一种线轨式自驱动隧道衬砌无损检测系统的制作方法

本实用新型涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种线轨式自驱动隧道衬砌无损检测系统。

背景技术：

隧道衬砌施工质量检测作为隧道交、竣工验收中把控隧道施工质量的重要部分，及时准确地进行隧道衬砌无损检测，可以准确把握施工质量，确定衬砌缺陷所在位置。采用高频电磁天线进行衬砌施工质量的检测，已经得到了工程界的广泛认同。采用高频电磁天线进行衬砌施工质量的检测是施工和运营期隧道衬砌无损检测的主要方法之一。该方法为沿着隧道纵向在隧道衬砌的拱顶、两侧拱腰和拱底共设置5条测线，采用高频电磁天线沿测线方向进行电磁波探测，天线另一端的电脑主机将天线反射回来的电磁波进行记录，探测完成后，将电脑主机存储的波形图输入Radan软件中分析衬砌厚度，钢拱架间隔，查找衬背空洞。采用高频电磁天线进行隧道衬砌无损检测的方法，在使用过程中只有在天线探测面密贴衬砌表面，天线移动方向垂直于隧道环向，且在一定测线间隔准确打标的情况下，其收集波形才能准确的反应出衬砌厚度，钢拱架间隔和衬背空洞所在的位置。

然而，由于隧道拱顶和拱腰一般远高于人身高，在进行拱腰和拱顶的天线探测时往往需要在装载机上焊接钢架，让探测人员站在钢架上手举天线，随着装载机的前进进行衬砌的检测。使用装载机焊接钢架进行探测时，由于探测人员站在高处手举天线往往不能很好的密贴于衬砌，且检测人员体力有限，往往探测很短的一段距离就需要进行休息，再者隧道内路面不平整，装载机难以沿着标准直线前进，地面上手持电脑主机进行探测距离标注的人员，一边要仰头看天线是否到打标位置，一边还要注意脚下路况并要保证和装载机保持安全距离，在这种环境下往往漏标和错标测线间隔。

综上，采用上述方法进行高频电磁天线进行衬砌的检测，所得波形往往出现较多不规律波形和不规则中断，且其标注的测线间隔往往也不准确，给后期Radan软件对波形的处理得出准确检测结论带来很大麻烦，并且由于探测全过程属于高空作业，其安全隐患较多，给探测人员的人身安全和探测仪器的安全带来较大威胁。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种线轨式自驱动隧道衬砌无损检测系统，能在高频电磁天线进行隧道衬砌检测时，保证测线平顺，天线密贴，确保探测的波形连续均匀、探测断面位置明确。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种线轨式自驱动隧道衬砌无损检测系统，其特征在于：

包括悬挂装置、驱动装置、轨道轮、位移感应器和探测天线系统；

固定在一条探测测线始末端的悬挂装置上设置有轨道钢线，驱动装置通过轨道轮在轨道钢线上移动，驱动装置上安装有用于记录所在测线上隧道衬砌反射波形的探测天线系统和将感应的位移值标注在波形标尺上的位移感应器。

悬挂装置两端各有一对固定板，每对固定板底部之间设置有一道U形的悬挂杆；

两端悬挂杆底部之间通过收线螺栓固定有一对轨道钢线，其中一端悬挂杆底部的两根轨道钢线之间通过收线螺栓固定有牵引钢丝。

悬挂杆两端通过滑动杆连接到固定板底部；

滑动杆为外径小于悬挂杆内径开有条形槽的管构件，滑动杆的条形槽沿杆的轴向设置，滑动杆插入悬挂杆，通过悬挂杆上设置的定位螺栓固定滑动位置。

驱动装置包括驱动装置底板，驱动装置底板底面设置轨道轮；

驱动装置底板中部设置有探测天线出线孔，探测天线出线孔周围设置有用于固定探测天线系统的天线固定爪；

驱动装置底板一侧设置有卷收牵引钢丝的卷扬机。

天线固定爪底部通过天线固定爪固定螺栓固定在驱动装置底板对角线上设置的天线固定爪滑动孔中，天线固定爪滑动孔为长圆孔。

卷扬机包括卷扬轮、卷扬电动机、卷扬电动机及红外感应开关电源和卷扬机红外信号开关，卷扬机的运行通过驱动装置遥控器控制。

轨道轮包括带凹槽的滚动轮，滚动轮中心为滚动轮轴，滚动轮轴两侧通过连接杆连接到滚动轮底座上；

连接杆上设置有减震弹簧；

轨道轮通过滚动轮底座固定于驱动装置底板底面；

滚动轮上附有防滑橡胶层。

位移感应器包括位移滚动轮，位移滚动轮轮轴上设置有转动传感器，转动传感器引出位移感应信号传送线，位移感应信号传送线端部为位移感应信号传送线连接插头，位移感应信号传送线连接插头插入探测天线系统；

位移滚动轮的轮轴上设置有通过可转动的铆钉连接的两连杆，两连杆端部通过连接杆转动轴连接到位移传感器连接底板上，位移感应器通过位移传感器连接底板固定于驱动装置底板底面。

两连杆的两个节段之间、两连杆下部节段与位移传感器连接底板之间设置有张紧定位弹簧。

本实用新型具有以下优点：

（1）本实用新型提供的线轨式自驱动隧道衬砌无损检测系统，采用悬挂装置和天线驱动装置，使得探测天线可以按照规定的测线进行准确的移动探测，采用的带有减震弹簧的轨道轮可以使得天线探测面保持密贴衬砌，使得探测的波形连续均匀，探测断面位置明确。

（2）通过位移感应器的连接，可以使得在天线探测过程中，准确记录所测得波形的位置，并同时在探测得到的波形图上进行标注，有效避免了在进行探测过程中，由于标注人员的疏忽导致的探测波形距离漏标的问题。

（3）通过遥控器的控制，可以在施工单位人员将悬挂装置、天线、驱动装置和位移感应装置安装完毕后，检测过程完全可由一人完成，大大节约了人力成本。且在一条测线悬挂装置安装完成，进行检测的同时，施工人员可以继续安装其他测线上的悬挂装置及轨道，大大缩短了检测所用时间。

（4）采用的全断面波形记录及显示软件，可以在将所收集到的拱顶A，左拱腰B，左拱底C，右拱腰D，右拱底E所收集到的五条测线上的波形图输入该软件后，可以另存为一个整体文件，使得在进行探测结果分析时，可以直观准确地看到探测到的波形情况，并可针对多条测线进行对比分析。

附图说明

图1 为本实用新型的线轨式自驱动隧道衬砌无损检测系统原理图；

图2 为本实用新型的线轨式自驱动隧道衬砌无损检测系统在实际使用的安装示意图；

图3 为本实用新型的悬挂装置结构图；

图4 为本实用新型的驱动装置的正面视图；

图5 为本实用新型的驱动装置的背面视图；

图6 为本实用新型的轨道轮的结构图；

图7 为轨道轮的立面图；

图8 为本实用新型的位移感应器的结构图；

图9 为本实用新型的驱动装置遥控器示意图；

图中，1-悬挂装置、2-驱动装置、3-轨道轮、4-位移感应器、5-驱动装置遥控器、6-探测天线系统，101-固定板、102-固定孔、103-悬挂杆、104-滑动杆、105-滑动固定螺栓、106-收线螺栓、107-轨道钢线、108-牵引钢丝，201-驱动装置底板、202-探测天线出线孔、203-天线固定爪滑动孔，204-天线固定爪固定螺栓，205-卷扬轮，206-卷扬电动机，207-卷扬机及红外感应开关电源、208-卷扬机红外信号开关，209-天线固定爪，210-天线固定爪防滑橡胶垫、301-带凹槽的滚动轮、302-滚动轮轴、303-减震弹簧、304-连接杆、305-滚动轮底座、306-防滑橡胶垫、401-位移滚动轮、402-转动传感器、403-两连杆、404-张紧定位弹簧、405-连接杆转动轴、406-位移传感器连接底板、407-位移感应信号传送线、408-位移感应信号传送线连接插头、501-遥控线路板、502-前进键、504-后退键、503-停止键、505-红外信号发射器。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细的说明。

本实用新型涉及的线轨式自驱动隧道衬砌无损检测系统，包括悬挂装置1、驱动装置2、轨道轮3、位移感应器4和探测天线系统6。固定在一条探测测线始末端的悬挂装置1上设置有轨道钢线107，驱动装置2通过轨道轮3在轨道钢线107上移动，驱动装置2上安装有用于记录所在测线上隧道衬砌反射波形的探测天线系统6和将感应的位移值标注在波形标尺上的位移感应器4。

悬挂装置1两端各有一对固定板101，固定板101用于将悬挂装置1固定到探测侧线始末端的衬砌上。每对固定板101底部之间设置有一道U形的悬挂杆103；两端悬挂杆103底部之间通过收线螺栓106固定有一对轨道钢线107，是保证驱动装置2沿着悬挂装置1规定的测线平顺移动的轨道。其中一端悬挂杆103底部的两根轨道钢线107之间通过收线螺栓106固定有牵引钢丝108。悬挂杆103两端通过滑动杆104连接到固定板101底部；滑动杆104为外径小于悬挂杆103内径开有条形槽的管构件，滑动杆104的条形槽沿杆的轴向设置，滑动杆104插入悬挂杆103，通过悬挂杆103上设置的定位螺栓105固定滑动位置，使得钢线轨道的高度合适，以便天线密贴衬砌且滑动摩擦力较小，将悬挂装置安装在测线两端，调节收线螺栓106使得轨道钢线107松弛，再将固定好探测天线系统6的驱动装置2经轨道轮3卡在轨道钢线107上，调节收线螺栓106使得天线密贴在衬砌上，并将牵引钢丝108连接在卷扬机上。

驱动装置2包括驱动装置底板201，驱动装置底板201底面设置轨道轮3；驱动装置底板201中部设置有探测天线出线孔202，探测天线出线孔202周围设置有用于固定探测天线系统6的天线固定爪209；驱动装置底板201一侧设置有卷收牵引钢丝108的卷扬机。天线固定爪209附有天线固定爪防滑橡胶垫210。天线固定爪209底部通过天线固定爪固定螺栓204固定在驱动装置底板201对角线上设置的天线固定爪滑动孔203中，天线固定爪滑动孔203为长圆孔。卷扬机包括卷扬轮205、卷扬电动机206、卷扬机及红外感应开关电源207和卷扬机红外信号开关208，卷扬机的运行通过驱动装置遥控器5控制。

轨道轮3包括带凹槽的滚动轮301，附有防滑橡胶垫306。滚动轮301中心为滚动轮轴302，滚动轮轴302两侧通过连接杆304连接到滚动轮底座305上；连接杆304上设置有减震弹簧303；轨道轮3通过滚动轮底座305固定于驱动装置底板201底面。

位移感应器4包括位移滚动轮401，位移滚动轮401轮轴上设置有转动传感器402，转动传感器402引出位移感应信号传送线407，位移感应信号传送线407端部为位移感应信号传送线连接插头408，位移感应信号传送线连接插头408插入探测天线系统6；位移滚动轮401的轮轴上设置有L形的两连杆403，两连杆403端部通过连接杆转动轴405连接到位移传感器连接底板406上，位移感应器4通过位移传感器连接底板406固定于驱动装置底板201底面。两连杆403的两个节段之间、两连杆下部节段与位移传感器连接底板406之间设置有张紧定位弹簧404。

驱动遥控器5包括遥控线路板501、前进键502、后退键504、停止键503和红外信号发射器505。按下后退键504，使牵引钢丝108被放出，当牵引钢丝108放出的长度足够长时，将牵引钢丝108的端头缠绕在测线终值端的悬挂装置1的中间收线螺栓106上，按下前进键502，当牵引钢丝108收紧成一条直线时按下停止键503等待检测开始。

基于上述系统结构的线轨式自驱动隧道衬砌无损检测方法，包括以下步骤：

将探测天线系统6置于驱动装置2的驱动装置底板201上，通过调节天线固定爪9的位置固定探测天线系统6；

将驱动装置2底部的轨道轮3卡位在悬挂装置1的轨道钢线107上，使轨道轮3的减震弹簧303进行一定量的压缩，调整位移传感器4的连杆403；将探测天线系统6的天线和位移感应器4的位移滚动轮401紧贴在衬砌上，将卷扬机上的牵引钢丝108连接到测线终点位置的悬挂装置1的中间收线螺栓106上，启动探测天线系统6开始探测，记录所在测线上隧道衬砌的反射波形；

通过驱动装置遥控器5启动驱动装置2的卷扬机，使得探测天线系统6在悬挂装置1的轨道上移动，同时，位移传感器4将探测到的位移标记在探测天线系统6所探测的波形上；

分不同位置收集各测线的波形图，传送至位于地面检测人员手中的电脑主机中。位移传感器4会将所感应的位移值直接传送至探测天线系统6中，进行探测波形长度的准确标注，并将主机所收集的波形图，分拱顶A、左拱腰B、左拱底C、右拱腰D、右拱底E五个不同位置输入进全断面波形记录及显示软件中，以便于更加直观准确地观察各部位所探测到的波形情况，进行直观的对比验证。

本实用新型针对现有技术中采用装载机承台人工托举探测天线进行隧道衬砌无损检测的缺陷，将悬挂装置1固定在一条探测测线的始末端，将探测天线系统6固定在驱动装置1上后，将驱动装置1经轨道轮3卡位在悬挂装置1的钢线轨道上，并将卷扬机上的牵引钢丝108固定在悬挂装置1中间的收线螺栓106上，连接探测天线系统6和位移感应器4，收紧轨道钢线107使得探测天线紧贴隧道衬砌的同时轨道轮3的减震弹簧303处于压缩状态，且位移感应器4的位移滚动轮401密贴在衬砌上，卷扬机将牵引钢丝108收紧后停止转动等待检测；启动天线开始进行探测的同时，启动驱动装置1使其沿着钢线轨道前进，天线在匀速前进的过程中记录所在测线上的隧道衬砌反射波形，同时位移传感器4将感应的位移值标注在波形标尺上，在驱动装置1前进的过程中，轨道轮3的减震弹簧303可以使在天线遇到不平整衬砌面时尽量得贴紧衬砌表面，同时钢线轨道和牵引钢线108可以保证驱动装置在测线上平缓地移动。

本实用新型利用悬挂装置易于安装且钢线轨道在刚度和强度上满足承载要求，卷扬机牵引钢丝移动平稳，结合红外无线遥控开关的原理，将探测天线与现有的位移感应装置进行完美的结合，达到了进行天线探测的同时进行位移数据标注的目的，解决了进行隧道衬砌检测时测线不平直，天线不密贴，探测距离标注不准确，检测人员高空托举天线危险隐患较多的问题。

为了更加牢固地将探测天线系统6固定在驱动装置2上，驱动装置2在采用天线固定爪固定螺栓204固定天线固定爪209的同时在天线固定爪209上附加了天线固定爪防滑橡胶垫210。为了避免轨道轮3在钢线轨道上滑动，在轨道轮3上设置凹槽的同时在轨道轮3的滚动面上附加防滑橡胶垫306。为了保证天线探测面在遇到衬砌不平整时仍然可以密贴衬砌表面，在轨道轮3上设置了减震弹簧303。

实施例：

结合图1，本实施例的线轨式自驱动隧道衬砌无损检测系统，包括悬挂装置、探测天线系统、驱动装置、轨道轮、位移传感器和全断面波形记录及显示软件，探测天线安装固定在驱动装置上，悬挂装置通过膨胀螺丝固定在测线的始终端，驱动装置通过轨道轮卡位在悬挂装置的钢线轨道上，将驱动装置卷扬机上的牵引钢丝固定在悬挂装置横连杆的中间收线螺栓上，并将钢线轨道收紧使得探测天线的探测面密贴在所探测的衬砌表面上且轨道轮的减震弹簧发生一定压缩，将位移传感器的信号传送线连接插头插在探测天线的位移信号接收插口上，调整位移传感器的连接杆的角度使位移传感器的滚动轮紧贴在探测天线后方的衬砌表面上且张紧定位弹簧承受一定的拉力。打开探测天线进行波形探测，同时按下驱动装置遥控器的前进按钮，驱动装置上的卷扬机将牵拉牵引钢丝前进，天线向前移动探测衬砌的同时位移传感器将探测到的位移信号传送至探测天线上对探测天线所探测到的波形进行位移标记，探测系统的主机将带有位移标记的波形图进行记录。在进行一条衬砌测线探测的同时，施工单位的相关人员进行其余测线悬挂装置的安装，将5条测线逐条检测完成后，将探测系统主机上记录的各条探测测线的波形图传送至全断面波形记录及显示软件中，进行拱顶A、左拱腰B、左边墙C、右拱腰D和右边墙E五条测线的分类，分类完成后，使用全断面波形记录及显示软件可以直观准确的判断各测线位置的衬砌厚度及钢拱架间隔，同时可以对比各条测线，对同一断面上的检测结论进行直观的对比验证。

本实施例的遥控装置可选为深圳凯哥电子有限公司生产的KGS-A10B-4远距离遥控及接收装置，位移传感器可选用美国劳雷公司生产的单轮测量轮及编码系统，探测天线系统可选用美国劳雷公司生产的SIR-3000便携式地质雷达系统下的400MHz和900MHz的高频探测天线。

安装过程为：

（1）首先由检测人员将测线位置确定，再由施工单位人员将悬挂装置安装在测线的起始端和终止端，将探测天线固定在驱动装置上，再将悬挂装置上的钢线轨道松弛，将固定在驱动装置上的轨道轮卡位在悬挂装置的钢线轨道上，通过旋转收线螺栓将钢线轨道收紧使探测天线紧贴在衬砌表面且轨道轮的减震弹簧发生一定的压缩变形，调节位移传感器连接杆转动轴，使位移传感器的滚动轮紧贴在探测天线后方的衬砌表面上，并使张紧弹簧处于拉伸状态，将位移感应信号传送线连接插头与探测天线位移信号接收口连接；将驱动装置卷扬轮上的牵引钢丝与悬挂装置横杆上的中间收线螺栓相连，并按遥控器上的前进键使卷扬轮收紧牵拉钢丝，再按下遥控器上的停止键。

（2）在进行第一条测线探测的同时，施工单位人员可将另一组悬挂装置安装在检测人员所规定好的其余测线上；一条测线检测完成后，在进行下一条测线检测的同时，施工单位的人员可将前一条测线起始端的悬挂装置和钢线轨道卸下，并使用混凝土浆液将安装时打的螺丝孔进行封堵，留下的测线末端的悬挂装置可以作为下一阶段检测钢线轨道的起始端。

本实用新型的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。