CN110940286A - 一种用于隧道围岩变形非接触监测的优化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于隧道围岩变形非接触监测的优化装置，主要涉及隧道探测技术领域。包括包括第一安装架、第二安装架、行走机构、检测模块；第一安装架和第二安装架沿本装置的行走方向前后对称设置，且具有相互靠拢的趋势，第二安装架上通过轴承转动安装有调节筒，调节筒上固定有将其垂直贯穿的内管，内管竖直设置且底端设有配重块，所述监测模块设置在内管的顶端，所述监测模块为激光雷达探测头，本发明的有益效果在于：能够沿隧道深度前行并获得连续的扫描数据，降低恶劣环境的干扰，建立完整准确的数据模型。

Description

一种用于隧道围岩变形非接触监测的优化装置

技术领域

本发明涉及隧道探测技术领域，具体是一种用于隧道围岩变形非接触监测的优化装置。

背景技术

重大工程结构(如隧道、桥梁和水坝等)的安全监测一直是国内外工程领域广泛关注的重要研究课题。其常规监测技术多以点式电测方式为主，而用于应变测量的传感元件主要为电阻应变片和钢弦计，但电阻应变片发生的零点漂移会使其长期测试结果失真严重；钢弦计的灵敏度较好，但因钢弦丝长期处于张紧状态，蠕变对其影响较大。此外，常规的电类传感器普遍存在寿命短、测量易受环境影响、易受电磁干扰、不能进行实时在线监测和不能实现分布测量等缺点。但工程结构的渐变性决定监测系统不仅应具备高精度和长期稳定性，而且要求实时监测数据的准确性以及恶劣条件下测读数据的可靠性。由此可见，常规的电类传感器已逐渐不能满足对重大工程结构安全的长期监测要求。如何在恶劣环境下实现非接触检测，并提高非接触检测扫描数据的准确性，降低恶劣环境的干扰，并获得连续的扫描数据，建立完整的数据模型，是本领域的核心探讨方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于隧道围岩变形非接触监测的优化装置，它能够沿隧道深度前行并获得连续的扫描数据，降低恶劣环境的干扰，建立完整准确的数据模型。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种用于隧道围岩变形非接触监测的优化装置，包括第一安装架、第二安装架、行走机构、检测模块；

所述第一安装架和第二安装架沿本装置的行走方向前后对称设置，所述第二安装架上通过轴承转动安装有调节筒，所述调节筒的转动轴与行进方向相对应，所述调节筒上固定有将其垂直贯穿的内管，所述内管竖直设置且底端设有配重块，所述监测模块设置在内管的顶端，所述监测模块为激光雷达探测头，所述第一安装架与第二安装架之间设有用于拉近二者的拉力弹簧，所述第一安装架的两侧对称的铰接有第一上连杆，所述第二安装架的两侧对称的铰接有第二上连杆，所述第一上连杆的末端与第二上连杆的末端铰接连接并可转动的安装有支撑轮，

所述第一安装架的底端铰接有第一下连杆，所述第二安装架的底端铰接有第二下连杆，所述第一下连杆的底端与第二下连杆的底端铰接连接，且铰接在行走机构上，所述行走机构上安装有行走轮，所述行走机构用于在隧道内的地面上行走。

行走机构包括底板，所述底板的左右两侧对称固定安装有行走架，每个行走架上沿其长度方向线性阵列有不少于两个安装位，所述安装位包括第一铰接位和第二铰接位；

所述第二铰接位设置于第一铰接位的后方，且所述第二铰接位位于第一铰接位的上方，所述第二铰接位上铰接有轮架，所述轮架上设有第一折弯部和第二折弯部，所述第一折弯部为直角，所述第一折弯部使轮架的延伸方向自水平折弯至向下，所述第二折弯部使轮架自向下延伸折弯为向后延伸，所述第二折弯部为120度，所述轮架的末端安装有行走轮，

所述第一铰接位上铰接有减震杆，所述减震杆上设有减震弹簧，所述减震杆的底端铰接在第二折弯部上。

所述减震杆是液压伸缩杆。

所述第一铰接位与第二铰接位所在的直线方向与行走方向所在直线呈15-40度夹角。

所述底板上设有铰接座，所述第一下连杆和第二下连杆的末端均铰接在铰接座上。

所述第一安装架和第二安装架均为环形金属架，所述第一安装架上居中的设有将其贯穿的第一安装圈，所述第二安装架上居中的设有将其贯穿的第二安装圈，所述第一安装圈上固定有安装盘，所述安装盘上居中的设有向第二安装架方向延伸的连接杆，所述连接杆远离安装盘的一端设有弹簧座，所述调节筒的长度方向与连接杆的长度方向相对应，所述调节筒贯穿第二安装圈，所述调节筒与第一安装架相邻的端面上设有过孔，所述过孔用以使连接杆贯穿而使弹簧座位于安装筒内，所述拉力弹簧设置于安装筒内，并套接在连接杆上，所述弹簧的两端分别与弹簧座及调节筒的内端相接触。

对比现有技术，本发明的有益效果在于：

通过第一安装架靠近第二安装架，能够使第一上连杆与第二上连杆的铰接角度变小，从而使支撑轮能够向两侧顶在穹顶的弧形顶壁上，使本装置能够沿着隧道行进，具体优势在于：

两个支撑轮在两侧顶在隧道上部两侧的穹顶上，隧道顶部施工为弧形拱顶，故结合本结构能够有利于使本装置行走在隧道的中央，其在隧道截面上保持居中的位置，能够配合检测模块，在获得截面上的二维数据的时候，才能更加准确。

当隧道发生拐弯等深度方向的路线变化的时候，上述结构能够自动适应隧道的路线变化，而使其行走方向与隧道的延伸方向相一致。配合上述行走机构及第一安装架和第二安装架上的相关结构，能够获得沿隧道的行走方向，在不同深度点位上的连贯二维数据。

检测模块结合行走机构的行走速度，提供了高采样率，和密点采集，能够在深度方向上实现连续三维的数据模型，对判断隧道围岩变形提供可靠准确的基础数据支持。无论车体如何颠簸和摆动，都能够保持竖直的状态，也就是让顶部的监测模块能够保持向上的端正位置，避免本装置行走颠簸和摆动对信号撒送和接受识别的影响，保证对扫描的二维数据的准确性，即使对微小离变量的识别能力也能够甄别，大大增强变形识别能力，有效降低漏检率。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是本发明的结构示意图。

附图3是本发明的结构示意图。

附图4是本发明结构示意图。

附图5是本发明结构示意图。

附图中所示标号：

1、第一安装架；2、第二安装架；3、调节筒；4、拉力弹簧；5、连接杆；6、第一上连杆；7、第二上连杆；8、支撑轮；9、内管；10、配重块；11、检测模块；12、底板；13、行走架；14、第一铰接位；15、第二铰接位；16、轮架；17、减震弹簧；18、减震杆。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。

实施例1：一种用于隧道围岩变形非接触监测的优化装置

本示例的具体结构是：

包括前后设置的第一安装架1、第二安装架2、行走机构、检测模块11。

所述行走机构用于在隧道内的地面上行走，并作为支撑本装置的载体。由于隧道内在施工过程中，路面(最后施工的部分)往往高低颠簸，而且可能存在石块等阻碍物，在施工环境下沿隧道深处前行，需要对施工环境进行适应。本行走机构包括底板12，所述底板12用于安装和支持上述组件，所述底板12的左右两侧对称固定安装有行走架13，每个行走架13上沿其长度方向线性阵列有不少于两个安装位，本示例中，每个行走架13上设置前后两个安装位。

设置行走机构的行走方向为前端，所述安装位包括第一铰接位14和第二铰接位15，所述第二铰接位15设置于第一铰接位14的后方，且所述第二铰接位15位于第一铰接位14的上方。

所述第二铰接位15上铰接有轮架16，所述轮架16上设有第一折弯部和第二折弯部，所述第一折弯部为直角，所述第一折弯部使轮架16的延伸方向自水平折弯至向下，所述第二折弯部使轮架16自向下延伸折弯为向后延伸，所述第二折弯部为120度，所述轮架16的末端安装有行走轮。通过第一折弯部，使轮架16能够让位出与后述减震组件配合的位置，所述第二折弯部使轮架16及行走轮向后延伸，当遇到石块等阻挡物的时候，具有以第二铰接位15为转动点向上摆动的流畅效果，便于向上翘起和摆动，从而顺利的通过崎岖路段，避免底面起伏对车体的前行造成起伏影响，通过轮架16的摆动吸收地面不平的影响。

所述第一铰接位14与第二铰接位15所在的直线方向与行走方向所在直线呈15-40度夹角。所述第一铰接位14上主要用于安装减震组件，具体是第一铰接位14上铰接有减震杆18，所述减震杆18上设有减震弹簧17，所述减震杆18可以是液压伸缩杆，如本示例的附图所示，所述减震杆18的底端铰接在第二折弯部上，从而对轮架16形成多维度的减震，既能够对其摆动进行约束减震，，可以使其相对减震弹簧17伸缩量方向实现减震。适应隧道内复杂崎岖的施工环境路面。

所述第一安装架1和第二安装架2均为环形金属架，所述第一安装架1和第二安装架2前后相对对称设置，如附图所示，所述第一安装架1和第二安装架2的外侧具有楔形的倾斜端面。

所述第一安装架1上居中的设有将其贯穿的第一安装圈，所述第二安装架2上居中的设有将其贯穿的第二安装圈。

所述第一安装圈上固定有安装盘，所述安装盘上居中的设有向第二安装架2方向延伸的连接杆5，所述连接杆5远离安装盘的一端设有弹簧座。

所述第二安装圈内通过轴承可转动的安装有调节筒3，所述调节筒3的长度方向与连接杆5的长度方向相对应，所述调节筒3贯穿第二安装圈，所述调节筒3与第一安装架1相邻的端面上设有过孔，所述过孔用以使连接杆5贯穿而使弹簧座位于安装筒内，所述安装筒位于第一安装架1到第二安装架2之间的部分内部设有拉力弹簧4，所述拉力弹簧4套在连接杆5的外部，所述拉力弹簧4设置于调节筒3的内端端面与弹簧座之间，具有第一安装架1与第二安装架2拉近的弹性力，用以使第一安装架1靠近第二安装架2。

所述第一安装架1的上半部左右对称的设有第一上铰接位，所述上铰接位上铰接有第一上连杆6，所述第一安装架1的底部居中的设有第一下铰接位，所述下铰接位上铰接有第一下连杆；

所述第二安装架2的上半部左右对称的设有第二上铰接位，所述上铰接位上铰接有第二上连杆7，所述第二安装架2的底部居中的设有第二下铰接位，所述下铰接位上铰接有第二下连杆；

所述第一上连杆6与第二上连杆7的末端铰接连接，且铰接处安装有上支撑轮8，具体是所述第一上连杆6与第二上连杆7的末端铰接在上轮轴上，所述上轮轴的两端可转动的安装支撑轮8。

所述第二下连杆与第一下连杆的末端铰接连接在行走机构上，具体是所述底板12的顶面上设有铰接座，所述第二下连杆和第一下连杆铰接在铰接座上。

通过第一安装架1靠近第二安装架2，能够使第一上连杆6与第二上连杆7的铰接角度变小，从而使支撑轮8能够向两侧顶在穹顶的弧形顶壁上，使本装置能够沿着隧道行进，具体优势在于：

两个支撑轮8在两侧顶在隧道上部两侧的穹顶上，隧道顶部施工为弧形拱顶，故结合本结构能够有利于使本装置行走在隧道的中央，其在隧道截面上保持居中的位置，能够配合检测模块11，在获得截面上的二维数据的时候，才能更加准确。

当隧道发生拐弯等深度方向的路线变化的时候，上述结构能够自动适应隧道的路线变化，而使其行走方向与隧道的延伸方向相一致。配合上述行走机构及第一安装架1和第二安装架2上的相关结构，能够获得沿隧道的行走方向，在不同深度点位上的连贯二维数据。

所述监测模块安装在第二安装架2上，当行进到较大阻挡物的时候，第一安装架1率先撞击障碍物，通过上连杆及拉力弹簧4的缓冲作用，能够保护后端监测模块的完好，避免电子件的损坏。

所述调节筒3贯穿第二安装圈的外端部分设有上下贯通的安装通道，所述安装通道内固定连接有内管9，所述监测模块固定在所述内管9的顶端。

所述监测模块具体是激光雷达探测头，采用高性能激光雷达探测仪，具体可以选择SIMINICS研发的PAVO激光雷达探测仪，采用飞行时间远离设计，通过对激光脉冲反射过程的精密时间测量，获得高精度的距离信息，配合电机旋转完成对周围环境的二维扫描。从而获得隧道内沿长度方向某一位置截面的穹顶数据，与阈值对比获得变形数据。本探测头能够实现20m范围内的可靠测量，角度范围270°，远高于三角雷达的测距性能，并具有0.08°的最小角分辨率，对周围环境精细还原，通过设置电机转速，从而输出点云图像帧率在10-30Hz范围内调节，结合行走机构的行走速度，提供了高采样率，和密点采集，能够在深度方向上实现连续三维的数据模型，对判断隧道围岩变形提供可靠准确的基础数据支持。

所述内管9的底端设有配重块10，结合通过轴承与第二安装圈的转动配合关系，能够使内管9在行进中，无论车体如何颠簸和摆动，都能够保持竖直的状态，也就是让顶部的监测模块能够保持向上的端正位置，避免本装置行走颠簸和摆动对信号撒送和接受识别的影响，保证对扫描的二维数据的准确性，即使对微小离变量的识别能力也能够甄别，大大增强变形识别能力，有效降低漏检率。

Claims (6)

1.一种用于隧道围岩变形非接触监测的优化装置，其特征在于，包括第一安装架、第二安装架、行走机构、检测模块；

所述第一安装架和第二安装架沿本装置的行走方向前后对称设置，所述第二安装架上通过轴承转动安装有调节筒，所述调节筒的转动轴与行进方向相对应，所述调节筒上固定有将其垂直贯穿的内管，所述内管竖直设置且底端设有配重块，所述监测模块设置在内管的顶端，所述监测模块为激光雷达探测头，所述第一安装架与第二安装架之间设有用于拉近二者的拉力弹簧，所述第一安装架的两侧对称的铰接有第一上连杆，所述第二安装架的两侧对称的铰接有第二上连杆，所述第一上连杆的末端与第二上连杆的末端铰接连接并可转动的安装有支撑轮，

所述第一安装架的底端铰接有第一下连杆，所述第二安装架的底端铰接有第二下连杆，所述第一下连杆的底端与第二下连杆的底端铰接连接，且铰接在行走机构上，所述行走机构上安装有行走轮，所述行走机构用于在隧道内的地面上行走。

2.根据权利要求1所述一种用于隧道围岩变形非接触监测的优化装置，其特征在于，行走机构包括底板，所述底板的左右两侧对称固定安装有行走架，每个行走架上沿其长度方向线性阵列有不少于两个安装位，所述安装位包括第一铰接位和第二铰接位；

所述第二铰接位设置于第一铰接位的后方，且所述第二铰接位位于第一铰接位的上方，所述第二铰接位上铰接有轮架，所述轮架上设有第一折弯部和第二折弯部，所述第一折弯部为直角，所述第一折弯部使轮架的延伸方向自水平折弯至向下，所述第二折弯部使轮架自向下延伸折弯为向后延伸，所述第二折弯部为120度，所述轮架的末端安装有行走轮，

所述第一铰接位上铰接有减震杆，所述减震杆上设有减震弹簧，所述减震杆的底端铰接在第二折弯部上。

3.根据权利要求2所述一种用于隧道围岩变形非接触监测的优化装置，其特征在于，所述减震杆是液压伸缩杆。

4.根据权利要求2所述一种用于隧道围岩变形非接触监测的优化装置，其特征在于，所述第一铰接位与第二铰接位所在的直线方向与行走方向所在直线呈15-40度夹角。

5.根据权利要求2所述一种用于隧道围岩变形非接触监测的优化装置，其特征在于，所述底板上设有铰接座，所述第一下连杆和第二下连杆的末端均铰接在铰接座上。

6.根据权利要求1所述一种用于隧道围岩变形非接触监测的优化装置，其特征在于，所述第一安装架和第二安装架均为环形金属架，所述第一安装架上居中的设有将其贯穿的第一安装圈，所述第二安装架上居中的设有将其贯穿的第二安装圈，所述第一安装圈上固定有安装盘，所述安装盘上居中的设有向第二安装架方向延伸的连接杆，所述连接杆远离安装盘的一端设有弹簧座，所述调节筒的长度方向与连接杆的长度方向相对应，所述调节筒贯穿第二安装圈，所述调节筒与第一安装架相邻的端面上设有过孔，所述过孔用以使连接杆贯穿而使弹簧座位于安装筒内，所述拉力弹簧设置于安装筒内，并套接在连接杆上，所述弹簧的两端分别与弹簧座及调节筒的内端相接触。

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