CN112379405A - 用于随tbm掘进探测的检波器步进自动安装装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装装置及方法，所述装置包括壳体以及设置在壳体内的控制器，壳体的侧部设有至少两条相互平行的滑轨，一条滑轨上设有夹持机构，另一条滑轨上设有钻孔机构；壳体的底部设有用于沿TBM壳体上的轨道移动的轨道轮，壳体上设有距离探测元件，控制器根据距离探测元件的当前位置与前一个检波器之间的距离确定下一个检波器打孔位置，通过驱动机构控制钻孔机构和夹持机构动作实现自动钻孔和安装；本公开解决了现有安装方式费时费力、安装过程中易破坏与地面的耦合质量以及距离误差等问题，提高了TBM掘进探测的效率及质量。
Description
技术领域
本公开涉及隧道掘进技术领域，特别涉及一种用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装装置及方法。
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，并不必然构成现有技术。
TBM(Tunnel Boring Machine，全断面硬岩隧道掘进机)以其所具有的“快速、优质、安全、经济”等优点，得到了越来越广泛的应用。但在隧道等地下工程施工过程中，经常遭遇断层破碎带、软弱地层、溶洞等不良地质，若未能提前获知隧道沿线不良地质的准确分布情况并提前处置，在施工中易发生突水突泥、塌方等重大灾害事故，轻者导致机械损毁、工期延误，重者导致隧道改线、人员伤亡等。因此，在TBM隧道掘进探测中开展超前地质预报提前探明掌子面前方的地质情况，对隧道施工安全和灾害防控十分重要。
地球物理方法是一类主要的隧道施工期超前地质预报方法，按照探测原理来划分，主要包括地震波类超前探测方法、电磁类超前探测方法(地质雷达法、瞬变电磁法、核磁共振法等)等。其中，地震波超前探测方法因具有较长的探测距离和良好的结构面识别效果，成为最常用的隧道内超前探测地球物理方法之一。但是在TBM隧洞施工过程中面临着很多问题，首当其冲的问题是如何安装检波器。地震波法地质超前预报依靠检波器与围岩的耦合作用来接收并记录围岩中的地震波。为了有效避免声波、面波及围岩爆破松动圈的影响，一般需在隧洞侧壁上打孔，将检波器安装在孔中。
本公开发明人发现，现有的安装过程中存在如下问题：检波器均需人工手动安装，耗费人力和时间，一次勘探一般需要几十个有时甚至上百个检波器，人工操作十分不方便；在安装过程中，检波器与地面的耦合质量易被破坏；存在距离上的些微误差，对准确度有一定影响。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装装置及方法，解决了现有安装方式费时费力、安装过程中易破坏与地面的耦合质量以及距离误差等问题，提高了TBM掘进探测的效率及质量。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
本公开第一方面提供了一种用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装装置。
一种用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装装置，包括壳体以及设置在壳体内的控制器，壳体的侧部设有至少两条相互平行的滑轨，一条滑轨上设有夹持机构，另一条滑轨上设有钻孔机构；
壳体的底部设有用于沿TBM壳体上的轨道移动的轨道轮，壳体上设有距离探测元件，控制器根据距离探测元件的当前位置与前一个检波器之间的距离确定下一个检波器打孔位置，通过驱动机构控制钻孔机构和夹持机构动作实现自动钻孔和安装。
作为可能的一些实现方式，轨道轮为齿轮，轨道为固定在TBM壳体上沿掘进方向的齿条。
作为可能的一些实现方式，夹持机构包括固定架、抓取机构、夹紧机构和升降机构；
所述固定架的一端与壳体侧部的滑轨配合，另一端朝向隧道内侧壁，固定架上设有垂直于隧道内侧壁的导轨，升降机构设置在靠近壳体的位置，带动夹紧机构和抓取机构沿导轨滑动。
作为可能的一些实现方式，固定架的靠近隧道侧壁的一端端部设置有检测夹紧机构和抓取机构上升高度的感应器。
作为可能的一些实现方式，还包括设置在壳体内的支架，距离探测元件设置在支架上，通过壳体上的透明窗口进行距离探测。
作为可能的一些实现方式，距离探测元件为激光距离传感器。
作为可能的一些实现方式，所述控制器与TBM主机通信连接。
本公开第二方面提供了一种用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装方法。
一种用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装方法，利用本公开第一方面所述的用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装装置，包括以下步骤：
距离探测元件实时探测当前位置与前一个检波器之间的距离，并发送给控制器；
控制器根据得到的实时距离，确定下一个检波器打孔位置，通过驱动机构带动打孔机构在打孔位置打孔；
控制器控制轨道轮沿轨道移动，通过控制夹持机构将检波器放置在打孔位置。
作为可能的一些实现方式，所述控制器与TBM主机实时通信，当接收到TBM的停机信号时进行检波器的打孔安装。
作为可能的一些实现方式，当接收到的TBM停机信号时，判断当前位置与前一个检波器的距离，如果超出预设间隔距离，则沿轨道向掘进方向移动，直至前一个检波器的距离与当前位置的距离为预设间隔的整数倍时，继续进行自动打孔和检波器的自动放置。
本公开第三方面提供了一种全断面硬岩隧道掘进机，包括本公开第一方面所述的用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装装置。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
1、本公开所述的装置、方法或掘进机，解决了现有安装方式费时费力、安装过程中易破坏与地面的耦合质量以及距离误差等问题，提高了TBM掘进探测的效率及质量。
2、本公开所述的装置、方法或掘进机，施工方便、降低人力成本、提高施工效率；采用自动钻孔装置，提高检波器和地面的耦合质量；安装测距精度高、速度快；可以上下升降运动、水平滑动，多方位抓取工件；整个装置简单、占地面积小、成本相对检波器低。
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为本公开实施例1提供的用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装装置的结构示意图。
图2为本公开实施例1提供的夹持机构旋转90度方向的结构主视图。
图3为本公开实施例1提供的齿轮装置的结构侧视图。
图4为本公开实施例2提供的检波器的步进自动安装方法的原理框图。
图5为本公开实施例2提供的安装方法的逻辑流程图。
1-夹持机构；2-外壳；3-显示单元；4-电路系统；5-驱动电机；6-齿轮装置；7-支架；8-距离传感器；9-固定架；10-抓取机构；11-夹紧机构；12-升降机构；13-搭载底座；14-升降滑轨；15-钻孔机构。
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，以下详细说明都是示例性的，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。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
如图1、图2和图3所示，本公开实施例1提供了一种用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装装置，包括：夹持机构1、外壳2、显示单元3、电路系统4、驱动电机5、齿轮装置6、支架7、距离传感器8、搭载底座13及钻孔机构15。
其中夹持机构1包括固定架9、抓取机构10和夹紧机构11；电路系统中的控制器通过升降机构12驱动夹紧机构11沿升降滑轨14滑动，通过合理设计驱动电机5和齿轮装置6的参数，即可实现检波器安装间距的调节。
本实施例中，外壳2的上部外表面设有电缆引线插座及透明材料窗口，自动安装装置的电源经电缆引线插座输入。
外壳2侧面垂直设置有移动滑轨，本实施例中设为平行的双滑轨，夹持机构1和钻孔机构15分别与移动滑轨的两条轨道滑动连接，即夹持机构和钻孔机构分别在不同的移动滑轨上滑动，两者互不影响。
本实施例中，所述移动滑轨的两端设置有限位块16，电路系统4和距离传感器8安装在支架7上。
本实施例中，所述抓取机构通过所述夹紧机构固定在所述固定架上，所述固定架的一端与壳体侧部的移动滑轨配合，另一端朝向隧道内侧壁，固定架上设有垂直于隧道内侧壁的升降滑轨，所述升降机构设置在靠近壳体的位置，带动夹紧机构和抓取机构沿导轨滑动。
本实施例中，所述升降机构还包括液压驱动气缸，用于驱动夹紧机构沿升降滑轨滑动。
所述固定架9的顶端设置有检测所述夹紧机构上升高度的感应器，所述移动滑轨和升降滑轨的两端均设置有限位块。
所述显示单元3实时显示与前一检波器间的距离，安装在外壳的外表面。
所述电路系统4中包括有WiFi模块，可与TBM主机进行实时通讯。
所述搭载底座13用来连接装置外壳和齿轮装置，所述齿轮装置6包括前后两个齿轮和齿轮轨道，齿轮轨道安装在TBM的外壳上。
本实施例中，所述距离传感器8为激光距离传感器，可实现在隧道的复杂地质环境中探测检波器并得到检波器到装置的距离。
所述电路系统4还包括逻辑控制电路部分和电机驱动电路部分，采用微控制器作为逻辑控制电路部分的控制单元。
在工作过程中，自动安装装置内部的距离传感器实时测量此检波器到前一个检波器的距离，并将测量结果传送至电路系统的微控制器；
微控制器通过对测量数据进行逻辑判断，向驱动电机的控制电路发出信号，进而控制齿轮的移动，使装置达到自动安装检波器的位置；
在装置工作前，先使用可升降钻孔装置在围岩中钻孔制作出检波器安装孔，再注入耦合剂，最后使用可升降的夹持机构安装检波器。
实施例2：
如图4和图5所示，本公开实施例2提供了一种用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装方法，利用本公开实施例1所述的用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装装置，包括以下步骤：
距离探测元件实时探测当前位置与前一个检波器之间的距离，并发送给电路系统中的控制器；
控制器根据得到的实时距离，确定下一个检波器打孔位置，通过驱动机构带动打孔机构在打孔位置打孔，在孔内注入耦合剂；
控制器控制轨道轮沿轨道移动，通过控制夹持机构将检波器放置在打孔位置。
所述控制器与TBM主机实时通信，当接收到TBM的停机信号时进行检波器的打孔安装.
当接收到的TBM停机信号时，判断当前位置与前一个检波器的距离，如果超出预设间隔距离，则沿轨道向掘进方向移动，直至前一个检波器的距离与当前位置的距离为预设间隔的整数倍时，继续进行自动打孔和检波器的自动放置。
剩余未打孔区域通过人工打孔或者TBM返回时进行二次打孔。
实施例3：
本公开实施例3提供了一种全断面硬岩隧道掘进机，包括本公开实施例1所述的用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装装置。
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。
Claims (10)
1.一种用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装装置，其特征在于，包括壳体以及设置在壳体内的控制器，壳体的侧部设有至少两条相互平行的滑轨，一条滑轨上设有夹持机构，另一条滑轨上设有钻孔机构；
壳体的底部设有用于沿TBM壳体上的轨道移动的轨道轮，壳体上设有距离探测元件，控制器根据距离探测元件的当前位置与前一个检波器之间的距离确定下一个检波器打孔位置，通过驱动机构控制钻孔机构和夹持机构动作实现自动钻孔和安装。
2.如权利要求1所述的用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装装置，其特征在于，轨道轮为齿轮，轨道为固定在TBM壳体上沿掘进方向的齿条。
3.如权利要求1所述的用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装装置，其特征在于，夹持机构包括固定架、抓取机构、夹紧机构和升降机构；
所述固定架的一端与壳体侧部的滑轨配合，另一端朝向隧道内侧壁，固定架上设有垂直于隧道内侧壁的导轨，升降机构设置在靠近壳体的位置，带动夹紧机构和抓取机构沿导轨滑动。
4.如权利要求1所述的用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装装置，其特征在于，固定架的靠近隧道侧壁的一端端部设置有检测夹紧机构和抓取机构上升高度的感应器。
5.如权利要求1所述的用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装装置，其特征在于，还包括设置在壳体内的支架，距离探测元件设置在支架上；
或者，距离探测元件为激光距离传感器。
6.如权利要求1所述的用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装装置，其特征在于，所述控制器与TBM主机通信连接。
7.一种用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装方法，其特征在于，利用权利要求1-6任一项所述的用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装装置，包括以下步骤：
距离探测元件实时探测当前位置与前一个检波器之间的距离，并发送给控制器；
控制器根据得到的实时距离，确定下一个检波器打孔位置，通过驱动机构带动打孔机构在打孔位置打孔；
控制器控制轨道轮沿轨道移动，通过控制夹持机构将检波器放置在打孔位置。
8.如权利要求7所述的用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装方法，其特征在于，所述控制器与TBM主机实时通信，当接收到TBM的停机信号时进行检波器的打孔安装。
9.如权利要求8所述的用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装方法，其特征在于，当接收到的TBM停机信号时，判断当前位置与前一个检波器的距离，如果超出预设间隔距离，则沿轨道向掘进方向移动，直至前一个检波器的距离与当前位置的距离为预设间隔的整数倍时，继续进行自动打孔和检波器的自动放置。
10.一种全断面硬岩隧道掘进机，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的用于随TBM掘进探测的检波器步进自动安装装置。
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