一种快速测量隧道初支背部空洞的装置的制作方法

1.本实用新型属于隧道工程检测器械领域，具体涉及到一种快速测量隧道初支背部空洞的装置。


背景技术：

2.随着我国公路行业设计标准和施工工艺的不断优化，对工程质量要求越来越严格。公路隧道是高速公路中重要的组成部分，公路隧道的建造质量直接关系到洞内通行人员的生命财产安全。近年来我国公路隧道病害问题日益突出，渗漏水、衬砌环向裂缝、纵向裂缝、隧道偏压等病害的出现间接反映出隧道建设过程中质量控制的问题。隧道在开挖支护环节中，初次衬砌支护背部与围岩间存在空洞时，会导致围岩松弛，使支护结构产生弯曲应力，而损伤支护结构的功能，降低其承载力，极大的影响了隧道的安全使用。因而有效检测衬砌背部空洞情况对控制围岩变形、降低隧道渗漏水现象、提高隧道结构支撑能力等具有重要意义。
3.在隧道建设过程中，针对隧道初支背部空洞的检测是一项重要的检测参数，它直接关系着喷射混凝土与围岩的密贴情况，因此初支背部空洞的检测是一个不容忽视的问题。
4.目前隧道初支背部空洞的检测主要方法及仪器有：
5.（1）目测法
6.依据检测规范要求，初支背部空洞的检测应沿隧道支护断面环向每隔一定间距使用钻机打孔测量，钻孔直径一般在3
‑
5cm，钻孔深度要求打到喷射混凝土与岩层交界面处。由于隧道初支厚度设计值一般为22cm、25cm、28cm等，因此钻孔深度一般为30
‑
50cm。
7.目测法要求观测者借助手电等照明工具来探视钻孔孔壁及孔底周围是否有空洞存在，进而判断初支背后有无空洞。
8.（2）内窥镜法
9.该方法借助内窥镜的方式来观察孔底空洞情况，通过微型摄像头慢慢深入孔底，再将拍摄的影像直接传输到电脑的形式来检查初支背部空洞情况。
10.但这两种方法在实施中均存在一定的不足：
11.目测法虽简单快捷，但受观测者主观因素影响较大，且易受隧道施工环境因素干扰，不能较准确探视孔底的实际情况；借助内窥镜的孔底成像法存在着仪器成本较高，同时相对较封闭的施工环境使得空气中悬浮着大量的粉尘，将加速缩短仪器的使用寿命，其次每个钻孔测量结束时都要对摄像头进行清洁，因此检测速度较慢；最后这两种方法只能定性的做出判断，而对初支背部空洞程度无法以量的形式给出。
12.故针对上述测量隧道初支背部空洞检测存在的问题及目前研究的不足之处，需要一种快速测量隧道初支背部空洞的装置。


技术实现要素：

13.针对现有技术中的不足，本实用新型的目的在于提供一种快速测量隧道初支背部空洞的装置，本实用新型能够有效提高操作人员的工作效率以及测量的准确度。
14.为实现这一目的，本实用新型的技术方案为：
15.一种快速测量隧道初支背部空洞的装置，包括外筒、推杆、传动机构和卷尺，推杆的一端穿入外筒的一端并能相对外筒滑动，传动机构设置于外筒的内腔，推杆穿入外筒的一端与传动机构的动力输入端连接，卷尺设置于外筒的另一端，卷尺与传动机构的输出端连接，卷尺的转轴与外筒的轴线平行；传动机构能够将推杆的轴向移动转换为卷尺转轴的转动，推杆的外露于外筒的部分设有刻度线。
16.优选的，所述传动机构包括水平锥形齿轮和竖向锥形齿轮，竖向锥形齿轮的转轴安装于外筒，竖向锥形齿轮的转轴上还安装有传动齿轮，推杆穿入外筒的一端设有齿条，所述齿条与所述传动齿轮啮合，水平锥形齿轮与竖向锥形齿轮啮合，水平锥形齿轮的转轴与外筒连接，且水平锥形齿轮的转轴与外筒的轴线平行，水平锥形齿轮的转轴与卷尺转轴同轴连接。
17.优选的，推杆上套设有第一偏心固定片和第二偏心固定片，第一偏心固定片与外筒端部之间固定连接，第一偏心固定片与推杆之间能够相对移动；第二偏心固定片与推杆之间固定连接，第二偏心固定片与外筒内壁之间间隙配合。
18.优选的，第二偏心固定片设置于推杆上设有刻度线的部分与设置齿条部分的交界处。
19.优选的，水平锥形齿轮的转轴在转轴的两端分别套设有第一中心固定片和第二中心固定片，第一中心固定片和第二中心固定片与外筒固定连接，第一中心固定片和第二中心固定片与水平锥形齿轮的转轴间隙配合，水平锥形齿轮的转轴与卷尺的转轴连接。
20.优选的，水平锥形齿轮的转轴与卷尺的转轴为一体结构，转轴的端部沿轴向向内开设有凹槽，卷尺通过所述凹槽设置于转轴的端部；外筒在安装卷尺的一端设置有卷尺出口底座，卷尺出口底座、第二中心固定片和外筒围城的腔体作为卷尺的外壳。
21.优选的，外筒的外壁沿轴向设有刻度尺。
22.本实用新型具有如下有益效果：
23.本实用新型快速测量隧道初支背部空洞的装置利用推杆以及传动机构能够将推杆的轴向移动转换为卷尺转轴的转动，因此当推杆移动时，能够驱动卷尺进行伸缩，由于卷尺的转轴与外筒的轴线平行，因此卷尺的伸缩方向与推杆的轴向垂直；通过卷尺的伸长量、推杆外露于外筒部分设置的刻度线以及传动机构的传动比之间的关系，就能方便的根据推杆上刻度线计量的推杆相对于外筒的移动量读出卷尺的伸出量，进而根据卷尺的伸出量测量初支背部空洞的尺寸，本实用新型快速测量隧道初支背部空洞的装置结构简单，使用便捷，能够有效提高操作人员的工作效率以及测量的准确度。
24.进一步的，通过水平锥形齿轮、竖向锥形齿轮、齿条以及传动齿轮这些齿轮的传动，使得本实用新型传动稳定，不易受钻孔内渗水、渣土等杂物影响，清理维护较方便。
25.进一步的，通过第一偏心固定片和第二偏心固定片能够确保推杆位置的稳定。
26.进一步的，第二偏心固定片设置于推杆上设有刻度线的部分与设置齿条部分的交界处，这样能够尽可能的提高卷尺的伸出量。
附图说明
27.图1为本实用新型快速测量防水层厚度装置的主视图；
28.图2为本实用新型快速测量防水层厚度装置的内部主视图；
29.图3为本实用新型快速测量防水层厚度装置的齿轮传动部分；
30.图4为本实用新型快速测量防水层厚度装置的卷尺伸缩测量部分；
31.图5为本实用新型快速测量防水层厚度装置的竖向锥形齿轮固定端。
32.图中：1
‑
螺帽、2
‑
推杆、2
‑1‑
齿条、2
‑2‑
光杆、3
‑1‑
第一偏心固定片、3
‑2‑
第二偏心固定片、4
‑
外筒、5
‑
竖向锥形齿轮、5
‑1‑
传动齿轮、6
‑
水平锥形齿轮、7
‑1‑
第一中心固定片、7
‑2‑
第二中心固定片、8
‑
转轴，8
‑1‑
凹槽、9
‑
卷尺、10
‑
卷尺出口底座、10
‑
1卷尺出口。
具体实施方式
33.下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型做具体说明。
34.参照图1和图2，本实用新型的快速测量隧道初支背部空洞的装置，包括外筒4、推杆2、传动机构和卷尺9，推杆2的一端穿入外筒4的一端并能相对外筒4滑动，传动机构设置于外筒4的内腔，推杆2穿入外筒4的一端与传动机构的动力输入端连接，卷尺9设置于外筒4的另一端，卷尺9与传动机构的输出端连接，卷尺9的转轴与外筒4的轴线平行；传动机构能够将推杆2的轴向移动转换为卷尺9转轴的转动，推杆2的外露于外筒4的部分设有刻度线。
35.作为本实用新型优选的实施方案，参照图2、图3和图5，传动机构包括水平锥形齿轮6和竖向锥形齿轮5，竖向锥形齿轮5的转轴安装于外筒4，竖向锥形齿轮5的转轴上还安装有传动齿轮5
‑
1，推杆2穿入外筒4的一端设有齿条2
‑
1，推杆2露出外筒4的一端为光杆2
‑
2，所述齿条2
‑
1与所述传动齿轮5
‑
1啮合，水平锥形齿轮6与竖向锥形齿轮5啮合，水平锥形齿轮6的转轴与外筒4连接，且水平锥形齿轮6的转轴与外筒4的轴线平行，水平锥形齿轮6的转轴与卷尺9转轴同轴连接。以图2所示方位为例，齿条2
‑
1上下移动后，驱动传动齿轮5
‑
1转动，进而驱动竖向锥形齿轮5与传动齿轮5
‑
1同步转动，竖向锥形齿轮5驱动水平锥形齿轮6转动，水平锥形齿轮6的转动，驱动水平锥形齿轮6的转轴8转动，转轴8驱动卷尺9伸出或缩回，从而测量隧道初期支护背部空洞情况。卷尺9可采用钢卷尺。
36.作为本实用新型优选的实施方案，参照图1和图2，推杆2上套设有第一偏心固定片3
‑
1和第二偏心固定片3
‑
2，第一偏心固定片3
‑
1与外筒4端部之间固定连接，第一偏心固定片3
‑
1与推杆2之间能够相对移动；第二偏心固定片3
‑
2与推杆2之间固定连接，第二偏心固定片3
‑
2与外筒4内壁之间间隙配合。
37.作为本实用新型优选的实施方案，参照图2，第二偏心固定片3
‑
2设置于推杆2上设有刻度线的部分与设置齿条部分的交界处。
38.作为本实用新型优选的实施方案，参照图2~图4，水平锥形齿轮6的转轴在转轴的两端分别套设有第一中心固定片7
‑
1和第二中心固定片7
‑
2，第一中心固定片7
‑
1和第二中心固定片7
‑
2与外筒4固定连接，第一中心固定片7
‑
1和第二中心固定片7
‑
2与水平锥形齿轮6的转轴间隙配合，水平锥形齿轮6的转轴与卷尺9的转轴连接。卷尺9能够与直滑杆8同步旋转，并从卷尺出口座10的卷尺出口10
‑
1测量空洞。
39.作为本实用新型优选的实施方案，参照图4，水平锥形齿轮6的转轴8与卷尺9的转轴为一体结构，转轴8的端部沿轴向向内开设有凹槽，卷尺9通过所述凹槽设置于转轴8的端
部；外筒4在安装卷尺9的一端设置有卷尺出口底座10，卷尺出口底座10、第二中心固定片7
‑
2和外筒4围城的腔体作为卷尺9的外壳。
40.作为本实用新型优选的实施方案，参照图1，外筒4的外壁沿轴向设有刻度尺，在测量过程中可直接读取钻孔深度及有空洞位置处隧道初支喷层厚度等。外筒4可采用圆形外筒，推杆2的外露于外筒4的部分（即光杆2
‑
2）采用圆杆。
41.本实用新型装置中竖向锥形齿轮5通过卡销固定在装置圆筒4上，起到了加固装置中间力传递部分，以及装置圆筒4内部布置了偏心固定片和中心固定片，使装置的稳定性得到提高。
实施例
42.本实施例的快速测量隧道初支背部空洞的装置，包括外筒4、推杆2、传动机构和卷尺9，推杆2的一端穿入外筒4的一端并能相对外筒4滑动，传动机构设置于外筒4的内腔，推杆2穿入外筒4的一端与传动机构的动力输入端连接，卷尺9设置于外筒4的另一端，卷尺9与传动机构的输出端连接，卷尺9的转轴与外筒4的轴线平行；传动机构能够将推杆2的轴向移动转换为卷尺9转轴的转动，推杆2的外露于外筒4的部分设有刻度线。传动机构包括水平锥形齿轮6和竖向锥形齿轮5，竖向锥形齿轮5的转轴安装于外筒4，竖向锥形齿轮5的转轴上还安装有传动齿轮5
‑
1，推杆2穿入外筒4的一端设有齿条2
‑
1，推杆2露出外筒4的一端为光杆2
‑
2，光杆2
‑
2的外端部设有用于按压的螺帽1，所述齿条2
‑
1与所述传动齿轮5
‑
1啮合，水平锥形齿轮6与竖向锥形齿轮5啮合，水平锥形齿轮6的转轴与外筒4连接，且水平锥形齿轮6的转轴与外筒4的轴线平行，水平锥形齿轮6的转轴与卷尺9转轴同轴连接。推杆2上套设有第一偏心固定片3
‑
1和第二偏心固定片3
‑
2，第一偏心固定片3
‑
1与外筒4端部之间固定连接，第一偏心固定片3
‑
1与推杆2之间能够相对移动；第二偏心固定片3
‑
2与推杆2之间固定连接，第二偏心固定片3
‑
2与外筒4内壁之间间隙配合。第二偏心固定片3
‑
2设置于推杆2上设有刻度线的部分与设置齿条部分的交界处。水平锥形齿轮6的转轴在转轴的两端分别套设有第一中心固定片7
‑
1和第二中心固定片7
‑
2，第一中心固定片7
‑
1和第二中心固定片7
‑
2与外筒4固定连接，第一中心固定片7
‑
1和第二中心固定片7
‑
2与水平锥形齿轮6的转轴间隙配合，水平锥形齿轮6的转轴与卷尺9的转轴连接。水平锥形齿轮6的转轴8与卷尺9的转轴为一体结构，转轴8的端部沿轴向向内开设有凹槽，卷尺9通过所述凹槽设置于转轴8的端部；外筒4在安装卷尺9的一端设置有卷尺出口底座10，卷尺出口底座10、第二中心固定片7
‑
2和外筒4围城的腔体作为卷尺9的外壳。外筒4的外壁沿轴向设有刻度尺，外筒4为圆筒。卷尺9转轴、外筒4同轴设置。
43.通过本实用新型的装置快速测量隧道初支背部空洞的方法如下：
44.结合图1至图5所示，本实用新型的装置在使用时，先按压螺帽1，使卷尺9伸出一定长度，读取卷尺9的数值，并相应地标记在此光杆2
‑
2压入的深度。重复上述步骤来标定推杆2外露部分的刻度值，以便后期直接进行读数。
45.将本实施例的测量装置设置卷尺的一端沿凿好的钻孔下放至孔底部，此时按压螺帽1使卷尺9慢慢伸出，通过装置直径与钻孔内径之间的富余量来预估无空洞情况下卷尺9的伸出量，当卷尺9伸出量较大时，记录下最大值，同时缩回卷尺，按同样方法沿其他三个方向分别测量（四个方向之间的夹角为90
°
），同时在拔出装置过程中也按上述方法测量，以此
判断孔壁及孔底周边有无空洞现象及空洞量的大小。
46.本实用新型的快速测量隧道初支背部空洞的装置通过圆齿轮、锥齿轮将竖向的位移转换为水平方向的转动，将钢卷尺改造成可受内部外力作用伸缩的卷尺。测量初支背部空洞时，当卷尺不能外伸时，通过读取装置顶部直滑伸缩杆上面的刻度来判断初支背部空洞情况。本装置对隧道初支钻孔直径要求较小，节省人力成本的同时提高了检测速度及效率，减少检测人员在检测断面逗留时间，进一步提高了人员安全性；本装置受钻孔内渗水、渣土等杂物影响较小，装置简单易操作，清理维护较方便；本装置相比于内窥镜探视方式的同时，具有成本低廉优势，且可以以量的形式给出空洞的大小。基于以上所述，本实用新型能够有效提高操作人员的工作效率以及测量的准确度。
47.卷尺上带有刻度尺，最小单位为1mm，通过卷尺外伸量可获得初支背部空洞大小。
48.测量装置上部外露端有直滑伸缩杆，直滑伸缩杆顶部为按压螺帽，杆底部在管内为条形齿状，中部在管内通过偏心固定片固定，条形齿与竖直圆齿轮相啮合，竖直圆齿轮与竖直锥形齿轮底部相固定为一体，再将竖直锥形齿轮与水平锥形齿轮相啮合，从而将竖向的传动转换为水平的传动。
49.通过按压螺帽直滑伸缩杆下压，使得条形齿轮下移，下移过程中带动圆齿轮转动，此时竖向锥形齿轮也将通过转动，进而传递到水平锥形齿轮，再由水平锥形齿轮的转动将测量装置底部的卷尺伸出，来测量空洞大小。
50.水平锥形齿轮底部连接直滑杆，直滑杆端头为u型凹槽与装置底部卷尺相连接。
51.测量装置外部的直滑伸缩杆上带有刻度尺，当卷尺为收缩状态时，外部直滑杆最长，接近螺帽处刻度最大，零刻度在外露端底部，与测量管端部平齐。
52.测量装置底部卷尺为标准刻度尺，由于装置内齿轮大小比例不一致，因此通过卷尺外伸1cm时外部直滑杆按压下移量来标定装置外部直滑杆的刻度尺。
53.综上所述，本实用新型的装置较传统测量装置具有操作简便、经济性高、实用及准确度高，且相比于其他方式首次以具体量化的形式给出隧道初支背部空洞的大小，采用上述装置可快速有效解决初支背部空洞检测的问题，同时可对隧道支护断面整环任意位置快速方便测量，减少了检测盲区，提高工作效率。