CN112525141B - 一种用于隧道变形测量的测量方法及其勘测设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于隧道测量技术领域，具体涉及一种用于隧道变形测量的勘测设备，包括第一测量机构和控制机构，所述第一测量机构长度为隧道内壁的直径，且所述第一测量机构两端与隧道内壁滚动连接；所述第一测量机构包括两个探测单元和连接单元，两个所述探测单元通过连接单元连接。本发明还涉及采用该勘测设备进行测量的方法，包括测量安装准备工序、测量方向控制、测量动力控制和隧道变形测量等步骤。本发明的勘测设备结构简单，操作方便，稳定可靠，使用寿命长；检测速度快，工作效率高；检测精度高，能够提供准确的隧道变形量化数据；并且检测范围大，检测路线可以覆盖到隧道内壁全部位置，内壁上的检测路线可以为隧道轴向直线、圆周线或者两者组合。

Description

一种用于隧道变形测量的测量方法及其勘测设备

技术领域

本发明属于隧道测量技术领域，具体涉及一种用于隧道变形测量的测量方法及其勘测设备。

背景技术

TBM隧道施工在遭遇断层破碎带时，在施工扰动下极有可能诱发卡机、突涌水和塌方等严重地质灾害。因此在TBM隧道施工过程中，必须对断层破碎带赋存情况进行准确预报。据发明人了解，不同的断层破碎带体类型其致灾机理与模式不同，如压性断层中心带承受压力巨大，岩石破裂研磨较细，多由糜棱岩和断层泥填充胶结，起阻水作用，而断层两盘裂隙密集带连通性好，导水性强，隧道施工揭露此段时，易发生涌突水灾害；而张性断层中心带空隙大，两盘的透水性相对较差，从而利于地下水富集，隧道开挖揭露断层破碎带时，地下水常携带泥沙、碎石等涌入隧道，因此对隧道进行及时准确的变形检测显得尤为重要。

而现有的盾构隧道监测大多为传统的监测方式，即人工手持传统监测仪器到现场进行变形量测，例如，隧道横断面形变检测，大多采用全站仪静态定点测试。由于形变检测是需要同一个位置的历史数据经行对比。同一个隧道，采集的断面数据越多，检测越精准。但是在实际工程检测过程中，由于定点静态检测，需要完全封闭隧道，严重的影响了交通通畅性。耗费了大量的人力、财力，并且效率较低，检测精度不足。

公开号为CN103575192B的专利公开了隧道测量仪，包括沿隧道行走的行走架和预先按照隧道的设计轮廓拟合而成的测量环；测量环设置在行走架上。该专利提供的隧道测量仪，与现有技术中的台车检测隧道超欠挖相比，其包括行走架和测量环。其中行走架控制测量环沿着隧道进行，而测量环是预先按照隧道的设计轮廓拟合而成，因此，测量环会贴合在隧道的内壁沿着隧道进行，当隧道出现超挖时，隧道的内壁会与测量环之间存在较大的间隙，当隧道出现欠挖时，隧道的内壁会阻挡测量环的前进。因此，使用该隧道测量仪检测隧道的超欠挖，简单方便，而且该隧道测量仪结构简单。但是，仍然存在下列问题：

1.隧道检测速度受限，工作效率较低；

2.检测精度低，没有准确的隧道变形量化数据；

3.检测范围小，检测路线仅为数条隧道内壁上的轴向直线。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明提供了一种用于隧道变形测量的勘测设备，用以解决现有技术隧道检测速度受限，工作效率较低和检测精度低，没有准确的隧道变形量化数据，以及检测范围小，检测路线仅为数条隧道内壁上的轴向直线等问题，本发明还提供了采用该勘测设备进行测量的方法，本方法操作方便，简单易懂，操作人员经过简单的培训，即可熟练掌握；隧道上的超挖和欠挖通过探测单元传递到压力传感器，将隧道的变形量化为数据，隧道变形可视化程度高。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种用于隧道变形测量的勘测设备，包括第一测量机构和控制机构，所述第一测量机构长度为隧道内壁的直径，且所述第一测量机构两端与隧道内壁滚动连接；

所述第一测量机构包括两个探测单元和连接单元，两个所述探测单元通过连接单元连接；

所述探测单元包括主臂、滚轮座、滚轮叉、滚轮、第一电机和第一减速器，所述主臂上端与连接单元连接，所述滚轮座安装于所述主臂下端，所述滚轮通过所述滚轮叉安装于所述滚轮座下端，所述第一电机和第一减速器均通过安装座安装在所述滚轮叉上，所述第一电机的输出轴通过第一联轴器与所述第一减速器的主动轴连接，所述第一减速器的从动轴与所述滚轮连接；

所述连接单元包括壳体、两个压力传感器和数据处理器，两个所述压力传感器均安装于所述壳体内部，且每个所述压力传感器与一个主臂上端活动连接，所述数据处理器安装于所述壳体内部；

所述控制机构包括控制器，所述控制器通过导线与数据处理器连接。

第一电机输出的动力经第一减速器减速增矩后，带动滚轮在隧道内壁上滚动，从而驱动第一测量机构运动，使第一测量机构两端在隧道内壁上，沿隧道的轴向或者圆周方向运动，两个探测单元分别将两个滚轮处受到的压力，传递到两个压力传感器上，隧道变形量通过两个压力传感器转变成电信号，电信号传递到数据处理器中进行处理，最后测量人员通过控制器观察到隧道的变形情况。本设备检测速度快，工作效率高；检测精度高，能够提供准确的隧道变形量化数据；并且检测范围大，内壁上的检测路线可以为隧道轴向直线或者圆周线。

进一步，所述探测单元还包括液压油缸、第一伸缩杆和从臂，所述第一伸缩杆一端在所述液压油缸内部并与其活动连接，所述第一伸缩杆另一端通过所述从臂与滚轮座连接，所述液压油缸通过连接座与主臂下端固定连接。

液压油缸带动第一伸缩杆滑动伸长，直至达到第一测量机构长度要求，可根据不同隧道内壁直径对第一测量机构长度进行调整，增加了本设备的适应性，同时在运输过程中可以缩短第一测量机构的长度，方便本设备的转移和运输。

进一步，所述探测单元还包括滑杆固定座、数根滑杆和滑块，数根所述滑杆平行等距放置在第一伸缩杆外侧，且数根所述滑杆上端均通过所述滑杆固定座固定在液压油缸上，第一伸缩杆下端通过所述滑块与所述从臂固定连接，所述滑块上开有与每根所述滑杆相对应的贯通滑孔，每根所述滑杆下端穿过相对应的贯通滑孔与所述滑块滑动连接。

增加数根所述滑杆分担了第一伸缩杆所受的径向力，防止第一伸缩杆出现径向晃动，在保证测量精度的同时，也提高了本设备的使用寿命和安全性。

进一步，所述探测单元还包括第一齿轮、第二齿轮、第二减速器和第二电机，所述第二减速器和第二电机均安装在从臂上，从臂下端与滚轮座活动连接，所述第二齿轮固定安装在滚轮座上端，所述第二电机的输出轴通过第二联轴器与所述第二减速器的主动轴连接，所述第一齿轮安装在所述第二减速器的从动轴上，所述第一齿轮与所述第二齿轮齿轮连接。

第二电机输出的动力经第二减速器减速增矩后，通过第一齿轮带动第二齿轮和滚轮座绕从臂旋转，调整滚轮在隧道内壁上的滚动方向，从而控制第一测量机构的运动方向。使本设备在隧道内壁上的检测方向，可以是隧道轴向方向和圆周方向的动态矢量和，检测路线可以覆盖到隧道内壁全部位置，大大提高了本设备的检测范围。

进一步，所述连接单元还包括两个转动组件，两个所述转动组件均安装于壳体内部；

所述转动组件包括转盘、转轴、第四齿轮、第三齿轮、第三减速器和第三电机，所述转盘通过所述转轴与壳体活动连接，压力传感器通过第一固定座安装在所述转盘上，所述转盘侧边设有齿条，且一个转动组件中的所述齿条与另一个转动组件中的齿条齿轮连接，所述第四齿轮固定安装在所述转盘上，所述第三电机通过第二固定座安装于壳体内部，所述第三电机的输出轴通过第三联轴器与所述第三减速器的主动轴连接，所述第三齿轮安装在所述第三减速器的从动轴上，所述第三齿轮与所述第四齿轮齿轮连接。

第三电机输出的动力经第三减速器减速增矩后，通过第三齿轮带动第四齿轮和转盘绕转轴转动，转盘带动探测单元转动，通过两个齿条的齿轮连接使两个转动组件同步转动。可根据工程需要调整两个所述探测单元的角度，同时在运输过程中可以减小两个所述探测单元的角度，方便本设备的转移和运输。

进一步，还包括第二测量机构和连接桥，所述第二测量机构通过所述连接桥与第一测量机构连接，所述第二测量机构与第一测量机构结构相同。

增加所述第二测量机构能够使测量速度和测量范围加倍，同时，第一测量机构和第二测量机构同时防止在隧道内部，可以防止滚轮脱离隧道内壁，保证测量精度，提高了安全性。

进一步，所述连接桥包括双联气缸、第二伸缩杆和第三伸缩杆，所述双联气缸两端分别与所述第二伸缩杆和第三伸缩杆活动连接，所述第二伸缩杆的自由端与第一测量机构连接，所述第三伸缩杆的自由端与第二测量机构连接。

双联气缸带动第二伸缩杆和第三伸缩杆伸缩，带动第一测量机构和第二测量机构远离或者靠近，从而使其达到测量需要的距离。双联气缸有不回转精度高、有双倍输出力、抵抗侧面负载力强、采用滚动轴承和球轴承结构，不需要给油等优点。所以采用双联气缸可以提高本设备的精度，结构耐用，不易损坏，同时提高使用寿命，降低故障发生率，增加了本设备的工作环境适应性，同时也方便本设备的转移和运输。

进一步，所述连接桥还包括第一轴承和第二轴承，第二伸缩杆的自由端通过所述第一轴承与第一测量机构转动连接，第三伸缩杆的自由端通过第二轴承与第二测量机构转动连接。

第一测量机构和第二测量机构分别通过第一轴承和第二轴承与第二伸缩杆和第三伸缩杆自由端活动连接，第一测量机构和第二测量机构在隧道圆周方向上的运动相互独立。进一步扩大了本设备的测量范围，提高了工作环境适应性。

进一步，所述第一电机和第二电机为伺服电机。

伺服电机的精度高，实现了位置、速度和力矩的闭环控制，克服了普通步进电机失步的问题；

适应性强，抗过载能力强,能承受三倍于额定转矩的负载,适用于有瞬间负载波动和快速起动要求的工序；

稳定性强，低速运行平稳,低速运行时不会产生类似于普通步进电机的步进运行现象，适用于有高速响应要求的场合；

及时性好，伺服电机加减速的动态相应时间短,一般在几十毫秒之内。

采用上述的一种用于隧道变形测量的勘测设备进行测量的方法，包括以下步骤：

S1，测量安装准备工序；

步骤一，将本设备放置在隧道内部，将第一测量机构和第二测量机构分别展开至平角；

在第一测量机构中，第三电机输出的动力经第三减速器减速增矩后，通过第三齿轮带动第四齿轮和转盘绕转轴转动，转盘带动探测单元转动，通过两个齿条的齿轮连接使两个转动组件同步转动，使两个探测单元和连接单元在同一直线上；

第二测量机构展开步骤与第一测量机构相同；

步骤二，伸长第一测量机构和第二测量机构，使第一测量机构和第二测量机构的长度等于隧道内壁直径；

在第一测量机构中，液压油缸带动第一伸缩杆滑动伸长，直至达到第一测量机构长度要求；

第二测量机构伸长步骤与第一测量机构相同；

步骤三，调整将第一测量机构和第二测量机构之间的距离；

控制双联气缸带动第二伸缩杆和第三伸缩杆伸缩，带动第一测量机构和第二测量机构远离或者靠近，从而使其达到测量需要的距离；

S2,测量方向控制，第一测量机构与第二测量机构的测量方向控制步骤相同，在第一测量机构中，第二电机输出的动力经第二减速器减速增矩后，通过第一齿轮带动第二齿轮和滚轮座绕从臂旋转，调整滚轮在隧道内壁上的滚动方向，从而控制第一测量机构的运动方向；

S3,测量动力控制，第一测量机构与第二测量机构的测量动力控制步骤相同，在第一测量机构中，第一电机输出的动力经第一减速器减速增矩后，带动滚轮在隧道内壁上滚动，从而驱动第一测量机构运动；

S4，隧道变形测量，

步骤一，通过S2和S3的协调配合，使第一测量机构和第二测量机构两端在隧道内壁上，沿隧道的轴向和圆周方向运动，且第一测量机构和第二测量机构分别通过第一轴承和第二轴承与第二伸缩杆和第三伸缩杆自由端活动连接，第一测量机构和第二测量机构在隧道圆周方向上的运动相互独立；

步骤二，在第一测量机构中，两个探测单元分别将两个滚轮处受到的压力，传递到两个压力传感器上，隧道变形量通过两个压力传感器转变成电信号，电信号传递到数据处理器中进行处理，最后测量人员通过控制器观察到隧道的变形情况，第二测量机构的本步骤与第一测量机构相同；

S5,以上步骤均通过控制器操作完成。

隧道上的超挖和欠挖通过探测单元传递到压力传感器，将隧道的变形量化为数据，隧道变形可视化程度高，操作简单，各个步骤还能够独立工作，调整时可根据需要单独调整一个测量机构，提高本发明的可操作性。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明的勘测设备结构简单，操作方便，稳定可靠，使用寿命长；检测速度快，工作效率高；检测精度高，能够提供准确的隧道变形量化数据；并且检测范围大，检测路线可以覆盖到隧道内壁全部位置，内壁上的检测路线可以为隧道轴向直线、圆周线或者两者组合。

本发明的方法操作方便，简单易懂，操作人员经过简单的培训，即可熟练掌握；隧道上的超挖和欠挖通过探测单元传递到压力传感器，将隧道的变形量化为数据，隧道变形可视化程度高，操作简单，各个步骤还能够独立工作，调整时可根据需要单独调整一个测量机构，提高本发明的可操作性。

附图说明

图1为本发明一种用于隧道变形测量的勘测设备实施例的正视结构示意图(工作状态一)；

图2为本发明一种用于隧道变形测量的勘测设备实施例的正视结构示意图(工作状态二)

图3为本发明一种用于隧道变形测量的勘测设备实施例的侧视结构示意图(隧道为剖视)；

图4为图3中A的局部放大结构示意图；

图5为本发明一种用于隧道变形测量的勘测设备实施例中探测单元和隧道的正视结构示意图；

图6为本发明一种用于隧道变形测量的勘测设备实施例中连接单元的正视结构示意图(壳体为剖视)。

说明书附图中的附图标记包括：

第一测量机构1、探测单元11、主臂1101、液压油缸1102、第一伸缩杆1103、从臂1104、滚轮座1105、滚轮叉1106、滚轮1107、第一电机1108、第一减速器1109、第一齿轮1110、第二减速器1111、第二电机1112、滑杆固定座1113、滑杆1114、滑块1115、连接座1116、连接单元12、壳体1201、压力传感器1202、数据处理器1203、第一固定座1204、转盘1205、齿条1206、转轴1207、第四齿轮1208、第三齿轮1209、第三减速器1210、第三电机1211、第二固定座1212、第二测量机构2、控制机构3、控制器31、导线32、连接桥4、双联气缸41、第二伸缩杆42、第三伸缩杆43、第一轴承44、第二轴承45、隧道5。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明：

实施例一

如图1-6所示，一种用于隧道变形测量的勘测设备，包括第一测量机构1和控制机构3，第一测量机构1长度为隧道5内壁的直径，且第一测量机构1两端与隧道5内壁滚动连接；

第一测量机构1包括两个探测单元11和连接单元12，两个探测单元11通过连接单元12连接；

探测单元11包括主臂1101、滚轮座1105、滚轮叉1106、滚轮1107、第一电机1108和第一减速器1109，主臂1101上端与连接单元12连接，滚轮座1105安装于主臂1101下端，滚轮1107通过滚轮叉1106安装于滚轮座1105下端，第一电机1108和第一减速器1109均通过安装座1117安装在滚轮叉1106上，第一电机1108的输出轴通过第一联轴器与第一减速器1109的主动轴连接，第一减速器1109的从动轴与滚轮1107连接；

连接单元12包括壳体1201、两个压力传感器1202和数据处理器1203，两个压力传感器1202均安装于壳体1201内部，且每个压力传感器1202与一个主臂1101上端活动连接，数据处理器1203安装于壳体1201内部；

控制机构3包括控制器31，控制器31通过导线32与数据处理器1203连接。

第一电机1108输出的动力经第一减速器1109减速增矩后，带动滚轮1107在隧道5内壁上滚动，从而驱动第一测量机构1运动，使第一测量机构1两端在隧道5内壁上，沿隧道5的轴向或者圆周方向运动，两个探测单元11分别将两个滚轮1107处受到的压力，传递到两个压力传感器1202上，隧道变形量通过两个压力传感器1202转变成电信号，电信号传递到数据处理器1203中进行处理，最后测量人员通过控制器31观察到隧道5的变形情况。本设备检测速度快，工作效率高；检测精度高，能够提供准确的隧道变形量化数据；并且检测范围大，内壁上的检测路线可以为隧道5轴向直线或者圆周线。

作为优选方案，探测单元11还包括液压油缸1102、第一伸缩杆1103和从臂1104，第一伸缩杆1103一端在液压油缸1102内部并与其活动连接，第一伸缩杆1103另一端通过从臂1104与滚轮座1105连接，液压油缸1102通过连接座1116与主臂1101下端固定连接。

液压油缸1102带动第一伸缩杆1103滑动伸长，直至达到第一测量机构1长度要求，可根据不同隧道5内壁直径对第一测量机构1长度进行调整，增加了本设备的适应性，同时在运输过程中可以缩短第一测量机构1的长度，方便本设备的转移和运输。

作为优选方案，探测单元11还包括滑杆固定座1113、数根滑杆1114和滑块1115，数根滑杆1114平行等距放置在第一伸缩杆1103外侧，且数根滑杆1114上端均通过滑杆固定座1113固定在液压油缸1102上，第一伸缩杆1103下端通过滑块1115与从臂1104固定连接，滑块1115上开有与每根滑杆1114相对应的贯通滑孔，每根滑杆1114下端穿过相对应的贯通滑孔与滑块1115滑动连接。

增加数根滑杆1114分担了第一伸缩杆1103所受的径向力，防止第一伸缩杆1103出现径向晃动，在保证测量精度的同时，也提高了本设备的使用寿命和安全性。

作为优选方案，探测单元11还包括第一齿轮1110、第二齿轮、第二减速器1111和第二电机1112，第二减速器1111和第二电机1112均安装在从臂1104上，从臂1104下端与滚轮座1105活动连接，第二齿轮固定安装在滚轮座1105上端，第二电机1112的输出轴通过第二联轴器与第二减速器1111的主动轴连接，第一齿轮1110安装在第二减速器1111的从动轴上，第一齿轮1110与第二齿轮齿轮连接。

第二电机1112输出的动力经第二减速器1111减速增矩后，通过第一齿轮1110带动第二齿轮和滚轮座1105绕从臂1104旋转，调整滚轮1107在隧道5内壁上的滚动方向，从而控制第一测量机构1的运动方向。使本设备在隧道5内壁上的检测方向，可以是隧道5轴向方向和圆周方向的动态矢量和，检测路线可以覆盖到隧道5内壁全部位置，大大提高了本设备的检测范围。

作为优选方案，连接单元12还包括两个转动组件，两个转动组件均安装于壳体1201内部；

转动组件包括转盘1205、转轴1207、第四齿轮1208、第三齿轮1209、第三减速器1210和第三电机1211，转盘1205通过转轴1207与壳体1201活动连接，压力传感器1202通过第一固定座1204安装在转盘1205上，转盘1205侧边设有齿条1206，且一个转动组件中的齿条1206与另一个转动组件中的齿条1206齿轮连接，第四齿轮1208固定安装在转盘1205上，第三电机1211通过第二固定座1212安装于壳体1201内部，第三电机1211的输出轴通过第三联轴器与第三减速器1210的主动轴连接，第三齿轮1209安装在第三减速器1210的从动轴上，第三齿轮1209与第四齿轮1208齿轮连接。

第三电机1211输出的动力经第三减速器1210减速增矩后，通过第三齿轮1209带动第四齿轮1208和转盘1205绕转轴1207转动，转盘1205带动探测单元11转动，通过两个齿条1206的齿轮连接使两个转动组件同步转动。可根据工程需要调整两个探测单元11的角度，同时在运输过程中可以减小两个探测单元11的角度，方便本设备的转移和运输。

实施例二

本实施例作为上一实施例的进一步改进，如图1-6所示，一种用于隧道变形测量的勘测设备，包括第一测量机构1和控制机构3，第一测量机构1长度为隧道5内壁的直径，且第一测量机构1两端与隧道5内壁滚动连接；

第一测量机构1包括两个探测单元11和连接单元12，两个探测单元11通过连接单元12连接；

探测单元11包括主臂1101、滚轮座1105、滚轮叉1106、滚轮1107、第一电机1108和第一减速器1109，主臂1101上端与连接单元12连接，滚轮座1105安装于主臂1101下端，滚轮1107通过滚轮叉1106安装于滚轮座1105下端，第一电机1108和第一减速器1109均通过安装座1117安装在滚轮叉1106上，第一电机1108的输出轴通过第一联轴器与第一减速器1109的主动轴连接，第一减速器1109的从动轴与滚轮1107连接；

连接单元12包括壳体1201、两个压力传感器1202和数据处理器1203，两个压力传感器1202均安装于壳体1201内部，且每个压力传感器1202与一个主臂1101上端活动连接，数据处理器1203安装于壳体1201内部；

控制机构3包括控制器31，控制器31通过导线32与数据处理器1203连接。

第一电机1108输出的动力经第一减速器1109减速增矩后，带动滚轮1107在隧道5内壁上滚动，从而驱动第一测量机构1运动，使第一测量机构1两端在隧道5内壁上，沿隧道5的轴向或者圆周方向运动，两个探测单元11分别将两个滚轮1107处受到的压力，传递到两个压力传感器1202上，隧道变形量通过两个压力传感器1202转变成电信号，电信号传递到数据处理器1203中进行处理，最后测量人员通过控制器31观察到隧道5的变形情况。本设备检测速度快，工作效率高；检测精度高，能够提供准确的隧道变形量化数据；并且检测范围大，内壁上的检测路线可以为隧道5轴向直线或者圆周线。

作为优选方案，探测单元11还包括液压油缸1102、第一伸缩杆1103和从臂1104，第一伸缩杆1103一端在液压油缸1102内部并与其活动连接，第一伸缩杆1103另一端通过从臂1104与滚轮座1105连接，液压油缸1102通过连接座1116与主臂1101下端固定连接。

液压油缸1102带动第一伸缩杆1103滑动伸长，直至达到第一测量机构1长度要求，可根据不同隧道5内壁直径对第一测量机构1长度进行调整，增加了本设备的适应性，同时在运输过程中可以缩短第一测量机构1的长度，方便本设备的转移和运输。

作为优选方案，探测单元11还包括滑杆固定座1113、数根滑杆1114和滑块1115，数根滑杆1114平行等距放置在第一伸缩杆1103外侧，且数根滑杆1114上端均通过滑杆固定座1113固定在液压油缸1102上，第一伸缩杆1103下端通过滑块1115与从臂1104固定连接，滑块1115上开有与每根滑杆1114相对应的贯通滑孔，每根滑杆1114下端穿过相对应的贯通滑孔与滑块1115滑动连接。

增加数根滑杆1114分担了第一伸缩杆1103所受的径向力，防止第一伸缩杆1103出现径向晃动，在保证测量精度的同时，也提高了本设备的使用寿命和安全性。

作为优选方案，探测单元11还包括第一齿轮1110、第二齿轮、第二减速器1111和第二电机1112，第二减速器1111和第二电机1112均安装在从臂1104上，从臂1104下端与滚轮座1105活动连接，第二齿轮固定安装在滚轮座1105上端，第二电机1112的输出轴通过第二联轴器与第二减速器1111的主动轴连接，第一齿轮1110安装在第二减速器1111的从动轴上，第一齿轮1110与第二齿轮齿轮连接。

第二电机1112输出的动力经第二减速器1111减速增矩后，通过第一齿轮1110带动第二齿轮和滚轮座1105绕从臂1104旋转，调整滚轮1107在隧道5内壁上的滚动方向，从而控制第一测量机构1的运动方向。使本设备在隧道5内壁上的检测方向，可以是隧道5轴向方向和圆周方向的动态矢量和，检测路线可以覆盖到隧道5内壁全部位置，大大提高了本设备的检测范围。

作为优选方案，连接单元12还包括两个转动组件，两个转动组件均安装于壳体1201内部；

转动组件包括转盘1205、转轴1207、第四齿轮1208、第三齿轮1209、第三减速器1210和第三电机1211，转盘1205通过转轴1207与壳体1201活动连接，压力传感器1202通过第一固定座1204安装在转盘1205上，转盘1205侧边设有齿条1206，且一个转动组件中的齿条1206与另一个转动组件中的齿条1206齿轮连接，第四齿轮1208固定安装在转盘1205上，第三电机1211通过第二固定座1212安装于壳体1201内部，第三电机1211的输出轴通过第三联轴器与第三减速器1210的主动轴连接，第三齿轮1209安装在第三减速器1210的从动轴上，第三齿轮1209与第四齿轮1208齿轮连接。

第三电机1211输出的动力经第三减速器1210减速增矩后，通过第三齿轮1209带动第四齿轮1208和转盘1205绕转轴1207转动，转盘1205带动探测单元11转动，通过两个齿条1206的齿轮连接使两个转动组件同步转动。可根据工程需要调整两个探测单元11的角度，同时在运输过程中可以减小两个探测单元11的角度，方便本设备的转移和运输。

作为优选方案，还包括第二测量机构2和连接桥4，第二测量机构2通过连接桥4与第一测量机构1连接，第二测量机构2与第一测量机构1结构相同。

增加第二测量机构2能够使测量速度和测量范围加倍，同时，第一测量机构1和第二测量机构2同时防止在隧道5内部，可以防止滚轮1107脱离隧道5内壁，保证测量精度，提高了安全性。

作为优选方案，连接桥4包括双联气缸41、第二伸缩杆42和第三伸缩杆43，双联气缸41两端分别与第二伸缩杆42和第三伸缩杆43活动连接，第二伸缩杆42的自由端与第一测量机构1连接，第三伸缩杆43的自由端与第二测量机构2连接。

双联气缸41带动第二伸缩杆42和第三伸缩杆43伸缩，带动第一测量机构1和第二测量机构2远离或者靠近，从而使其达到测量需要的距离。双联气缸41有不回转精度高、有双倍输出力、抵抗侧面负载力强、采用滚动轴承和球轴承结构，不需要给油等优点。所以采用双联气缸可以提高本设备的精度，结构耐用，不易损坏，同时提高使用寿命，降低故障发生率，增加了本设备的工作环境适应性，同时也方便本设备的转移和运输。

作为优选方案，连接桥4还包括第一轴承44和第二轴承45，第二伸缩杆42的自由端通过第一轴承44与第一测量机构1转动连接，第三伸缩杆43的自由端通过第二轴承45与第二测量机构2转动连接。

第一测量机构1和第二测量机构2分别通过第一轴承44和第二轴承45与第二伸缩杆42和第三伸缩杆43自由端活动连接，第一测量机构1和第二测量机构2在隧道5圆周方向上的运动相互独立。进一步扩大了本设备的测量范围，提高了工作环境适应性。

作为优选方案，第一电机1108和第二电机1112为伺服电机。

伺服电机的精度高，实现了位置、速度和力矩的闭环控制，克服了普通步进电机失步的问题；

适应性强，抗过载能力强,能承受三倍于额定转矩的负载,适用于有瞬间负载波动和快速起动要求的工序；

稳定性强，低速运行平稳,低速运行时不会产生类似于普通步进电机的步进运行现象，适用于有高速响应要求的场合；

及时性好，伺服电机加减速的动态相应时间短,一般在几十毫秒之内。

实施例二相对于实施例一的优点在于：

实施例二中的发明结构强度大大提高，增加检测效率，提高检测进度，且连接更加稳定不易损坏，同时提高使用寿命，降低故障发生率，同时也方便本设备的转移和运输；提高了第一电机1108和第二电机1112的精度、适应性、稳定性和及时性；进一步扩大了本设备的测量范围，提高了工作环境适应性。

采用上述的一种用于隧道变形测量的勘测设备进行测量的方法，包括以下步骤：

S1，测量安装准备工序；

步骤一，将本设备放置在隧道5内部，将第一测量机构1和第二测量机构2分别展开至平角；

在第一测量机构1中，第三电机1211输出的动力经第三减速器1210减速增矩后，通过第三齿轮1209带动第四齿轮1208和转盘1205绕转轴1207转动，转盘1205带动探测单元11转动，通过两个齿条1206的齿轮连接使两个转动组件同步转动，使两个探测单元11和连接单元12在同一直线上；

第二测量机构2展开步骤与第一测量机构1相同；

步骤二，伸长第一测量机构1和第二测量机构2，使第一测量机构1和第二测量机构2的长度等于隧道5内壁直径；

在第一测量机构1中，液压油缸1102带动第一伸缩杆1103滑动伸长，直至达到第一测量机构1长度要求；

第二测量机构2伸长步骤与第一测量机构1相同；

步骤三，调整将第一测量机构1和第二测量机构2之间的距离；

控制双联气缸41带动第二伸缩杆42和第三伸缩杆43伸缩，带动第一测量机构1和第二测量机构2远离或者靠近，从而使其达到测量需要的距离；

S2,测量方向控制，第一测量机构1与第二测量机构2的测量方向控制步骤相同，在第一测量机构1中，第二电机1112输出的动力经第二减速器1111减速增矩后，通过第一齿轮1110带动第二齿轮和滚轮座1105绕从臂1104旋转，调整滚轮1107在隧道5内壁上的滚动方向，从而控制第一测量机构1的运动方向；

S3,测量动力控制，第一测量机构1与第二测量机构2的测量动力控制步骤相同，在第一测量机构1中，第一电机1108输出的动力经第一减速器1109减速增矩后，带动滚轮1107在隧道5内壁上滚动，从而驱动第一测量机构1运动；

S4，隧道变形测量，

步骤一，通过S2和S3的协调配合，使第一测量机构1和第二测量机构2两端在隧道5内壁上，沿隧道5的轴向和圆周方向运动，且第一测量机构1和第二测量机构2分别通过第一轴承44和第二轴承45与第二伸缩杆42和第三伸缩杆43自由端活动连接，第一测量机构1和第二测量机构2在隧道5圆周方向上的运动相互独立；

步骤二，在第一测量机构1中，两个探测单元11分别将两个滚轮1107处受到的压力，传递到两个压力传感器1202上，隧道变形量通过两个压力传感器1202转变成电信号，电信号传递到数据处理器1203中进行处理，最后测量人员通过控制器31观察到隧道5的变形情况，第二测量机构2的本步骤与第一测量机构1相同；

S5,以上步骤均通过控制器31操作完成。

隧道5上的超挖和欠挖通过探测单元11传递到压力传感器1202，将隧道的变形量化为数据，隧道变形可视化程度高，操作简单，各个步骤还能够独立工作，调整时可根据需要单独调整一个测量机构，提高本发明的可操作性。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (7)

1.一种用于隧道变形测量的勘测设备，其特征在于：包括第一测量机构(1)和控制机构(3)，所述第一测量机构(1)长度为隧道(5)内壁的直径，且所述第一测量机构(1)两端与隧道(5)内壁滚动连接；

所述第一测量机构(1)包括两个探测单元(11)和连接单元(12)，两个所述探测单元(11)通过连接单元(12)连接；

所述探测单元(11)包括主臂(1101)、滚轮座(1105)、滚轮叉(1106)、滚轮(1107)、第一电机(1108)和第一减速器(1109)，所述主臂(1101)上端与连接单元(12)连接，所述滚轮座(1105)安装于所述主臂(1101)下端，所述滚轮(1107)通过所述滚轮叉(1106)安装于所述滚轮座(1105)下端，所述第一电机(1108)和第一减速器(1109)均通过安装座(1117)安装在所述滚轮叉(1106)上，所述第一电机(1108)的输出轴通过第一联轴器与所述第一减速器(1109)的主动轴连接，所述第一减速器(1109)的从动轴与所述滚轮(1107)连接；

所述连接单元(12)包括壳体(1201)、两个压力传感器(1202)和数据处理器(1203)，两个所述压力传感器(1202)均安装于所述壳体(1201)内部，且每个所述压力传感器(1202)与一个主臂(1101)上端活动连接，所述数据处理器(1203)安装于所述壳体(1201)内部；

所述控制机构(3)包括控制器(31)，所述控制器(31)通过导线(32)与数据处理器(1203)连接；

所述探测单元(11)还包括液压油缸(1102)、第一伸缩杆(1103)和从臂(1104)，所述第一伸缩杆(1103)一端在所述液压油缸(1102)内部并与其活动连接，所述第一伸缩杆(1103)另一端通过所述从臂(1104)与滚轮座(1105)连接，所述液压油缸(1102)通过连接座(1116)与主臂(1101)下端固定连接；

所述探测单元(11)还包括滑杆固定座(1113)、数根滑杆(1114)和滑块(1115)，数根所述滑杆(1114)平行等距放置在第一伸缩杆(1103)外侧，且数根所述滑杆(1114)上端均通过所述滑杆固定座(1113)固定在液压油缸(1102)上，第一伸缩杆(1103)下端通过所述滑块(1115)与所述从臂(1104)固定连接，所述滑块(1115)上开有与每根所述滑杆(1114)相对应的贯通滑孔，每根所述滑杆(1114)下端穿过相对应的贯通滑孔与所述滑块(1115)滑动连接；

所述探测单元(11)还包括第一齿轮(1110)、第二齿轮、第二减速器(1111)和第二电机(1112)，所述第二减速器(1111)和第二电机(1112)均安装在从臂(1104)上，从臂(1104)下端与滚轮座(1105)活动连接，所述第二齿轮固定安装在滚轮座(1105)上端，所述第二电机(1112)的输出轴通过第二联轴器与所述第二减速器(1111)的主动轴连接，所述第一齿轮(1110)安装在所述第二减速器(1111)的从动轴上，所述第一齿轮(1110)与所述第二齿轮齿轮连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于隧道变形测量的勘测设备，其特征在于：所述连接单元(12)还包括两个转动组件，两个所述转动组件均安装于壳体(1201)内部；

所述转动组件包括转盘(1205)、转轴(1207)、第四齿轮(1208)、第三齿轮(1209)、第三减速器(1210)和第三电机(1211)，所述转盘(1205)通过所述转轴(1207)与壳体(1201)活动连接，压力传感器(1202)通过第一固定座(1204)安装在所述转盘(1205)上，所述转盘(1205)侧边设有齿条(1206)，且一个转动组件中的所述齿条(1206)与另一个转动组件中的齿条(1206)齿轮连接，所述第四齿轮(1208)固定安装在所述转盘(1205)上，所述第三电机(1211)通过第二固定座(1212)安装于壳体(1201)内部，所述第三电机(1211)的输出轴通过第三联轴器与所述第三减速器(1210)的主动轴连接，所述第三齿轮(1209)安装在所述第三减速器(1210)的从动轴上，所述第三齿轮(1209)与所述第四齿轮(1208)齿轮连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于隧道变形测量的勘测设备，其特征在于：还包括第二测量机构(2)和连接桥(4)，所述第二测量机构(2)通过所述连接桥(4)与第一测量机构(1)连接，所述第二测量机构(2)与第一测量机构(1)结构相同。

4.根据权利要求3所述的一种用于隧道变形测量的勘测设备，其特征在于：所述连接桥(4)包括双联气缸(41)、第二伸缩杆(42)和第三伸缩杆(43)，所述双联气缸(41)两端分别与所述第二伸缩杆(42)和第三伸缩杆(43)活动连接，所述第二伸缩杆(42)的自由端与第一测量机构(1)连接，所述第三伸缩杆(43)的自由端与第二测量机构(2)连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于隧道变形测量的勘测设备，其特征在于：所述连接桥(4)还包括第一轴承(44)和第二轴承(45)，第二伸缩杆(42)的自由端通过所述第一轴承(44)与第一测量机构(1)转动连接，第三伸缩杆(43)的自由端通过第二轴承(45)与第二测量机构(2)转动连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于隧道变形测量的勘测设备，其特征在于：所述第一电机(1108)和第二电机(1112)为伺服电机。

7.采用权利要求6所述的一种用于隧道变形测量的勘测设备进行测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，测量安装准备工序；

步骤一，将本设备放置在隧道(5)内部，将第一测量机构(1)和第二测量机构(2)分别展开至平角；

在第一测量机构(1)中，第三电机(1211)输出的动力经第三减速器(1210)减速增矩后，通过第三齿轮(1209)带动第四齿轮(1208)和转盘(1205)绕转轴(1207)转动，转盘(1205)带动探测单元(11)转动，通过两个齿条(1206)的齿轮连接使两个转动组件同步转动，使两个探测单元(11)和连接单元(12)在同一直线上；

第二测量机构(2)展开步骤与第一测量机构(1)相同；

步骤二，伸长第一测量机构(1)和第二测量机构(2)，使第一测量机构(1)和第二测量机构(2)的长度等于隧道(5)内壁直径；

在第一测量机构(1)中，液压油缸(1102)带动第一伸缩杆(1103)滑动伸长，直至达到第一测量机构(1)长度要求；

第二测量机构(2)伸长步骤与第一测量机构(1)相同；

步骤三，调整将第一测量机构(1)和第二测量机构(2)之间的距离；

控制双联气缸(41)带动第二伸缩杆(42)和第三伸缩杆(43)伸缩，带动第一测量机构(1)和第二测量机构(2)远离或者靠近，从而使其达到测量需要的距离；

S2，测量方向控制，第一测量机构(1)与第二测量机构(2)的测量方向控制步骤相同，在第一测量机构(1)中，第二电机(1112)输出的动力经第二减速器(1111)减速增矩后，通过第一齿轮(1110)带动第二齿轮和滚轮座(1105)绕从臂(1104)旋转，调整滚轮(1107)在隧道(5)内壁上的滚动方向，从而控制第一测量机构(1)的运动方向；

S3，测量动力控制，第一测量机构(1)与第二测量机构(2)的测量动力控制步骤相同，在第一测量机构(1)中，第一电机(1108)输出的动力经第一减速器(1109)减速增矩后，带动滚轮(1107)在隧道(5)内壁上滚动，从而驱动第一测量机构(1)运动；

S4，隧道变形测量，

步骤一，通过S2和S3的协调配合，使第一测量机构(1)和第二测量机构(2)两端在隧道(5)内壁上，沿隧道(5)的轴向和圆周方向运动，且第一测量机构(1)和第二测量机构(2)分别通过第一轴承(44)和第二轴承(45)与第二伸缩杆(42)和第三伸缩杆(43)自由端活动连接，第一测量机构(1)和第二测量机构(2)在隧道(5)圆周方向上的运动相互独立；

步骤二，在第一测量机构(1)中，两个探测单元(11)分别将两个滚轮(1107)处受到的压力，传递到两个压力传感器(1202)上，隧道变形量通过两个压力传感器(1202)转变成电信号，电信号传递到数据处理器(1203)中进行处理，最后测量人员通过控制器(31)观察到隧道(5)的变形情况，第二测量机构(2)的本步骤与第一测量机构(1)相同；

S5，以上步骤均通过控制器(31)操作完成。

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