一种适用于隧道衬砌自动检测系统及方法与流程

本公开涉及一种适用于隧道衬砌自动检测系统及方法。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

隧道是指在既有的建筑或土石结构中挖出的通道，埋置于地层内部，是人类开发利用地下空间的一种形式。隧道分类有交通隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道。

目前我国大多数隧道采用的施工方法是新奥法，以形成复合式内外两层衬砌来修建隧道的洞身，即以喷混凝土、锚杆、钢筋网、钢支撑等为外层支护形式，称为初次柔性支护。隧道初期支护可能会出现混凝土浇筑欠密实、脱空，支护结构与围岩之间存在空洞等缺陷，同时为了检查钢支撑间距及数量是否满足规范要求，需要对初期支护进行检测。现阶段，大多数是借助地质雷达对隧道衬砌结构进行扫描检测。

隧道衬砌检测不同于掌子面超前预报探测，主要有两点：(1)衬砌检测距离长，通常一条测线可达几十米到上百米不等；(2)衬砌检测的对象包括隧道拱顶，拱腰以及边墙，在高达十几米的隧道衬砌处进行长测线扫描，需要操作人员站在辅助台车上进行。目前这种地质雷达检测方法存在两点不足。

第一，目前的隧道衬砌检测几乎都不是自动化或半自动化，操作人员站在台车上，仍然需要长时间托举地质雷达天线。这种方式效率较低，不仅浪费大量时间和资源，而且长时间的托举会增加操作者的疲劳程度，这种高空作业引发安全隐患。

第二，由于隧道支护面粗糙凹凸不平，操作人员经过长时间托举地质雷达天线后，可能会托举不稳定产生晃动使雷达天线脱离与支护面的耦合，无法保证雷达一直贴在支护面上，这样降低了检测的准确率，达不到预期效果。

在这种情况下，如何优化现有技术方法，亟需一套适用于隧道衬砌自动检测系统。

技术实现要素：

本公开为了解决上述问题，提出了一种适用于隧道衬砌自动检测系统及方法。本公开能够保证隧道衬砌检测时雷达天线在支护面上匀速前进，保证雷达天线与支护面的紧密耦合，提高检测的准确性。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种适用于隧道衬砌自动检测系统，包括分段式预埋导轨单元和雷达天线耦合自动扫描装置，其中：

所述分段式预埋导轨单元包括多个分段式导轨和预埋式托架，每个预埋式托架托举一个分段式导轨，预埋式托架的一端预埋在隧道拱顶、拱腰或边墙的待测位置内部，利用预埋式托架的埋设位置的组合，使得分段式预埋导轨线性排列为供雷达天线耦合自动扫描装置移动的轨道；

所述雷达天线耦合自动扫描装置包括地质雷达、弹性件和行走机构，所述行走机构平行于雷达天线的运行方向，行走机构与雷达天线之间布设弹性件，通过行走机构托举雷达天线在所述分段式预埋导轨单元组成的轨道上进行衬砌质量检测。

作为进一步的限定，所述预埋式托架与分段式导轨全部为非金属材质，不会对地质雷达的检测产生干扰。

作为进一步的限定，所述预埋式托架设计尺寸不宜过大，能控制减轻整体重量，降低因自重而造成脱落的可能性；预埋件在检测工作完成后要适时取下且不能对衬砌质量造成影响，因此小直径的预埋式托架更能满足要求。

作为进一步的限定，所述预埋式托架设计为“人”字型，包括上部的支杆和与支杆连接的两个支架，所述支杆外侧呈螺纹形状，目的是增大预埋式托架与衬砌内部的接触面积，增大粗糙程度，进而保证其预埋的稳定不松动脱落。

作为更进一步的限定，所述预埋式托架的两个支架之间设置分段式导轨。

作为进一步的限定，所述预埋式托架的安装方向是隧道走向垂直于预埋式托架所在平面，多个预埋式托架的线性排列方向平行于隧道走向。

作为进一步的限定，所述分段式导轨包括轨道片，轨道片外延出一定长度的托举臂，所述一定长度比预埋式托架两支架的间隔距离大，保证托举稳定，且不过长而造成浪费。

作为进一步的限定，所述预埋式托架的两个支架底部设计为矩形空心套环，分段式导轨的托举臂能够穿过空心套环。

作为进一步的限定，所述分段式导轨的托举臂远离轨道片的一段外沿为锯齿状，能够卡住空心套环，防止滑脱。

作为进一步的限定，所述预埋式托架的空心套环内宽度与分段式导轨的托举臂宽度相同，空心套环内高度略大于分段式导轨的托举臂高度，保证托举臂能够穿入空心套环且稳定不松动。

作为进一步的限定，所述分段式导轨可根据需要随时安装、拆卸，方便重复使用，降低成本。

作为进一步的限定，所述分段式导轨的轨道片由橡胶材料构成，与雷达天线耦合自动扫描装置的行走机构紧密贴合，不发生滑动摩擦，保证运行的精确和稳定。

作为进一步的限定，所述分段式导轨的轨道片呈矩形片状，一端外延出一定范围，可以自动矫正雷达天线耦合自动扫描装置的前进方向，对可能发生的轨道偏离进行及时纠正。

作为进一步的限定，所述分段式预埋导轨单元之间具有一定的间隔，且相邻轨道片的最短距离在40cm-50cm，同时保证行走机构在移动过程中必须至少受托两个分段式预埋导轨单元，因此能够保证雷达天线耦合自动扫描装置在离开最后一个分段式预埋导轨单元之前已经进入下一个分段式预埋导轨单元区域，保证不从间隔空隙的地方掉落。

作为进一步的限定，所述行走机构包括传送带和驱动器的传送电机，所述传送带为橡胶材料，能够与分段式导轨的橡胶轨道片紧密贴合不滑动，传送带内部的传送轴分为电动主动式和非电动传动式，两者间隔排列，保证提供足够的前进动力且不浪费能源。

作为进一步的限定，所述传送带与雷达天线之间布设耦合弹簧，耦合弹簧允许一定的压缩量，足以保证天线与支护面的耦合不脱离。

基于上述系统的工作方法，包括以下步骤：安装系统，将雷达天线耦合自动扫描装置设置于分段式预埋导轨形成的轨道端部，启动行走机构，沿着轨道面上进行扫描检测。

本公开的工作原理为：利用物理滚动摩擦，电动传送带托运雷达天线在特定导轨上的机械移动。为了改善现行的隧道衬砌雷达检测技术，开发了一种高效率、低成本、省时环保、低能耗的隧道衬砌雷达自动扫描检测系统。本公开以分段式导轨和预埋式托架的组合搭配，形成分段式预埋导轨单元，多个分段式预埋导轨单元线性排列构成导轨，搭配了电动传动带的雷达天线构成雷达天线耦合自动扫描装置可在导轨上面自动耦合于支护面上。作业前只需操作人员正确安装分段式导轨并将雷达天线耦合自动扫描装置正确放置起始位置，即可实现隧道衬砌质量的自动化检测。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开实现了隧道衬砌质量自动化检测，代替了传统的人为托举雷达天线在相应测线位置进行长时间作业，大大降低了工作时间，减轻了操作者的疲劳度，节省了大量资源，提高了工作效率和安全系数。在长测线作业时优势更为突出。

本公开保证雷达天线与隧道支护面的自动耦合，在不过分增大前进阻力的情况下保证的两者的贴合，提高了检测的准确率。

本公开效果好，易操作，无需复杂的专业技能培训即可掌握操作方法。构成元件简单，精密程度低，适合批量化生产。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明工作时的总体示意图。

图2是本发明工作时的截面示意图。

图3是所述预埋式托架的细节展示图。

图4是分段式导轨的细节展示图。

图5是雷达天线耦合自动扫描装置的底部示意与工作状态展示图。

其中：1隧道衬砌，2预埋式托架，3分段式导轨，4雷达天线，5传送带支架，6电动主动式传送轴，7非电动传动式传送轴，8橡胶皮带，9雷达数据传输线，10耦合弹簧。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

一种适用于隧道衬砌自动检测系统，包括分段式预埋导轨单元和雷达天线耦合自动扫描装置，具体的：

分段式预埋导轨单元由分段式导轨和预埋式托架组成，预埋式托架托举分段式导轨，其上部预埋在隧道拱顶、拱腰及边墙相应待测位置内部。分段式预埋导轨单元经过线性排列埋设后可组成供雷达天线耦合自动扫描装置移动的轨道。

雷达天线耦合自动扫描装置由地质雷达、耦合弹簧和两个传送带组成。传送带宽度约13cm，平行于雷达天线的运行方向固接在其两侧。传送带托举雷达天线在上述分段式预埋导轨单元组成的轨道上进行衬砌质量检测。

预埋式托架与分段式导轨全部为非金属材质，不会对地质雷达的检测产生干扰。

预埋式托架设计为“人”字型，上部设计长度约20cm的螺纹形状，目的是增大预埋式托架与衬砌内部的接触面积，增大粗糙程度，进而保证其预埋的稳定不松动脱落。

预埋式托架设计尺寸不宜过大，能控制减轻整体重量，降低因自重而造成脱落的可能性；预埋件在检测工作完成后要适时取下且不能对衬砌质量造成影响，因此小直径的预埋式托架更能满足要求。

预埋式托架下部设计为左右分出的两个支架，相比于单一支架更加稳定、牢固、安全。

预埋式托架的正确安装方向是隧道走向垂直于托架所在平面，多个托架的线性排列方向平行于隧道走向，具体布置见图1。

分段式导轨设计外观为轨道片外延出一定长度的托举臂，这个长度比预埋式托架两支架的间隔距离略长一些，保证托举稳定，且不过长而造成浪费。

预埋式托架的两个支架底部设计为矩形空心套环，分段式导轨的托举臂能够穿过空心套环。

分段式导轨的托举臂远离轨道片的一段设计外观为锯齿状，能够卡住空心套环，防止滑脱。

预埋式托架的空心套环内宽度与分段式导轨的托举臂宽度相同，空心套环内高度略大于分段式导轨的托举臂高度，保证托举臂能够穿入空心套环且稳定不松动。

分段式导轨可根据需要随时安装、拆卸，方便重复使用，降低成本。

分段式导轨的轨道片由橡胶材料构成，与雷达天线耦合自动扫描装置的传送带紧密贴合，不发生滑动摩擦，保证运行的精确和稳定。

分段式导轨的轨道片设计总体呈矩形片状，一端外延出一定范围，可以自动矫正雷达天线耦合自动扫描装置的前进方向，对可能发生的轨道偏离进行及时纠正，具体样式见图4。

分段式预埋导轨单元间隔应当控制在1m左右，保证相邻轨道片的最短距离在40cm-50cm，同时保证传送带在移动过程中必须至少受托两个分段式预埋导轨单元，因此能够保证雷达天线耦合自动扫描装置在离开最后一个分段式预埋导轨单元之前已经进入下一个分段式预埋导轨单元区域，保证不从间隔空隙的地方掉落。

传送带为橡胶材料，能够与分段式导轨的橡胶轨道片紧密贴合不滑动。传送带内部的传送轴分为电动主动式和非电动传动式，两者间隔排列，保证提供足够的前进动力且不浪费能源。

传送带与雷达天线之间布设耦合弹簧，耦合弹簧允许一定的压缩量，足以保证天线与支护面的耦合不脱离。

实施例1：

如图1、2所示，一种适用于隧道衬砌自动检测系统，由分段式预埋导轨单元(2预埋式托架、3分段式导轨)和雷达天线耦合自动扫描装置(4雷达天线、10耦合弹簧和两个传送带)组成，其中传送带(5传送带支架、6电动主动式传送轴、7非电动传动式传送轴和8橡胶皮带)分别安装在雷达天线两侧，中间以10耦合弹簧连接。

两列2预埋式托架埋进隧道衬砌待测区域，3分段式导轨样式有两种，互相对称安装在两列2预埋式托架上。3分段式导轨的锯齿卡在2预埋式托架的支架空心套环处，保证其左右稳定不脱落。3分段式导轨的安装方向一致：外延侧统一在雷达天线耦合自动扫描装置前进方向的反方向，保证了其前进过程中的轨道自动矫正。图1中箭头所指的方向即为雷达天线耦合自动扫描装置的前进方向，检测时传送带托运4雷达天线在支护面上自动耦合前进。

使用方法如下：

a、准备工作：在隧道初次支护浇灌混凝土阶段将2预埋式托架预埋进隧道衬砌待检测位置，两列线性对称分布。

b、检测前工作：操作人员按照规范将3分段式导轨与2预埋式托架正确安装，注意3分段式导轨方向的一致性。正确组装雷达天线耦合自动扫描装置，将两个传送带正确安装在4雷达天线两侧，以10耦合弹簧连接。同时，正确组装地质雷达主机、9数据传输线和4雷达天线，并在检测工作开始前测试地质雷达性能，保证能够正常工作。

c、检测工作：操作人员其一将雷达天线耦合自动扫描装置放置在分段式预埋导轨单元的测线起始端，操作人员其二手持雷达主机进行调试。准备就绪操作人员其二示意后，操作人员其一开启传送带电机，雷达天线耦合自动扫描装置开始扫描检测，操作人员其二手持雷达主机在路面上相应跟随前行。

d、结束工作：测线全部扫描完毕后，操作人员其一关闭传送带电机，并将雷达天线耦合自动扫描装置从导轨上平稳取下，正确拆卸传送带与4雷达天线，拆卸4雷达天线、9数据传输线与雷达主机。将所有3分段式导轨从2预埋式托架上取下并保留下次备用。后期可适时将2预埋式托架从衬砌内取出，注意不要破坏衬砌质量。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。