置4均由金属壳4-1、齿轮4-2、安置平台4-3和纵向马达4-4组成，其中：
齿轮4-2安装在金属壳4-1的内部，安置平台4-3设置在金属壳4-1外侧边的中部，纵向马达4-4固定在所述安置平台4-3上。
具体的：
所述金属壳4-1由8mm厚的Q235级钢板焊接而成，其横截面为104mm×140mm下端开口的矩形，其长度为700mm；金属壳4-1沿长边方向的两侧边底部内侧焊接矩形钢条，该矩形钢条横截面尺寸为9mm×8mm，贯通金属壳4-1全长，并卡设于纵向轨道3的限位槽3-1内；金属壳4-1沿长边方向的一侧边中部开一边长65mm的方形洞口，以便纵向马达4-4穿过金属壳4-1驱动一只齿轮4-2；
所述齿轮4-2共有相同的三个，三个齿轮4-2直径均为60mm，并分别安装在金属壳4-1的两端及中部，且三只齿轮4-2均与纵向轨道3上的齿相啮合，其中安装在金属壳4-1内部的中部齿轮4-2由纵向马达4-4驱动；
所述安置平台4-3为一边长65mm的方形钢板，该钢板选用厚12mm的Q235级钢板，钢板的上表面与金属壳4-1上方形洞口的下边沿齐平，且焊接于金属壳4-1上；
所述纵向马达4-4的力矩为3N·m，并用螺栓固定于安置平台4-3上；纵向马达4-4的转轴穿过金属壳4-1中部的洞口，并与金属壳4-1内部的中部齿轮4-2连接。
上述焊接采用E43系列焊条，焊缝高度8mm。
本实施例中，所述纵向马达4-4驱动金属壳4-1内部的中部齿轮4-2转动，中部齿轮4-2与纵向轨道3上的齿产生的啮合力驱动纵向移动装置4在纵向轨道上3移动，两个安装在金属壳4-1端部的齿轮4-2起到平衡纵向移动装置4的作用。
如图1和图3(a)所示，所述环向轨道5为两根规格相同且相互平行的圆弧形钢制轨道，两根圆弧形钢制轨道构成环形的曲率半径为2400mm；
两根圆弧形钢制轨道的内侧带齿，以便环向移动检测装置6移动；
两根圆弧形钢制轨道外表面呈倒圆角的三角形，以便卡设在主动移动装置6-6中的主动导轮6-6-3或从动移动装置6-7中的从动导轮6-7-3中部的凹陷内；
两根圆弧形钢制轨道的两端分别焊接在两个纵向移动装置4两端上部；
上述焊接采用E43系列焊条，焊缝高度10mm。
如图3a所示，所述环向移动检测装置6包括：天线盒6-2、安装盒6-3、弹簧组6-4、电动伸缩杆6-5、主动移动装置6-6、从动移动装置6-7及传动轴6-8，其中：
天线盒6-2放置在安装盒6-3内；弹簧组6-4位于天线盒6-2的底部外侧、安装盒6-3的底部内侧，均固定连接；主动移动装置6-6与从动移动装置6-7通过传动轴6-8相连，且主动移动装置6-6和从动移动装置6-7的一个外侧面分别与两个电动伸缩6-5杆的一端固定；两个电动伸缩杆6-5的另一端均与安装盒6-3固定连接。
如图3a、图3b、图3c所示，所述天线盒6-2的尺寸为516mm×316mm×226mm，由8mm厚的Q235级钢板焊接而成；
天线盒6-2的底板为516mm×316mm的回字形板，该回字形板中部设有洞口6-2-4，其尺寸为300mm×150mm，用于穿过雷达天线6-1的电缆；
天线盒6-2沿短边方向的两块板的两端往外延伸9mm以形成天线盒6-2的翼缘，两块板的外侧面绘制有平行于天线盒6-2底板的上行程线6-2-2和下行程线6-2-3，且下行程线6-2-3高于天线盒6-2底部100mm，上行程线6-2-2比下行程线6-2-3高100mm；上行程线6-2-2和下行程线6-2-3的作用是指示雷达天线6-1与衬砌表面的贴合程度，当且仅上行程线6-2-2高出安装盒6-3上表面时，表明雷达天线6-1与衬砌表面贴合程度适当；
天线盒6-2沿长边方向的两块板顶部分别设置有保护雷达天线6-1的导向板6-2-1，导向板6-2-1为两块8mm厚的Q235级凸形钢板，其中一块凸形钢板的凹面与天线盒6-2长边方向的一块板及翼缘顶部三面围焊，另一块凸形钢板的凹面与天线盒6-2长边方向的另一块板及翼缘顶部三面围焊；
上述焊接均采用E43系列焊条，形成的焊缝均为角焊缝，焊缝高度8mm。
如图3a、图3d、图3e所示，所述安装盒6-3的尺寸为550mm×354mm×280mm，由Q235级钢板焊接而成；
安装盒6-3的底板为534mm×354mm厚8mm的回字形板，该回字形板中部设有洞口6-3-3，其尺寸为300mm×150mm，用于穿过雷达天线6-1的电缆；
安装盒6-3沿短边方向的两块板厚8mm，两块板的外侧中部分别垂直焊接翼板6-3-2，翼板6-3-2为10mm厚的Q235级钢板、尺寸为354mm×150mm，两块翼板6-3-2长边分别与安装盒6-3短边方向的两块板焊接；
安装盒6-3沿长边方向的两块板厚16mm，在两块板的两端部也即安装盒6-3内的四个角上设置有限位槽6-3-1，且限位槽6-3-1垂直于安装盒6-3底面，限位槽6-3-1的横断面为边长9mm的方形，用于将天线盒6-2的翼缘卡设在内；
上述焊接均采用E43系列焊条，焊缝高度8mm。
如图3a、图3d、图3e所示，所述弹簧组6-4由12根相同的弹簧组成，12根弹簧均匀分布在安装盒6-3的回字形底板上；弹簧组6-4的一端焊接在安装盒6-3底板的内侧、另一端焊接在天线盒6-2底板的外侧。
如图3a所示，所述电动伸缩杆6-5由伸出端和固定端组成，共有两根，其中一根的伸出端垂直焊接于安装盒6-3一块翼板6-3-2下侧面的外缘中心位置、固定端与主动移动装置6-6的外侧面焊接固定；另一根的伸出端垂直焊接于安装盒6-3另一块翼板6-3-2下侧面的外缘中心位置、固定端与从动移动装置6-7的外侧面焊接固定；上述焊接均采用E43系列焊条，焊缝高度8mm；
所述两根电动伸缩杆6-5的电路并联，以保证在检测过程中两根电动伸缩杆6-5同步伸缩。
如图3a和图3f所示，所述主动移动装置6-6的尺寸为150mm×120mm×240mm，由8mm厚的Q235级钢板焊接而成；主动移动装置6-6沿短边方向的两块板对应位置开设边长60mm的方形洞口，用于穿过环向轨道5；主动移动装置6-6沿长边方向的两块板对应位置设置限位孔6-6-1，限位孔6-6-1为直径15mm的圆孔，用于穿过传动轴6-8的钢制圆轴6-8-1。
如图3a和图3f所示，所述主动移动装置6-6的内部由主动导轮基座6-6-2、主动导轮6-6-3、环向马达6-6-4和驱动齿轮6-6-5组成，其中：
所述主动导轮基座6-6-2焊接固定于主动移动装置6-6内部上方；主动导轮6-6-3安装在主动导轮基座6-6-2上，并高于沿短边方向的两块板开设的方形洞口上边沿；环向马达6-6-4位于主动移动装置6-6内部的下端；驱动齿轮6-6-5固定在环向马达6-6-4的转轴上。具体的：
所述主动导轮基座6-6-2在主动移动装置6-6中共有两组，每组均由两块平行的10mm厚的Q235级钢板组成，钢板为上底50mm、下底100mm、高70mm的梯形钢板，梯形钢板的下底边焊接固定于主动移动装置6-6内部上方，梯形钢板的上部位置通过一根直径30mm、长70mm的钢轴焊接相连；上述焊接均采用E43系列焊条，焊缝高度8mm；
主动导轮6-6-3指机械中常用的轨道滚轮轴承，共有两只，直径140mm、高70mm；主动导轮6-6-3的中部有直径31mm的圆孔，以便主动导轮基座6-6-2上的钢轴穿过，完成主动导轮6-6-3在主动导轮基座6-6-2上的安装；主动导轮6-6-3的侧表面的中部向内凹陷，以便卡设环向轨道5的外边缘。
如图3a、图3g和图3h所示，所述从动移动装置6-7的尺寸为150mm×120mm×160mm，由8mm厚的Q235级钢板焊接而成；从动移动装置6-7沿短边方向的两块板对应位置开设边长60mm的方形洞口，用于穿过环向轨道5；从动移动装置6-7沿长边方向的两块板对应位置设置限位孔6-7-1，限位孔6-7-1为直径15mm的圆孔，用于穿过传动轴6-8的钢制圆轴6-8-1。
如图3a、图3g和图3h所示，所述从动移动装置6-7的内部安装有从动导轮基座6-7-2和从动导轮6-7-3，从动导轮基座6-7-2和从动导轮6-7-3以及它们的安装方式与上述主动移动装置6-6中的主动导轮基座6-6-2和主动导轮6-6-3相同，这里不再赘述。
如图3a和图3i所示，所述传动轴6-8由一个钢制圆轴6-8-1、一个大齿轮6-8-2及两个相同的小齿轮6-8-3组成，其中：
一个大齿轮6-8-2和一个小齿轮6-8-3位于钢制圆轴6-8-1的一端，另一个小齿轮6-8-3位于钢制圆轴6-8-1的另一端；具体的：
钢制圆轴6-8-1为传动轴6-8的轴承，其直径为15mm、长为800mm；钢制圆轴6-8-1的一端穿过主动移动装置6-6的一个限位孔6-6-1、大齿轮6-8-2、小齿轮6-8-3以及主动移动装置6-6的另一个限位孔6-6-1，钢制圆轴6-8-1的另一端穿过从动移动装置6-7的一个限位孔6-7-1、小齿轮6-8-3以及从动移动装置6-7的另一个限位孔6-7-1。
本实施例中，所述大齿轮6-8-2的直径120mm，位于主动移动装置6-6的内部，并与主动移动装置6-6中驱动齿轮6-6-5啮合；两个小齿轮6-8-3的直径为40mm，其中一个位于主动移动装置6-6的内部并与环向轨道5上的齿啮合，另一个位于从动移动装置6-7的内部并与环向轨道5上的齿相啮合。
基于上述自动检测盾构隧道衬砌施工质量的机械装置，本实施例提供一种自动检测盾构隧道衬砌施工质量的检测方法，所述检测方法包括以下步骤：
第一步、确定雷达天线6-1的电磁波速v和中心频率f，具体的：
本实施例中预制管片厚度d为30cm；在雷达天线6-1安装至天线盒6-2之前，根据对检测精度的需要选定雷达天线空间分辨率为0.07m；采用人工方式将雷达天线6-1与尚未拼装的预制管片贴合，对其进行扫描，待雷达形成图像后，记录双程旅行时间t，重复扫描三次，得到双程旅行时间分别为4.9ns、5.0ns、5.1ns，取平均双程旅行时间根据公式计算雷达天线6-1的电磁波速v为根据公式计算介质的相对介电常数ε为根据公式计算雷达天线6-1的中心频率f为由此选定雷达天线6-1中心频率f为900MHz。
第二步、待盾构隧道开挖距离略大于盾构机总长时，将雷达天线6-1安装至天线盒6-2，然后将所述自动检测盾构隧道衬砌施工质量的机械装置中的检测台车1的前端部与盾构机的后端部通过铰链相连，以使衬砌检测速度与盾构施工速度一致，实现衬砌质量检测与盾构开挖的同步化。
第三步、待所述自动检测盾构隧道衬砌施工质量的机械装置移动到盾构隧道第一环衬砌的下方，在控制台控制纵向移动装置4延纵向轨道3的前后移动，使得环向移动检测装置6位于第一环衬砌的横截面中心线正下方。
第四步、确定盾构隧道衬砌的检测路线，具体的：
盾构隧道衬砌的检测线路分为环向检测线路与纵向检测线路，其中：
环向检测线路近似为盾构隧道衬砌全断面检测，其检测范围等于所述自动检测盾构隧道衬砌施工质量的机械装置中环向移动检测装置6的环向移动范围；
纵向检测线路是指沿隧道开挖方向，每环衬砌横截面中心线处均检测。
第五步、确定自动检测盾构隧道衬砌施工质量的机械装置中雷达天线6-1与第一环衬砌表面贴合适当，具体的：
通过在控制台2调节环向移动检测装置6中的电动伸缩杆6-5，使得天线盒6-2上的上行程线6-2-2高于安装盒6-3表面，而下行程线6-2-3低于安装盒6-3表面，即完成雷达天线6-1与衬砌表面的贴合工作。
第六步、检测盾构隧道第一环衬砌质量，具体地：
移动环向移动检测装置6至环向轨道5的一端，在控制台2中调节环向移动检测装置6速度vr，使其匀速移动，直至其移动到环向轨道5的另一端，即可完成对盾构隧道第一环衬砌质量的检测。
本实施例中，所述雷达天线6-1的扫描速度，即雷达天线6-1每秒发射电磁脉冲数fs＝40次/s，调整系数取0.4，根据公式计算环向移动装置速度v为保留一位小数取0.9m/s。
第七步、随着自动检测盾构隧道衬砌施工质量的机械装置中的检测台车1的不断前进，通过调节纵向移动装置4，使环向移动检测装置6位于下一环衬砌横截面中心轴线处，依次重复第五步和第六步，即可完成后续衬砌质量的检测工作。
本实施例中应用所述装置，打破以往人工托举方式进行检测的模式，实现检测的机械化和同步化，并保证检测结果的准确性和稳定性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以用各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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