CN108258383A - 一种盾构隧道用探地雷达天线的自适应调位装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种盾构隧道用探地雷达天线的自适应调位装置，包括用于放置屏蔽天线的卡盒、设置于卡盒下方的支撑底板、以及垂直穿过支撑底板且顶端与卡盒的下底面固连的支撑杆；所述卡盒具有可伸缩式扩展结构且在其底部设有弹性束紧带，所述支撑杆为可伸缩式结构且在其上部设有球笼万向节，所述球笼万向节位于卡盒和支撑底板之间，使得卡盒能以球笼万向节为轴心任意旋转，在所述球笼万向节的周边设有多个高强度弹簧且所述高强度弹簧的两端分别连接在卡盒和支撑底板上，以实现对旋转卡盒以及内部屏蔽天线的支撑作用。所述装置可确保屏蔽天线与任意位置的弧形管片始终保持紧贴，提升了盾构隧道壁后注浆检测的数据采集质量、作业效率及安全系数。

Description

一种盾构隧道用探地雷达天线的自适应调位装置

技术领域

本发明涉及盾构隧道管片检测设备技术领域，具体地，涉及一种盾构隧道用探地雷达天线的自适应调位装置。

背景技术

探地雷达又称地质雷达或透地雷达，是采用高频电磁波来确定地下介质分布情况的一种无损地球物理探测方法，目前该技术被广泛应用于对地铁盾构隧道的壁后注浆情况的试验检测，通过探测注浆体在隧道径向和长度方向上的分布形态以及注浆体和隧道管片间的空隙(即注浆体的厚度及缺陷)，从而快速掌握注浆液在管片及土体间的填充情况和施工质量，为后续施工中的盾构隧道的沉降控制、二次注浆及补偿注浆提供重要依据。

探地雷达检测设备主要包括雷达主机、通讯大缆和屏蔽天线，其中屏蔽天线的外形近似于长方体且在其内部设置有可发射电磁波的高频天线(400MHz-1GHz)，而且高频天线所具有的中心频率越高，整个屏蔽天线的尺寸也越小；同时，在管片表面需布置包括拱顶在内的5-9条检测线路(简称“测线”)，这些测线的长度方向与隧道的长度方向相同。

在现有技术中，通常是在行进的有轨列车上通过人工托举的方式完成雷达数据的采集工作，操作人员需用双手将屏蔽天线高举，使得屏蔽天线与位于测试线路附近的隧道管片的表面紧贴。由于盾构隧道与常规的山岭隧道不同，操作人员只能站在列车的顶部，而列车顶部的空间较小，操作人员在对拱顶位置以外的测线进行检测时，必须将屏蔽天线长时间地倾斜托举，施力困难，不仅需要操作人员多次中途轮换或休息，费时费力，还会时不时地出现天线和管片表面间脱离的情况，使得数据采集被迫中断或暂停，严重影响到管片壁后注浆质量检测的数据质量，导致数据的信噪比较低，测线的复测率较高，极大地制约了盾构隧道壁后注浆情况的检测精度和作业效率。

如果在列车顶部铺设水平横向加长的检测平台，虽然便于操作人员托举时省力，但会影响到其他工程人员的正常施工，且无法确保操作人员和通讯大缆的安全。即使加装了检测平台，由于盾构隧道的尺寸不同、有轨列车的宽度不同、检测平台的长度不同、以及不同位置隧道管片的弧度差异等问题依然存在，所以操作人员在托举天线时仍然无法避免屏蔽天线与管片表面的脱离现象，导致测试数据出现起伏，检测结果出现较大误差，影响后期二次注浆的施工质量。

另外一个影响屏蔽天线与弧形管片接触界面无法紧密贴合的原因，是轨道列车的行进速度过快或者速度不均，由于主机操作人员会根据现场数据采集质量的好坏来及时协调天线的紧贴程度和有轨列车的行进速度，而驾驶员与操作人员之间的协调配合得不到保障，不仅检测数据的质量无法保证，更有可能造成人员及仪器设备的碰撞和跌落。

中国专利CN201620617931公开了一种探地雷达天线支架升降装置，包括固定架和主梁，探地雷达天线支架固定在主梁上，固定架在垂直方向设有滑轨，探地雷达天线框和主梁通过垂直移动机构使他们沿着滑轨做垂直方向的上下移动。中国专利CN201720550755公开了一种车载式探地雷达天线托架，包括支架和固定框，支架和固定框通过螺杆相连接；支架包括竖直支架、水平支架和横向连接件，竖直支架的上部和水平支架相连接，水平支架上固定有横向连接件，横向连接件的两侧设有通孔，通孔内设有螺杆，螺杆通过螺母与横向连接件连接，螺杆的下部通过压紧件与固定框固定连接，雷达天线设置在固定框与压紧件之间。上述两个已知专利均涉及对探地雷达的位置固定和高度调节操作，虽然操作方便，适用于长时间的数据采集，在一定程度上解放了人工，但并没有解决屏蔽天线与行进车辆配合不协调、屏蔽天线与拱顶之外区域管片紧贴效果不好等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、操作省力、屏蔽天线可始终紧贴盾构隧道管片的雷达天线托举装置，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种盾构隧道用探地雷达天线的自适应调位装置，包括用于放置屏蔽天线的卡盒、设置于所述卡盒下方的支撑底板、以及垂直穿过所述支撑底板且顶端与所述卡盒的下底面固连的支撑杆；所述支撑杆包括设置在其上部的球笼万向节且所述球笼万向节位于卡盒和支撑底板之间，使得所述卡盒能以球笼万向节为轴心任意旋转，在所述球笼万向节的周边设置有多个高强度弹簧且所述高强度弹簧的两端分别连接在卡盒和支撑底板上，以实现对旋转卡盒以及内部屏蔽天线的支撑作用。

优选地，所述卡盒为可伸缩式扩展结构，以便于适用不同中心频率和尺寸的屏蔽天线。

优选地，包括左右对称设置的两个侧框以及用于连接两个侧框的四根水平伸缩套管，在所述侧框的四角位置分别设置有用于固定连接所述伸缩套管一端的卡扣。

优选地，所述侧框本身包括至少一组带有伸缩结构的对边。

优选地，在所述卡盒的底部设置有至少一个弹性束紧带，通过所述束紧带穿过屏蔽天线的把手孔并与所述卡盒固连，可实现对屏蔽天线的二次保护，防止在数据采集过程中屏蔽天线因结构松动而滑落或掉落。

优选地，所述支撑杆为可伸缩式结构且包括内外套设的活动杆和固定杆，所述活动杆的下端伸入固定杆的内部而上端则与球笼万向节的下端固连，在所述固定杆上还设置有用固定活动杆位置的锁紧螺杆。

优选地，所述高强度弹簧的数量为四个且分别连接所述卡盒和支撑底板对应的四个角。

本发明提供的技术方案至少具有如下有益效果：

1、所述装置结构简单且使用方便，生产成本低，且避免了传统方法仅能在拱顶及其两侧各外延一米左右的区域范围内检测的弊端；其利用球笼万向节的任意角度旋转和高强度弹簧在不同高度及不同角度的检测位置上所具有的不同拉伸量及压缩量，确保屏蔽天线与任意位置的弧形管片接触界面始终保持紧贴，实现了盾构隧道全断面任意角度区域的壁后注浆检测，包括纵向上的快速普查和横向上的精细详查，扩大了盾构隧道壁后注浆检测的扫描范围，提高了盾构隧道壁后注浆的检测精度。

2、由于高强度弹簧和球笼万向节均对卡盒及其内部的屏蔽天线起到有力支撑，使用时方便又省力，本因此发明的自适应调位装置无需加装横向的检测平台或完全可以步行检测，避免了驾驶员与辅助人员及主机操作人员的因协调不当带来的人员安全和仪器损伤的威胁，且在检测过程中也不会干扰其他施工组的正常施工，提升了盾构隧道壁后注浆检测的作业效率及检测过程中的安全系数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图，其中：

图1是本发明中所述的自适应调位装置的结构示意图；

图2是图1所示装置中的卡盒的结构示意图；

图3是在图2所示卡盒中放置屏蔽天线的示意图；

图4是图1所示球笼万向节的轴向剖面示意图；

图中：01屏蔽天线，1卡盒，11侧框，12伸缩套管，13卡扣，2支撑底板，3球笼万向节，4高强度弹簧，5束紧带，6活动杆，7固定杆，8锁紧螺杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1-图4，一种盾构隧道用探地雷达天线的自适应调位装置，包括用于放置屏蔽天线01的卡盒1、设置于所述卡盒1下方的支撑底板2、以及垂直穿过所述支撑底板2且顶端与所述卡盒的下底面固连的支撑杆。

所述卡盒1为可伸缩式扩展结构，其由十二根非金属绝缘材质的杆体构成且六个底面方向均为镂空设计，有利于于发射和接收电磁波，同时还节省了成本，便于调节尺寸。

所述卡盒1包括左右对称设置的两个侧框11以及用于连接两个侧框的四根水平伸缩套管12，所述侧框11本身包括至少一组带有伸缩结构的对边，在所述侧框11的四角位置分别设置有用于固定连接所述伸缩套管12一端的卡扣。

在所述卡盒1的底部还设置有两个平行的弹性束紧带5，所述束紧带5穿过屏蔽天线的把手孔且两端分别固定在所述卡盒2的杆体上，进而实现对屏蔽天线的二次固定，以防因卡盒紧固不严实而导致屏蔽天线意外掉落。

所述支撑杆包括设置在其上部的球笼万向节3且所述球笼万向节3位于卡盒1和支撑底板2之间，使得所述卡盒能以球笼万向节为轴心任意旋转，在所述球笼万向节3的周边设置有多个高强度弹簧4且所述高强度弹簧4的两端分别连接在1卡盒和支撑底板2上，以实现对旋转卡盒以及内部屏蔽天线的支撑作用。

在本实施例中，所述高强度弹簧4的数量为四个且分别连接所述卡盒1和支撑底板2对应的四个角。

在本实施例中，所述支撑杆为可伸缩式结构且包括内外套设的活动杆6和固定杆7，所述活动杆6的下端伸入固定杆7的内部而上端则与球笼万向节3的下端固连，在所述固定杆7上还设置有用固定活动杆位置的锁紧螺杆8。

在进行盾构隧道壁后注浆检测时，先将高频屏蔽天线01放置到卡盒1内，通过拉长或缩短卡盒上对应的杆体，使屏蔽天线被完全卡住固定，锁紧卡扣13，将束紧带5穿过屏蔽天线的把手孔并系紧，以防止天线在数据采集过程中滑落；调节活动杆6和固定杆7间的位置并拧紧锁紧螺杆8，使得上方的屏蔽天线可适应所需检测位置的角度和高度。

将自适应调位装置举起并使屏蔽天线靠近盾构隧道的管片，由于球笼万向节3可以实现任意角度的自动调节，当卡盒2以球笼万向节3位轴心转动时，四个高强度弹簧4会根据弧形管片的角度自适应地进行压缩或拉伸，确保了屏蔽天线与盾构隧道任意角度的管片都始终紧贴。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，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。在本发明的精神和原则之内，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的任何改进或等同替换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均应包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种盾构隧道用探地雷达天线的自适应调位装置，其特征在于，包括用于放置屏蔽天线(01)的卡盒(1)、设置于所述卡盒(1)下方的支撑底板(2)、以及垂直穿过所述支撑底板(2)且顶端与所述卡盒的下底面固连的支撑杆；所述支撑杆包括设置在其上部的球笼万向节(3)且所述球笼万向节(3)位于卡盒(1)和支撑底板(2)之间，使得所述卡盒能以球笼万向节为轴心任意旋转，在所述球笼万向节(3)的周边设置有多个高强度弹簧(4)且所述高强度弹簧(4)的两端分别连接在(1)卡盒和支撑底板(2)上，以实现对旋转卡盒以及内部屏蔽天线的支撑作用。

2.根据权利要求1所述的自适应调位装置，其特征在于，所述卡盒(1)为可伸缩式扩展结构，以便于适用不同中心频率和尺寸的屏蔽天线。

3.根据权利要求2所述的自适应调位装置，其特征在于，包括左右对称设置的两个侧框(11)以及用于连接两个侧框的四根水平伸缩套管(12)，在所述侧框(11)的四角位置分别设置有用于固定连接所述伸缩套管(12)一端的卡扣。

4.根据权利要求3所述的自适应调位装置，其特征在于，所述侧框(11)本身包括至少一组带有伸缩结构的对边。

5.根据权利要求1所述的自适应调位装置，其特征在于，在所述卡盒(1)的底部设置有至少一个弹性束紧带(5)，通过所述束紧带(5)穿过屏蔽天线的把手孔并与所述卡盒(2)固连，可实现对屏蔽天线的二次保护，防止在数据采集过程中屏蔽天线因结构松动而滑落或掉落。

6.根据权利要求1所述的自适应调位装置，其特征在于，所述支撑杆为可伸缩式结构且包括内外套设的活动杆(6)和固定杆(7)，所述活动杆(6)的下端伸入固定杆(7)的内部而上端则与球笼万向节(3)的下端固连，在所述固定杆(7)上还设置有用固定活动杆位置的锁紧螺杆(8)。

7.根据权利要求1所述的自适应调位装置，其特征在于，所述高强度弹簧(4)的数量为四个且分别连接所述卡盒(1)和支撑底板(2)对应的四个角。