用于隧道衬砌检测的地质雷达梯车和隧道衬砌检测系统的制作方法

1.本实用新型涉及隧道检测技术领域，尤其涉及一种用于隧道衬砌检测的地质雷达梯车和隧道衬砌检测系统。


背景技术：

2.运营铁路隧道的衬砌关系着铁路轨道交通运输的安全，因此对铁路隧道衬砌定期开展全面综合的检测对铁路的安全运输起着至关重要的作用。尤其运营多年的铁路隧道衬砌可能存在渗漏水、衬砌变形、衬砌背后脱空、空隙、表面掉块等病害现象。特别是隧道衬砌脱空的存在使隧道与围岩不能形成一个有机整体，不能很好地发挥隧道衬砌的弹性受力作用，使隧道存在安全隐患。
3.目前运营铁路隧道的衬砌检测通常采用地质雷达检测，一般采用轨道车或铁路梯车进行搭载。在使用轨道车时，检测人员需站在轨道车车顶作业，地质雷达天线需要人工举起，紧贴着隧道衬砌表面。用此平台进行电气化铁路检测时，由于检测过程中轨道车是匀速前进，在快到达接触网吊柱时，需将天线放低至接触网吊柱以下，通过接触网吊柱后，再将天线举起贴着衬砌表面。由于需要频繁躲避接触网吊柱，必造成作业人员劳累。同时因躲避供电接触网吊柱，在吊柱前、后有数米隧道衬砌未检测即为检测盲区。总之，采用轨道车平台，需要高空作业、存在检测盲区、成本高。在使用铁路梯车时，多数检测单位由检测人员攀登到梯车上方框架内，手举天线，此方法需要人员高空作业，劳动强度大，安全性极差。
4.此外，现有技术中不管是采用轨道车或铁路梯车对地质雷达进行探测，一般都是采用人工拖拽施测，难以控制各个测点的间距，各个测点的间距不均匀，也容易造成地质雷达图像不均匀的问题。


技术实现要素：

5.鉴于此，本实用新型实施例提供了一种用于隧道衬砌检测的地质雷达梯车和隧道衬砌检测系统，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。
6.本实用新型的技术方案如下：
7.根据本实用新型的一方面，所述地质雷达梯车包括作业架、行走部、延长杆和天线举杆；其中，所述行走部安装在所述作业架的底部，所述延长杆安装在所述作业架的顶部，所述天线举杆位于所述作业架的一侧，所述天线举杆的顶部用于安装地质雷达天线；所述延长杆沿与所述行走部的行走方向垂直的方向布置，所述延长杆与所述天线举杆固定连接，且所述天线举杆与所述延长杆垂直布置，所述延长杆以沿自身轴线可转动的方式架设在所述作业架上；所述延长杆在以所述延长杆为轴摆动的情况下，其顶部的高度位置随之改变。
8.在一些实施例中，所述天线举杆的顶部安装有地质雷达天线，所述地质雷达天线通过弹性件安装所述天线举杆上，所述弹性件为弧形板簧或螺旋弹簧。
9.在一些实施例中，所述作业架为门式作业架，其包括多个矩形单体支撑架，各所述
矩形单体支撑架上窄下宽，所述门式作业架的宽度从上往下逐渐增大，各所述矩形单体支撑架通过安装件上下组装。
10.在一些实施例中，所述延长杆在所述作业架一侧伸出的杆段与所述天线举杆通过卡扣固定连接。
11.在一些实施例中，所述天线举杆的下部设有一对用于对所述天线举杆加固连接的平衡支架，所述平衡支架的一端与所述天线举杆连接，另一端与所述作业架连接，其中，所述平衡支架与所述天线举杆或作业架可拆解连接。
12.在一些实施例中，所述延长杆通过一对轴承或轴承座架设在所述作业架上。
13.在一些实施例中，所述作业架的中下部设有供人工推动的推拉结构，以推动整个地质雷达梯车移动。
14.优选地，所述推拉结构为固定布置且伸出所述作业架一侧的横杆，所述横杆为可伸缩结构。
15.在一些实施例中，所述行走部包括至少两组行驶轮，每组行驶轮包括一个车轮轴以及两个设置在车轮轴两端的行驶轮。
16.在一些实施例中，所述行驶轮的内侧具有凸缘，以在铁轨上行驶。
17.在一些实施例中，其中一个行驶轮作为测距轮设有编码器，所述编码器与该行驶轮同轴同步转动，用于检测所述行驶轮的角位移。
18.在一些实施例中，所述行驶轮为导体材料，所述作业架为铝合金或不锈钢材料。
19.在一些实施例中，所述天线举杆的下部具有操控其以所述延长杆为轴摆动的操控结构；所述操控结构为所述天线举杆的下部杆段或拉绳；所述拉绳的上端连接在所述天线举杆的与所述延长杆连接位置的上侧或下侧；所述天线举杆的底部设有平衡重物。
20.根据本实用新型的另一方面，也提供了一种隧道衬砌检测系统，所述隧道衬砌检测系统包括前述的地质雷达梯车；所述隧道衬砌检测系统还包括：
21.地质雷达主机，所述地质雷达主机具有信号控制器，所述信号控制器与编码器、所述地质雷达天线连接；
22.处理器，所述处理器与所述信号控制器连接；
23.其中，所述编码器将测得的角位移信号通过所述地质雷达主机输送到所述处理器，所述处理器通过所述信号控制器向所述地质雷达天线发送控制指令，以控制所述地质雷达天线执行脉冲发射/接受动作，使得每个测点的间距保持恒定。
24.根据本实用新型实施例的用于隧道检测的地质雷达梯车和隧道衬砌检测系统，可获得的有益效果至少包括：
25.本实用新型实施例的地质雷达梯车设有天线举杆，可方便躲避供电接触网连接柱，大大降低了检测人员的劳动强度及安全风险，提高检测效率。
26.本实用新型的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本实用新型的实践而获知。
27.本领域技术人员将会理解的是，能够用本实用新型实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本实用新型能够实现的上述和其他目的。
附图说明
28.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本实用新型的原理。为了便于示出和描述本实用新型的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本实用新型实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：
29.图1为本实用新型一实施例中的地质雷达梯车的立面结构示意图。
30.图2为本实用新型一实施例中的地质雷达梯车的俯视平面示意图。
31.图3为本实用新型另一实施例中的地质雷达梯车的立面结构示意图。
32.图4为本实用新型一实施例中的雷达举杆与地质雷达天线的连接方式示意图。
33.图5为本实用新型一实施例中的隧道衬砌检测系统的结构示意图。
34.附图标记：
35.3、车轮轴；7、横杆；8、插销孔；11、行驶轮；12、延长杆；16、平衡支架；17、卡扣；20、编码器；21、隧道壁；30、地质雷达天线；31、弹性件；32、连接点；33、天线举杆；34、平衡重物；35、拉绳；45、安装件；46、轴承；301、信号控制器；302、处理器；
具体实施方式
36.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
37.在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。
38.应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
39.在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。
40.在下文中，将参考附图描述本实用新型的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
41.根据本实用新型的一方面，提供了一种用于隧道衬砌检测的地质雷达梯车，相较于传统的搭载式轨道车，该地质雷达梯车可方便躲避供电接触网，大大降低了检测人员的劳动强度及安全风险，提高检测效率。
42.如图1至图4所示，地质雷达梯车包括作业架、行走部、延长杆12和天线举杆33等。其中，行走部安装在作业架的底部，延长杆12安装在作业架的顶部，天线举杆33位于作业架的一侧，天线举杆33的顶部用于安装地质雷达天线30。
43.在一些实施例中，延长杆12沿与行走部的行走方向垂直的方向布置，即在检测时，延长杆12与隧道壁21垂直。延长杆12与天线举杆33固定连接，且天线举杆33与延长杆12垂直布置，延长杆12以沿自身轴线可转动的方式架设在作业架上；延长杆12在以延长杆12为轴摆动的情况下，其顶部的高度位置随之改变。
44.铁路隧道顶部位置供电接触网及其连接柱，供电接触网连接柱会影响地质雷达梯
车的地质雷达天线30的通过，本实用新型中的地质雷达梯车在通过供电接触网连接柱时，天线举杆33可以绕延长杆12摆动，呈与地面倾斜状态，从而降低天线举杆33顶部的高度，避免地质雷达天线30与供电接触网连接柱的碰撞，梯车通过供电接触网连接柱后，天线举杆33自动或人工操控回到竖直状态，即可进行下一步测量。此外，检测人员可以在隧道地面操控天线举杆33的摆动，无需站在地质雷达梯车的顶部，也增加了检测人员的安全性和舒适性。
45.在一些实施例中，天线举杆33的顶部安装有地质雷达天线30，地质雷达天线30通过弹性件31安装天线举杆33上，弹性件31为弧形板簧或螺旋弹簧，但不限于此，弹性件31也可为其他弹性结构，如柔性的形变材料。弹性件31具有一定的强度和刚度，对地质雷达天线30起到稳定和减震作用。在图4所示的实施例中，弹性件31为弧形板簧。天线举杆33的顶部设有一个平板，天线举杆33与平板可通过连接结构32连接，弧形板簧固定在该平板上。连接结构32可为焊接或螺纹连接件等。
46.本实用新型在地质雷达天线30底部增设了防颠簸的弹簧，在探测过程中，避免由于待测面起伏造成地质雷达天线30颠簸或旋转造成地质雷达假图像，可使得地质雷达天线30在行进过程中保持稳定，以及时刻与隧道壁21保持紧贴状态，获得最佳的地质雷达图像。
47.在一些实施例中，作业架为门式作业架，其包括多个矩形单体支撑架，各矩形单体支撑架上窄下宽，门式作业架的宽度从上往下逐渐增大，各矩形单体支撑架通过安装件45上下组装。门式作业架为对称结构，由多个矩形单体支撑架采用安装件45组装而成。例如，安装件45可为销钉和带有螺纹的连接环，上下相邻的矩形单体支撑架具有位置对应的插销口8，销钉插入插销口8，并用连接环对销钉进行固定从而实现矩形单体支撑架的上下连接。作业架也可采用其他形式的作业架，如脚手架形式或剪式升降架等。
48.如图3和图2所示，在一些实施例中，延长杆12在作业架一侧伸出的杆段与天线举杆33通过卡扣17固定连接。所述天线举杆33的下部设有一对用于对天线举杆33加固连接的平衡支架16，所述平衡支架16的一端与所述天线举杆33连接，另一端与作业架连接，其中，平衡支架16与天线举杆33或作业架可拆解连接。优选地，天线举杆33的下部设与平衡支架16可拆解的连接结构。
49.在正常形式及测量过程中，天线举杆33与平衡支架16固定连接，便于稳定天线举杆33和地质雷达天线30，防止其摆动；在经过供电接触网连接柱时，天线举杆33与平衡支架16拆下连接状态，以便于天线举杆33和地质雷达天线30旋转摆动从而使得整个梯车通过供电接触网连接柱。例如，天线举杆33与平衡支架16为可拆解连接方式，平衡支架16与作业架采用卡扣17固定连接。详细地，天线举杆33下部与平衡支架16连接的部位可设有圆环，平衡支架16的端部设有构形结构，该构形结构挂在圆环处即使得平衡支架16与天线举杆33固定连接，反之拆下连接状态。平衡支架16的构形结构或整体可具有一定的弹性。平衡支架提高了地质雷达举杆立放时的稳定性，在检测作业时也具体减小晃动的作用。
50.在一些实施例中，天线举杆33的下部具有操控其以延长杆12为轴摆动的操控结构；操控结构为天线举杆33的下部杆段或拉绳35；拉绳35的上端连接在天线举杆33的与延长杆12连接位置的上侧或下侧；在拉动拉绳35时，天线举杆33进行倾斜摆动。在一些实施例中，天线举杆33的底部设有平衡重物34，依靠重力作用，使得天线举杆33的竖直状态保持稳定。
51.在一些实施例中，延长杆12通过一对轴承46或轴承座架设在作业架上，以减小转动时的摩擦力，也使得转动过程平稳。
52.在一些实施例中，作业架的中下部设有供人工推动的推拉结构，以推动整个地质雷达梯车移动；推拉结构为固定布置且伸出作业架一侧的横杆7，横杆7为可伸缩结构，便于检测人员推拉该地质雷达梯车及调整长度。例如，本实用新型实施例的地质雷达梯车的门式作业架底部可组成一个矩形框架结构，规格1.4m
×
1.2m。该地质雷达梯车采用上、下横杆设计，上横杆用于举挂地质雷达天线30，下横杆用于作为把手推拉车体，以减小小车体积，避免超限风险。上、下横杆均可采用伸缩杆的结构。例如，横杆7的两端具有插销孔8，横杆7可通过销钉和插销孔8固定在门式作业架上。
53.在一些实施例中，行走部包括至少两组行驶轮11，每组行驶轮11包括一个车轮轴3以及一对设置在车轮轴3两端的行驶轮11。行驶轮11的内侧具有凸缘，以在铁轨上行驶，防止脱轨。例如，如图2所示，行走部包括两组行驶轮11，分别为前轮组和后轮组。前轮组和后轮组的行驶轮11的轮距都为1435mm。
54.在些实施例中，前轮组和后轮组的行驶轮11为导体材料，当有检测时，梯车与两钢轨间短路，便于列车调度室掌控该梯车的状态。作业架为铝合金或不锈钢材料，以减轻总体重量，也降低检测人员的体力劳动强度。
55.其中一个行驶轮11作为测距轮设有编码器20，编码器20与该行驶轮11同轴同步转动，用于检测行驶轮11的角位移，角位移信号用于控制地质雷达脉冲发射和接收，使得每个测点的间距恒定，保证地质雷达图像均匀。为实现测点间距恒定，本实用新型实施例的地质雷达轨道车将前轮组或后轮组中的一个行驶轮11作为测距轮，优选为后轮组的一个行驶轮11，在该行驶轮11的外侧设置一个与该行驶轮11同轴同步转动的编码器20。具体地，行驶轮11均为带有轴承46的车轮，在作为测距轮的车轮轴承外环加焊输出轴，将编码器20同轴固定在该输出轴上。
56.根据本实用新型的另一方面，也提供了一种隧道衬砌检测系统，如图5所示，隧道衬砌检测系统包括前述的地质雷达梯车，隧道衬砌检测系统还包括地质雷达主机和处理器302。其中，地质雷达主机具有信号控制器301，信号控制器301与编码器20、地质雷达天线30连接；处理器302与信号控制器301连接；编码器20将测得的角位移信号通过地质雷达主机输送到处理器302，处理器302通过信号控制器301向地质雷达天线30发送控制指令，以控制地质雷达天线30执行脉冲发射/接受动作，使得每个测点的间距保持恒定。
57.其中，地质雷达主机可安装在地质雷达梯车上，其通讯连接可采用有线或无线连接。
58.本实用新型实施例的地质雷达天线30可采用屏蔽型地质雷达天线，优选地采用400mhz天线。
59.本实用新型实施例的地质雷达可安装在地质雷达梯车上，也可安置在其他设备上，如技术人员的工程车上。
60.本实用新型的地质雷达轨道车不仅适用于铁路隧道检测，在更换行驶轮后同样适用于其他同类型隧道衬砌检测，例如公路隧道。
61.根据本实用新型实施例的用于隧道检测的地质雷达梯车和隧道衬砌检测系统，可获得的有益效果至少包括：
62.(1)本实用新型实施例的地质雷达梯车设有天线举杆，可方便躲避供电接触网连接柱，大大降低了检测人员的劳动强度及安全风险，提高检测效率。
63.(2)本实用新型实施例的地质雷达梯车由多个上窄下宽的矩形单体支撑架及安装件组成，可拆分，方便运输和安装。
64.(3)本实用新型实施例的天线举杆下部设置了平衡支架，使天线举杆立放时稳定。也减小检测作业时的晃动。
65.(4)本实用新型实施例的天线举杆上部装有弧形板簧或螺旋弹簧，可使得地质雷达天线在行进过程中保持稳定，以及时刻与隧道壁保持紧贴状态，获得最佳的地质雷达图像。
66.(5)本实用新型实施例的后轮组中的一个行驶轮作为测距轮，设有与该行驶轮同轴同步转动的编码器，用于控制地质雷达脉冲发射和接收，使得每个测点的间距恒定，保证地质雷达图像均匀。
67.本实用新型中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。
68.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型实施例可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。