CN111894678A - 一种用于敞开式tbm施工的洞壁自动扫描系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于敞开式TBM施工的洞壁自动扫描系统。该系统包括三维激光扫描仪、行走单元、环向轨道、连接杆以及遥控单元；所述三维激光扫描仪固定在所述行走单元上；所述行走单元设置在所述环向轨道上；所述行走单元用于根据所述遥控单元或所述行走单元中控制模块发出的控制指令在所述环向轨道上以设定速度、设定行走周数行走或停止行走；所述环向轨道通过所述连接杆固定在敞开式TBM主机的锚杆钻机和撑靴油缸之间；所述遥控单元用于发送所述控制指令至所述行走单元以控制所述行走单元以设定速度、设定行走周数开始行走或停止行走，并根据所述控制指令控制所述三维激光扫描仪以设定扫描参数开始扫描或停止扫描、扫描数据无线传输。本发明实现了对TBM施工隧道洞壁地质信息的自动、准确、快速、全方位采集。

Description

一种用于敞开式TBM施工的洞壁自动扫描系统
技术领域
本发明涉及隧道围岩地质编录领域，特别是涉及一种用于敞开式TBM施工的洞壁自动扫描系统。
背景技术
对于隧道施工工程，围岩地质信息是指导隧道施工、优化工程设计的重要依据。由于全断面岩石掘进机(Tunnel Boring Machine，TBM)设备庞大，空间障碍较多，使得围岩地质编录工作受限。目前在TBM施工工程中，主要采用人工地质编录方式，该方式准确度偏低、耗时多，且难以360°全方位获得地质信息。因此，如何实现自动、准确、快速、全方位采集围岩地质信息，是TBM施工隧道围岩地质编制技术领域需要解决的技术问题。针对上述问题，亟需一种适用于敞开式TBM施工的洞壁自动扫描系统，能够准确、快速、全方位获得洞壁围岩地质信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于敞开式TBM施工的洞壁自动扫描系统，实现对TBM施工隧道洞壁地质信息的自动、准确、快速、全方位采集。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种用于敞开式TBM施工的洞壁自动扫描系统，包括：三维激光扫描仪、行走单元、环向轨道、连接杆以及遥控单元；
所述三维激光扫描仪固定在所述行走单元上；所述三维激光扫描仪用于洞壁地质信息的三维扫描；
所述行走单元设置在所述环向轨道上；所述行走单元用于根据所述遥控单元或所述行走单元中控制模块发出的控制指令在所述环向轨道上以设定速度、设定行走周数行走或停止行走；所述控制指令包括行走指令或停止行走指令；
所述环向轨道通过所述连接杆固定在敞开式TBM主机的锚杆钻机和撑靴油缸之间；
所述遥控单元分别与所述三维激光扫描仪和所述行走单元连接；所述遥控单元用于发送所述控制指令至所述行走单元以控制所述行走单元以设定速度、设定行走周数开始行走或停止行走，并根据所述控制指令控制所述三维激光扫描仪以设定扫描参数开始扫描或停止扫描以及进行扫描数据无线传输。
可选的，所述行走单元包括：行走框架、固定组件、控制模块、电源装置以及胶轮组件；
所述固定组件设置在所述行走框架的上部，所述固定组件用于固定所述三维激光扫描仪；
所述控制模块分别与所述电源装置以及所述胶轮组件连接；所述控制模块用于控制所述电源装置的开启与关闭；所述控制模块还用于控制所述胶轮组件以设定速度、设定行走周数在所述环向轨道上行走；
所述胶轮组件设置在所述行走框架的下部，所述胶轮组件与所述电源装置和所述环向轨道连接；
所述控制模块以及所述电源装置均设置在所述行走框架的内部。
可选的，所述固定组件采用螺栓形式或卡扣形式固定所述三维激光扫描仪。
可选的，所述电源装置为锂电池。
可选的，所述环向轨道的结构为分段拼接式或整体圆环式。
可选的，所述环向轨道的结构为分段拼接式时，所述连接杆为可伸缩式连接杆。
可选的，所述环向轨道的材质为轻型高强度金属材料。
可选的，所述连接杆的个数为多个。
可选的，所述三维激光扫描仪数据传输方式为有线传输或无线传输。
可选的，所述三维激光扫描仪、行走单元的控制方式包括手动控制或遥控单元控制。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明所提供的一种用于敞开式TBM施工的洞壁自动扫描系统，三维激光扫描仪借助行走单元在环向轨道上行走一周，完成对周围洞壁的自动、全方位扫描。可实现对TBM施工洞壁围岩地质条件的自动、快速、及时、全方位扫描，获得的信息准确度高，同时，所需操作人员少，安全性高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种用于敞开式TBM施工的洞壁自动扫描系统结构示意图；
图2为本发明所提供的行走单元结构示意图。
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，所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种用于敞开式TBM施工的洞壁自动扫描系统，实现对TBM施工隧道洞壁地质信息的自动、准确、快速、全方位采集。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的一种用于敞开式TBM施工的洞壁自动扫描系统结构示意图，如图1所示，本发明所提供的一种用于敞开式TBM施工的洞壁自动扫描系统，包括：三维激光扫描仪1、行走单元2、环向轨道3、连接杆4以及遥控单元。
所述三维激光扫描仪1固定在所述行走单元2上；所述三维激光扫描仪1用于洞壁10地质信息的三维扫描。所述三维激光扫描仪、行走单元的控制方式包括手动控制或遥控单元控制。
进一步的，所述三维激光扫描仪1将扫描的洞壁10地质信息进行存储和传输，传输方式可包括有线传输及无线传输。
所述行走单元2设置在所述环向轨道3上；所述行走单元2用于根据所述遥控单元或所述行走单元2中所述控制模块7发出的控制指令在所述环向轨道3上以设定速度、设定行走周数行走或停止行走；所述控制指令包括行走指令或停止行走指令。即三维激光扫描仪1借助行走单元2在环向轨道3上行走一周，完成对周围洞壁10的自动、全方位扫描。
为了避免影响临时支护实施，同时可尽早获得洞壁10地质信息，所述环向轨道3通过所述连接杆4固定在敞开式TBM主机11的锚杆钻机和撑靴油缸之间。
所述遥控单元分别与所述三维激光扫描仪1和所述行走单元2连接。所述遥控单元用于发送所述控制指令至所述行走单元2以控制所述行走单元以设定速度、设定行走周数开始行走或停止行走，并根据所述控制指令控制所述三维激光扫描仪1以设定扫描参数开始扫描或停止扫描以及进行扫描数据无线传输。
图2为本发明所提供的行走单元2结构示意图，如图2所示，所述行走单元2包括：行走框架5、固定组件6、控制模块7、电源装置8以及胶轮组件9。
所述固定组件6设置在所述行走框架5的上部，所述固定组件6用于固定所述三维激光扫描仪1。
所述控制模块7分别与所述电源装置8以及所述胶轮组件9连接；所述控制模块7用于控制所述电源装置8的开启与关闭；所述控制模块7还用于控制所述胶轮组件9以设定速度、设定行走周数在所述环向轨道3上行走。所述控制模块7为控制面板或遥控仪。
所述胶轮组件9设置在所述行走框架5的下部，所述胶轮组件9与所述电源装置8和所述环向轨道3连接。
所述控制模块7以及所述电源装置8均设置在所述行走框架5的内部。
为了实现三维激光扫描仪1在行走单元2上的快速固定、拆卸，所述固定组件6采用螺栓形式或卡扣形式固定所述三维激光扫描仪1。
所述电源装置8为锂电池。
所述环向轨道3的结构为分段拼接式或整体圆环式。通过设计多套分段拼接式轨道可满足不同圆环直径尺寸要求。
所述环向轨道3的圆环直径根据隧道直径、作业空间、单次扫描范围确定。通过调整环向轨道3和隧道洞壁10的距离，即调整环向轨道3的圆环直径D，可控制三维激光扫描仪1单次扫描沿隧道轴向的最大宽度L。最大宽度L可设为一个掘进行程，或多个行程长度，但不低于一个掘进行程。同一隧道，圆环直径D越小，则单次扫描最大宽度L越大。通过选择不同的分段拼接式环向轨道3型号实现调整圆环直径。
所述环向轨道3截面为卡槽式，便于胶轮组件9的固定及行走。
所述环向轨道3的结构为分段拼接式时，所述连接杆4为可伸缩式连接杆4。可伸缩式连接杆4用于调节长度，用于适应分段拼接式环向轨道3圆环直径调整。
所述环向轨道3的材质为轻型高强度金属材料。
所述连接杆4的个数为多个。一般为3-5根。单根杆件结构形式包括整体式或伸缩式。
本发明所述一种用于敞开式TBM施工的洞壁10自动扫描系统，其使用方法和工作原理：
本发明在TBM刀盘停止掘进时使用，避免TBM掘进时设备振动影响扫描结果精度以及对三维激光扫描仪1造成损坏。将三维激光扫描仪1安装在行走单元2上，启动三维激光扫描仪1，设置扫描参数，启动扫描。
通过所述控制模块7或所述遥控单元设置行走单元2的行走速度、行走周数(本例中为行走1周)并启动行走单元2。
行走单元2绕环向轨道3行走1周，三维激光扫描仪1对该扫描范围洞壁10进行全方位扫描，从而获得该段围岩地质信息。
行走单元自动停止行走，停止三维激光扫描仪1扫描。将三维激光扫描仪1从行走单元2上取下。
待TBM掘进下一个行程或多个行程后，再次安装三维激光扫描仪1进行自动扫描。重复以上步骤。
本发明所述一种用于敞开式TBM施工的洞壁自动扫描系统经过后期优化设计后增加减振装置，可实现全程搭载，不需每次扫描后拆装。此种方式下，可通过遥控单元实现全程遥控，包括控制行走单元2以设定速度、设定行走周数行走及停止行走，以及控制三维激光扫描仪1以设定扫描参数扫描及停止扫描、扫描数据无线传输。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种用于敞开式TBM施工的洞壁自动扫描系统，其特征在于，包括：三维激光扫描仪、行走单元、环向轨道、连接杆以及遥控单元；
所述三维激光扫描仪固定在所述行走单元上；所述三维激光扫描仪用于洞壁地质信息的三维扫描；
所述行走单元设置在所述环向轨道上；所述行走单元用于根据所述遥控单元或所述行走单元中控制模块发出的控制指令在所述环向轨道上以设定速度、设定行走周数行走或停止行走；所述控制指令包括行走指令或停止行走指令；
所述环向轨道通过所述连接杆固定在敞开式TBM主机的锚杆钻机和撑靴油缸之间；
所述遥控单元分别与所述三维激光扫描仪和所述行走单元连接；所述遥控单元用于发送所述控制指令至所述行走单元以控制所述行走单元以设定速度、设定行走周数开始行走或停止行走，并根据所述控制指令控制所述三维激光扫描仪以设定扫描参数开始扫描或停止扫描以及进行扫描数据无线传输。
2.根据权利要求1所述的一种用于敞开式TBM施工的洞壁自动扫描系统，其特征在于，所述行走单元包括：行走框架、固定组件、控制模块、电源装置以及胶轮组件；
所述固定组件设置在所述行走框架的上部，所述固定组件用于固定所述三维激光扫描仪；
所述控制模块分别与所述电源装置以及所述胶轮组件连接；所述控制模块用于控制所述电源装置的开启与关闭；所述控制模块还用于控制所述胶轮组件以设定速度、设定行走周数在所述环向轨道上行走；
所述胶轮组件设置在所述行走框架的下部，所述胶轮组件与所述电源装置和所述环向轨道连接；
所述控制模块以及所述电源装置均设置在所述行走框架的内部。
3.根据权利要求2所述的一种用于敞开式TBM施工的洞壁自动扫描系统，其特征在于，所述固定组件采用螺栓形式或卡扣形式固定所述三维激光扫描仪。
4.根据权利要求2所述的一种用于敞开式TBM施工的洞壁自动扫描系统，其特征在于，所述电源装置为锂电池。
5.根据权利要求1所述的一种用于敞开式TBM施工的洞壁自动扫描系统，其特征在于，所述环向轨道的结构为分段拼接式或整体圆环式。
6.根据权利要求5所述的一种用于敞开式TBM施工的洞壁自动扫描系统，其特征在于，所述环向轨道的结构为分段拼接式时，所述连接杆为可伸缩式连接杆。
7.根据权利要求1所述的一种用于敞开式TBM施工的洞壁自动扫描系统，其特征在于，所述环向轨道的材质为轻型高强度金属材料。
8.根据权利要求1所述的一种用于敞开式TBM施工的洞壁自动扫描系统，其特征在于，所述连接杆的个数为多个。
9.根据权利要求1所述的一种用于敞开式TBM施工的洞壁自动扫描系统，其特征在于，所述三维激光扫描仪数据传输方式为有线传输或无线传输。
10.根据权利要求1所述的一种用于敞开式TBM施工的洞壁自动扫描系统，其特征在于，所述三维激光扫描仪、行走单元的控制方式包括手动控制或遥控单元控制。
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