CN105083305A - 隧道状态检测车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种隧道状态检测车，涉及隧道检测技术领域，为解决现有技术采用人工检测方式难以满足当前隧道状态检测中对于质量和效率要求的问题而发明。所述隧道状态检测车，包括车体，车体上设置有地质雷达，以及分别与地质雷达主机电连接的计算机终端和衬砌检测天线，车体上安装有机械臂和控制系统，衬砌检测天线设置在机械臂的末端；机械臂包括第一机械臂、第二机械臂和第三机械臂，检测时，第一机械臂与隧道拱顶的衬砌相对应且始终间隔第一预定距离，第二机械臂与隧道拱腰的衬砌相对应且始终间隔第一预定距离，第三机械臂与隧道侧墙的衬砌相对应且始终间隔第一预定距离。本发明提供的隧道状态检测车用于隧道状态的检测。

Description

隧道状态检测车

技术领域

本发明涉及隧道检测技术领域，尤其涉及一种隧道状态检测车。

背景技术

随着科学技术的发展，开凿隧道成为实现交通便利的一种手段，随之而来地，如何维护隧道的安全使用性及延长隧道的使用寿命成为科研人员的必要研究任务。具体地，隧道衬砌及隧底在先天的或使用过程中，常出现开裂、渗水，衬砌厚度不足、衬砌脱空，钢筋和钢拱架分布错位，隧底破损、翻浆冒泥等等一系列问题，直接影响着隧道使用寿命和行车安全，为确保隧道工程的运营安全，有必要对隧道工程进行长期的健康状态检测。

现有技术中，铁路隧道衬砌及隧底的健康检测主要依靠铁路管理单位的日常巡查、定期检查进行维护，检测人员通过人工视觉、简单测量、数码相机拍照、隧道钻孔等方式进行检查、记录，这种以人工检查为主、辅以仪器设备的检测方式劳动强度大、效率低，且只能发现隧道衬砌和隧底中大而明显的病害；对于隐伏于隧道衬砌内部及背后的空洞及不密实等病害现象，该检测方式难以发现；即使能够发现，由于以人工方式所获取的检测数据与实际数据误差较大，致使施工人员难于做出相对准确的补救措施。随着铁路技术的发展，隧道状态检测技术对于检测质量的要求越来越高，因此人工检测方式已难以满足当前隧道状态检测中对于质量的要求。

综上所述，现有技术存在的问题为：铁路隧道状态检测中采用人工方式获取检测数据时效率低，且由于所获取的检测数据与实际数据误差较大而导致人工检测方式不满足当前隧道状态检测中对于质量的要求。因此，隧道检测中需要采取一定措施以提高检测的效率和质量，以便利于工作人员快速、准确地实施补救措施。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道状态检测车，以解决现有技术采用人工检测方式难以满足当前隧道状态检测中对于质量和效率的要求的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种隧道状态检测车，包括车体，所述车体上设置有地质雷达，以及分别与所述地质雷达主机电连接的计算机终端、用于检测隧道衬砌的衬砌检测天线，所述车体上安装有机械臂和用于控制所述机械臂的控制系统，所述衬砌检测天线固定设置在所述机械臂的末端。

所述机械臂包括第一机械臂、第二机械臂和第三机械臂，检测时，所述第一机械臂上设置有所述衬砌检测天线的末端与隧道拱顶的衬砌相对应且始终间隔第一预定距离，所述第二机械臂上设置有所述衬砌检测天线的末端与隧道拱腰的衬砌相对应且始终间隔所述第一预定距离，所述第三机械臂上设置有所述衬砌检测天线的末端与隧道侧墙的衬砌相对应且始终间隔所述第一预定距离。

基于上述隧道状态检测车，为进一步提高其检测效率，实现同时检测隧道两侧拱腰的衬砌的目的，设置所述第二机械臂包括相同的两个机械臂，且检测时两个所述第二机械臂上设置有所述衬砌检测天线的末端分别与隧道两侧拱腰的衬砌相对应。

同理，为进一步提高隧道状态检测车的检测效率，实现同时检测隧道两侧侧墙的衬砌的目的，设置所述第三机械臂包括相同的两个机械臂，且检测时两个所述第三机械臂上设置有所述衬砌检测天线的末端分别与隧道两侧侧墙的衬砌相对应。

从预防同一位置被重复检测的角度分析，例如隧道拱顶与拱腰的交界处、拱腰与侧墙的交界处，为防止该两处位置被不同的机械臂重复检测，为进一步提高隧道检测车的检测效率和质量，检测时，使所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述第三机械臂上设置有所述衬砌检测天线的末端均能够在隧道横截面内、在0-45度范围内转动。

在上述基础上，为使所述隧道状态检测车能够检测不同限界条件的隧道，设置所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述第三机械臂均能够独立伸缩。

上述方案适用于隧道衬砌的检测，为扩大上述隧道状态检测车的使用范围，并进一步提高其检测效率，使其实现同时检测隧道衬砌和隧底的目的，在所述车体上还设置用于检测隧底的隧底检测天线，所述隧底检测天线与所述地质雷达主机电连接。

为提高上述检测车在检测隧底时的检测质量，设置所述地基检测天线包括用于检测轨道中心隧底的中位天线和用于检测轨道两侧隧底的侧位天线，检测时，使所述中位天线与轨道中心隧底相对应且间隔第二预定距离，使所述侧位天线与轨道两侧隧底相对应且间隔所述第二预定距离。

考虑铁路车辆限界要求，优选地，所述第一预定距离为10-30cm；所述第二预定距离大于等于35cm。

一般地，采用较高频率的电磁波检测所获取的数据的质量较高，采用较低频率的电磁波检测时可达深度数值较大，为提高检测质量和增大检测深度，优选地，设置所述衬砌检测天线检测时向隧道衬砌同时发射中心频率为400MHz和900MHz的电磁波；设置所述中位天线向轨道中心隧底、所述侧位天线向轨道两侧隧底，检测时均发射中心频率为400MHz的电磁波。

基于对上述隧道状态检测车的检测质量和检测效率的综合考虑，优选的，所述隧道状态检测车的检测速度为10km/h。

使用本发明提供的隧道状态检测车时，其上的地质雷达主机控制衬砌检测天线向隧道衬砌发射电磁波并接受来自衬砌的反射电磁波，接受到的反射电磁波信息经过计算机终端的处理形成地质雷达图形，通过对地质雷达图像的分析可获得衬砌厚度、衬砌背后密实或疏松情况、钢筋、钢拱架分布情况等等需要检测的具体项目数据；使用过程中，通过控制系统操作机械臂，将第一机械臂上设置有衬砌检测天线的末端定位在与隧道拱顶相对应的位置且间隔预定距离，将第二机械臂上设置有衬砌检测天线的末端定位在与隧道拱腰相对应的位置且间隔预定距离，将第三机械臂上设置有衬砌检测天线的末端定位在与隧道侧墙相对应的位置且间隔预定距离，该预定距离经过实验所得，检测时采用该预定距离，检测效率较高，同时保证所获得检测数据的质量较高，与实际数据的误差较小；如此，本发明提供的隧道状态检测车不仅能够同时完成拱顶、拱腰和侧墙的检测，而且，由于检测过程中各机械臂始终与被检测位置间隔预定距离，保证检测数据获得过程的稳定性，使得所获取检测数据的质量进一步提高，最终实现同时提高该隧道状态检测车的检测效率和检测质量的目的。

现有技术中采用人工方式对隧道状态进行检测，由于设备简单，通过人为判断并获取检测数据，效率较低且获取数据的误差较大，难以满足当前隧道状态检测的要求。相比于现有技术，在检测的过程中，上述隧道状态检测车因其能够实现同时进行隧道拱顶、拱腰和侧墙的检测，且各机械臂始终与被检测位置间隔预定距离，使得检测效率和检测质量同时得到较大的提高，使所述隧道状态检测车能够达到当前隧道状态检测对于效率和质量的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的隧道状态检测车的整体示意图；

图2为本发明实施例提供的隧道状态检测车在检测时各个机械臂与隧道衬砌的拱顶、两侧拱腰和两侧侧墙相互对应的示意图；

图3为本发明实施例提供的隧道状态检测车的第一机械臂的初始状态图；

图4为本发明实施例提供的隧道状态检测车的第二机械臂的初始状态图；

图5为与图4相同的另一第二机械臂的初始状态图；

图6为本发明实施例提供的隧道状态检测车的第三机械臂的处于伸长状态的结构图；

图7为与图6相同的另一第三机械臂的初始状态图。

附图标记：

1-车体2-地质雷达主机3-计算机终端

4-衬砌检测天线5-机械臂6-隧底检测天线

51-第一机械臂52-第二机械臂53-第三机械臂

61-中位天线62-侧位天线

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的隧道状态检测车的整体示意图，图2为本发明实施例提供的隧道状态检测车在检测时各个机械臂与隧道的拱顶、两侧拱腰和两侧侧墙相互对应的示意图，参照图1和图2所示，该隧道状态检测车包括车体1，车体1上设置有地质雷达主机2，以及分别与地质雷达主机2电连接的计算机终端3、用于检测隧道衬砌的衬砌检测天线4；车体1上安装有机械臂5和用于控制机械臂5的控制系统(图中未示出)，衬砌检测天线4固定设置在机械臂5的末端。

上述机械臂5包括第一机械臂51、第二机械臂52和第三机械臂53，检测时，第一机械臂51上设置有衬砌检测天线4的末端与隧道拱顶的衬砌相对应且始终间隔第一预定距离，第二机械臂52上设置有衬砌检测天线4的末端与隧道拱腰的衬砌相对应且始终间隔所述第一预定距离，第三机械臂53上设置有衬砌检测天线4的末端与隧道侧墙的衬砌相对应且始终间隔所述第一预定距离。

使用本发明提供的隧道状态检测车时，其上的地质雷达主机2控制衬砌检测天线4向隧道衬砌发射电磁波并接受来自衬砌的反射电磁波，接受到的反射电磁波信息经过计算机终端3的处理形成地质雷达图形，通过对地质雷达图像的分析可获得衬砌厚度、衬砌背后密实或疏松情况、钢筋、钢拱架分布情况等等需要检测的具体项目数据；使用过程中，通过控制系统操作机械臂5，将第一机械臂51上设置有衬砌检测天线4的末端定位在与隧道拱顶相对应的位置且间隔第一预定距离，将第二机械臂52上设置有衬砌检测天线4的末端定位在与隧道拱腰相对应的位置且间隔第一预定距离，将第三机械臂53上设置有衬砌检测天线4的末端定位在与隧道侧墙相对应的位置且间隔第一预定距离，该预定距离经过实验所得，检测时采用该预定距离，检测效率较高，同时保证所获得检测数据的质量较高，与实际数据的误差较小；如此，本发明提供的隧道状态检测车不仅能够同时完成拱顶、拱腰和侧墙的检测，而且，由于检测过程中各机械臂始终与被检测位置间隔预定距离，保证检测数据获得过程的稳定性，使得所获取检测数据的质量进一步提高，最终实现同时提高该隧道状态检测车的检测效率和检测质量的目的。

现有技术中采用人工方式对隧道状态进行检测，由于设备简单，通过人为判断并获取检测数据，效率较低且获取数据的误差较大，难以满足当前隧道状态检测的要求。相比于现有技术，在检测的过程中，上述隧道状态检测车因其能够实现同时进行隧道拱顶、拱腰和侧墙的检测，且各机械臂始终与被检测位置间隔第一预定距离，使得检测效率和检测质量同时得到较大的提高，使所述隧道状态检测车能够达到当前隧道状态检测对于效率和质量的要求。

基于上述隧道状态检测车，为进一步提高隧道状态检测车的检测效率，实现同时检测隧道衬砌的两侧拱腰的目的，设置第二机械臂52包括相同的两个机械臂，继续参照图2所示，从图中可知，检测时两个第二机械臂52上设置有衬砌检测天线4的末端分别与隧道两侧拱腰的衬砌相对应且始终间隔设定距离，

同样地，继续参照图2所示，为进一步提高隧道状态检测车的检测效率，实现同时检测隧道两侧侧墙的衬砌的目的，设置第三机械臂53包括相同的两个机械臂，从图中可知，检测时两个第三机械臂53上设置有衬砌检测天线4的末端分别与隧道两侧侧墙的衬砌相对应且间隔第一预定距离。

如此，隧道状态检测车在检测时，隧道拱顶、两侧拱腰和两侧侧墙的衬砌被同时检测，检测效率得到较大程度的提高，且各个机械臂与对应的被检测位置之间间隔第一预定距离，保证检测过程获得的检测数据的质量，减小检测数据与实际数据之间的误差，满足当前隧道状态检测中对于质量和效率的要求。

图2为本发明实施例提供的隧道状态检测车在检测时各个机械臂与隧道拱顶、两侧拱腰和两侧侧墙的衬砌相互对应的示意图，图3为本发明实施例提供的隧道状态检测车的第一机械臂的初始状态图，图4为本发明实施例提供的隧道状态检测车的第二机械臂的初始状态图，图5为与图4相同的另一第二机械臂的初始状态图，图6为本发明实施例提供的隧道状态检测车的第三机械臂的处于伸长状态的结构图，图7为与图6相同的另一第三机械臂的初始状态图；综合以上各图，再结合图2，从预防同一位置被重复检测的角度分析，例如隧道拱顶与拱腰的交界处、拱腰与侧墙的交界处，为防止该两处位置被不同的机械臂重复检测，造成无形中增加检测时间成本的结果，为进一步提高隧道检测车的检测效率和质量，检测时，使第一机械臂51、第二机械臂52和第三机械臂53上设置有衬砌检测天线4的末端均能够在隧道横截面内、在0-45度范围内转动。如此，第一机械臂51正对着衬砌拱顶、在拱顶所对应的区域内可进行0-45度范围的角度转动，第二机械臂52正对着衬砌的两侧拱腰、在拱腰所对应的区域内可进行0-45度范围的角度转动，第三机械臂53正对着衬砌的两侧侧墙、在侧墙所对应的区域内可进行0-45度范围的角度转动，各个机械臂的检测区域预先划定，且将衬砌拱顶与拱腰的交界处预先划定给第一机械臂51或者第二机械臂52中的其中之一，将衬砌拱腰和侧墙的交界处预先划定给第二机械臂52或者第三机械臂53的其中之一，检测时各个机械臂互不干涉。其中，图4和图5示出了第二机械臂52在检测前的初始状态，需要检测时，将第二机械臂52转动到图中所示的45度角范围内，并在该45度角范围内转动。

上一段针对各个机械臂能够调整角度的设置进行了详细描述，在此基础上，为使所述隧道状态检测车满足不同限界条件隧道，设置第一机械臂、第二机械臂和第三机械臂均能够独立伸缩，检测中，通过调整各个机械臂的所在角度和伸缩量，使各机械臂与对应的被检测位置始终保持预定距离。

具体地，检测之前，通过控制系统控制机械臂，使各个机械臂上设置有衬砌检测天线的末端分别对应于拱顶、两侧拱腰和两侧侧墙的衬砌，预先在衬砌的各个部分上确定检测过程需要的测线，且根据衬砌的实际状况，可使各个机械臂在0-45度范围内转动，以便现场进行测线的重新选择，并可根据现场需要进行加密检测。衬砌检测天线沿着衬砌内壁上预先确定的测线移动，其高度随着衬砌内壁的高度可随时进行调整。

某些情况下，例如需要检测高速铁路隧道拱顶的衬砌时，为使上述隧道状态检测车能够适用于该种情况，设置所述第一机械臂的最大伸缩量为8.1m。

上述方案适用于隧道衬砌的检测，为扩大上述隧道状态检测车的使用范围，并进一步提高其检测效率，使其实现同时检测隧道衬砌和隧底的目的，继续参照图1所示，在车体1上还设置用于检测隧底的隧底检测天线6，隧底检测天线6与地质雷达主机2电连接。检测时，所述隧道状态检测车可同时对隧道衬砌和隧底进行检测，也可单独对衬砌或隧底进行检测。

基于上述隧道状态检测车，为提高检测车在检测隧底时的检测质量，满足当前隧道状态检测中对质量的要求，继续参照图1所示，设置隧底检测天线6包括用于检测轨道中心隧底的中位天线61和用于检测轨道两侧隧底的侧位天线62，检测时，使中位天线61与轨道中心隧底相对应且间隔第二预定距离，使侧位天线62与轨道两侧隧底相对应且间隔第二预定距离。

需要说明的是，轨道中心隧底指沿着隧道的长度方向延伸的轨道中心线下方的隧底，轨道两侧隧底指轨道两侧下方的隧底。

经实验数据统计所得，在衬砌检测天线向隧道衬砌同时发射中心频率为400MHz和900MHz的电磁波，且衬砌检测天线距离被检测位置的距离为10-30cm时，检测效率较高，同时，能保证所测得的数据的质量较高，因此，本发明中设定所述第一预定距离为10-30cm，同理，设定所述第二预定距离大于等于35cm。

一般地，采用较高频率的电磁波检测所获取的数据的精度较高，采用较低频率的电磁波检测时可达深度数值较大，为提高检测精度和增大检测深度，优选地，设置所述衬砌检测天线检测时向隧道衬砌同时发射中心频率为400MHz和900MHz的电磁波；设置所述中位天线向轨道中心隧底、所述侧位天线向轨道两侧隧底，检测时均发射频率为400MHz的电磁波。

基于对上述隧道状态检测车的检测质量和检测效率的综合考虑，优选的，所述隧道状态检测车的最高检测速度为10km/h。采用该检测速度，可使上一个检测点与下一个检测点的距离间隔2cm左右，此时获得的检测数据质量会较高。

另外，所述隧底检测天线可设置在车体的底部，或者在车体的底部设置一个固定支架，将隧底天线固定设置在该固定支架上。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种隧道状态检测车，包括车体，其特征在于，所述车体上设置有地质雷达，以及分别与所述地质雷达主机电连接的计算机终端、用于检测隧道衬砌的衬砌检测天线，所述车体上安装有机械臂和用于控制所述机械臂的控制系统，所述衬砌检测天线固定设置在所述机械臂的末端；

所述机械臂包括第一机械臂、第二机械臂和第三机械臂，检测时，所述第一机械臂上设置有所述衬砌检测天线的末端与隧道拱顶的衬砌相对应且始终间隔第一预定距离，所述第二机械臂上设置有所述衬砌检测天线的末端与隧道拱腰的衬砌相对应且始终间隔所述第一预定距离，所述第三机械臂上设置有所述衬砌检测天线的末端与隧道侧墙的衬砌相对应且始终间隔所述第一预定距离。

2.根据权利要求1所述的隧道状态检测车，其特征在于，所述第二机械臂包括相同的两个机械臂，检测时两个所述第二机械臂上设置有所述衬砌检测天线的末端分别与隧道两侧拱腰的衬砌相对应；

所述第三机械臂包括相同的两个机械臂，检测时两个所述第三机械臂上设置有所述衬砌检测天线的末端分别与隧道两侧侧墙的衬砌相对应。

3.根据权利要求2所述的隧道状态检测车，其特征在于，检测时所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述第三机械臂上设置有所述衬砌检测天线的末端均能够在隧道横截面内、在0-45度范围内转动。

4.根据权利要求3所述的隧道状态检测车，其特征在于，所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述第三机械臂均能够独立伸缩。

5.根据权利要求1所述的隧道状态检测车，其特征在于，所述车体上还设置有用于检测隧底的隧底检测天线，所述隧底检测天线与所述地质雷达主机电连接。

6.根据权利要求5所述的隧道状态检测车，其特征在于，所述隧底检测天线包括用于检测轨道中心隧底的中位天线和用于检测轨道两侧隧底的侧位天线，检测时，所述中位天线与轨道中心隧底相对应且间隔第二预定距离，所述侧位天线与轨道两侧隧底相对应且间隔所述第二预定距离。

7.根据权利要求6所述的隧道状态检测车，其特征在于，所述第一预定距离为10-30cm；

所述第二预定距离大于等于35cm。

8.根据权利要求3所述的隧道状态检测车，其特征在于，检测时所述衬砌检测天线向隧道衬砌同时发射中心频率为400MHz和900MHz的电磁波。

9.根据权利要求6所述的隧道状态检测车，其特征在于，检测时所述中位天线向轨道中心隧底、所述侧位天线向轨道两侧隧底均发射中心频率为400MHz的电磁波。

10.根据权利要求1至9任一项所述的隧道状态检测车，其特征在于，所述隧道状态检测车的最高检测速度为10km/h。