一种隧道排水系统疏通设备及使用方法与流程

本发明涉及一种隧道排水系统疏通设备，具体涉及一种隧道排水系统疏通设备及使用方法。

背景技术：

隧道工程是交通基础设施中重要而敏感的结构，受地质环境复杂性、空间结构封闭性的影响，其病害问题多、维护难度大。其中，隧道排水系统结晶堵塞后，会引起隧址区地下水位上升，围岩力学性质劣化，衬砌承受压力增大，进而引发路面积水、衬砌开裂、结构变形等一系列病害，将威胁运营安全、影响结构美观、降低使用寿命，且修复难度大、维护成本高。

在经济持续发展、综合国力快速提升、高新技术不断应用的支撑下，我国已成为世界上隧道工程规模最大、数量最多、地质条件最复杂、结构形式最多样、修建技术发展最快速的国家，修建在云南、贵州、广西、四川、重庆等岩溶地区的隧道工程不胜枚举，隧道排水系统结晶堵塞问题大量存在，且持续性快速增长。目前，国内外隧道行业针对隧道排水系统结晶堵塞问题的处治能力严重不足，这对隧道排水系统结晶堵塞的处治技术提出了极为迫切的需求。

因此，开发一种隧道排水系统疏通设备及使用方法，对于提高隧道排水系统的维护水平，保障隧道整体结构的服役性能，具有十分重要的理论意义和工程应用价值，这也正是本发明得以完成的动力和基础所在。

技术实现要素：

为了克服上述所指出的现有技术的缺陷，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而完成了本发明。

具体而言，本发明所要解决的技术问题是：提供一种隧道排水系统疏通设备及使用方法，可对隧道排水系统的堵塞情况进行检测与疏通，其具有作业效率高、处治效果好等特点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种隧道排水系统疏通设备，其特征在于，包含有：

工作端，对所述隧道排水系统的结晶堵塞物进行探查、破碎和清除；

控制端，向所述工作端发出动作指令，并为所述工作端的动作提供动力，监视所述工作端的工作状态。

在本发明中，作为一种改进，所述工作端至少包含有：

行走系统，将所述工作端输送至隧道排水系统的工作区域；

清洗系统，对所述隧道排水系统结晶堵塞物进行破碎、冲洗、清除；

监视系统，为所述工作端及所述隧道排水系统提供摄像与照明。

在本发明中，作为一种改进，所述控制端中至少包含有：

能源系统，所述能源系统为整个设备的运转提供所需的电能；

操作系统，向所述隧道排水系统疏通设备发出动作指令，统筹整个疏通设备各部件之间的动作；

超声系统，为所述工作端的破碎动作提供高频交流电信号；

供水系统，为所述工作端的冲淋动作提供水源；

传输系统，用于控制端与工作端之间的信号传递及反馈，并向工作端传递所需的电能及水源。

在本发明中，作为一种改进，所述行走系统包括：

主框架，网架结构，设有若干个扩展接口；

管线端子，安装于所述主框架后端，为管线的中转快插接口，所述管线端子中至少包含有水管接口、动力电源线接口、照明电源线接口、视频传输线接口及高频震荡信号线接口；

避震器，环绕在所述主框架外侧，并呈扩展结构与主框架相连；

履带轮，设置于避震器外侧，并铰接在所述避震器的外端，所述履带轮上安装的行走马达通过连接电线与管线端子的动力电源线插口相连；

导向架，安装于所述主框架的前端，由导向马达驱动；

导向轮，环绕导向架设置，并通过伸缩支架安装于导向架外侧。

在本发明中，作为一种改进，所述清洗系统包括：

连接组件，由转动关节连接的两个中空管件组成，后端管件与导向架相连，前端管件内部安装有超声组件；

超声组件，包括串联在穿入连接组件内部的超声线路中的换能器和变幅杆；

工作头，通过卡扣插装在变幅杆的前端；

高压喷头，安装于导向架朝向工作头的端部，且所述高压喷头环绕端部设置，所述高压喷头通过水管与所述管线端子的水管连接插口相连。

在本发明中，作为一种改进，所述监视系统包括：

摄像头，通过伸缩杆环绕安装在导向架朝向工作头的端部，并与高压喷头间隔设置，所述摄像头通过电线与所述管线端子的电线插口相连；

led灯，依附于所述摄像头安装，并通过照明线路与所述管线端子的电线插口相连；

防护罩，采用高透性无色憎水玻璃制成，包裹所述摄像头及led灯。

在本发明中，作为一种改进，所述能源系统包括：

设备柜，中空壳体内设有若干个设备分区和功能接口，所述功能接口包含有电线插孔和水管插孔；

电源，安装于所述设备柜内部，通过电源线连接外部供电设备(系统)；

电能分配器，安装于所述设备柜内部，电能输入端通过电线与电源相连，电能输出端通过外接电线与所述隧道排水系统疏通设备中的各受电部件相连；

蓄电池，安装于所述设备柜内部，为备用电池设备，通过电线与所述电能分配器的端口相连，通过电能分配器向所述蓄电池内部充放电。

在本发明中，作为一种改进，所述操作系统包括：

操作面板，集显示终端与输入终端于一体，安装于所述设备柜预留的放置槽内，并可拆卸安装；

控制电路，连接操作面板、电能分配器及各受电部件；

主机，位于操作面板后侧，为整个控制系统的cpu核心。

在本发明中，作为一种改进，所述超声系统包括：

脉冲发生器，安装于所述设备柜内部，通过电线与所述电能分配器相连；

信号放大器，安装于所述设备柜内部，与所述脉冲发生器相连，并通过连接线连接于所述设备柜的功能接口中的电线插孔。

在本发明中，作为一种改进，所述供水系统包括：

水箱，安装于所述设备柜内部，进水端通过水管连接外部供水设备(系统)；

水泵，安装于所述设备柜内部，一端通过水管与所述水箱的出水端相连，另一端通过水管连接于所述设备柜的功能接口中的水管插孔。

在本发明中，作为一种改进，所述传输系统包括：

管线盘，通过轴承安装于所述设备柜内部；

传输管线，软管护套包裹电线、水管而成的管线束，一端连接于所述设备柜对应的电线插孔、水管插孔等功能接口，另一端连接于所述管线端子，所述传输管线缠绕于所述管线盘保存。

一种应用前述隧道排水系统疏通设备的使用方法，包括如下步骤：

(1)工作准备

将所述的隧道排水系统疏通设备运送至待作业区，取下所述工作端，通过所述传输管线与所述设备柜相连，将所述水箱加满水，接通所述电源，检查设备运转是否正常、管路是否通畅；

(2)排水系统探查

由所述操作系统发出指令，控制所述电能分配器通过传输系统向所述行走系统输送电能，驱动所述行走系统带动工作端在隧道排水系统内移动，控制所述监控系统对所述隧道排水系统进行摄像，并将视频信息通过所述传输系统反馈至操作面板的显示终端，完成所述隧道排水系统结晶堵塞的情况的探查；

(3)工作头就位

当发现所述隧道排水系统中存在结晶堵塞物时，基于设备监控影像，控制所述电能分配器通过所述传输系统向所述行走系统及清洗系统内的转动关节输送电能，驱动行走系统行走至结晶堵塞位置，并通过转动关节带动所述工作头至所述结晶堵塞物表面；

(4)结晶物破碎

基于设备监控影像，由所述操作系统发出指令，控制所述电能分配器向所述脉冲发生器输送电能，由所述脉冲发生器产生高频振荡信号，经所述信号放大器放大后，通过所述传输系统将高频振荡信号传递给所述换能器，由换能器将高频振荡信号转化成机械能后通过所述变幅杆带动所述工作头完成结晶堵塞物的破碎；

(5)设备冲淋水

基于设备监控影像，所述工作头破碎结晶物期间，由所述操作系统发出指令，控制所述电能分配器向所述水泵输送电能，将所述水箱内的水能过所述传输系统输送至所述高压喷头，对所述工作头进行淋水(降温)，所述结晶物破碎结束后，通过所述操作系统增加喷水压力，将破碎后的结晶物冲出隧道排水系统；

(6)设备回收

所述隧道排水系统疏通结束后，由所述操作系统发出指令，控制所述电能分配器通过所述传输系统向所述行走系统输送电能，驱动所述行走系统带动所述工作端从隧道排水系统中退出，清理干净所述的一种隧道排水系统疏通设备，将所述传输管线缠绕至所述管线盘，将所述工作端收纳至所述设备柜，排出所述水箱中的水，断开所述电源，锁闭所述设备柜。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)在隧道排水系统疏通过程中，可对结晶堵塞物进行探查，对疏通效果进行监控，保证了作业精度、提高了作业效率、改善了作业效果。

(2)该疏通设备的工作端可沿隧道排水系统壁行走，对隧道排水系统复杂结构形式的适应性更强，能满足隧道排水系统更大疏通深度的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明行走系统的结构示意图；

图3为本发明导向架的结构示意图；

图4为本发明工作头的结构示意图；

图5为本发明导向架的前端面结构示意图；

图6为本发明导向部件的结构示意图；

图7为本发明设备柜内部的结构示意图；

图8为本发明控制系统的结构框图；

图中：1、主框架，2、导向架，3、避震器，4、电源，5、履带轮，6、设备柜，7、管线端子，11、脉冲发生器，12、信号放大器，13、电能分配器，15、防护罩，16、蓄电池，17、伸缩杆，19、操作面板，20、led灯，21、导向轮，23、铰接定位架，24、滑动杆，25、滑块，26、水箱，27、水泵，28、管线盘，29、传输管线，30、滑轨，31、后管构件，32、高压喷头，33、工作头，34、转动关节，35、前管构件，38、滑动弹簧。

具体实施方式

一种隧道排水系统疏通设备，该设备包含有进入排水系统内工作的工作端及位于排水系统外侧对工作端加以控制的控制端，所述工作端进入排水系统内的主要工作有对所述隧道排水系统的结晶堵塞物进行探查、破碎和清除，所述控制端为外接段，所述控制端向所述工作端发出动作指令，并为所述工作端的动作提供动力，监视所述工作端的工作状态。

所述工作端至少包含有行走系统、清洗系统和监视系统，所述行走系统使工作端在排水管内移动，并到达指定的工作位置，清洗系统将所述隧道排水系统结晶堵塞物破碎、冲洗、清除，所述监视系统设置在工作端的端部，为所述工作端及所述隧道排水系统提供摄像与照明。

所述控制端至少包含有能源系统、操作系统、超声系统、供水系统及传输系统，所述能源系统为整个设备的运转提供所需的电能；所述操作系统向所述隧道排水系统疏通设备发出动作指令，统筹整个疏通设备各部件之间的动作；所述超声系统为所述工作端的破碎动作提供高频交流电信号；所述供水系统，为所述工作端的动作提供所需的水源，所述传输系统用于控制端与工作端之间的信号传递及反馈，并向工作端传递所需的电能及水源。

所述疏通设备的整机包含管状主框架1及连接在主框架1前端部并与主框架1内腔连通的导向架2，导向架2的前端安装有监视系统中的摄像头18及led灯20，所述led灯20依附于摄像头18安装，并安装于摄像头18的壳体内，与摄像头共同透过壳体前端的透明玻璃工作，所述摄像头18的后端通过伸缩杆17安装到导向架2端部，摄像头18及照明灯20在伸缩杆17的带动下前伸或回缩，实现不同摄像及照明位置，所述伸缩杆17的前端连接有高透性无色憎水玻璃制成的防护罩，所述防护罩将led灯20与摄像头18罩在其中，所述导向架2的前端还设有与摄像头18间隔排列的高压喷头32，所述高压喷头32与摄像头18间隔环绕在导向架2的前端部。

所述导向架2外侧间隔120°环向布置导向部件，所述导向架2由导向马达驱动旋转，导向架2转动带动导向部件完成导向动作，所述导向部件包括导向轮21及将导向轮21安装于导向架2上的伸缩支架，所述伸缩支架包括呈三角形支撑在导向轮下侧的铰接定位架23及弹簧伸缩架，所述铰接定位架23的下端铰接在导向架2上，铰接定位架23的上端通过叉状支撑架体铰接在导向轮21的铰接轴上，所述弹簧伸缩架包含有上端同样通过叉状支架铰接到导向轮21铰接轴上的滑动杆24及连接在滑动杆24下端部的滑块25，所述滑块25滑动安装至导向架2外轮廓的滑轨30内，所述滑块25与滑轨30相匹配设置，所述滑动杆24的下端部与导向架2的外壁之间连接有滑动弹簧38，所述滑动弹簧38在弹性范围内伸缩，滑动杆24改变倾斜角度，在弹簧伸缩架及铰接定位架23的支撑作用下，导向轮21贴合管体内壁进行导向，且可随管径的变动改变位置。

所述行走系统包括呈120°环向布置在主框架1外侧的履带轮5，与其中履带轮5相连的行走马达通过电线连接到控制端的设备系统中，由设备系统提供履带行走所需的电力动能，现有的履带行走机构中已经是成熟技术，在此不做详述，所述履带轮5包含但不限于履带式行走一种方式，还可以根据实际需要采用现有技术中成熟的行走机构。

所述主框架1为网架结构，主框架1的后端安装有管线端子7，所述管线端子7为双向线路连接板，其两侧均设置转接插口，两侧插口对应，插装在两侧对应插口的线路连接为一条线路，管线端子7为连接线路的中转节点，所述管线端子7上的接口中至少包含有水管接口、动力电源线接口、照明电源线接口、视频传输线接口及高频震荡信号线接口，所述接口均两两对应安装于管线端子7两侧。

所述清洗系统包括连接组件31、工作头33及高压喷头32，所述高压喷头32安装于前述中的导向架2的前端，所述连接部31的后端同样安装在导向架2的前端，且连接部31安装在导向架2前端的中部，所述连接组件为转动关节连接的两个中空管状构件，高压喷头32及摄像头环绕在连接组件的外侧，由于摄像头的外护罩采用无色憎水玻璃制成，喷头喷淋的水沿护罩滴下并不会留下水渍，以避免摄像及照明的清晰度，所述连接组件的前端连接有工作头33，所述工作头33为弯折超声振动头，所述连接组件的前管构件35与后管构件31之间通过转动关节34连接，所述转动关节34由设置在前管构件35前端的球窝或球头及安装在后管构件31后端的球头或球窝组成，球头与球窝的位置可互换，转动关节34安装可实现工作头360度旋转及180度范围内的角度转变。

所述前管构件35与后管构件31均为中空管状，其内穿过超声线路及超声组件，所述超声线路通过所述传输系统与所述控制端的超声系统相连，超声组件中的部件换能器和变幅杆均固定安装于前管构件31内，并通过卡扣与前端的工作头33相连，所述超声系统包括脉冲发生器11和信号放大器12，所述脉冲发生器11与信号放大器12均安装于控制端的设备柜6中，所述脉冲发生器11和信号放大器12相连，且均通过电线与所述电能分配器13相连。

所述设备柜6为能源系统的外壳体，所述设备柜6的中空壳体内设有若干个设备分区和功能接口，所述功能接口包含有电线插孔和水管插孔，其中，功能接口的插装端延伸出设备柜6侧壁，所述设备柜6内的设备分区中放置设备系统部件，其中包含有电源4、电能分配器13及蓄电池16，所述电源4的通电端口通过电源线连接外部供电设备或供电系统相连，外部设备向电源4内输入电能，所述电源4的放电端口通过电线与电能分配器13的电能输入端相连，所述电能分配器13的电能输出端通过外接电线与所述隧道排水系统疏通设备中的各受电部件相连，由电能分配器13向各部件分配电源输出的电能。

其中，所述蓄电池16为备用电池设备，通过电线与所述电能分配器13的端口相连，通过电能分配器13向所述蓄电池16内部充放电，在电源4电压不稳或电源4无法提供电能的情况下，蓄电池16向电能分配器13输送电能，并由电能分配器13分配给各部件，由于整体疏通设备是根据管体的管径大小进行比例的调整，各部件动作所需的能源并不恒定，因此，蓄电池16的蓄电容量可根据实际情况进行调整。

所述控制端的操作系统包括操作面板19、面板控制电路及主机，所述操作面板19集显示终端与输入终端一体，安装于所述设备柜预留的放置槽内，并与设备柜可拆卸连接，操作面板19的带有触控式显示屏，显示屏下方带有按键输入终端，将工作端的工作状态显示至显示屏上，并通过触摸式显示屏及按键输入操作规程用于工作端工作，所述控制电路连接操作面板、电能分配器及各受电部件，由电能分配器分配出的配电线路将电能分配至操作面板，所述主机为整个操作系统的cpu控制处理器，用于控制整个设备的系统性运转，所述主机通过传输线路29与摄像照明系统、超声系统、水泵及行走马达中分别安装的控制器相连，由此操控整个设备运转，其中，所述连接组件中的转动关节34内的转动驱动马达同样与主机通过控制线路相连，用于控制工作头33到达指定的工作位置，所述操作面板19及主机采用现有的平板式电脑操作设备，其主要操控方式及系统处理也为现有电脑所具有的操作系统，可直接接于现有设备中，操作简单方便。

所述供水及传输系统包括设置在设备柜6内的水箱26、水泵27、管线盘28及传输管线29，所述水箱26及水泵27均安装于所述设备柜6内部，所述水箱26进水端通过水管连接外部供水设备或供水系统，所述水泵27进水端通过水管与所述水箱26的出水端相连，水泵27的出水端通过水管连接于所述设备柜6的功能接口中的水管插孔，所述传输管线29由软管护套包裹电线、水管而成的管线束，一端连接于所述设备柜6对应的电线插孔、水管插孔等功能接口，另一端连接于所述管线端子7，所述管线端子7的两侧对应均设置水管插孔，一侧水管插孔与传输管线29中的水管相连，另一侧水管插孔通过水管与高压喷头32相连，所述水箱26、水泵27及传输管线29组成一个整体的供水线路，由此向高压喷头32供水。

所述管线盘28通过轴承安装于所述设备柜内部，传输管线29缠绕在管线盘28外侧，管线盘28转动收线，所述传输管线缠绕于所述管线盘28保存。

一种应用前述隧道排水系统疏通设备的使用方法，包括如下步骤：

(1)工作准备

将所述的隧道排水系统疏通设备运送至待作业区，取下所述工作端，通过所述传输管线与所述设备柜相连，将所述水箱加满水，接通所述电源，检查设备运转是否正常、管路是否通畅；

(2)排水系统探查

由所述操作系统发出指令，控制所述电能分配器通过传输系统向所述行走系统输送电能，驱动所述行走系统带动工作端在隧道排水系统内移动，控制所述监控系统对所述隧道排水系统进行摄像，并将视频信息通过所述传输系统反馈至操作面板的显示终端，完成所述隧道排水系统结晶堵塞的情况的探查；

(3)工作头就位

当发现所述隧道排水系统中存在结晶堵塞物时，基于设备监控影像，控制所述电能分配器通过所述传输系统向所述行走系统及清洗系统内的转动关节输送电能，驱动行走系统行走至结晶堵塞位置，并通过转动关节带动所述工作头至所述结晶堵塞物表面；

(4)结晶物破碎

基于设备监控影像，由所述操作系统发出指令，控制所述电能分配器向所述脉冲发生器输送电能，由所述脉冲发生器产生高频振荡信号，经所述信号放大器放大后，通过所述传输系统将高频振荡信号传递给所述换能器，由换能器将高频振荡信号转化成机械能后通过所述变幅杆带动所述工作头完成结晶堵塞物的破碎；

(5)设备冲淋水

基于设备监控影像，所述工作头破碎结晶物期间，由所述操作系统发出指令，控制所述电能分配器向所述水泵输送电能，将所述水箱内的水通过所述传输系统输送至所述高压喷头，对所述工作头进行淋水(降温)，所述结晶物破碎结束后，通过所述操作系统增加喷水压力，将破碎后的结晶物冲出隧道排水系统；

(6)设备回收

所述隧道排水系统疏通结束后，由所述操作系统发出指令，控制所述电能分配器通过所述传输系统向所述行走系统输送电能，驱动所述行走系统带动所述工作端从隧道排水系统中退出，清理干净所述的一种隧道排水系统疏通设备，将所述传输管线缠绕至所述管线盘，将所述工作端收纳至所述设备柜，排出所述水箱中的水，断开所述电源，锁闭所述设备柜。