CN111123352B - 适用于隧道超前地质预报的检波器快速固定装置 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种适用于隧道超前地质预报的检波器快速固定装置，包括检波器锚固模块、检波器姿态检测模块和推进模块，所述检波器锚固模块包括壳体，所述壳体内预留放置检波器的位置，壳体上设置有固定机构，用于锚固锚杆与检波器；检波器姿态检测模块设置于壳体内，包括位移监测模块和定位模块，分别用于检测检波器的位移变化和位置；推进模块，包括具有至少自由度的机械臂和驱动机构，所述驱动机构带动机械臂动作，使所述壳体贴合围岩，进行检波器的布设与锚固。
Description
技术领域
本公开属于地震勘探领域，具体涉及一种适用于隧道超前地质预报的检波器快速固定装置。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
在岩土工程领域中，地震波反射法是一种常用的物探方法之一，例如对隧道前方断层、破碎带等一系列不良地质体的预报。
检波器是在地震勘探时采集地震波的重要部件，是一种用于地质勘察和工程勘探的一种专用部件，是将微小震动所产生的加速度经过内置装置将信号放大并转换为电信号的装置。在隧道探测过程中，检波器布设和拆卸占到整个探测耗时的一半以上，且检波器与探测主体之间的有效耦合也是采集信号有效性的前提和保证。
以往进行检波器耦合时往往需要通过向边墙打孔，用于在边墙上插入尾锥以固定检波器，利用该方法尾锥难以完全插入围岩，且容易产生空腔，锚固效果不佳，且额外钻孔会对隧道边墙产生额外破坏，且很多时候检波器钻孔布设位置收到现场施工支护的锚杆和钢筋网影响需改变布设位置，且检波器尾锥探测后很难从边墙上取下，探测效率低下。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了一种适用于隧道超前地质预报的检波器快速固定装置，本公开能够解决隧道内地震探测检波器与围岩耦合效果不好、检波器布设坐标测量困难、隧道内空间利用率低和探测过程中检波器布设和拆卸耗时过长的问题。
根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
一种适用于隧道超前地质预报的检波器快速固定装置，包括检波器锚固模块、检波器姿态检测模块和推进模块，其中：
所述检波器锚固模块包括壳体，所述壳体内预留放置检波器的位置，壳体上设置有固定机构，用于锚固锚杆与检波器；
所述检波器姿态检测模块设置于壳体内，包括位移监测模块和定位模块，分别用于检测检波器的位移变化和位置；
所述推进模块，包括具有至少自由度的机械臂和驱动机构，所述驱动机构带动机械臂动作，使所述壳体贴合围岩，进行检波器的布设与锚固。
作为进一步的限定，所述检波器锚固模块包括直流电磁铁、金属底座、可更换电池和壳体，所述直流电磁铁一面暴露于外部，另一面与金属底座相连，通电后利用磁力将整个模块与锚杆进行耦合；所述金属底座位于模块内部，紧贴直流电磁铁内侧放置，使用时与检波器固定，避免检波器与电磁铁直接接触并提升检波器锚固效果；所述电池通过电线与直流电磁铁相连，为电磁铁提供电源；所述壳体内部通过固定槽将上述各个部件固定，使其相对位置不变，并且对各个部件起到基本的防护作用。
作为进一步的限定，所述位移检测模块固定于检波器锚固模块的壳体内，与检波器的位置相对不变，探测过程中实时监测检波器的位移变化；所述定位模块固定于检波器锚固模块的壳体内，与检波器的位置相对不变，探测过程中实时记录各个检波器的相对坐标。
作为进一步的限定，所述推进模块包括水平机械臂、竖直机械臂、传动轴、液压油缸和电机，其中，所述水平机械臂和竖直机械臂连接，使机械臂抓手自由移动；传动轴置于机械臂连接处，使动力可以传达到各个机械臂之上；液压油缸和电机分别通过油管和电缆与各机械臂相连，为各机械臂提供驱动支持。
作为进一步的限定，所述推进模块还包括滚轮，所述滚轮位于整个推进模块最下方，使整个推进模块可以移动至TBM上层平台对应位置，不使用时移至液压油缸后侧，节省空间且减少意外破坏的可能。
作为进一步的限定，所述推进模块还包括控制器，所述控制器用于控制液压油缸和电机，进而控制水平机械臂和竖直机械臂的运动。
一种适用于隧道超前地质预报的检波系统，包括上位机，所述上位机与上述检波器快速固定装置内的检波器连接，接收检波器的检测信号。
基于上述固定装置的工作方法，进行检波器现场布设时，利用机械臂和电磁铁将检波器耦合到支护锚杆出露部分之上对检波器耦合程度进行自我监测，并对检波器布设坐标进行测量。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
本公开充分利用隧道掘进时留下的锚杆，锚固牢固且深入围岩，探测结果更加可靠；
本公开采用机械臂辅助进行检波器布置，机械化施工可轻松布设在拱顶等人力难以到达的地方，检波器布设更加方便；
本公开采用姿态检测装置，实时对检波器位置进行记录，实现对检波器锚固程度的实时监测和检波器坐标的测量，既保证了探测的准确度，又节省了大量的探测时间。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开的工作原理图；
图2为本公开的检波器布设装置示意图；
其中：1.围岩 2.喷浆 3.锚杆 4.壳体 5.直流电磁铁 6.金属垫片 7.检波器 8.电线 9.电缆 10.电机 11.电池 12.传动轴 13.水平机械臂 14.竖直机械臂 15.保护杆16.位移监测装置 17.定位装置 18.油管 19.液压油缸 20.滚轮 21.延长线 22.探测主机。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”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，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
如图1所示，基于支护锚杆的检波器固定装置主要包括：检波器锚固模块、推进模块、检波器姿态检测模块、连接模块等；
进一步地，所述检波器锚固模块包括由电池11驱动的便携式直流电磁铁5和螺栓式金属垫片6，电磁铁5通过金属垫片6将围岩上的锚杆3与检波器7进行锚固；
进一步地，所述推进模块包括液压油缸19、油管18、电机10、电缆9、机械臂13，通过油缸和电机给机械臂提供驱动，通过机械臂配套程序控制机械臂移动，利用机械臂辅助进行检波器的布设和拆卸工作；
进一步地，所述检波器姿态检测模块包括定位模块、位移监测模块等，分别对检波器的位置坐标、布设角度和位移情况进行实时监测和记录；
进一步地，所述连接模块为带有固定槽的壳体，将锚固模块和姿态检测模块置于其中；
将本装置固定于TBM机器上层平台的支架的拱架吊机附近，装置下方附有滚轮，方便进行整体移动，为保护装置在隧道内不受破坏，装置构件均位于壳体之内，
本公开的实际应用过程中操作简单，具体操作流程如下：
1、在各个支护锚杆处布设检波器，利用直流电磁铁进行锚固，利用位移监测装置确定锚固牢固；
2、连接提前搭载在TBM上的主机延长线和检波器；
3、打开提前搭载在TBM上的探测主机，并利用定位装置进行检波器布设坐标拾取和检波器布设角度测量；
4、进行探测，同时对检波器数据、定位装置和位移监测部件的信息进行自动拾取，并根据先导传感器与各个检波器之间的坐标信息进行分析，并在处理过程中对各个检波器数据进行加权。
不使用装置时，可将液压机械臂收回，置于TBM液压油泵附近，随TBM掘进一起向前移动，便于连续探测；当需要使用本装置时，首先将机械臂推至TBM上层平台固定位置，为后续获得各个检波器之间的相对坐标做准备。将检波器7和直流电磁铁5置于耦合模块的对应位置，将电磁铁通电，确定检波器与直流电磁铁耦合好之后，将整个模块置于机械臂抓手处，将液压油缸切换至探测设备并打开电机，共同为机械臂提供驱动，控制一横一纵两根机械臂和两个倾斜保护杆构成的简易机械臂进行自由移动，从而使机械臂带动耦合模块自由移动并与锚杆抵接，以达到检波器与围岩耦合进行地震探测数据采集的目的。
整个耦合模块由壳体4保护，其中除上述检波器和电磁铁之外还有位移监测装置16和定位装置17，还内置电池11通过电线8为其和电磁铁进行供电。
模块耦合完成之后，接通电源，确保通讯信号畅通，通过位移监测装置传输的实时坐标和位移信息，确保锚固的牢固程度，并在上位机中对检波器接收信号进行实时观测，确保一切正常情况下检波器记录下的地震数据即为可信的隧道前方岩体的地震信号。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (7)
1.一种适用于隧道超前地质预报的检波器快速固定装置，其特征是：包括检波器锚固模块、检波器姿态检测模块和推进模块，其中：
所述检波器锚固模块包括壳体，所述壳体内预留放置检波器的位置，壳体上设置有固定机构，用于锚固锚杆与检波器；
所述检波器姿态检测模块设置于壳体内，包括位移监测模块和定位模块，分别用于检测检波器的位移变化和位置；
所述推进模块，包括具有至少自由度的机械臂和驱动机构，所述驱动机构带动机械臂动作，使所述壳体贴合围岩，进行检波器的布设与锚固；
所述检波器锚固模块包括直流电磁铁、金属底座、可更换电池和壳体，所述直流电磁铁一面暴露于外部，另一面与金属底座相连，通电后利用磁力将整个模块与锚杆进行耦合；锚杆为隧道掘进时保留，隧道掘进时留下的锚杆，锚固牢固且深入围岩，探测结果更加可靠；所述金属底座位于模块内部，紧贴直流电磁铁内侧放置，使用时与检波器固定，避免检波器与电磁铁直接接触并提升检波器锚固效果；所述电池通过电线与直流电磁铁相连，为电磁铁提供电源；所述壳体内部通过固定槽将上述各个部件固定，使其相对位置不变，并且对各个部件起到基本的防护作用；
在各个支护锚杆处布设检波器，利用直流电磁铁进行锚固，利用位移监测装置确定锚固牢固；
将检波器和直流电磁铁置于耦合模块的对应位置，将电磁铁通电，确定检波器与直流电磁铁耦合好之后，将整个模块置于机械臂抓手处，使机械臂带动耦合模块自由移动并与锚杆抵接，以达到检波器与围岩耦合进行地震探测数据采集的目的；
模块耦合完成之后，接通电源，确保通讯信号畅通，通过位移监测装置传输的实时坐标和位移信息，确保锚固的牢固程度，并在上位机中对检波器接收信号进行实时观测，确保一切正常情况下检波器记录下的地震数据即为可信的隧道前方岩体的地震信号。
2.如权利要求1所述的一种适用于隧道超前地质预报的检波器快速固定装置，其特征是：所述位移监测模块固定于检波器锚固模块的壳体内，与检波器的位置相对不变，探测过程中实时监测检波器的位移变化；所述定位模块固定于检波器锚固模块的壳体内，与检波器的位置相对不变，探测过程中实时记录各个检波器的相对坐标。
3.如权利要求1所述的一种适用于隧道超前地质预报的检波器快速固定装置，其特征是：所述推进模块包括水平机械臂、竖直机械臂、传动轴、液压油缸和电机，其中，所述水平机械臂和竖直机械臂连接，使机械臂抓手自由移动；传动轴置于机械臂连接处，使动力可以传达到各个机械臂之上；液压油缸和电机分别通过油管和电缆与各机械臂相连，为各机械臂提供驱动支持。
4.如权利要求1所述的一种适用于隧道超前地质预报的检波器快速固定装置，其特征是：所述推进模块还包括滚轮，所述滚轮位于整个推进模块最下方，使整个推进模块可以移动至TBM上层平台对应位置，不使用时移至液压油缸后侧，节省空间且减少意外破坏的可能。
5.如权利要求1所述的一种适用于隧道超前地质预报的检波器快速固定装置，其特征是：所述推进模块还包括控制器，所述控制器用于控制液压油缸和电机，进而控制水平机械臂和竖直机械臂的运动。
6.一种适用于隧道超前地质预报的检波系统，其特征是：包括上位机，所述上位机与权利要求1-5中任一项所述的检波器快速固定装置内的检波器连接，接收检波器的检测信号。
7.基于权利要求1-5中任一项所述的固定装置的工作方法，其特征是：进行检波器现场布设时，利用机械臂和电磁铁将检波器耦合到支护锚杆出露部分之上对检波器耦合程度进行自我监测，并对检波器布设坐标进行测量。
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| 三分量检波器的改进及在软土地区工程中的应用;严文根 等;《电力勘测设计》;20191130(第11期);第56-60页 * |
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