一种隧道缓震滚动轮及其气动式隧道脱空检测锤击仪的制作方法

本发明涉及隧道施工质量检测技术领域，特别是一种隧道缓震滚动轮及其气动式隧道脱空检测锤击仪。

背景技术：

隧道声振法检测应用初期仅限于人工铁锤敲击二衬混凝土表面，通过回声人为判断脱空情况，判定结果因人而异，属经验方法范畴，可靠度及精确度低下，且无数据支撑，无法对检测结果形成有效的数据、图形资料报告。针对上述问题研发出了隧道脱空检测自动锤击仪，通过仪器自动锤击隧道二衬混凝土表面，使混凝土产生振动而产生波,从而采集波完成脱空检测。通过拾取测量到的波的波形特征，通过拾取振动波形的特征来判定隧道二次衬砌是否脱空及脱空程度。隧道脱空检测自动锤击仪完全代替了人工铁锤敲击隧道二衬高空混凝土表面。自动锤击仪解决了人工锤击费时、费力、低效，消除了人工高空作业的高风险作业疑难情况。

目前已公开cn201510364939.0、隧道脱空探测头、隧道脱空检测仪及检测隧道脱空的方法，但现有自动锤击仪的锤击部件多采用电磁方式驱动，为了提高电磁传动效率电磁驱动装置直接设在自动锤击仪上，电磁驱动设备运行时会产生电流噪音和电磁波干扰采波设备运行，造成采集数据偏差影响测量准确性。

技术实现要素：

本发明解决现有技术不足提供一种施工风险低、检测效率高的隧道缓震滚动轮及其气动式隧道脱空检测锤击仪。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种隧道缓震滚动轮，所述滚动轮的轮毂上设有缓冲层。

所述缓冲层的材质为橡胶。

气动式隧道脱空检测锤击仪，包括锤击机构、上述权利要求1或2所述的滚动轮和声波接收机构，所述锤击机构包括锤桶、锤头、锤座和气源连接口，锤桶上设有气动空腔和气源连接口，气动空腔与气源连通，气源气压驱动气动空腔内锤头运动。

所述锤头分为运动活塞和锤击块，运动活塞带动锤击块在气动空腔内运动。

所述锤桶上设有上限位环、下限位环和复位簧，运动活塞在上限位环和下限位环之间运动，上限位环通过复位簧与运动活塞连接。

本发明的有益效果为：

1、一种气动式隧道脱空检测锤击仪，包括锤击机构、滚动轮和声波接收机构，所述锤击机构包括锤桶、锤头、锤座和气源连接口，锤桶上设有气动空腔和气源连接口，气动空腔与气源连通，气源气压驱动气动空腔内锤头运动。气动式隧道脱空检测锤击仪的滚动轮上不设有驱动设备，减少电磁和噪音干扰，提高声波接收清晰度，调高检测精度。通过气源连接口与远端气源连接便可实现气动式驱动。

2、锤头分为运动活塞和锤击块，运动活塞带动锤击块在气动空腔内运动。锤击块承受冲击降低运动活塞损坏几率。所述锤桶上设有上限位环、下限位环和复位簧，运动活塞在上限位环和下限位环之间运动，上限位环通过复位簧与运动活塞连接。通过上限位环、下限位环限定锤击距离和回弹距离，便于精准控制锤头运动轨迹。锤头具有固定行程，锤头锤击后自然回弹至缩回位置，与隧道二衬面瞬间接触。

3、滚动轮的轮毂上设有缓冲层，缓冲层的材质为橡胶。缓冲层便于与隧道壁面贴合，同时橡胶材质的缓冲层减低滚动杂音，提高声波采集精度。

综上所述本发明省事省力，经济实用；替代了常规人工高空锤击，大大节省了人工成本费用，消除了高空作业安全风险隐患，机械代替人工；气动式驱动大幅提高锤击检测效率。可调整锤击强度、锤击频率等参数；根据需要频率或者力度大小，自动锤击隧道二衬表面，使得被锤击的二衬混凝土引起振动而产生波，进行采集需要波形特征，从而判断隧道是否脱空等现象。锤头垂直锤击隧道二衬面，锤击后自然回弹然后收回锤腔。锤头与隧道二衬面瞬间接触，确保锤击后混凝土自然振动，不收锤短时间停留约束等影响，激励隧道二次衬砌混凝土产生波，以免影响锤击效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为锤击机构的结构示意图；

图3为锤击机构的剖视图；

图4为现有设备检测脱空隧道二衬时域波形及频谱曲线；

图5为本发明的检测脱空隧道二衬时域波形及频谱曲线。

具体实施方式

一种隧道缓震滚动轮，所述滚动轮110的轮毂112上设有缓冲层113。所述缓冲层113的材质为橡胶。

气动式隧道脱空检测锤击仪，包括锤击机构、上述滚动轮和声波接收机构111，所述锤击机构包括锤桶101、锤头102、锤座103和气源连接口104，锤桶101上设有气动空腔105和气源连接口104，气动空腔105与气源连通，气源气压驱动气动空腔105内锤头102运动。所述锤头102分为运动活塞108和锤击块109，运动活塞108带动锤击块109在气动空腔105内运动。所述锤桶101上设有上限位环106、下限位环107和复位簧114，运动活塞108在上限位环106和下限位环107之间运动，上限位环106通过复位簧114与运动活塞108连接。

将cn201510364939.0公开的设备与本案进行对比实验，具体说明如下：

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＝2πr(n-1)/k计算获得任意编号n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；

隧道脱空的方法，其包括步骤：(1)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；(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；(3)采集锤击产生的声波信号；(4)对声波信号进行处理；(5)根据处理后的声波信号进行脱空识别及判定；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；根据轮子行走的圈数或角度，计算隧道的里程长度。其中步骤(4)中不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。

图4和图5所示，现有设备由于电磁设备干扰、滚轮滚动杂音干扰，造成杂波干扰，需要人工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，图4所示未进行数据处理容易造成误判。如图4时域振动波形出现了3处明显波动，无法判断是施工缺陷或是电磁干扰，人为处理数据易遗漏微小缺陷处，造成测量不准确。图5所示波形更佳直观，测试更佳准确，不用人为处理波形数据，大幅提升测量准确性。

技术特征：

技术总结
本发明涉及隧道施工质量检测技术领域，特别是一种隧道缓震滚动轮及其气动式隧道脱空检测锤击仪。包括锤击机构、滚动轮和声波接收机构，所述锤击机构包括锤桶、锤头、锤座和气源连接口，锤桶上设有气动空腔和气源连接口，气动空腔与气源连通，气源气压驱动气动空腔内锤头运动。气动式隧道脱空检测锤击仪的滚动轮上不设有驱动设备，减少电磁和噪音干扰，提高声波接收清晰度，调高检测精度。通过气源连接口与远端气源连接便可实现气动式驱动。

技术研发人员：窦顺;夏琼;陈英福;郑静;李永才;杜嘉轩;张仲斌
受保护的技术使用者：中铁西北科学研究院有限公司
技术研发日：2017.10.20
技术公布日：2018.02.13