CN109406199A - 拱顶混凝土现场取样检测装置及检测的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑施工技术领域，提供了一种拱顶混凝土现场取样检测装置及检测的方法。该拱顶混凝土现场取样检测装置包括：取芯打孔机主体、控制箱和智能供水系统。其中：水钻系统上设置有速度传感器；钻头升降系统上设置有压力传感器和距离传感器，速度传感器、压力传感器和距离传感器钻头上设置有与控制器连接的离心传感器；顶板上设置有震动传感器，各传感器将测量的数字发送至控制箱。本发明提供的拱顶混凝土现场取样检测装置具有防止打穿防水板、防止卡夹钻头等功能可以智能地根据情况调节钻头的转速、升钻的速度等参数，同时，可以进行拱顶混凝土强度检测进、匀质性检测、密实度检测。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工技术领域，尤其是涉及一种取芯质量好的拱顶混凝土现场取样检测装置及检测的方法。
背景技术
我国是一个多山国家，所以隧道量也十分巨大。在隧道衬砌(二衬)施工中，由于拱顶位置特殊，需要反向施工，也即改变了常规的由上向下的重力条件下的流动，而是通过额外的压力，由下向上灌注。但是在施工中，由于混凝土质量问题、施工不连续或者客观因素，造成混凝土通常不饱满或者有空洞。其次拱顶混凝土的外侧是围岩和初支，我们无法通过传统的振捣棒办法进行振捣，也容易导致混凝土强度不足。再次，因为反向施工，施工时间长，我们混凝土无法灌注或者灌注不动时，施工人员通过加水稀释混凝土，减少混凝土施工的难度，提高泵送性能，但是会增大混凝土水灰比，降低混凝土强度，给隧道拱顶衬砌造成极大的质量隐患和安全隐患。并且多加的水会形成新的空洞。由于二次衬砌缺陷，致使衬砌受力不均匀，恶化了衬砌受力条件，改变了衬砌设计受力状态，衬砌实际受力可能超过设计应力范围，在外部荷载作用下，加上其它不利因素影响，隧道衬砌发生破坏的机率就会增大。目前对已施工的现场混凝土，通常采取取芯、雷达检测或者敲击的办法，最准确和权威的办法是通过取芯检测混凝土的强度。而目前我们对隧道边墙、底部仰拱可以采取取芯测强度办法，但是对拱顶部位，我们无法采取取芯办法，常规的拱顶混凝土现场取样检测装置无法右下向上进行混凝土的取芯。
取芯机被广泛应用于土木工程中，包括对地面、墙体或柱体等的取芯检测或者需要在墙体上打洞安装空调管道、水管等预先未设置或者改动其他管道。取芯一般用的各种混凝土钻孔取芯机，多用于水平面钻孔或者路面取芯做试验用，已广泛应用于各地检测中心，但都是由上朝下或者水平方向打孔。
使用目前的各种取芯机，如果要进行反向的拱顶取芯存在以下问题：1、由于隧道衬砌和初支间的防水板(1-2mm厚)的位置未知(初支的不平整，造成防水板挂设不平整，其次浇筑衬砌混凝土对防水板进行挤压变形)，因此取芯时很可能钻穿防水板造成漏水等严重后果；2、由于混凝土取芯机在工作时要持续进行加水冷却钻头，常规取芯机是由上向下，水在重力的条件下往底部流，而向上取芯时，水在顶部，在重力作用下，水由顶部向下流，水通过钻头、电机流下，因此冷却的污水乱溅，干扰操作人员，同时由于水的导电性，流入电机后容易造成人员触电，存在很大的安全隐患，同时烧毁电机，而且需要经常持续补水，一般从水源到台车路程较远而且提水到10多米高的台车上增加了工作的难度；3、由于拱顶混凝土的质量差异很大，存在夹砂和不密实等等特殊情况，因此在钻孔取芯的时候可能会造成钻头抱死、卡钻等情况，需要人工来判断情况并及时解决，否则可能造成电机烧毁或者钻头报废等情况还可能危及人身安全；4、通常的水平或者朝下的取芯操作，操作人员可以向下按压取芯设备，不需要克服设备的重力，但是朝上施工时，同时要克服拱顶混凝土现场取样检测装置的重力作用，劳动强度很大，同时工作时钻头高速运动，设备的倾斜和不稳定都会对钻头造成影响，缩短钻头使用寿命，还会影响取芯的质量。5.常规的向下取芯，通过膨胀螺栓将取芯设备固定在混凝土上，但是对拱顶打孔时，采用锚固办法，不仅也克服振动力，还有克服增加的设备的重力，容易造成拱顶混凝土开裂，破坏混凝土，拱顶混凝土开裂可能在列车运行时掉落，因此是不允许锚固得。基于种种因素，传统的拱顶混凝土现场取样检测装置无法进行顶部取芯，由于没有合适的装置和方法，隧道拱顶取芯检测无法落实，对工程检测一直存在盲区。
发明内容
本发明实施例提供了一种取芯装置，以至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供的拱顶混凝土现场取样检测装置包括：
取芯打孔机主体、控制箱和智能供水系统；
所述取芯打孔机主体包括升降底座、钻头升降系统、水钻系统和上集水器；所述升降底座带动所述钻头升降系统升降，所述钻头升降系统带动所述水钻系统升降，所述水钻系统上设置有速度传感器；
所述钻头升降系统上设置有压力传感器和距离传感器，所述速度传感器、压力传感器和距离传感器将测量的数字发送至所述控制箱，所述控制器控制所述水钻系统的升降；
所述智能供水系统包括水箱，所述水箱通过水泵和进水管与所述水钻系统连通，所述控制箱与所述水泵连接；
所述钻头升降系统包括升降电机和升降板，所述升降电机带动所述升降板升降，所述升降板与所述水钻系统连接；
所述距离传感器和压力传感器设置在所述升降板上，所述控制器与所述升降电机连接；所述水钻系统包括水钻电机和钻头，所述水钻电机通过连接杆带动所述钻头升降，上集水器对应于所述钻头顶部设置；所述速度传感器设置在所述连接杆上，所述控制器与所述水钻电机连接；所述钻头上设置有与所述控制器连接的离心传感器；
顶板上设置有震动传感器，所述震动传感器将信号发送至所述控制器；还包括与所述控制器连接的远程控制平台。
本发明提供的拱顶混凝土现场取样检测装置中所述速度传感器、压力传感器和距离传感器将测量的数字发送至所述控制箱。通过各种传感器反馈的信息可以智能地根据情况调节钻头的转速、升钻的速度等参数不仅避免了钻头抱死或打透防水板等情况，同时可以进行拱顶混凝土强度检测进、匀质性检测、密实度检测，具有使用方便和安全性能高等优点。
在上述任意方案中，进一步地，所述上集水器通过回水管与所述水箱连通；所述升降板上设置有用于集水的下集水器，所述下集水器通过回水管与所述水箱连通。
在上述任意方案中，进一步地，所述升降底座顶部设置有固定座，所述升降底座内设置有驱动所述固定座升降的驱动装置；
所述控制器与所述驱动装置连接；
所述取芯打孔机主体还包括顶板，所述升降底座与所述顶板之间设置有滑动导轨，所述升降板能够移动地设置在所述滑动导轨上；
所述顶板上设置有顶垫，所述顶垫与拱顶二衬混凝土层连接。
在上述任意方案中，进一步地，所述水箱设置有高压供水泵以及配套的高效回水泵、水过滤层和水量检测装置。
本发明还提供了一种应用如上所述的拱顶混凝土现场取样检测装置进行检测的方法，其特征在于，
具体步骤为：
S1、在钻头顶部设置上集水器，用于收集钻头旋转飞溅出来的污水且防止导电；
S2、水钻电机上部设置下集水器，用于收集延竖直钻头流向水钻电机的污水；
S3、在顶板上设置有顶垫，将水钻固定到需要取芯的混凝土正下方；
S4、电流传感器、压力传感器、转速传感器和位移传感器的反馈信号来实时判断钻头的工作状态，根据状态对钻头和升降电机进行控制防止打穿防水板；
S5、电流传感器、压力传感器和转速传感器的反馈信号来实时判断钻头的工作状态，根据状态对钻头和升降电机进行控制防止卡夹钻头的方法；
S6、采用电流传感器、震动传感器的反馈防止各种情况造成升降电机的电流过载；
S7、采用智能循环水系统包括：高压供水泵以及配套的高效回水泵、水槽、水过滤层、水量检测装置、以及水质检测器。
在上述任意方案中，进一步地，步骤S4中防止打穿防水板的具体步骤为：
S41、在水钻电路中接入电流传感器，实时检测的水钻电机输入电流为I，在启动时空载电流自动设置为I1，当水钻在钻取混凝土时，水钻电流增加为负荷电流I2(一般I2＝1.2-2.4倍的I1)，在钻取混凝土时计算前3秒的平均电流为I0，当实时电流I突然降低并且到数值低于0.4-0.8倍I0，则认为混凝土层已经打穿，需要立即停止水钻转动和上升；
S42、在水钻上增加压力传感器，用于检测水钻在工作中的压力，实时检测的压力为P，在钻取混凝土时计算前3秒的平均压力为P0，当实时压力P突然降低并且到数值低于0.3-0.85倍P0，则认为混凝土层已经打穿，需要立即停止水钻转动和上升；
S43、在水钻的钻头上安装转速传感器，用于检测水钻在工作中钻头的转速，实时检测的转速为S，在钻取混凝土时计算前3秒的平均转速为S0，当实时转速S突然升高并且到数值高于1.2-1.8倍S0，则认为混凝土层已经打穿，需要立即停止水钻转动和上升；
进一步，防止打穿防水板的具体步骤还包括：
S44、在水钻上加装位移传感器，可以知道水钻在取芯过程中上升的距离L；提前通过输入混凝土设计厚度或者雷达检测厚度L0，当水钻上升距离接近输入混凝土设计厚度或者雷达检测厚度时(L0-L≤5MM)，提前降低转速和上升速度。
在上述任意方案中，进一步地，步骤S5中防止卡夹钻头的具体步骤还包括：
采用了智能的高压冲洗系统以及配套的高效回水泵，实时检测的转速为S，在钻取混凝土时计算前3秒的平均转速为S0，实时检测的压力为P，在钻取混凝土时计算前3秒的平均压力为P0，实时检测的电流为I，在钻取混凝土时计算前3秒的平均电流为I0；当实时转速S突然降低并且到数值低于0.4-0.7倍S0，同时实时压力P突然降低并且到数值低于0.3-0.85倍P0、实时电流I突然增加并且到数值高于1.2-2.0倍I0，则智能的高压冲洗系统以及高效回水泵的功率会根据上述变化进行大幅度的增加，将造成卡夹钻混凝土的掉块或者松动的混凝土集料冲刷出来；当水钻工作正常之后，智能的高压冲洗系统以及高效回水泵的功率也会回复正常。
在上述任意方案中，进一步地，进行拱顶混凝土强度检测，采用恒压力方式时，检测水钻在工作中的压力P1，并以此恒定不变，当水钻在钻取混凝土时，检测水钻电流I2，根据水钻电流I2的大小判断混凝土的强度，如果水钻电流I2大于特定值，则判断该混凝土强度合格，如果水钻电流I2小于特定值，则判断该混凝土强度不合格；
采用恒电流方式时，检测水钻在工作中的水钻电流I2，并以此恒定不变，当水钻在钻取混凝土时，检测在工作中的压力P1，根据水钻在工作中的压力P1的大小判断混凝土的强度，如果水钻在工作中的压力P1大于特定值，则判断该混凝土强度合格，如果水钻在工作中的压力P1小于特定值，则判断该混凝土强度不合格。
在上述任意方案中，进一步地，进行拱顶混凝土匀质性检测：采用恒压力方式时，检测水钻在工作中的压力P1，并以此恒定不变，当水钻在钻取混凝土时，检测水钻电流I2，如果在整个取样过程中电流值I2变化不大，或者不变化，则认为混凝土的匀质性很好，如果变化变化很大，则认为混凝土的匀质性很差；
采用恒电流方式时，检测水钻在工作中的水钻电流I2，并以此恒定不变，当水钻在钻取混凝土时，检测在工作中的压力P1，如果在整个取样过程中压力P1变化不大，或者不变化，则认为混凝土的匀质性很好，如果变化变化很大，则认为混凝土的匀质性很差。
在上述任意方案中，进一步地，进行拱顶混凝土密实度检测：采用恒压力方式时，检测水钻在工作中的压力P1，并以此恒定不变，当水钻在钻取混凝土时，检测水钻电流I2，如果在整个取样过程中电流值I2变化不大，并且大于特定值，则认为混凝土的密实度很好；
采用恒电流方式时，检测水钻在工作中的水钻电流I2，并以此恒定不变，当水钻在钻取混凝土时，检测在工作中的压力P1，如果在整个取样过程中压力P1变化不大，并且大于特定值，则认为混凝土的密实度很好。
有益效果
本发明提供的拱顶混凝土现场取样检测装置中所述速度传感器、压力传感器和距离传感器将测量的数字发送至所述控制箱。通过各种传感器反馈的信息可以智能地根据情况调节钻头的转速、升钻的速度等参数不仅避免了钻头抱死或打透防水板等情况，同时可以进行拱顶混凝土强度检测进、匀质性检测、密实度检测，具有使用方便和安全性能高等优点。
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拱顶混凝土现场取样检测装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的拱顶混凝土现场取样检测装置中取芯打孔机主体的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的拱顶混凝土现场取样检测装置中取芯打孔机主体与拱顶二衬混凝土层的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的拱顶混凝土现场取样检测装置的控制流程图；
图5为本发明实施例提供的拱顶混凝土现场取样检测装置的无损固定法的流程图；
图6为本发明实施例提供的拱顶混凝土现场取样检测装置的防止打穿防水板的流程图。
附图标记：
1-升降底座；2-固定座；3-升降板；4-顶板；5-升降电机；6-压力传感器；7-丝杠；8-第一滑动导轨；9-第二滑动导轨；10-水钻电机；11-下集水器；12-连接杆；13-钻头；14-上集水器；15-固定法兰；16-升降法兰；17-减速机；18-顶垫；21-取芯打孔机主体；22-控制箱；23-远程控制平台；24-智能供水系统；31-第一电缆；32-通讯电缆；33-第二电缆；34-进水管；35-回水管；36-电流模块；37-震动传感器；38-按钮；39-底座升降电机；40-速度传感器；41-离心传感器；42-供水泵；43-回水泵；44-距离传感器；51-拱顶二衬混凝土层。
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”、“垂直”、“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。
实施例一
如图1至图6所示，本发明提供的拱顶混凝土现场取样检测装置包括：取芯打孔机主体21、控制箱22和智能供水系统24；
所述取芯打孔机主体21包括升降底座1、钻头13升降系统、水钻系统和上集水器14；所述升降底座1带动所述钻头13升降系统升降，所述钻头13升降系统带动所述水钻系统升降，所述水钻系统上设置有速度传感器40；
所述钻头13升降系统上设置有压力传感器6和距离传感器44，所述速度传感器40、压力传感器6和距离传感器将测量的数字发送至所述控制箱22，所述控制器控制所述水钻系统的升降；
所述智能供水系统24包括水箱，所述水箱通过水泵和进水管34与所述水钻系统连通，所述控制箱22与所述水泵连接；
所述钻头13升降系统包括升降电机5和升降板3，所述升降电机5带动所述升降板3升降，所述升降板3与所述水钻系统连接；
所述距离传感器和压力传感器6设置在所述升降板3上，所述控制器与所述升降电机5连接；所述水钻系统包括水钻电机10和钻头13，所述水钻电机10通过连接杆12带动所述钻头13升降，上集水器14对应于所述钻头13顶部设置；所述速度传感器40设置在所述连接杆12上，所述控制器与所述水钻电机10连接；所述钻头13上设置有与所述控制器连接的离心传感器41；
顶板4上设置有震动传感器37，所述震动传感器37将信号发送至所述控制器；还包括与所述控制器连接的远程控制平台23。
本发明提供的拱顶混凝土现场取样检测装置中所述速度传感器40、压力传感器6和距离传感器将测量的数字发送至所述控制箱22。通过各种传感器反馈的信息可以智能地根据情况调节钻头13的转速、升钻的速度等参数不仅避免了钻头13抱死或打透防水板等情况，同时可以进行拱顶混凝土强度检测进、匀质性检测、密实度检测，具有使用方便和安全性能高等优点。
在上述任意方案中，进一步地，所述上集水器14通过回水管35与所述水箱连通；所述升降板3上设置有用于集水的下集水器11，所述下集水器11通过回水管35与所述水箱连通。
在上述任意方案中，进一步地，所述升降底座1顶部设置有固定座2，所述升降底座1内设置有驱动所述固定座2升降的驱动装置；
所述控制器与所述驱动装置连接；
所述取芯打孔机主体21还包括顶板4，所述升降底座1与所述顶板4之间设置有滑动导轨，所述升降板3能够移动地设置在所述滑动导轨上；
所述顶板4上设置有顶垫18，所述顶垫18与拱顶二衬混凝土层51连接。
在上述任意方案中，进一步地，所述水箱设置有高压供水泵以及配套的高效回水泵43、水过滤层和水量检测装置。
一种拱顶混凝土现场取样检测装置，是集成了多个功能为一体的装置，其中包括：防水功能，防触电功能，无损固定功能，防止打穿防水板功能，防卡夹钻功能，防过载功能，节水功能。
所述防水功能，是指防止水钻在取芯过程中由于钻头13旋转造成污水飞溅，解决方法是在水钻的头部增加上集水器14，用于收集钻头13旋转飞溅出来的污水。
所述防触电功能，是指防止水钻电机10因为水造成的漏电，引发的人员触电伤害，解决方法是在水钻电机10上部设置上集水器14，用于收集延竖直钻头13流向水钻电机10的污水，防止污水流入到水钻电机10内部，造成漏电，同时在电机电路中设置高精度的漏电保护器。
所述无损固定功能，是指将水钻固定到需要取芯的混凝土正下方，解决方案是将水钻固定在一个龙门架两个立柱的中间，水钻的钻头13与龙门架平行，水钻可以在升降系统的作用下沿着龙门架的两个立柱上下移动，带动钻头13上下运动，完成取芯作业。龙门架的下端固定在升降底座1上，升降底座1可以抬升龙门架使其顶住混凝土，并且在龙门架顶板4设置有橡胶或者聚氨酯类等材质的顶垫18，一方面可以通过龙门架顶板4和上集水器14形成密闭空间，防止污水飞溅，一方面可以与混凝土产生压力和摩擦力，防止取芯过程中的晃动。
所述防止打穿防水板方功能，是指水钻在打穿混凝土层之后立刻停止转动和上升，防止打穿紧挨着混凝土层的防水板。解决方法是：采用电流传感器、压力传感器6、转速传感器和位移传感器的反馈信号来实时判断钻头13的工作状态，根据状态对钻头13和升钻电机进行控制防止打穿防水板的方法。
所述防卡夹钻功能，主要是采用电流传感器、压力传感器6和转速传感器的反馈信号来实时判断钻头13的工作状态，根据状态对钻头13和升钻电机进行控制防止卡夹钻头13的方法。
所述防过载功能，在取芯过程中采用电流传感器、震动传感器37的反馈防止各种情况造成水钻电机10的电流过载的方法。
节水功能，是指水钻在拱顶对二衬混凝土取芯时，多在10米以上的高空作业，所以水钻供水也是一项非常难得事情，所以才用了水循环使用的方法。
本发明还提供了一种应用如上所述的拱顶混凝土现场取样检测装置进行检测的方法，其特征在于，
具体步骤为：
S1、在钻头13顶部设置上集水器14，用于收集钻头13旋转飞溅出来的污水且防止导电；
S2、水钻电机10上部设置下集水器11，用于收集延竖直钻头13流向水钻电机10的污水；
S3、在顶板4上设置有顶垫18，将水钻固定到需要取芯的混凝土正下方；
S4、电流传感器、压力传感器6、转速传感器和位移传感器的反馈信号来实时判断钻头13的工作状态，根据状态对钻头13和升降电机5进行控制防止打穿防水板；
S5、电流传感器、压力传感器6和转速传感器的反馈信号来实时判断钻头13的工作状态，根据状态对钻头13和升降电机5进行控制防止卡夹钻头13的方法；
S6、采用电流传感器、震动传感器37的反馈防止各种情况造成升降电机5的电流过载；
S7、采用智能循环水系统包括：高压供水泵以及配套的高效回水泵43、水槽、水过滤层、水量检测装置、以及水质检测器。
在上述任意方案中，进一步地，步骤S4中防止打穿防水板的具体步骤为：
S41、在水钻电路中接入电流传感器，实时检测的水钻电机10输入电流为I，在启动时空载电流自动设置为I1，当水钻在钻取混凝土时，水钻电流增加为负荷电流I2(一般I2＝1.2-2.4倍的I1)，在钻取混凝土时计算前3秒的平均电流为I0，当实时电流I突然降低并且到数值低于0.4-0.8倍I0，则认为混凝土层已经打穿，需要立即停止水钻转动和上升；
S42、在水钻上增加压力传感器6，用于检测水钻在工作中的压力，实时检测的压力为P，在钻取混凝土时计算前3秒的平均压力为P0，当实时压力P突然降低并且到数值低于0.3-0.85倍P0，则认为混凝土层已经打穿，需要立即停止水钻转动和上升；
S43、在水钻的钻头13上安装转速传感器，用于检测水钻在工作中钻头13的转速，实时检测的转速为S，在钻取混凝土时计算前3秒的平均转速为S0，当实时转速S突然升高并且到数值高于1.2-1.8倍S0，则认为混凝土层已经打穿，需要立即停止水钻转动和上升；
进一步，防止打穿防水板的具体步骤还包括：
S44、在水钻上加装位移传感器，可以知道水钻在取芯过程中上升的距离L；提前通过输入混凝土设计厚度或者雷达检测厚度L0，当水钻上升距离接近输入混凝土设计厚度或者雷达检测厚度时(L0-L≤5MM)，提前降低转速和上升速度。
在上述任意方案中，进一步地，步骤S5中防止卡夹钻头13的具体步骤还包括：
采用了智能的高压冲洗系统以及配套的高效回水泵43，实时检测的转速为S，在钻取混凝土时计算前3秒的平均转速为S0，实时检测的压力为P，在钻取混凝土时计算前3秒的平均压力为P0，实时检测的电流为I，在钻取混凝土时计算前3秒的平均电流为I0；当实时转速S突然降低并且到数值低于0.4-0.7倍S0，同时实时压力P突然降低并且到数值低于0.3-0.85倍P0、实时电流I突然增加并且到数值高于1.2-2.0倍I0，则智能的高压冲洗系统以及高效回水泵43的功率会根据上述变化进行大幅度的增加，将造成卡夹钻混凝土的掉块或者松动的混凝土集料冲刷出来；当水钻工作正常之后，智能的高压冲洗系统以及高效回水泵43的功率也会回复正常。
在上述任意方案中，进一步地，进行拱顶混凝土强度检测，采用恒压力方式时，检测水钻在工作中的压力P1，并以此恒定不变，当水钻在钻取混凝土时，检测水钻电流I2，根据水钻电流I2的大小判断混凝土的强度，如果水钻电流I2大于特定值，则判断该混凝土强度合格，如果水钻电流I2小于特定值，则判断该混凝土强度不合格；
采用恒电流方式时，检测水钻在工作中的水钻电流I2，并以此恒定不变，当水钻在钻取混凝土时，检测在工作中的压力P1，根据水钻在工作中的压力P1的大小判断混凝土的强度，如果水钻在工作中的压力P1大于特定值，则判断该混凝土强度合格，如果水钻在工作中的压力P1小于特定值，则判断该混凝土强度不合格。
在上述任意方案中，进一步地，还包括与所述控制器连接的远程控制平台23。远程控制平台23通过通讯电缆32与控制箱22连接，控制箱22通过第一电缆31与取芯打孔机主体21连接，控制箱22通过第二电缆33与水泵连接。
具体地，所述远程控制平台23内包含触摸屏、急停开关、固定支架，远程控制平台23可以远离取芯打孔机主体21进行各种操作以及观察取芯打孔机的工作状态。
升降底座1在钻孔前升高直至顶板4将顶垫18压紧在拱顶二衬混凝土层51下，保证钻孔过程的平稳；钻头13升降系统包括升降板3、升降电机5、丝杠7，在钻孔过程中带动水钻电机10和钻头13的上下运行；固定座2上设置有第一滑动导轨8和第二滑动导轨9，滑动导轨上连顶板4，升降电机5设置在固定座2一端，上连丝杠7，水钻电机10与升降板3固定连接，距离传感器、下集水器11固定在升降板3上，上集水器14和下集水器11收集打孔后的废水，水钻电机10与连接杆12连接，钻头13固定在连接杆12的上端；连接杆12内有速度传感器，钻头13顶端有离心传感器，顶板4内有震动传感器，各种传感器将取芯打孔机的各种工作状态传递给控制箱22内的主控器。所述控制箱22内包含主控器、交流接触器、电机驱动器、断路器、电流检测模块等。
本发明提供的拱顶混凝土现场取样检测装置，自动模式的工作过程如下：根据取芯规格换上所需取芯钻头13，将所述的取芯打孔机主体21平稳放置于台车以后，启动底座的升降电机5，直至顶板4通过顶垫18与拱顶二衬混凝土层51压紧；通过远程控制平台23启动自动钻孔程序，升降电机5启动上升，水钻电机10启动，当钻头13开始钻孔时，水箱内水泵启动，通过进水管34给水钻电机10上水，水槽内的水通过回水管35回收至水箱；在钻孔过程中，压力传感器6和距离传感器、震动传感器、速度传感器、离心传感器与控制箱22内的主控器相连，实时将各种参数传给主控器，主控器根据数据判断出取芯打孔机的工作状态。
钻孔过程中如遇到较硬部分或者打到钢筋时，如遇到钻头13卡死的情况，则手动控制升降电机5和水钻电机10先停止上升打孔状态，下降一段距离后再次恢复打孔进程；待打穿混凝土层后，手动停止水泵工作，通过按钮操作升降电机5反转进入下降状态，待钻头13退出起始开钻的位置时，通过按钮38停止水钻电机10，待水钻电机10退到最底部时，通过按钮停止升降电机5，取芯过程结束。
控制流程参照图4，其中主控器主要以压力反馈为主，电流反馈为辅助的手段判断特殊状态和打穿状态；电流模块36用于判断电流值，压力传感器将数据传输到压力模块，压力模块用于判断压力值，其余传感器也将数据传输到模块，模板将数据传输至控制器。
压力判断以钻孔前压力值做归零校正，以正常钻孔状态的前几秒打孔进程的压力值作为平均值，压力值突变作为特殊状态的判断依据，压力变低超过一定幅度判断为打穿状态，压力增加超过一定幅度判断为打孔异常状态；电流判断以正常钻孔状态的前几秒的电流值作为平均值，电流值突变作为特殊状态的判断依据，电流变低超过一定幅度判断为打穿状态，电流增加超过一定幅度判断为打孔异常状态；主控器在每次工作的前段时间根据初始一端时间的数据反馈智能地判定二衬混凝土的特性以配合相应打孔进程。钻孔过程中如遇到较硬部分或者打到钢筋时(异常状态)，主控器会自动根据实时情况降低升降电机5和水钻电机10的转速，待打穿上述部分时恢复正常钻孔速度；如遇到钻头13卡死的情况，则控制钻头13升降电机5和水钻电机10先停止上升打孔状态，下降一段距离后再次启动打孔进程；待打穿混凝土层后，水泵停止工作，钻头13升降电机5反转进入下降状态，待钻头13退出起始开钻的位置时，水钻电机10停转，待水钻电机10退到最底部时，钻头13升降电机5停止，取芯过程结束。
本发明提供的拱顶混凝土现场取样检测装置具有以下优点：1、钻顶取芯过程实现自动化控制，人员无需在台车操作，可以通过远程控制平台23的触摸屏就行操作和实时监控，解决了可能危及人身安全的问题。
2、升降底座1，可以在取芯之前将取芯打孔机顶板4升高直至顶住拱顶，可有效减少取芯打孔机在钻孔取芯过程中的晃动，延长了钻头13使用寿命，提高了取芯的质量；
3、在取芯的过程中，通过各种传感器的反馈控制系统可以智能地根据情况调节钻头13的转速、升钻的速度等参数，保证了不会发生电机烧毁或者钻头13报废等情况；
4、在取芯的过程中，过程中产生的污水通过水槽回流至水箱，净化过后的水继续通过水泵输送至电机，水的反复使用一是解决了污水乱溅的情况，二是解决了需要经常给水箱补水的情况。
5、因为控制系统对取芯过程参数的全程监控和智能算法的存在，确保了准确地判断出打透混凝土砂浆层的时机，控制系统会直接结束上升钻孔的工作状态进入下一操作步骤，避免了打透防水板造成漏水等严重后果，可以保证完整地取出样芯。也可以按照其他的比如深度等要求进行取芯。
综上所述，本发明提供的拱顶混凝土现场取样检测装置中所述速度传感器、压力传感器和距离传感器将测量的数字发送至所述控制箱。通过各种传感器反馈的信息可以智能地根据情况调节钻头的转速、升钻的速度等参数不仅避免了钻头抱死或打透防水板等情况，同时可以进行拱顶混凝土强度检测进、匀质性检测、密实度检测，具有使用方便和安全性能高等优点。
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
实施例二
钻孔过程中如遇到较硬部分或者打到钢筋时，如遇到钻头13卡死的情况，则手动控制升降电机5和水钻电机10先停止上升打孔状态，下降一段距离后再次恢复打孔进程；待打穿混凝土层后，手动停止水泵工作，通过按钮操作升降电机5反转进入下降状态，待钻头13退出起始开钻的位置时，通过按钮38停止水钻电机10，待水钻电机10退到最底部时，通过按钮停止升降电机5，取芯过程结束，其余同实施例一，此处不再赘述。
控制流程参照图4，其中主控器主要以压力反馈为主，电流反馈为辅助的手段判断特殊状态和打穿状态；电流模块36用于判断电流值，压力传感器将数据传输到压力模块，压力模块用于判断压力值，其余传感器也将数据传输到模块，模板将数据传输至控制器。
压力判断以钻孔前压力值做归零校正，以正常钻孔状态的前几秒打孔进程的压力值作为平均值，压力值突变作为特殊状态的判断依据，压力变低超过一定幅度判断为打穿状态，压力增加超过一定幅度判断为打孔异常状态；电流判断以正常钻孔状态的前几秒的电流值作为平均值，电流值突变作为特殊状态的判断依据，电流变低超过一定幅度判断为打穿状态，电流增加超过一定幅度判断为打孔异常状态；主控器在每次工作的前段时间根据初始一端时间的数据反馈智能地判定二衬混凝土的特性以配合相应打孔进程。钻孔过程中如遇到较硬部分或者打到钢筋时(异常状态)，主控器会自动根据实时情况降低升降电机5和水钻电机10的转速，待打穿上述部分时恢复正常钻孔速度；如遇到钻头13卡死的情况，则控制钻头13升降电机5和水钻电机10先停止上升打孔状态，下降一段距离后再次启动打孔进程；待打穿混凝土层后，水泵停止工作，钻头13升降电机5反转进入下降状态，待钻头13退出起始开钻的位置时，水钻电机10停转，待水钻电机10退到最底部时，钻头13升降电机5停止，取芯过程结束。
本发明提供的取芯装置具有以下优点：1、钻顶取芯过程实现自动化控制，人员无需在台车操作，可以通过远程控制平台23的触摸屏就行操作和实时监控，解决了可能危及人身安全的问题。
2、升降底座1，可以在取芯之前将取芯打孔机顶板4升高直至顶住拱顶，可有效减少取芯打孔机在钻孔取芯过程中的晃动，延长了钻头13使用寿命，提高了取芯的质量；
3、在取芯的过程中，通过各种传感器的反馈控制系统可以智能地根据情况调节钻头13的转速、升钻的速度等参数，保证了不会发生电机烧毁或者钻头13报废等情况；
4、在取芯的过程中，过程中产生的污水通过水槽回流至水箱，净化过后的水继续通过水泵输送至电机，水的反复使用一是解决了污水乱溅的情况，二是解决了需要经常给水箱补水的情况。
5、因为控制系统对取芯过程参数的全程监控和智能算法的存在，确保了准确地判断出打透混凝土砂浆层的时机，控制系统会直接结束上升钻孔的工作状态进入下一操作步骤，避免了打透防水板造成漏水等严重后果，可以保证完整地取出样芯。也可以按照其他的比如深度等要求进行取芯。
综上所述，本发明提供的取芯装置中所述速度传感器、压力传感器和距离传感器将测量的数字发送至所述控制箱。通过各种传感器反馈的信息可以智能地根据情况调节钻头的转速、升钻的速度等参数不仅避免了钻头抱死或打透防水板等情况，同时能够调整水泵供水水量的大小，具有使用方便和安全性能高等优点。
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。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种拱顶混凝土现场取样检测装置，其特征在于，包括：取芯打孔机主体、控制箱和智能供水系统；
所述取芯打孔机主体包括升降底座、钻头升降系统、水钻系统和上集水器；所述升降底座带动所述钻头升降系统升降，所述钻头升降系统带动所述水钻系统升降，所述水钻系统上设置有速度传感器；
所述钻头升降系统上设置有压力传感器和距离传感器，所述速度传感器、压力传感器和距离传感器将测量的数字发送至所述控制箱，所述控制器控制所述水钻系统的升降；
所述智能供水系统包括水箱，所述水箱通过水泵和进水管与所述水钻系统连通，所述控制箱与所述水泵连接；
所述钻头升降系统包括升降电机和升降板，所述升降电机带动所述升降板升降，所述升降板与所述水钻系统连接；
所述距离传感器和压力传感器设置在所述升降板上，所述控制器与所述升降电机连接；所述水钻系统包括水钻电机和钻头，所述水钻电机通过连接杆带动所述钻头升降，上集水器对应于所述钻头顶部设置；所述速度传感器设置在所述连接杆上，所述控制器与所述水钻电机连接；所述钻头上设置有与所述控制器连接的离心传感器；
顶板上设置有震动传感器，所述震动传感器将信号发送至所述控制器；还包括与所述控制器连接的远程控制平台。
2.根据权利要求1所述的拱顶混凝土现场取样检测装置，其特征在于，
所述上集水器通过回水管与所述水箱连通；所述升降板上设置有用于集水的下集水器，所述下集水器通过回水管与所述水箱连通。
3.根据权利要求1所述的拱顶混凝土现场取样检测装置，其特征在于，
所述升降底座顶部设置有固定座，所述升降底座内设置有驱动所述固定座升降的驱动装置；
所述控制器与所述驱动装置连接；
所述取芯打孔机主体还包括顶板，所述升降底座与所述顶板之间设置有滑动导轨，所述升降板能够移动地设置在所述滑动导轨上；
所述顶板上设置有顶垫，所述顶垫与拱顶二衬混凝土层连接。
4.根据权利要求1所述的拱顶混凝土现场取样检测装置，其特征在于，
所述水箱设置有高压供水泵以及配套的高效回水泵、水过滤层和水量检测装置。
5.一种应用如权利要求1-4任意一项所述的拱顶混凝土现场取样检测装置进行检测的方法，其特征在于，
具体步骤为：
S1、在钻头顶部设置上集水器，用于收集钻头旋转飞溅出来的污水且防止导电；
S2、水钻电机上部设置下集水器，用于收集延竖直钻头流向水钻电机的污水；
S3、在顶板上设置有顶垫，将水钻固定到需要取芯的混凝土正下方；
S4、电流传感器、压力传感器、转速传感器和位移传感器的反馈信号来实时判断钻头的工作状态，根据状态对钻头和升降电机进行控制防止打穿防水板；
S5、电流传感器、压力传感器和转速传感器的反馈信号来实时判断钻头的工作状态，根据状态对钻头和升降电机进行控制防止卡夹钻头的方法；
S6、采用电流传感器、震动传感器的反馈防止各种情况造成升降电机的电流过载；
S7、采用智能循环水系统包括：高压供水泵以及配套的高效回水泵、水槽、水过滤层、水量检测装置、以及水质检测器。
6.根据权利要求5所述的检测的方法，其特征在于，步骤S4中防止打穿防水板的具体步骤为：
S41、在水钻电路中接入电流传感器，实时检测的水钻电机输入电流为I，在启动时空载电流自动设置为I1，当水钻在钻取混凝土时，水钻电流增加为负荷电流I2(一般I2＝1.2-2.4倍的I1)，在钻取混凝土时计算前3秒的平均电流为I0，当实时电流I突然降低并且到数值低于0.4-0.8倍I0，则认为混凝土层已经打穿，需要立即停止水钻转动和上升；
S42、在水钻上增加压力传感器，用于检测水钻在工作中的压力，实时检测的压力为P，在钻取混凝土时计算前3秒的平均压力为P0，当实时压力P突然降低并且到数值低于0.3-0.85倍P0，则认为混凝土层已经
打穿，需要立即停止水钻转动和上升；
S43、在水钻的钻头上安装转速传感器，用于检测水钻在工作中钻头的转速，实时检测的转速为S，在钻取混凝土时计算前3秒的平均转速为S0，当实时转速S突然升高并且到数值高于1.2-1.8倍S0，则认为混凝土层已经打穿，需要立即停止水钻转动和上升；
进一步，防止打穿防水板的具体步骤还包括：
S44、在水钻上加装位移传感器，可以知道水钻在取芯过程中上升的距离L；提前通过输入混凝土设计厚度或者雷达检测厚度L0，当水钻上升距离接近输入混凝土设计厚度或者雷达检测厚度时(L0-L≤5MM)，提前降低转速和上升速度。
7.根据权利要求5所述的检测的方法，其特征在于，步骤S5中防止卡夹钻头的具体步骤还包括：
采用了智能的高压冲洗系统以及配套的高效回水泵，实时检测的转速为S，在钻取混凝土时计算前3秒的平均转速为S0，实时检测的压力为P，在钻取混凝土时计算前3秒的平均压力为P0，实时检测的电流为I，在钻取混凝土时计算前3秒的平均电流为I0；当实时转速S突然降低并且到数值低于0.4-0.7倍S0，同时实时压力P突然降低并且到数值低于0.3-0.85倍P0、实时电流I突然增加并且到数值高于1.2-2.0倍I0，则智能的高压冲洗系统以及高效回水泵的功率会根据上述变化进行大幅度的增加，将造成卡夹钻混凝土的掉块或者松动的混凝土集料冲刷出来；当水钻工作正常之后，智能的高压冲洗系统以及高效回水泵的功率也会回复正常。
8.根据权利要求5所述的检测的方法，其特征在于，进行拱顶混凝土强度检测，采用恒压力方式时，检测水钻在工作中的压力P1，并以此恒定不变，当水钻在钻取混凝土时，检测水钻电流I2，根据水钻电流I2的大小判断混凝土的强度，如果水钻电流I2大于特定值，则判断该混凝土强度合格，如果水钻电流I2小于特定值，则判断该混凝土强度不合格；
采用恒电流方式时，检测水钻在工作中的水钻电流I2，并以此恒定不变，当水钻在钻取混凝土时，检测在工作中的压力P1，根据水钻在工作中的压力P1的大小判断混凝土的强度，如果水钻在工作中的压力P1大于特定值，则判断该混凝土强度合格，如果水钻在工作中的压力P1小于特定值，则判断该混凝土强度不合格。
9.根据权利要求8所述的检测的方法，其特征在于，进行拱顶混凝土匀质性检测：采用恒压力方式时，检测水钻在工作中的压力P1，并以此恒定不变，当水钻在钻取混凝土时，检测水钻电流I2，如果在整个取样过程中电流值I2变化不大，或者不变化，则认为混凝土的匀质性很好，如果变化变化很大，则认为混凝土的匀质性很差；
采用恒电流方式时，检测水钻在工作中的水钻电流I2，并以此恒定不变，当水钻在钻取混凝土时，检测在工作中的压力P1，如果在整个取样过程中压力P1变化不大，或者不变化，则认为混凝土的匀质性很好，如果变化变化很大，则认为混凝土的匀质性很差。
10.根据权利要求5所述的检测的方法，其特征在于，进行拱顶混凝土密实度检测：采用恒压力方式时，检测水钻在工作中的压力P1，并以此恒定不变，当水钻在钻取混凝土时，检测水钻电流I2，如果在整个取样过程中电流值I2变化不大，并且大于特定值，则认为混凝土的密实度很好；
采用恒电流方式时，检测水钻在工作中的水钻电流I2，并以此恒定不变，当水钻在钻取混凝土时，检测在工作中的压力P1，如果在整个取样过程中压力P1变化不大，并且大于特定值，则认为混凝土的密实度很好。
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