CN108459152A - 水下检测渠道衬砌混凝土病害及下部介质的装置及方法 - Google Patents

水下检测渠道衬砌混凝土病害及下部介质的装置及方法 Download PDF

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    • G01S13/885—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for ground probing

Abstract

本发明公开了一种水下检测渠道衬砌混凝土病害及下部介质的装置及方法，该装置包括水上控制平台、水下履带式牵引车、照明系统、水下高清图像采集系统、地质雷达主机及装入密闭耐压透明保护外壳的雷达天线。在岸堤或船上的水上控制平台实现水下部分的控制，通过照明系统、水下高清图像采集系统和雷达天线对渠道水下衬砌混凝土病害及衬砌下部脱空、填筑质量及地下水情况等进行光学成像与地质雷达电磁波的综合检测。本发明克服了地质雷达水下检测的难题，实现了光学检测和地质雷达的多元信息综合检测，是一种有效、快速的水下混凝土建筑物自身及下部各种介质状况的检测装置和方法。

Description

水下检测渠道衬砌混凝土病害及下部介质的装置及方法
技术领域
本发明涉及水下检测技术领域，具体是涉及水下检测渠道衬砌混凝土病害及下部介质的装置及方法。
背景技术
近年来，我国建设了一大批以南水北调为代表性的大型跨流域调水工程，建设水平得到了很大提高，很多技术都处于世界领先水平，这些调水工程在很大程度上解决了水资源紧缺的现状，但是运行过程中仍存在很多问题，例如大型建筑物结构破损、渠道边坡失稳、渠堤渗漏及沿线主要地质风险问题等。
其中渠道占整个调水工程的绝大多数，但是渠道沿线的地质条件复杂，部分为煤矿采空区、高膨胀土区、深挖方区、高填方区等等，这些特殊地质基础段由于高地下水位渗漏破坏等导致边坡失稳，高填方段由于沉降期不够产生不均匀沉降导致渠道拉裂，深挖方段由于雨季地下水抬升，引起膨胀土变形，产生裂隙，进而进一步渗透滑动。上述的最终后果就是引起渠堤衬砌板下空洞，缺损、塌陷、冻胀变形，伸缩缝和顶部缝隙填充物脱落、缺损难以修复。这些渠道为单线、长距离线性工程，几乎没有检修期，即使有检修期，也不可能放空渠道内的水。由此可见，如何对长距离跨流域的输水渠道的水下混凝土衬砌及衬砌板下的各种病害进行水下检测显得尤为重要，通过检测成果的分析，提出做出预警或者以确定最佳的修补加固方案是十分重要的。
地质雷达探测技术是近年来适应快速、准确地无损探测地下障碍物及地下工程质量评价而迅速发展起来的方法技术。目前，这种技术正被广泛地应用在高速公路厚度检测、桥梁薄面破坏检测、矿产探测等方面，并取得了很好的效果。地质雷达利用超高频短脉冲电磁波在不同介质中传播规律来确定地下介质分布的一种方法由于不同介质有不同的介电常数，不同的介电常数的介面形成电性界面，当电磁波在介质中传播时遇到电性界面会发生反射，电性差异越大反射就越强烈。地质雷达通过天线接收经水下反射折向表面的反射波时闻序列，根据反射波的旅行时间、幅度和波形资料便可推出水下介质的结构和分布。但是水的介电常数非常大，在水面上发射电磁波，绝大多数会被吸收。过去有研究采用水上船只运载探地雷达进行水底探测的工作，但是受水面风浪和水深影响较大，高频天线分辨率高，但探测深度小，低频天线穿透距离大，但是分辨率低，得出的雷达图像无法定量分析。因此先需要一种行之有效的快速、准确的无损检测的装置和方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是:为解决上述问题，本发明提供了一种水下检测渠道衬砌混凝土病害及下部介质的装置及方法。
本发明的技术方案是:一种水下检测渠道衬砌混凝土病害及下部介质的装置，包括水上控制平台、水下履带式牵引车、照明系统、水下高清图像采集系统、地质雷达主机和雷达天线；所述地质雷达主机位于所述水上控制平台上，所述地质雷达主机通过缆线与所述雷达天线连接，所述水下高清图像采集系统和雷达天线放置在保护外壳内，所述保护外壳与水下履带式牵引车进行连接，所述水下履带式牵引车主要包括主框架、传动盘、大履带轮、小履带轮、履带压轮总成、履带、平铲和牵引连接孔；所述主框架的左右两侧各设有一个所述传动盘，所述每个传动盘的上下端设有大履带轮和小履带轮，所述履带压轮总成设有四个，等间距固定在主框架的下底面中间位置，履带压轮总成包括压轮、支架和调节电机轴，所述压轮通过所述支架固定在履带压轮总成的内上顶面，所述支架上设有电机轴滑槽，所述调节电机轴位于所述电机轴滑槽内，并与压轮连接；所述履带圈套在所述两个大履带轮和小履带轮外圆周面上，所述平铲通过两个液压杆与主框架的右端面连接，所述牵引连接孔位于主框架的最左端；所述履带等间距布有多个活动压块与履带压轮总成配合使用，通过活动压块与履带压轮总成配合使用可以在底部履带位置处形成凸块，增大与水下着陆面的抓地效果，利用调节电机轴感知压力情况，实时调节调节电机轴的上下位置保护履带压轮总成，增加水下履带式牵引车的使用寿命，所述照明系统位于所述水下履带式牵引车的右端上侧面。
进一步地，所述水下履带式牵引车具备防水功能，能适应30米的水压，防止水进入装置内对装置工作产生影响和损害。
进一步地，所述雷达天线通过固定装置固定在保护外壳的上顶面中间位置，所述保护外壳密闭耐压透明，具备防水功能，能适应30米的水压，便于观察，且防止水进入装置内对装置工作产生影响和损害。
进一步地，所述保护外壳的底部设有防滑防磨条，所述防滑防磨条包括防滑波纹、耐磨凸块和防滑材料填充仓，所述防滑波纹呈圆弧形，竖直等间距分布在所述防滑防磨条上，防滑波纹之间为所述防滑材料填充仓，所述每个防滑材料填充仓均设有3个耐磨凸块，所述耐磨凸块比防滑材料填充仓底面高度高1cm；所述防滑材料填充仓内填充材料为氯丁橡胶，设置耐磨凸块可以有效的减少底面对防滑区域的磨损，氯丁橡胶耐蚀性好，适合本装置的使用环境。
进一步地，所述保护外壳底部内放置干燥的沙子或介电常数与水有明显差异的物质，雷达天线相对固定在干燥的沙子或介电常数与水有明显差异的物质中，根据不同的雷达天线尺寸选择不同的固定方式固定，避免滑动，可以提高雷达天线的工作稳定性和工作效率。
一种水下检测渠道衬砌混凝土病害及下部介质的方法，包括以下步骤：
S1:在水上或者岸边连接好雷达天线，并根据拟检测的衬砌板下部介质选择雷达天线；
S2:由水下履带式牵引车牵引保护外壳的雷达天线沿着衬砌方向(垂直水流)进入水中，到达拟检测的位置，可以沿着衬砌板自上而下检测，也可以到达指定位置后，垂直衬砌方向(平行水流)进行检测；
S3:水下履带式牵引车牵引雷达天线行进，由水下履带式牵引车进行编码测距，水下履带式牵引车前部有照明系统，通过前部的平铲清扫淤泥和其他障碍物；
S4:数据采集：由水上控制平台控制履带式牵引车进行行走，雷达天线采集衬砌下部介质的情况，检查有无破损、脱空现象；高清图像采集系统对检测的区域进行高清录像和拍摄，图像采集系统由水上控制平台进行操控。
S5:数据处理：对地质雷达主机的数据进行后期处理，对采集的图像进行后期处理，与地质雷达主机获取的图像进行相互补充。
进一步地，所述步骤S1中，雷达天线选择合适频率的雷达天线或采用复合频率的雷达天线。
进一步地，所述步骤S5中，地质雷达主机的后期处理具体为降噪处理，但不限于这一种。
本发明的有益效果是:
(1)本发明通过在岸堤或船上的水上控制平台实现水下部分的控制，通过水下履带式车牵引装有照明系统、水下高清图像采集系统和地质雷达天线的密闭耐压的保护外壳进入水下；对渠道水下衬砌混凝土病害及衬砌下部脱空、填筑质量及地下水情况等进行光学成像与地质雷达电磁波的综合检测。
(2)本发明通过在岸堤或船上的水上控制平台实现水下部分的控制，通过水下履带式牵引车装有照明系统、水下高清图像采集系统和地质雷达天线的密闭耐压的保护外壳进入水下；对30米以内的渠道水下衬砌混凝土病害及衬砌下部脱空、填筑质量及地下水情况等进行光学成像与地质雷达电磁波的综合检测。是一种行之有效的快速、准确的无损检测方法。
(3)本发明克服了地质雷达水下检测的难题，将地质雷达天线最大限度的贴合在衬砌混凝土上，通过水下密封的雷达天线接收经反射折向表面的反射波时闻序列，根据反射波的旅行时间、幅度和波形资料便可推出水下介质的结构和分布，同时结合水下高清图像采集系统，实现了光学检测和地质雷达的多元信息综合检测，是一种有效、快速的水下混凝土建筑物自身及下部各种介质状况的检测装置和方法。
附图说明
图1是本发明装置整体结构示意图。
图2是本发明水下履带式牵引车结构示意图。
图3是本发明履带剖面图。
图4是本发明防滑防磨条底视图。
其中，1-水上控制平台、2-水下履带式牵引车、21-主框架、22-传动盘、23-大履带轮、24-小履带轮、25-履带传感总成、251-压轮、252-支架、2521-电机轴滑槽、253-调节电机轴、26-履带、261-活动压块、27-平铲、271-液压杆、28-牵引连接孔、3-照明系统、4-水下高清图像采集系统、5-地质雷达主机、6-保护外壳、61-固定装置、62-防滑防磨条、621-防滑波纹、622-耐磨凸块、623-防滑材料填充仓、7-雷达天线。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种水下检测渠道衬砌混凝土病害及下部介质的装置，包括水上控制平台1、水下履带式牵引车2、照明系统3、水下高清图像采集系统4、地质雷达主机5和雷达天线7；地质雷达主机5位于水上控制平台1上，地质雷达主机5通过缆线与雷达天线7连接，水下高清图像采集系统4和雷达天线7放置在保护外壳6内，雷达天线7通过固定装置61固定在保护外壳6的上顶面中间位置，保护外壳6密闭耐压透明，具备防水功能，能适应30米的水压，便于观察，且防止水进入装置内对装置工作产生影响和损害。保护外壳6的底部设有防滑防磨条62，如图4所示，防滑防磨条62包括防滑波纹621、耐磨凸块622和防滑材料填充仓623，防滑波纹621呈圆弧形，竖直等间距分布在防滑防磨条62上，防滑波纹621之间为防滑材料填充仓623，每个防滑材料填充仓623均设有3个耐磨凸块622，耐磨凸块622比防滑材料填充仓623底面高度高1cm；防滑材料填充仓623内填充材料为氯丁橡胶，设置耐磨凸块622可以有效的减少底面对防滑区域的磨损，氯丁橡胶耐蚀性好，适合本装置的使用环境。保护外壳6底部内放置干燥的沙子，雷达天线7相对固定在干燥的沙子，根据不同的雷达天线7尺寸选择不同的固定方式固定，避免滑动，可以提高雷达天线7的工作稳定性和工作效率。保护外壳6与水下履带式牵引车2进行连接，如图2所示，水下履带式牵引车2主要包括主框架21、传动盘22、大履带轮23、小履带轮24、履带压轮总成25、履带26、平铲27和牵引连接孔28；主框架21的左右两侧各设有一个传动盘22，每个传动盘22的上下端设有大履带轮23和小履带轮24，履带压轮总成25设有四个，等间距固定在主框架21的下底面中间位置，履带压轮总成25包括压轮251、支架252和调节电机轴253，压轮251通过支架252固定在履带压轮总成25的内上顶面，支架252上设有电机轴滑槽2521，调节电机轴253位于电机轴滑槽2521内，并与压轮251连接；履带26圈套在两个大履带轮23和小履带轮24外圆周面上，平铲27通过两个液压杆271与主框架21的右端面连接，牵引连接孔28位于主框架21的最左端；如图3所示，履带26等间距布有多个活动压块261与履带压轮总成25配合使用，通过活动压块261与履带压轮总成25配合使用可以在底部履带位置处形成凸块，增大与水下着陆面的抓地效果，利用调节电机轴253感知压力情况，实时调节调节电机轴253的上下位置保护履带压轮总成25，增加水下履带式牵引车2的使用寿命。照明系统3位于水下履带式牵引车2的右端上侧面，水下履带式牵引车2具备防水功能，能适应30米的水压，防止水进入装置内对装置工作产生影响和损害。
一种水下检测渠道衬砌混凝土病害及下部介质的方法，包括以下步骤：
S1:在水上或者岸边连接好雷达天线7，并根据拟检测的衬砌板下部介质选择合适频率的雷达天线7或采用复合频率的雷达天线7；
S2:由水下履带式牵引车2牵引保护外壳6的雷达天线7沿着衬砌方向(垂直水流)垂直水流进入水中，到达拟检测的位置，可以沿着衬砌板自上而下检测，也可以到达指定位置后，垂直衬砌方向(平行水流)进行检测；
S3:水下履带式牵引车2牵引雷达天线7行进，由水下履带式牵引车2进行编码测距，水下履带式牵引车2前部有照明系统3，通过前部的平铲27清扫淤泥和其他障碍物；
S4:数据采集：由水上控制平台1控制履带式牵引车2进行行走，雷达天线7采集衬砌下部介质的情况，检查有无破损、脱空等现象；高清图像采集系统4对检测的区域进行高清录像和拍摄，图像采集系统4由水上控制平台1进行操控。
S5:数据处理：对地质雷达主机5的数据进行降噪处理，对采集的图像进行后期处理，与地质雷达主机5获取的图像进行相互补充。
实施例2
如图1所示，一种水下检测渠道衬砌混凝土病害及下部介质的装置，包括水上控制平台1、水下履带式牵引车2、照明系统3、水下高清图像采集系统4、地质雷达主机5和雷达天线7；地质雷达主机5位于水上控制平台1上，地质雷达主机5通过缆线与雷达天线7连接，水下高清图像采集系统4和雷达天线7放置在保护外壳6内，雷达天线7通过固定装置61固定在保护外壳6的上顶面中间位置，保护外壳6密闭耐压透明，具备防水功能，能适应30米的水压，便于观察，且防止水进入装置内对装置工作产生影响和损害。保护外壳6的底部设有防滑防磨条62，如图4所示，防滑防磨条62包括防滑波纹621、耐磨凸块622和防滑材料填充仓623，防滑波纹621呈圆弧形，竖直等间距分布在防滑防磨条62上，防滑波纹621之间为防滑材料填充仓623，每个防滑材料填充仓623均设有3个耐磨凸块622，耐磨凸块622比防滑材料填充仓623底面高度高1cm；防滑材料填充仓623内填充材料为氯丁橡胶，设置耐磨凸块622可以有效的减少底面对防滑区域的磨损，氯丁橡胶耐蚀性好，适合本装置的使用环境。保护外壳6底部内放置介电常数与水有明显差异的物质，雷达天线7相对固定介电常数与水有明显差异的物质中，根据不同的雷达天线7尺寸选择不同的固定方式固定，避免滑动，可以提高雷达天线7的工作稳定性和工作效率。保护外壳6与水下履带式牵引车2进行连接，如图2所示，水下履带式牵引车2主要包括主框架21、传动盘22、大履带轮23、小履带轮24、履带压轮总成25、履带26、平铲27和牵引连接孔28；主框架21的左右两侧各设有一个传动盘22，每个传动盘22的上下端设有大履带轮23和小履带轮24，履带压轮总成25设有四个，等间距固定在主框架21的下底面中间位置，履带压轮总成25包括压轮251、支架252和调节电机轴253，压轮251通过支架252固定在履带压轮总成25的内上顶面，支架252上设有电机轴滑槽2521，调节电机轴253位于电机轴滑槽2521内，并与压轮251连接；履带26圈套在两个大履带轮23和小履带轮24外圆周面上，平铲27通过两个液压杆271与主框架21的右端面连接，牵引连接孔28位于主框架21的最左端；如图3所示，履带26等间距布有多个活动压块261与履带压轮总成25配合使用，通过活动压块261与履带压轮总成25配合使用可以在底部履带位置处形成凸块，增大与水下着陆面的抓地效果，利用调节电机轴253感知压力情况，实时调节调节电机轴253的上下位置保护履带压轮总成25，增加水下履带式牵引车2的使用寿命。照明系统3位于水下履带式牵引车2的右端上侧面，水下履带式牵引车2具备防水功能，能适应30米的水压，防止水进入装置内对装置工作产生影响和损害。
一种水下检测渠道衬砌混凝土病害及下部介质的方法，包括以下步骤：
S1:在水上或者岸边连接好雷达天线7，并根据拟检测的衬砌板下部介质选择合适频率的雷达天线7或采用复合频率的雷达天线7；
S2:由水下履带式牵引车2牵引保护外壳6的雷达天线7沿着衬砌方向(垂直水流)垂直水流进入水中，到达拟检测的位置，可以沿着衬砌板自上而下检测，也可以到达指定位置后，垂直衬砌方向(平行水流)进行检测；
S3:水下履带式牵引车2牵引雷达天线7行进，由水下履带式牵引车2进行编码测距，水下履带式牵引车2前部有照明系统3，通过前部的平铲27清扫淤泥和其他障碍物；
S4:数据采集：由水上控制平台1控制履带式牵引车2进行行走，雷达天线7采集衬砌下部介质的情况，检查有无破损、脱空等现象；高清图像采集系统4对检测的区域进行高清录像和拍摄，图像采集系统4由水上控制平台1进行操控。
S5:数据处理：对地质雷达主机5的数据进行降噪处理，对采集的图像进行后期处理，与地质雷达主机5获取的图像进行相互补充。
最后应说明的是：以上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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种水下检测渠道衬砌混凝土病害及下部介质的装置，其特征在于，包括水上控制平台(1)、水下履带式牵引车(2)、照明系统(3)、水下高清图像采集系统(4)、地质雷达主机(5)和雷达天线(7)；所述地质雷达主机(5)位于所述水上控制平台(1)上，所述地质雷达主机(5)通过缆线与所述雷达天线(7)连接，所述水下高清图像采集系统(4)和雷达天线(7)放置在保护外壳(6)内，所述保护外壳(6)与水下履带式牵引车(2)进行连接，所述水下履带式牵引车(2)主要包括主框架(21)、传动盘(22)、大履带轮(23)、小履带轮(24)、履带压轮总成(25)、履带(26)、平铲(27)和牵引连接孔(28)；所述主框架(21)的左右两侧各设有一个所述传动盘(22)，所述每个传动盘(22)的上下端设有大履带轮(23)和小履带轮(24)，所述履带压轮总成(25)设有四个，等间距固定在主框架(21)的下底面中间位置，履带压轮总成(25)包括压轮(251)、支架(252)和调节电机轴(253)，所述压轮(251)通过所述支架(252)固定在履带压轮总成(25)的内上顶面，所述支架(252)上设有电机轴滑槽(2521)，所述调节电机轴(253)位于所述电机轴滑槽(2521)内，并与压轮(251)连接；所述履带(26)圈套在所述两个大履带轮(23)和小履带轮(24)外圆周面上，所述平铲(27)通过两个液压杆(271)与主框架(21)的右端面连接，所述牵引连接孔(28)位于主框架(21)的最左端；所述履带(26)等间距布有多个活动压块(261)与履带压轮总成(25)配合使用；所述照明系统(3)位于所述水下履带式牵引车(2)的右端上侧面。
2.根据权利要求1所述的一种水下检测渠道衬砌混凝土病害及下部介质的装置，其特征在于，所述水下履带式牵引车(2)具备防水功能，能适应30米的水压。
3.根据权利要求1所述的一种水下检测渠道衬砌混凝土病害及下部介质的装置，其特征在于，所述雷达天线(7)通过固定装置(61)固定在保护外壳(6)的上顶面中间位置，所述保护外壳(6)密闭耐压透明，具备防水功能，能适应30米的水压。
4.根据权利要求3所述的一种水下检测渠道衬砌混凝土病害及下部介质的装置，其特征在于，所述保护外壳(6)底部内放置干燥的沙子或介电常数与水有明显差异的物质，雷达天线(7)相对固定在干燥的沙子或介电常数与水有明显差异的物质中，根据不同的雷达天线(7)尺寸选择不同的固定方式固定。
5.一种水下检测渠道衬砌混凝土病害及下部介质的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:在水上或者岸边连接好雷达天线(7)，并根据拟检测的衬砌板下部介质选择雷达天线(7)；
S2:由水下履带式牵引车(2)牵引保护外壳(6)的雷达天线(7)沿着衬砌方向进入水中，到达拟检测的位置，可以沿着衬砌板自上而下检测，也可以到达指定位置后，垂直衬砌方向进行检测；
S3:水下履带式牵引车(2)牵引雷达天线(7)行进，由水下履带式牵引车(2)进行编码测距，水下履带式牵引车(2)前部有照明系统(3)，通过前部的平铲(27)清扫淤泥和其他障碍物；
S4:数据采集：由水上控制平台(1)控制履带式牵引车(2)进行行走，雷达天线(7)采集衬砌下部介质的情况，检查有无破损、脱空现象；高清图像采集系统(4)对检测的区域进行高清录像和拍摄，图像采集系统(4)由水上控制平台(1)进行操控。
S5:数据处理：对地质雷达主机(5)的数据进行后期处理，对采集的图像进行后期处理，与地质雷达主机(5)获取的图像进行相互补充。
6.根据权利要求5所述的一种水下检测渠道衬砌混凝土病害及下部介质的方法，其特征在于，所述步骤S5中对地质雷达主机(5)的数据进行降噪处理。
7.根据权利要求5所述的一种水下检测渠道衬砌混凝土病害及下部介质的方法，其特征在于，所述步骤S1中，雷达天线(7)选择合适频率的雷达天线(7)或采用复合频率的雷达天线(7)。
8.根据权利要求5所述的一种水下检测渠道衬砌混凝土病害及下部介质的方法，其特征在于，所述步骤S5中，地质雷达主机(5)的后期处理具体为降噪处理。
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