一种盾构隧道管片内部微破坏检测装置及方法

本发明公开了一种盾构隧道管片内部微破坏检测装置及方法。

背景技术：

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

随着经济发展水平和人们对生活质量要求的不断提高，传统城市道路已经无法满足日益增长的交通量，城市交通逐渐恶化。为改善城市交通环境，促进城市的可持续发展，地铁应运而生。盾构法在地铁施工中具有十分明显的优势，盾构法具有施工速度快、对周围环境影响小、安全性高等优点。盾构隧道作为管片拼装的合成品，管片检测是隧道质量控制的重要技术手段。目前，我国盾构隧道管片检测主要是钻芯取样法和人工观察法。在隧道管片检测过程中钻芯取样往往需要切断钢筋，会对原有结构造成损害并且效率低；大部分仍需检测人员按期巡检，地铁运营管线可能会对检测人员产生安全问题，同时由于人工巡查对灾害上报时效性差，往往隧道管片裂缝延伸至表面才可被发现，将严重影响工程安全和社会经济效益。

此外，国内研究人员在盾构隧道管片检测方面对内部微破坏可视化检测装备的研发较少，没有全套的盾构隧道管片内部可视检测装置。

技术实现要素：

基于现有技术中存在的技术问题，本发明公开了一种可以高效可视化检测装置及方法，可以为地下工程管片支护微破坏可视化检测的推广提供工具，具有较好的工程价值和市场前景。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种盾构隧道管片内部微破坏检测装置，包括可转向探视装置、声信号监测模组、可伸缩连接骨架、可拆卸移动电源、管片监测云平台；

所述的可伸缩连接骨架的前端通过万向蛇管连接探视器；所述的探视器用于常见的红外探测器，探测盾构隧道管片内部的图像信号。

在可伸缩连接骨架上安装有声信号监测模组和gps定位芯片，所述的声信号监测模组用于监测管片在破坏过程中产生的异常声音，因而对微破坏进行监测；所述的gps定位芯片主要用于定位整个检测装置的安装位置，因为实际工程中，在盾构隧道管片内的多个位置均需要埋设微破坏检测装置，为了准确获取盾构隧道管片的微破坏的位置，因此在每个破碎检测装置中均安装有gps定位芯片；

在可伸缩连接骨架的尾部连接有可拆卸电源，所述的电源为声信号监测模组、gps定位芯片和探视器提供电量，保证各个部件的正常工作。

作为进一步的技术方案，所述的探视器、声信号监测模组和gps定位芯片均与监测云平台通讯，探视器、声信号监测模组和gps定位芯片将检测的信号传给监测云平台。

作为进一步的技术方案，所述探视器包括红外镜头、信号传感组件、光源组件、镜头保护罩，红外镜头与信号传感组件相连，所述的光源为红外镜头提供光，所述的镜头保护罩用于保护红外镜头。

作为进一步的技术方案，所述探视器通过嵌入式连接头与万向蛇管连接。

作为进一步的技术方案，所述声信号监测模组包括声信号传感器、信号输出元件、模组保护壳，所述声信号监测模组通过限位孔与可伸缩连接骨架的强磁插头进行连接，所述声信号传感器、信号输出元件置于模组保护壳内部，模组保护壳采用陶瓷材料制成，预留光纤接口。

作为进一步的技术方案，所述可拆卸移动电源前端设有两片高强度咬合弧叶与可伸缩连接骨架贴合，通过套箍环实现移动电源可拆式固定。

作为进一步的技术方案，所述可伸缩连接骨架末段设有旋转底座与螺旋柱，所述可伸缩连接骨架内置套筒，套筒内壁设有螺旋导向槽与螺旋柱吻合。

作为进一步的技术方案，所述可伸缩连接骨架安装辅助握把，通过高强机械螺丝和可伸缩连接骨架的定位孔进行连接。

第二方面，本发明实施例还提供了一种盾构隧道管片内部微破坏检测方法，包括以下步骤：

步骤1：根据工程资料确定作业区域，打开镜头保护罩，将辅助握把、可拆卸移动电源、可伸缩连接骨架拼接调试测试契合度，打开管片监测云平台调试各监测装置中声信号传感器的精准度；

步骤2：进入现场后按照预定位置进行打孔作业并进行深度确认，通过旋转底座把套筒调至理想状态后放入钻孔，将可拆卸移动电源前端的两片高强度咬合弧叶与可伸缩连接骨架贴合，拧紧套箍环实现将可拆卸移动电源与可伸缩连接骨架固定；放置过程中利用搭载管片监测云平台的显示器观察镜头位置，确保准确到达观测点，若观测效果不佳可打开光源组件进行补光辅助观测；

步骤3：装置预测试完成后，按照计划，在设定位置安装各个检测装置；然后管片监测云平台开始正常工作，管片监测云平台将会记录监测点周围声信号，管片出现破裂平台会自动识别出异常声信号进行报警，根据报警信息及时作出反应，调出声信号异常点监测装置中红外镜头回传的图像进行观测是否存在裂缝和碳化病害，根据需要进行拍照录像开关进行取证并进入现场察看。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

(1)本发明的可转向探视装置进行盾构隧道管片内部检查中需要使用14mm直径的钻机钻取岩芯，不需要切断钢筋，对盾构隧道管片不会造成损伤。探视器可根据需要通过红外观测、焦距放缩辅助完成观测。

(2)本发明的可伸缩连接骨架前端设有万向蛇管，在特定情况需要对钻孔内壁进行检查时可弯折蛇管使镜头精准到达观测点。可伸缩连接骨架可通过旋转底座进行套筒伸缩，操作简单、无需更换骨架，配合万向蛇管可满足盾构隧道管片内部不同深度全方位观测。

(3)本发明的声信号传感器信号可通过无线数传或者标准rs485信号输出，接入plc等工控系统，数据上传至管片监测云平台，平台自带gps定位能够读取传输各个监测点数据，趋势曲线，历史数据及导出数据，预留设备校准功能，可随时手动或者远程校准设备偏差值。

(4)本发明的可伸缩连接骨架设有辅助握把，根据现场安装方式的需要进行握把的选择，使整个装置在安装过程中更加稳定灵活。配备的可拆卸移动电源带有直、交流电开关可直接通过电线为声信号监测模组、探视器供电，规避了外接电源导致的用电隐患。进一步的，移动电源自带的led数显具备实时显示剩余电量，设备温度等功能，为检测人员及时更换电源提供参考。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明的管片内部微破坏检测装置示意图；

图2、图3是本发明的声信号传感器信号输出方式示意图；

图4是本发明的螺旋式可伸缩柱骨架节点示意图；

图5是本发明辅助握把节点示意图；

其中，1、镜头保护罩，2、信号传感组件，3、探视器，4、万向蛇管，5、声信号传感器，6、gps定位芯片，7、套筒，8、可伸缩连接骨架，9、螺旋柱，10、套箍环，11、旋转底座，12、led数显，13、可拆卸移动电源，14、咬合弧叶，15、高强机械螺丝，16、辅助握把，17、电线，18、强磁插头，19、声信号监测模组，20、探视器接线口，21、声信号监测模组接线口，22、工控系统，23、管片监测云平台，24、wifi信号放大器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种盾构隧道管片内部微破坏检测装置及方法。

本发明的一种典型的实施方式中，如图1、图2、图3、图4、图5所示，盾构隧道管片内部微破坏检测装置，包括可转向探视装置、声信号监测模组、可伸缩连接骨架、可拆卸移动电源、管片监测云平台，所述可转向探视装置、声信号监测模组、辅助握把、可拆卸移动电源设于可伸缩连接骨架上；

其中，所所述声信号监测模组包括声信号传感器、信号输出元件和模组保护壳，所述声信号监测模组通过限位孔与可伸缩连接骨架的强磁插头进行连接，所述声信号传感器、信号输出元件置于模组保护壳内部，模组保护壳采用陶瓷材料制成，预留光纤接口。声信号监测模组与管片监测云平台进行信号传输，具体的，如图2、图3所示，在图2中，声信号监测模组与管片监测云平台进行有线连接，中间通过工控系统进行信号的上下传输。在图3中，声信号监测模组与管片监测云平台进行无线信号的传输，中间通过wifi信号放大器24进行信号的上下传输。

进一步的，在可伸缩连接骨架上还安装有gps定位芯片，所述的gps定位芯片主要用于定位整个检测装置的安装位置，因为实际工程中，在盾构隧道管片内的多个位置均需要埋设微破坏检测装置，为了准确获取盾构隧道管片的微破坏的位置，因此在每个破碎检测装置中均安装有gps定位芯片。gps定位芯片也与管片监测云平台相连。

进一步的，所述可拆卸移动电源前端设有两片高强度咬合弧叶与可伸缩连接骨架贴合，通过套箍环实现移动电源可拆式固定。可拆卸移动电源为盾构隧道管片内部微破坏检测装置上电元器件进行供电。

进一步的，所述可伸缩连接骨架末段设有旋转底座与螺旋柱，所述可伸缩连接骨架内置套筒，套筒内壁设有螺旋导向槽与螺旋柱吻合。

进一步的，所述可转向探视装置设于可伸缩连接骨架的前端，所述可转向探视装置包括设于可伸缩连接骨架前端万向蛇管、探视器，所述探视器包括红外镜头、信号传感组件、光源组件、镜头保护罩，所述探视器通过嵌入式连接头与万向蛇管连接。

进一步，在本实施例中，所述可转向探视装置包括设于可伸缩连接骨架前端万向蛇管5、探视器3；进一步的，所述探视器3包括红外镜头(未在图中指示)、信号传感组件2、光源组件(未在图中指示)、镜头保护罩1，所述探视器3通过嵌入式连接头14与万向蛇管5连接，所述的万向蛇管5与套筒4相连，所述的套筒4与可伸缩骨架8相连。光源组件的作用主要是在光线比较暗的情况下，给探视器提供辅助的光源。

进一步的，为了检测的方便性，所述可伸缩连接骨架8上安装可拆卸辅助握把6，可拆卸辅助握把6通过高强机械螺丝13和可伸缩连接骨架8的定位孔进行连接，辅助握把主要是为了辅助操作人员进行操作。具体的连接结构参见图5。

进一步的，本实施例中所述可伸缩连接骨架8末段设有旋转底座15与螺旋柱12，所述可伸缩连接骨架8内置套筒，套筒内壁设有螺旋导向槽与螺旋柱12吻合，进而实现连接骨架在长度方向上的可调。

进一步，基于上述检测装置，本实施例还提供了一种盾构隧道管片内部微破坏检测方法，主要包括如下步骤：

步骤1：前期准备工作，根据技术部提供的工程资料确定作业区域，确定声信号传感器5信号是采用无线数传或者是标准rs485信号输出，接入plc等工控系统22，数据上传至管片监测云平台23。进入现场前组装设备，打开镜头保护罩1，将辅助握把16、可拆卸移动电源13、可伸缩连接骨架8拼接调试测试契合度，打开管片监测云平台23调试各监测装置中声信号传感器5的精准度。

步骤2：监测位置确定，进入现场后按照预定位置进行打孔作业并进行深度确认，检测人员通过旋转底座11把套筒7调至理想状态后放入钻孔，将可拆卸移动电源13前端的两片高强度咬合弧叶14与可伸缩连接骨架8贴合，拧紧套箍环10实现将可拆卸移动电源13与可伸缩连接骨架8固定。

步骤3：装置预测试，放置过程中利用搭载管片监测云平台23的显示器观察镜头位置，确保准确到达观测点，若观测效果不佳可打开光源组件进行补光辅助观测。

步骤4：监测工作开始，装置预测试完成后，监测人员可分工进行将所有监测装置安装到位。管片监测云平台23将会记录监测点周围声信号，管片出现破裂平台会自动识别出异常声信号进行报警。监测人员根据报警信息及时作出反应，调出声信号异常点监测装置中红外镜头回传的图像进行观测是否存在裂缝和碳化等病害，根据需要进行拍照录像开关进行取证并派出人员进入现场察看，以便检后分析讨论给出指导性意见。

最后还需要说明的是，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。