隧道脱空探测头、隧道脱空检测仪及检测隧道脱空的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于隧道脱空检测领域，具体涉及对隧道脱空进行检测的探测头和具有该探测头的检测仪，可用于对隧道二衬表面进行脱空检测。本发明还涉及检测隧道脱空的方法。
【背景技术】
[0002]隧道二次衬砌背后存在脱空情况会给隧道后期运营埋下安全隐患，如何采用有效的检测方法，以及如何准确的判定脱空程度和脱空的位置，为在建隧道二衬脱空问题整改提供强力数据支持，使相关技术人员可以及时发现、排除隐患，为存在的隐患做修补和应急方案，是本领域一直想要解决的问题。
[0003]CN104155365A公开了一种隧道衬砌混凝土脱空的检测方法及装置，其方法是采用衬砌混凝土模块上确定声波反射基频，然后在待测衬砌混凝土表面布置测点，在各待测点安置声波频率收发拾振器和声波频率发射接收仪，通过声波频率发射接收仪测量待测衬砌混凝土各测点的声波反射参数，并将各测点的声波反射参数与标准参数进行比较，根据比较结果得出各测点处衬砌混凝土的脱空情况。
[0004]CN201306192Y公开了一种隧道衬砌脱空检测装置，其公开了支架、可编程控制器4、信号处理器6、计算机8、蓄电瓶5、空气压缩机、麦克风2等，其采用与隧道形状相同的支架式结构，使整个装置的尺寸变大，不利于运输和使用；而其支架上布置的若干个振动电机，在同时工作时会产生相互之间的信号干扰，造成检测结果的误差增大。
【发明内容】
[0005]本发明的首要目的是提供一种隧道脱空探测头，其便于进行自动锤击检测脱空。
[0006]本发明的该目的通过以下技术方案来具体实现:
[0007]隧道脱空探测头，其包括锤击部分、声波接收装置和至少两个轮子，其特征在于，所述声波接收装置相对于所述锤击部分固定，所述至少两个轮子同轴地布置在所述锤击部分的两侧，并且相对于所述锤击部分可枢转。
[0008]优选地，所述锤击部分具有锤头，所述锤头具有锤击位置和缩回位置，其中，在所述锤头处于所述缩回位置中时，所述锤击部分全部位于所述轮子的轮缘范围以内，在所述锤头处于所述锤击位置中时，所述锤头突出于所述轮子的轮缘范围以外。
[0009]优选地，所述锤击部分包括基座，所述声波接收装置固定至所述基座，所述至少两个轮子可枢转地附装至所述基座。
[0010]优选地，所述锤击部分包括电动锤，和/或，所述声波接收装置包括声波接收传感器，优选还包括检波器；优选地，所述电动锤包括锤头、锤杆、锤体和压缩弹簧，所示压缩弹簧套设在所述锤杆上位于所述锤头和所述锤体之间，锤体内部设置有电磁发生装置，所述电磁发生装置通电时使所述锤头缩回至所述缩回位置中，所述电磁发生装置断电时所述压缩弹簧将所述锤头弹射出去。[0011 ] 优选地，所述声波接收传感器的数目为两个，所述两个声波接收传感器以与所述锤击部分的锤头等距的方式大致对称地布置在所述锤击部分的两侧，并且所述两个声波接收器的连线大致平行于所述至少两个轮子之一所处的平面。
[0012]优选地，所述声波接收传感器借助于传感器连接板固定至所述基座，使得所述声波接收传感器的测头大致朝向所述锤头。
[0013]优选地，至少一个靠近所述锤击部分的轮子的轮辋内侧上设置有触发装置，所述锤击部分的与所述触发装置相对的侧面上设置有控制开关，所述控制开关用于控制所述电磁发生装置的通电状态，所述轮子在转动时带动所述触发装置经过所述控制开关以便进行触发；优选地，所述控制开关为常闭开关，所述触发装置经过所述控制开关时使所述控制开关断开。
[0014]优选地，所述触发装置包括多个，所述多个触发装置围绕所述轮子的枢转中心等间隔地布置在相同的半径处。
[0015]本发明的第二方面的目的是提供一种隧道脱空检测仪，其能够实现对隧道内壁的脱空检测。此外，该隧道脱空检测仪的检测速度快，检测结果准确，使用方便，并且可以对脱空位置进行定位。该目的通过以下技术方案实现:
[0016]隧道脱空检测仪，其包括推进部分、信号处理部分、脱空识别与判定部分、以及前述的探测头，所述探测头附装至所述推进部分，所述声波接收装置连接至所述信号处理部分，所述信号处理部分连接至脱空识别与判定部分。
[0017]优选地，所述信号处理部分能够对锤击产生的声波信号的脉冲按先后顺序进行编号，从标记初始锤击信号的位置开始计数，根据公式S = 2 R(n-l)/k计算获得任意编号η的脉冲信号对应的锤击位置，其中S是锤击位置与初始锤击位置之间的距离，R是轮子的半径，k是轮子每滚动一周锤击的次数。
[0018]优选地，所述推进部分包括支撑臂，优选为伸缩支撑臂，所述探测头通过所述锤击部分的基座附装至所述支撑臂的上端，所述支撑臂的下端适于固定至可移动的底座支架上。
[0019]本发明的第三方面的目的是提供一种检测隧道脱空的方法，其利用前述的隧道脱空检测仪，能够方便快速地检测出隧道脱空缺陷。该目的通过以下技术方案实现:
[0020]利用前述的隧道脱空检测仪检测隧道脱空的方法，其包括步骤:
[0021](I)使所述隧道脱空检测仪的探测头的轮子贴靠隧道内壁，并使所述锤击部分的锤头正对所述内壁；
[0022](2)使所述探测头的轮子沿所述内壁滚动，并使所述锤击部分锤击所述内壁；
[0023](3)采集锤击产生的声波信号；
[0024](4)对声波信号进行处理；
[0025](5)根据处理后的声波信号进行脱空识别及判定。
[0026]优选地，步骤(4)包括:对声波信号进行去噪、消除表面波、对剩余有效波进行叠加分析和处理。
[0027]优选地，步骤(4)还包括:对声波信号的脉冲按先后顺序进行编号，从标记初始锤击信号的位置开始计数，根据公式S = 2 R(n-l)/k计算获得任意编号η的脉冲对应的锤击位置，其中S是锤击位置与初始锤击位置之间的距离，R是轮子的半径，k是轮子每滚动一周锤击的次数。
[0028]优选地，还包括步骤:在识别出脱空存在的情况下，记录脱空部位对应的锤击位置。
[0029]优选地，步骤(5)包括:根据处理后的声波信号的曲线，对应已建立的或对比预存的判定特征波形，判定隧道内壁的密实程度。
[0030]优选地，还包括步骤:根据轮子行走的圈数或角度，计算隧道的里程长度。
[0031]本发明的隧道脱空探测头及具有该探测头的隧道脱空检测仪，是通过对隧道二衬砌表面进行锤击，激励隧道二衬混凝土产生声波，通过拾取振动波形的声学特征来判定隧道二衬是否脱空及脱空程度。
[0032]本发明的脱空检测方法，与常规雷达检测相比，脱空缺陷判定更清晰、准确、直观性强；操作性强，省时省力，经济实用。改变了必须用人工完成高空采集完成的检测方法，大大提尚安全保障。
[0033]本发明的隧道脱空检测仪，根据需要可调锤击频率(即相邻两个检测点的距离)，且根据滚轮行走圈数，可计算隧道里程长度，并且可以在滚轮行走的过程中自动判断脱空，并记录脱空缺陷的位置，检测效率高，可实现不停车连续检测，便于定位，检测过程通过监测车驱动一机械伸缩手臂完成整个动作，操作简单，比常规的大型检测设备更灵活有效。
[0034]本发明的隧道脱空探测头，行走方便，自动锤击，无需在混凝土面粘贴接收传感器。采用支撑臂完成高空作业采集工作，大大降低了人员高空作业的安全风险。
【附图说明】
[0035]下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0036]图1是本发明实施例所述隧道脱空探测头的正面示意图；
[0037]图2是本发明实施例所述隧道脱空探测头的正面示意图，其中一个轮子被拆除，以显示锤击部分的外形；
[0038]图3是本发明实施例所述隧道脱空探测头的俯视示意图；
[0039]图4是图1的A-A截面示意图；
[0040]图5是本发明实施例所述脱空检测方法的流程图；
[0041]图6是本发明实施例所述隧道脱空检测仪的使用状态示意图；
[0042]图7是密实良好隧道二衬时域波形及频谱曲线；
[0043]图8是脱空隧道二衬时域波形及频谱曲线。
【具体实施方式】
[0044]以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此