隧道施工期和运营期的安全监测方法与装置与流程

本发明涉及监测装置领域，具体为隧道施工期和运营期的安全监测方法与装置，属于隧道安全监测装置应用技术领域。

背景技术：

施工监测是指在建构筑物施工过程中，采用监测仪器对关键部位各项控制指标进行监测的技术手段，在监测值接近控制值时发出报警，用来保证施工的安全性，也可用于检查施工过程是否合理。

隧道施工中和运营期的安全监测是保障施工人员施工安全的重要手段，现有的隧道施工安全监测虽手段有多种，例如co2浓度监测，但这些监测手段大多需要人工进行预安装，预安装时因还无法监测隧道内的各项监测数据，因此安装人员存在巨大的安全隐患，且安装后的监测装置需要人工进行维护、拆卸，大大增加了施工的安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供隧道施工期和运营期的安全监测装置，以解决现有的监测手段大多需要人工进行预安装，预安装时因还无法监测隧道内的各项监测数据，因此安装人员存在巨大的安全隐患，且安装后的监测装置需要人工进行维护、拆卸的技术问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

隧道施工期和运营期的安全监测装置，包括动力机构、缓冲机构、电池箱、防护箱、控制柜、防护机构、气缸、伸缩杆、齿条、连接轴、齿轮、传感器安装盒、报警器和定位机构，壳体的底端安装有动力机构，动力机构包括传动轴、转轮、减速箱、电机和固定板，防护壳内以中心线对称安装有电机，电机通过螺栓与防护壳固定连接，且电机的一端通过螺栓与减速箱固定连接，减速箱的一端设置有传动轴，传动轴的一端贯穿防护壳向外延伸，且传动轴的一端通过键转动连接有转轮，防护壳的另一端和电池箱的一端均设置有缓冲机构；

缓冲机构包括安装块、推杆、第一阻尼块、第一压缩弹簧、推箱和第二阻尼块，防护壳的另一端和电池箱的一端均通过螺栓固定安装有若干安装块，若干安装块内均通过螺栓固定安装有推杆，推杆的底端安装有推箱，推杆的底端贯穿推箱向下延伸，推杆的底端安装有电推杆，电推杆的底端通过螺栓与推箱的底端固定连接，推箱内等间设置有若干缓冲柱，若干缓冲柱的顶端通过螺栓固定安装有第一阻尼块，第一阻尼块的顶端通过螺栓与推箱固定连接，若干缓冲柱的底端贯穿推箱向下延伸，且若干缓冲柱的底端通过螺栓与第二阻尼块固定连接；

防护箱的一端向内凹陷设置有安装槽，安装槽内安装有度传感器安装盒，防护箱的一端内壁上通过螺栓固定安装有报警器；

防护箱的一端通过螺栓安装有定位机构，定位机构包括支撑杆、挡块、马达、固定块、移动杆、夹紧块、筋条、销轴、活动块、定位块和螺杆，安装盘通过螺栓与防护箱固定连接，安装盘的一端通过螺栓固定安装有若干支撑杆，若干支撑杆的一端通过螺栓固定安装有挡块，安装盘与挡块之间设置有马达，马达通过螺栓与安装盘固定连接，挡块的底端焊接固定有固定块，固定块的两端以中心线对称设置有移动杆，移动杆通过销轴固定块活动连接，移动杆的一端通过销轴活动连接有夹紧块，两个夹紧块的相向一侧设置有筋条，两个移动杆之间通过销轴活动连接有活动块，活动块之间通过销轴活动连接有定位块，定位块上通过螺纹孔活动连接有螺杆，螺杆的一端与马达转动连接。

防护壳的一端通过螺栓固定安装有电池箱，若干安装块呈平行设置，且若干安装块的中间均设置有通孔，推箱为内部中空的方形壳体，固定块呈v字形结构，定位块呈“井”字形结构。

若干缓冲柱上均安装有第一压缩弹簧，第一压缩弹簧的顶端与底端分别与推箱的顶端和底端焊接固定。

固定板的顶端安装有防护机构，防护机构包括第一安装板、第二安装板、连接杆、加强板、压缩柱体和第二压缩弹簧，第一安装板的顶端与第二安装板的底端分别通过螺栓与第三安装板和固定板固定连接，第一安装板与第二安装板上均通过螺栓固定安装有连接杆，第一安装板和第二安装板之间安装有压缩柱体，压缩柱体的顶端和底端分别通过螺纹孔与第一安装板和第二安装板固定连接。

第一安装板为u形结构，第一安装板与第二安装板的结构相同，且第一安装板与第二安装板呈相向设置，连接杆的数量为两个。

压缩柱体上安装有第二压缩弹簧，第二压缩弹簧的顶端和底端分别与第一安装板的底端和第二安装板的顶端焊接固定。

连接杆之间交叉设置有加强板，加强板的两端均通过螺栓与连接杆固定连接，且两个加强板的中间通过销轴活动连接。

第一安装板的顶端通过螺栓与第三安装板固定连接，第三安装板的上端通过螺栓固定安装有气缸，气缸的一端设置有伸缩杆，伸缩杆的一端通过螺栓固定安装有齿条，齿条的一端外啮合有齿轮，齿轮通过键与连接轴转动连接，连接轴的底端通过轴承与第三安装板转动连接，且连接轴的顶端通过螺栓固定安装有摄像机。

该监测装置的具体使用和工作过程为：

第一步，将电机通过螺栓与防护壳固定连接，且电机的一端通过螺栓与减速箱固定连接，减速箱的一端设置有传动轴，传动轴的一端贯穿防护壳向外延伸，且传动轴的一端通过键转动连接有转轮；

第二步，在防护壳的一端和电池箱的一端均通过螺栓固定安装若干安装块，使得若干安装块呈平行设置，若干安装块内均通过螺栓固定安装推杆，推杆的底端安装推箱，推杆的底端安装电推杆，电推杆的底端通过螺栓与推箱的底端固定连接，推箱内等间设置若干缓冲柱，若干缓冲柱的顶端通过螺栓固定安装第一阻尼块，第一阻尼块的顶端通过螺栓与推箱固定连接，且若干缓冲柱的底端通过螺栓与第二阻尼块固定连接，若干缓冲柱上均安装第一压缩弹簧，第一压缩弹簧的顶端与底端分别与推箱的顶端和底端焊接固定；

第三步，第一安装板的顶端与第二安装板的底端分别通过螺栓与第三安装板和固定板固定连接，第一安装板与第二安装板上均通过螺栓固定安装有连接杆，压缩柱体的顶端和底端分别通过螺纹孔与第一安装板和第二安装板固定连接，且压缩柱体上安装第二压缩弹簧，第二压缩弹簧的顶端和底端分别与第一安装板的底端和第二安装板的顶端焊接固定；

第四步，在防护箱的安装槽内安装传感器安装盒，防护箱的一端内壁上通过螺栓固定安装有报警器，在第一安装板的顶端通过螺栓与第三安装板固定连接，第三安装板的上端通过螺栓固定安装气缸，气缸的一端设置伸缩杆，伸缩杆的一端通过螺栓固定安装齿条，齿条的一端外啮合齿轮，齿轮通过键与连接轴转动连接，连接轴的底端通过轴承与第三安装板转动连接，且连接轴的顶端通过螺栓固定安装有摄像机；

第五步，安装盘通过螺栓与防护箱固定连接，安装盘的一端通过螺栓固定安装若干支撑杆，若干支撑杆的一端通过螺栓固定安装挡块，马达通过螺栓与安装盘固定连接，挡块的底端焊接固定固定块，移动杆通过销轴固定块活动连接，移动杆的一端通过销轴活动连接夹紧块，两个移动杆之间通过销轴活动连接活动块，活动块之间通过销轴活动连接定位块，定位块上通过螺纹孔活动连接螺杆，螺杆的一端与马达转动连接；

第六步，开启电机，电机带动减速箱转动，减速箱通过传动轴将动力传递至转轮，进而通过转轮的转动，带动整个装置在水平方向移动，进而使得装置移动至隧道内，同时开启电推杆，电推杆对推杆施加作用力，进而通过安装块的反作用力，使得推杆带动电推杆沿竖直方向下移动，进而使得推杆带动推箱沿竖直方向向下移动，以清理装置前进方向的障碍物；

第七步，当装置移动至隧道内后，开启马达，马达带动螺杆转动，进而使得定位块沿螺杆向靠近马达的方向移动，进而使得定位块带动活动块移动，进而使得移动杆带动两个夹紧块相向移动，进而使得夹紧块夹紧隧道内的固定物。

本发明的有益效果：

1、本发明隧道施工期和运营期的安全监测装置，安装槽内安装有气体检测传感器，通过气体检测传感器对隧道内的对用气体含量进行监测，防护箱的一端内壁上通过螺栓固定安装有报警器，通过预先设定的阈值利用plc控制器控制报警器的工作，当气体检测传感器监测到的各气体含量高于预先设定的阈值时，plc控制器控制报警器工作以发出警报，进而对将要进行隧道施工的人员进行提醒，提高了隧道施工期和运营期的安全性。

2、本发明隧道施工期和运营期的安全监测装置，第三安装板的上端通过螺栓固定安装有气缸，气缸的一端设置有伸缩杆，伸缩杆的一端通过螺栓固定安装有齿条，齿条的一端外啮合有齿轮，齿轮通过键与连接轴转动连接，连接轴的底端通过轴承与第三安装板转动连接，且连接轴的顶端通过螺栓固定安装有摄像机，摄像机能够记录隧道内的环境影像，从而使得施工人员在未进入隧道之前能够通过装置了解到隧道内的环境，以提前做好应对准备，从而大大提高了施工的安全性。

3、本发明隧道施工期和运营期的安全监测装置，通过设置电推杆，电推杆启动时，对推杆施加作用力，进而通过安装块的反作用力，使得推杆带动电推杆沿竖直方向上下移动，进而使得推杆带动推箱沿竖直方向上下移动，通过设置推箱，使得装置在动力机构的驱动下前进时，能够自行通过控制推箱向下移动以将前进方向的渣土或者障碍物推走、清楚，进而使得装置能够在不需要人工清理障碍物的前提下，自行到达隧道待施工区段进行监测数据采集，进而减少了人工操作的必要性，即减少了人工安装监测装置时的安全隐患，大大提高了施工的安全性，且整个装置结构简单，操作方便，易于推广。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明隧道施工期和运营期的安全监测装置正视图。

图2为本发明动力机构安装示意图。

图3为本发明动力机构整体安装图。

图4为本发明防护箱内部安装示意图。

图5为本发明防护机构结构示意图。

图6为本发明定位机构结构示意图。

图中：1、壳体；2、动力机构；201、防护壳；202、传动轴；203、转轮；204、减速箱；205、电机；206、固定板；3、缓冲机构；30、安装块；31、推杆；32、第一阻尼块；33、第一压缩弹簧；34、推箱；35、第二阻尼块；4、电池箱；5、防护箱；6、控制柜；7、防护机构；71、第一安装板；72、第二安装板；73、连接杆；74、加强板；75、压缩柱体；76、第二压缩弹簧；8、第三安装板；9、气缸；10、伸缩杆；11、齿条；12、连接轴；13、摄像机；14、齿轮；15、安装槽；16、传感器安装盒；17、报警器；18、安装盘；19、支撑杆；20、挡块；21、马达；22、固定块；23、移动杆；24、夹紧块；25、筋条；26、销轴；27、活动块；28、定位块；29、螺杆。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1-6，隧道施工期和运营期的安全监测装置，包括动力机构2、缓冲机构3、电池箱4、防护箱5、控制柜6、防护机构7、气缸9、伸缩杆10、齿条11、连接轴12、齿轮14、传感器安装盒16、报警器17和定位机构，其中，壳体1的底端安装有动力机构2，动力机构2包括传动轴202、转轮203、减速箱204、电机205和固定板206，防护壳201内以中心线对称安装有电机205，电机205通过螺栓与防护壳201固定连接，且电机205的一端通过螺栓与减速箱204固定连接，减速箱204的一端设置有传动轴202，传动轴202的一端贯穿防护壳201向外延伸，且传动轴202的一端通过键转动连接有转轮203，电机205为减速箱204提供动力，进而带动减速箱204转动，减速箱204通过传动轴202将动力传递至转轮203，进而通过转轮203的转动，带动整个装置在水平方向移动，此外，通过控制电机205的正反转，进而控制装置的前进方向。

防护壳201的一端通过螺栓固定安装有电池箱4，电池箱4为整个装置提供动力来源。

防护壳201的另一端和电池箱4的一端均设置有缓冲机构3，缓冲机构3包括安装块30、推杆31、第一阻尼块32、第一压缩弹簧33、推箱34和第二阻尼块35，防护壳201的另一端和电池箱4的一端均通过螺栓固定安装有若干安装块30，若干安装块30呈平行设置，且若干安装块30的中间均设置有通孔，若干安装块30内均通过螺栓固定安装有推杆31，推杆31的底端安装有推箱34，推箱34为内部中空的方形壳体，推杆31的底端贯穿推箱34向下延伸，推杆31的底端安装有电推杆，电推杆的底端通过螺栓与推箱34的底端固定连接，推箱34内等间设置有若干缓冲柱，若干缓冲柱的顶端通过螺栓固定安装有第一阻尼块32，第一阻尼块32的顶端通过螺栓与推箱34固定连接，若干缓冲柱的底端贯穿推箱34向下延伸，且若干缓冲柱的底端通过螺栓与第二阻尼块35固定连接，第二阻尼块35能够缓冲推箱34与地面接触时的冲击力，防止推杆31带动推箱34向下移动时，与地面直接接触造成过大的冲击力，进而对推箱34造成损伤，若干缓冲柱上均安装有第一压缩弹簧33，第一压缩弹簧33的顶端与底端分别与推箱34的顶端和底端焊接固定，第一压缩弹簧33能够缓冲推箱34在移动和清楚障碍物的过程中所受到的冲击力，通过设置电推杆，电推杆启动时，对推杆31施加作用力，进而通过安装块30的反作用力，使得推杆31带动电推杆沿竖直方向上下移动，进而使得推杆31带动推箱34沿竖直方向上下移动，通过设置推箱34，使得装置在动力机构2的驱动下前进时，能够自行通过控制推箱34向下移动以将前进方向的渣土或者障碍物推走、清楚，进而使得装置能够在不需要人工清理障碍物的前提下，自行到达隧道待施工区段进行监测数据采集，进而减少了人工操作的必要性，即减少了人工安装监测装置时的安全隐患，大大提高了施工的安全性，且整个装置结构简单，操作方便，易于推广。

固定板206的顶端安装有防护机构7，防护机构7包括第一安装板71、第二安装板72、连接杆73、加强板74、压缩柱体75和第二压缩弹簧76，第一安装板71为u形结构，第一安装板71与第二安装板72的结构相同，且第一安装板71与第二安装板72呈相向设置，第一安装板71的顶端与第二安装板72的底端分别通过螺栓与第三安装板8和固定板206固定连接，第一安装板71与第二安装板72上均通过螺栓固定安装有连接杆73，连接杆73的数量为两个，连接杆73为第一安装板71和第二安装板72提供支撑力，防止第一安装板71与第二安装板72受力过大而变形，连接杆73之间交叉设置有加强板74，加强板74的两端均通过螺栓与连接杆73固定连接，且两个加强板74的中间通过销轴活动连接，第一安装板71和第二安装板72之间安装有压缩柱体75，压缩柱体75的顶端和底端分别通过螺纹孔与第一安装板71和第二安装板72固定连接，且压缩柱体75上安装有第二压缩弹簧76，第二压缩弹簧76的顶端和底端分别与第一安装板71的底端和第二安装板72的顶端焊接固定，使得第二压缩弹簧76和压缩柱体75之间相互配合对第一安装板71提供缓冲力，进而对整个装置起到减震降噪的作用，防止装置在移动过程中因受到过大的冲击力造成损伤。

第一安装板71的顶端通过螺栓与第三安装板8固定连接，第三安装板8的上端通过螺栓固定安装有气缸9，气缸9的一端设置有伸缩杆10，伸缩杆10的一端通过螺栓固定安装有齿条11，齿条11的一端外啮合有齿轮14，齿轮14通过键与连接轴12转动连接，连接轴12的底端通过轴承与第三安装板8转动连接，且连接轴12的顶端通过螺栓固定安装有摄像机13，摄像机13能够记录隧道内的环境影像，从而使得施工人员在未进入隧道之前能够通过装置了解到隧道内的环境，以提前做好应对准备，从而大大提高了施工的安全性。

防护箱5的一端向内凹陷设置有安装槽15，安装槽15内安装有传感器安装盒16，传感器安装盒16内安装有气体检测传感器：co2浓度传感器，型号为：t6703、甲烷传感器，型号为：zya1-gjc4/100、一氧化碳传感器，型号为：co/cf-1000，使用者根据实际需要可选择安装不同的传感器，通过气体检测传感器16对隧道内的各气体含量进行监测，防护箱5的一端内壁上通过螺栓固定安装有报警器17，报警器17的一端安装有plc控制器，plc控制器的型号为：cpm1a，通过预先设定的阈值利用plc控制器控制报警器17的工作，当各气体检测传感器监测到的对应气体含量高于预先设定的阈值时，plc控制器控制报警器17工作以发出警报，进而对将要进行隧道施工的人员进行提醒，提高了隧道施工期和运营期的安全性。

防护箱5的一端通过螺栓安装有定位机构，定位机构包括支撑杆19、挡块20、马达21、固定块22、移动杆23、夹紧块24、筋条25、销轴26、活动块27、定位块28和螺杆29，安装盘18通过螺栓与防护箱5固定连接，安装盘18的一端通过螺栓固定安装有若干支撑杆19，若干支撑杆19的一端通过螺栓固定安装有挡块20，安装盘18与挡块20之间设置有马达21，马达21通过螺栓与安装盘18固定连接，挡块20的底端焊接固定有固定块22，固定块22呈v字形结构，且固定块22的两端以中心线对称设置有移动杆23，移动杆23通过销轴26固定块22活动连接，移动杆23的一端通过销轴26活动连接有夹紧块24，两个夹紧块24的相向一侧设置有筋条25，筋条25能够增加夹紧块24的摩擦力，两个移动杆23之间通过销轴26活动连接有活动块27，活动块27之间通过销轴26活动连接有定位块28，定位块28呈“井”字形结构，定位块28上通过螺纹孔活动连接有螺杆29，螺杆29的一端与马达21转动连接，动力机构2停在特定位置后，开启马达21，马达21带动螺杆29转动，进而使得定位块28沿螺杆29向靠近马达21的方向移动，进而使得定位块28带动活动块27移动，进而使得移动杆23带动两个夹紧块24相向移动，进而使得夹紧块24夹紧隧道内的固定物，使得装置能够固定在特定方向而不会因隧道的路况影响导致装置移动，对监测结果造成影响。

该监测装置的具体使用和工作过程为：

第一步，将电机205通过螺栓与防护壳201固定连接，且电机205的一端通过螺栓与减速箱204固定连接，减速箱204的一端设置有传动轴202，传动轴202的一端贯穿防护壳201向外延伸，且传动轴202的一端通过键转动连接有转轮203；

第二步，在防护壳201的一端和电池箱4的一端均通过螺栓固定安装若干安装块30，使得若干安装块30呈平行设置，若干安装块30内均通过螺栓固定安装推杆31，推杆31的底端安装推箱34，推杆31的底端安装电推杆，电推杆的底端通过螺栓与推箱34的底端固定连接，推箱34内等间设置若干缓冲柱，若干缓冲柱的顶端通过螺栓固定安装第一阻尼块32，第一阻尼块32的顶端通过螺栓与推箱34固定连接，且若干缓冲柱的底端通过螺栓与第二阻尼块35固定连接，若干缓冲柱上均安装第一压缩弹簧33，第一压缩弹簧33的顶端与底端分别与推箱34的顶端和底端焊接固定；

第三步，第一安装板71的顶端与第二安装板72的底端分别通过螺栓与第三安装板8和固定板206固定连接，第一安装板71与第二安装板72上均通过螺栓固定安装有连接杆73，压缩柱体75的顶端和底端分别通过螺纹孔与第一安装板71和第二安装板72固定连接，且压缩柱体75上安装第二压缩弹簧76，第二压缩弹簧76的顶端和底端分别与第一安装板71的底端和第二安装板72的顶端焊接固定；

第四步，在防护箱5的安装槽15内安装传感器安装盒16，防护箱5的一端内壁上通过螺栓固定安装有报警器17，在第一安装板71的顶端通过螺栓与第三安装板8固定连接，第三安装板8的上端通过螺栓固定安装气缸9，气缸9的一端设置伸缩杆10，伸缩杆10的一端通过螺栓固定安装齿条11，齿条11的一端外啮合齿轮14，齿轮14通过键与连接轴12转动连接，连接轴12的底端通过轴承与第三安装板8转动连接，且连接轴12的顶端通过螺栓固定安装有摄像机13；

第五步，安装盘18通过螺栓与防护箱5固定连接，安装盘18的一端通过螺栓固定安装若干支撑杆19，若干支撑杆19的一端通过螺栓固定安装挡块20，马达21通过螺栓与安装盘18固定连接，挡块20的底端焊接固定固定块22，移动杆23通过销轴26固定块22活动连接，移动杆23的一端通过销轴26活动连接夹紧块24，两个移动杆23之间通过销轴26活动连接活动块27，活动块27之间通过销轴26活动连接定位块28，定位块28上通过螺纹孔活动连接螺杆29，螺杆29的一端与马达21转动连接；

第六步，开启电机205，电机205带动减速箱204转动，减速箱204通过传动轴202将动力传递至转轮203，进而通过转轮203的转动，带动整个装置在水平方向移动，进而使得装置移动至隧道内，同时开启电推杆，电推杆对推杆31施加作用力，进而通过安装块30的反作用力，使得推杆31带动电推杆沿竖直方向下移动，进而使得推杆31带动推箱34沿竖直方向向下移动，以清理装置前进方向的障碍物；

第七步，当装置移动至隧道内后，开启马达21，马达21带动螺杆29转动，进而使得定位块28沿螺杆29向靠近马达21的方向移动，进而使得定位块28带动活动块27移动，进而使得移动杆23带动两个夹紧块24相向移动，进而使得夹紧块24夹紧隧道内的固定物，摄像机12和各气体检测传感器实时监测隧道内数据。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。