CN113266369A - 应用于超长距离盾构轴线定位的探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于超长距离盾构轴线定位的探测装置，地面预埋装置的测斜管置于地下隧道上方的预埋孔位中，测斜管底部装有实心铁球、角反射以及震动探针，震动探针通过电缆线连接震动频率仪；隧道内探测装置由探测装置和探地雷达探测辅助装置组成，并置于隧道内；探测装置包括探地雷达、电磁波信号接收器、震动频率接收器；探地雷达安装在探地雷达探测辅助装置上，电磁波信号接收器和震动频率接收器安装在隧道上部的内壁上，电磁波信号接收器与固定在地面的电缆线上的电磁波信号发射装置无线连接，预埋测斜管顶部中心位置架设地面定位装置的棱镜，隧道内定位装置中的L型棱镜固定在探探测挂篮中心位置。

Description

应用于超长距离盾构轴线定位的探测装置

技术领域

本发明涉及一种盾构掘进施工中的探测装置，尤其是一种应用于超长距离盾构轴线定位的探测装置。

背景技术

盾构法隧道是由盾构机在土体中掘进完成施工，盾构机是一个由刀盘切削土体，由圆柱状钢壳提供工作面保护，依靠在钢壳内拼装成环的管片给于呈圆周状布置的千斤顶组提供支撑，然后由千斤顶往前推动，从而实现在土体内前进的大型机器。在地下作业的过程中，盾构机的运动轨迹将基本形成地下隧道走向的实际轴线，工程要求隧道的实际轴线应尽量接近或完全吻合设计轴线，以保证隧道工程的质量，从而保障地下道路隧道建成后的安全。同时，盾构法隧道在最终到达接收井时，必须准确的进入到预设的钢洞门圈内，否则会照成巨大的风险和损失。因此盾构法隧道施工必须要严格按照设计轴线准确控制盾构机的实时位置，确保后续成型后的隧道符合设计要求，最终指导盾构机准确穿过钢洞门圈进入接收井。

指导盾构机前进方向，需要盾构施工测量技术，现有技术是将地面坐标通过竖井联系测量传递到隧道内，并在隧道内布设支导线，利用支导线的数据测量盾构机布设在盾构纵轴方向上的测量标志，最后根据测量标志与盾构机头部尾部中心的关系，计算出盾构机的头部、尾部中心的三维坐标，比较它们与隧道设计轴线之间的偏差，从而指导盾构机很好的沿着设计轴线前进。

但是，由于测量误差的存在，对于超长的隧道，在支导线长度达到一定长度之后，测量误差就会慢慢累积到超出隧道设计要求，从而有可能不能顺利进入接收井，照成工程巨大风险和损失，或者只能采用昂贵的高精度陀螺仪且该仪器由于国内应用少而并不能确保隧道百分之百完全贯通的不足，现有技术成本高、效率低，无法适用于超长距离的盾构法隧道。

发明内容

本发明就是为了解决上述测量技术的不足，提供一种低成本，高效率，成果直观的应用于超长距离盾构轴线定位的探测装置，做到快速、实时，有效提高测量进度、施工质量及施工进度。

为了实现上述的目的，本发明的技术方案是：一种应用于超长距离盾构轴线定位的探测装置，包括：地面预埋装置、电磁波信号发射装置，隧道内探测装置、定位测量装置，所述地面预埋装置由预埋测斜管、实心铁球、角反射器、震动探针、震动频率仪、电缆线回路装置组成，所述预埋测斜管底部置于地下隧道上方的预埋孔位中，所述实心铁球固定在测斜管底部中心位置，所述角反射器通过固定螺栓固定在实心铁球底部中心位置；所述震动探针固定在角反射器中心位置通过电缆线连接震动频率仪；所述电缆线回路装置由电缆线、电源、变压器组成，所述电缆线连接震动探针，在实心铁球处缠绕多圈，并在地面形成通电回路；所述隧道内探测装置由探测装置和探地雷达探测辅助装置组成，并置于隧道内；所述探测装置包括：探地雷达、电磁波信号接收器、震动频率接收器；所述探地雷达安装在探地雷达探测辅助装置上，所述电磁波信号接收器和震动频率接收器在进行探测时安置于隧道上部的内壁上，所述电磁波信号接收器与固定在地面的电缆线上的电磁波信号发射装置无线连接，所述探地雷达探测辅助装置包括：探测面装置和探测面固定装置组成；所述探测面装置由管片填充物、探测板、探测挂篮组成；所述管片填充物选用聚乙烯泡沫板切割成圆弧形对管片与探测板的空隙处进行填充，所述探测挂篮通过花篮螺丝与探测板上哈芬槽内的滑轮连接，并通过花篮螺丝调节探地雷达底部与探测板的贴合的紧密度；所述探测面固定装置由4组液压抬升柱、液压控制器、轨道、滑轮组成；所述液压抬升柱上部的L型板通过抬升固定探测板及管片填充物至无缝隙，所述轨道设置在液压抬升柱底部，并通过安装在4个液压抬升柱底部的滑轮来调节液压抬升柱前后方向的位置；所述定位测量装置由测斜仪、固定测量架、棱镜、L型棱镜组成；所述测量架和棱镜架设在预埋测斜管顶部中心位置，所述L型棱镜固定在探测挂篮中心位置。

进一步，所述预埋测斜管直径选择大于16cm的铝合金材质的测斜管。

进一步，所述实心铁球为鼓型，直径选择大于18cm。

进一步，所述角反射器，为金属铁板组成内凹四角金字塔型，每个反射凹面板的反射角度小于36°。

进一步，所述地面预埋装置，预埋于实心铁球中心距管片外侧小于50cm位置。

进一步，所述探测板为2M*1.2M*0.1M的尼龙板，并在探测板长边上内嵌四条间隙为0.25米的尼龙材质的通长哈芬槽。

进一步，所述电磁波信号发射装置的电磁波信号发射频率设置在80Khz至200Khz之间。

进一步，所述电磁波信号接收器接收频率设置在80Khz至200Khz之间。

进一步，所述震动探针的发射频率设置在50hz至200hz之间；所述震动频率接收器的接收频率设置在50hz至200hz之间。

进一步，所述探地雷达的天线频率选用170Mhz和600Mhz的双频天线；

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明的探测装置能实时的观测到超长距离盾构轴线定位的探测数据。解决了由于测量误差的存在，对于超长的隧道，在支导线长度达到一定长度之后，测量误差就会慢慢累积到超出隧道设计要求，从而有可能不能顺利进入接收井，照成工程巨大风险和损失的技术问题。并且做到快速、实时，有效的提高测量进度、施工质量及施工进度。

附图说明

图1是本发明的探测装置的示意图；

图2是本发明探地雷达探测示意图；

图3是本发明探测挂篮的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1至图3所示，本发明的应用于超长距离盾构轴线定位的探测装置，包括：地面预埋装置1、电磁波信号发射装置2，隧道内探测装置3、定位测量装置4。

地面预埋装置1由预埋测斜管11、实心铁球12、角反射器13、震动探针14、震动频率仪15、电缆线回路装置组成。预埋测斜管11直径选择大于16cm的铝合金材质的专用测斜管，并插入地下隧道上方的预埋孔位中。实心铁球12为鼓型固定在预埋测斜管11底部中心位置，直径选择大于18cm；角反射器13通过固定螺栓固定在实心铁球12底部中心位置；震动探针14固定在角反射器13中心位置，发射频率为50hz至200hz之间，通过电缆线连接震动频率仪15。电缆线回路装置由电缆线16、电源17、变压器18组成，电缆线16连接震动探针14，在实心铁球12处缠绕多圈，并在地面形成通电回路。

电磁波信号发射装置2为可发射电磁波信号，通过连接夹线21固定在地面的电缆线上，电磁波信号发射频率在80Khz至200Khz之间。

隧道内探测装置3由探测装置和探地雷达探测辅助装置组成，并置于隧道内。探测装置包括：探地雷达31、电磁波信号接收器32、震动频率接收器33；探地雷达31的天线频率选用170Mhz和600Mhz双频天线；电磁波信号接收器32接收频率为80Khz至200Khz之间；震动频率接收器33的接收频率为50hz至200hz之间。探地雷达探测辅助装置32包括：探测面装置和探测面固定装置；探测面装置由管片填充物34、探测板35、探测挂篮36组成；探测挂篮36包括探测挂篮36：挂篮架361、花篮螺丝362、固定螺栓363，挂篮架361四角上面分别设有可调节高度的花篮螺丝362。管片填充物34选用聚乙烯泡沫板切割成圆弧形对管片与探测板35的空隙处进行填充。探测板35为2M*1.2M*0.1M的尼龙板，并在探测板35长边上内嵌四条间隙为0.25米的尼龙材质的通长哈芬槽351；探测挂篮36通过花篮螺丝362与探测板35上哈芬槽351内的滑轮352连接。并通过花篮螺丝362调节探地雷达31底部与探测板35的贴合的紧密度。探测面固定装置由4组液压抬升柱371、液压控制器372、轨道373、轨道滑轮374组成。液压抬升柱371上部为L型通过抬升至合适位置固定探测板35及管片填充物34至无缝隙，轨道373设置在液压抬升柱371底部通过安装在4个液压抬升柱371底部的轨道滑轮374可调节液压抬升柱371前后方向的位置。

定位测量装置4由测斜仪41、固定测量架42、棱镜43、L型棱镜44组成。棱镜43通过固定测量架42架设于预埋测斜管11顶部中心位置；L型棱镜44固定在探测挂篮36中心位置。

如图1所示，本发明的超长距离盾构轴线定位的探测装置安装及使用的具体步骤为：

(1)拼装预埋测斜管11，实心铁球12固定在预埋测斜管底部，角反射器13、和震动探针14安装在实心铁球中心位置，震动探针14连接电缆线16，安放并固定预埋测斜管11至预埋孔位，安装固定测量架42，架设棱镜43于预埋测斜管11顶部中心位置，并测出棱镜43的三维坐标，测斜仪41测出预埋测斜管11的方向及斜率，并计算出预埋测斜管顶部与底部的中心偏差；通过计算得到地面控制网坐标系测得的测斜管底部铁球12中心的坐标值A。

(2)连接电源17和变压器18，连接震动频率仪15调整发射频率为85hz。电磁波信号发射装置2通过夹线21接入电缆线16，开启电磁波信号发射装置2将发射频率调整在200Khz。在盾构隧道内相同里程管片周边，先使用震动频率接收器33延环向管片探测震动探针14的大致位置，并在管片上做好区域标致，再使用电磁波信号接收器32探测缠绕预埋测斜管11底部铁球上电缆线16的大致位置，将铁球12中心位置投影在隧道内管片顶部，复核两次探测位置，并在管片上做好标志。

(3)将探测面固定装置安放置标志区域处，调整滑轮374至待测面底部，通过液压控制器372控制液压抬升柱371将管片填充物34、探测板35固定至管片顶部。将探测挂篮36通过花篮螺丝362连接探测板35上滑轮352。并将探地雷达31通过固定螺栓363安装在探测挂篮36中心位置。开启探地雷达31，从左至右探测挂篮36，完成一次探测，安装探测挂篮36至探测板35另一条哈芬槽351内的滑轮352，从左至右滑动探测挂篮36完成第二次探测，通过雷达层析图分析将探测挂篮36平移至探测到测斜管底部实心铁球12和角反射器13位置的中心并固定。

(4)使用隧道内控制点测量探测挂篮36底部中心L型棱镜44的坐标值,即是使用隧道内控制点所测得的测斜管底部铁球12中心的坐标值A’。计算地面控制网坐标系测得的测斜管底部铁球12中心的坐标值A与隧道内控制点所测得的测斜管底部铁球12中心的坐标值A’的偏差值。形成最终成果：盾构轴线位置实际三维坐标与设计坐标的偏差。

Claims (10)

1.一种应用于超长距离盾构轴线定位的探测装置，包括地面预埋装置、电磁波信号发射装置，隧道内探测装置、定位测量装置，所述地面预埋装置由预埋测斜管、实心铁球、角反射器、震动探针、震动频率仪、电缆线回路装置组成，所述预埋测斜管底部置于地下隧道上方的预埋孔位中，所述实心铁球固定在测斜管底部中心位置，所述角反射器通过固定螺栓固定在实心铁球底部中心位置；所述震动探针固定在角反射器中心位置通过电缆线连接震动频率仪；所述电缆线回路装置由电缆线、电源、变压器组成，所述电缆线连接震动探针，在实心铁球处缠绕多圈，并在地面形成通电回路；所述隧道内探测装置由探测装置和探地雷达探测辅助装置组成，并置于隧道内；所述探测装置包括：探地雷达、电磁波信号接收器、震动频率接收器；所述探地雷达安装在探地雷达探测辅助装置上，所述电磁波信号接收器和震动频率接收器在进行探测时安置于隧道上部的内壁上，所述电磁波信号接收器与固定在地面的电缆线上的电磁波信号发射装置无线连接，所述探地雷达探测辅助装置包括：探测面装置和探测面固定装置组成；所述探测面装置由管片填充物、探测板、探测挂篮组成；所述管片填充物选用聚乙烯泡沫板切割成圆弧形对管片与探测板的空隙处进行填充，所述探测挂篮通过花篮螺丝与探测板上哈芬槽内的滑轮连接，并通过花篮螺丝调节探地雷达底部与探测板的贴合的紧密度；所述探测面固定装置由4组液压抬升柱、液压控制器、轨道、滑轮组成；所述液压抬升柱上部的L型板通过抬升固定探测板及管片填充物至无缝隙，所述轨道设置在液压抬升柱底部，并通过安装在4个液压抬升柱底部的滑轮来调节液压抬升柱前后方向的位置；所述定位测量装置由测斜仪、固定测量架、棱镜、L型棱镜组成；所述测量架和棱镜架设在预埋测斜管顶部中心位置，所述L型棱镜固定在探测挂篮中心位置。

2.根据权利要求1所述的应用于超长距离盾构轴线定位的探测装置，其特征在于：所述预埋测斜管外径选择大于16cm的铝合金材质的测斜管。

3.根据权利要求1所述的应用于超长距离盾构轴线定位的探测装置，其特征在于：所述角反射器，为金属铁板组成内凹四角金字塔型，每个反射凹面板的反射角度小于36°。

4.根据权利要求1所述的应用于超长距离盾构轴线定位的探测装置，其特征在于：所述地面预埋装置，预埋于实心铁球中心距管片外侧小于50cm位置。

5.根据权利要求1所述的应用于超长距离盾构轴线定位的探测装置，其特征在于：所述实心铁球为鼓型，直径选择大于18cm。

6.根据权利要求1所述的应用于超长距离盾构轴线定位的探测装置，其特征在于：所述探测板为2M*1.2M*0.1M的尼龙板，并在探测板长边上内嵌四条间隙为0.25米的尼龙材质的通长哈芬槽。

7.根据权利要求1所述的应用于超长距离盾构轴线定位的探测装置，其特征在于：所述电磁波信号发射装置的电磁波信号发射频率设置在80Khz至200Khz之间。

8.根据权利要求1所述的应用于超长距离盾构轴线定位的探测装置，其特征在于：所述电磁波信号接收器接收频率设置在80Khz至200Khz之间。

9.根据权利要求1所述的应用于超长距离盾构轴线定位的探测装置，其特征在于：所述震动探针的发射频率设置在50hz至200hz之间；所述震动频率接收器的接收频率设置在50hz至200hz之间。

10.根据权利要求1所述的应用于超长距离盾构轴线定位的探测装置，其特征在于：所述探地雷达的天线频率选用170Mhz和600Mhz的双频天线。

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