CN113931695B - 一种隧道脱空检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道脱空检测装置,包括主动移动件和从动移动件，主动移动件上设有主控制器、数据处理总成和振动信号接收装置，振动信号接收装置和数据处理总成均与主控制器电连接，从动移动件上设有副控制器和敲击总成，主动移动件和从动移动件分别相对地置于隧道内的两侧，主动移动件和从动移动件分别在隧道内的两侧沿隧道长度方向保持同向同步移动，并在移动过程中，敲击总成用以间歇的敲击隧道同侧的拱璧，振动信号接收装置用以在敲击总成敲击隧道的拱璧时接收隧道另一侧的振动响应，数据处理总成用以对振动信号接收装置所接收的振动响应进行处理分析以判断隧道当前位置处是否存在脱空，其结构简单，且检测结果精确度高，同时处理效率高。

Description

一种隧道脱空检测装置

技术领域

本发明属于隧道探测设备领域，尤其涉及一种隧道脱空检测装置。

背景技术

在这些隧道中，由于地质条件、施工工艺、运营和维护等原因，经常在衬砌和围岩中，出现脱空空洞。隧道衬砌脱空空洞使衬砌受到不均匀的荷载，不能产生充分的地层反力，对结构的承载力产生不可忽略的影响。因此，对隧道衬砌脱空空腔进行检测，并对衬砌脱空空腔进行及时处理，显得尤为重要。

对于这些隧道围岩中形成的脱空空腔的检测，目前没有好的技术和装备。一般而言，目前主要采用的有两种方法：探地雷达法和敲击法。其中探地雷达采用电磁波作为探针(probe)，来感知衬砌后面的脱空空腔。其原理是利用一个电磁波天线，向衬砌发射一个脉冲雷达波，一般是微波。这一脉冲雷达波在衬砌和围岩中传播，经过各种介质交界面时，一些雷达波能量被反射后，被接收天线接收。反射电磁波的实际传播路径、强度、波形等，会受到界面的性质、几何形态的影响。结合反射信号时延、形状，以及频谱特性等情况，能获得目标深度、介质的结构、性质等相关情况。因为衬砌后脱空空腔为空气，空气的电磁常数和混凝土、围岩等相差很大，所以能够根据其回波，判断出空腔的尺寸等。但是，探地雷达的问题是，操作复杂，效率低，同时被衬砌中的钢筋等影响，不能很好地解决衬砌脱空空腔的检测问题。

敲击法或者叩击法是一种经典的弹性声波法，采用声波作为探针。其技术原理基于其探测声波在不同的界面的反射。因为衬砌和围岩的机械常数与空气的机械常数差别很大，所以在空气和衬砌的界面，会发生声波的反射。通过探测这种发射，就能够比较明显地感知到脱空空腔。但是，这种方法也有它的局限性，例如效率低下、探测声波的一致性控制问题，回波的检测问题等。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种结构简单，且可对隧道脱空的位置处进行监测的隧道脱空检测装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种隧道脱空检测装置,包括主动移动件和从动移动件，所述主动移动件上设有主控制器、数据处理总成和振动信号接收装置，所述振动信号接收装置和所述数据处理总成均与所述主控制器电连接，所述从动移动件上设有副控制器和敲击总成，所述主动移动件和从动移动件分别相对地置于隧道内的两侧，所述主动移动件和从动移动件分别在所述隧道内的两侧沿隧道长度方向保持同向同步移动，并在移动过程中，所述敲击总成用以间歇的敲击所述隧道同侧的拱璧，所述振动信号接收装置用以在所述敲击总成敲击所述隧道的拱璧时接收所述隧道另一侧的振动响应，所述数据处理总成用以对所述振动信号接收装置所接收的振动响应进行处理分析以判断所述隧道当前位置处是否存在脱空。

上述技术方案的有益效果在于：如此由主动移动件和从动移动件分别在隧道内的两侧沿隧道长度方向同步同向移动，且在移动过程中始终保持二者左右对齐，主动移动件和从动移动件每移动一段距离后停下，其中，从动移动件上的敲击总成敲击或振动隧道侧壁，而主动移动件上的振动信号接收装置感应隧道另一侧所作出的振动响应，而振动信号接收装置所接收的振动响应由数据处理总成进行数据处理以判断隧道该位点的上方是否存在脱空。

上述技术方案中所述振动信号接收装置和敲击总成均设有多个，多个所述振动信号接收装置沿前后方向间隔设置在所述主动移动件上，且多个所述振动信号接收装置均与所述主控制器电连接，多个所述敲击总成沿前后方向间隔设置在所述从动移动件上，且多个所述敲击总成均与所述副控制器电连接。

上述技术方案的有益效果在于：如此使得其对隧道脱空进行检测时的精度更高。

上述技术方案中所述振动信号接收装置包括第一消音皮碗、振动传感器和第一伸缩件，所述第一伸缩件沿左右方向水平安装在所述主动移动件上，且其伸缩端背离所述从动移动件，所述第一消音皮碗同轴固定安装在所述第一伸缩件的伸缩端，且其碗口背离所述从动移动件，所述振动传感器安装在所述第一消音皮碗碗口处的中部，且多个所述振动传感器和多个所述第一伸缩件均与所述主控制器电连接，所述主控制器控制多个所述第一伸缩件同步伸长至多个所述第一消音皮碗的碗口均与所述隧道的侧壁相抵，并由多个所述振动传感器监测所述隧道侧壁处的振动响应，或控制多个所述第一伸缩件同步收缩至复位。

上述技术方案的有益效果在于：其结构简单，其中第一消音皮碗可滤除外界声音信号的干扰。

上述技术方案中所述敲击总成包括第二消音皮碗、第二伸缩件和敲击件，所述第二伸缩件水平安装在所述从动移动件上，且其伸缩端背离所述主动移动件，所述第二消音皮碗同轴安装在所述第二伸缩件的伸缩端，且其碗口背离所述主动移动件，所述敲击件位于所述第二消音皮碗内，并固定安装在所述第二伸缩件的伸缩端，多个所述第二伸缩件和多个所述敲击件均与所述副控制器电连接，所述副控制器用以控制多个所述第二伸缩件同步伸长至所述第二消音皮碗的碗口均与所述隧道的侧壁相抵，且在多个所述第二消音皮碗的碗口与所述隧道的侧壁相抵后由多个所述敲击件敲击所述隧道的侧壁以产生振动，或控制多个所述第二伸缩件同步收缩至复位。

上述技术方案的有益效果在于：其结构简单，且所述第二消音皮碗可避免敲击件的振动时产生的声响对振动传感器的干扰。

上述技术方案中相邻两个所述振动信号接收装置之间的间距与相邻两个所述敲击总成之间的间距相等，且多个所述振动信号接收装置和多个所述敲击总成的个数一致且一一对应，且所述主动移动件和从动移动件同步同向移动时，相对应的所述振动信号接收装置和敲击总成处于同一左右方向对应竖向平面内。

上述技术方案的有益效果在于：如此使得其检测精度更高。

上述技术方案中所述主动移动件和从动移动件均为具有控制总成和蓄电池的电动轮式底盘或电动履带式底盘，且所述主动移动件的控制总成与所述主控制器电连接，且所述主动移动件的控制总成和主控制器均与所述主动移动件的蓄电池电连接，所述从动移动件的控制总成与副控制器电连接，且所述从动移动件的控制总成和副控制器均与所述从动移动件的蓄电池电连接。

上述技术方案的有益效果在于：如此使得其自动化程度高。

上述技术方案中所述主动移动件和从动移动件相互远离的一侧均设有测距探头，且所述主动移动件上的测距探头与所述主动移动件上的控制总成电连接，所述从动移动件上的测距探头与所述从动移动件上的控制总成电连接，所述测距探头用以测量其至所述隧道靠近其的一侧侧壁之间的间距。

上述技术方案的有益效果在于：如此可由测距探头实时监测其与隧道对应侧的侧壁之间的间距，而主动移动件和从动移动件的控制总成均通过对应所述测距探头测得值来分别控制主动移动件和从动移动件与隧道对应侧壁之间的间距处于一个定值。

上述技术方案中所述主动移动件靠近所述从动移动件的一侧设有一个光束发射器，且所述光束发射器与所述主动移动件的控制总成电连接，所述光束发射器用以朝向所述从动移动件发射光束，所述从动移动件靠近所述主动移动件的一侧设有与所述光束发射器所发出光束波长相匹配的感光板，且所述感光板与所述从动移动件的控制总成电连接，且所述光束发射器发出的光束对准所述感光板时，相对应的所述振动信号接收装置和敲击总成处于同一左右方向对于的竖向面内，且所述从动移动件随所述感光板所感应的光束的移动保持同步同向移动。

上述技术方案的有益效果在于：如此由从动移动件跟随光束保持同步同向移动，即主动移动件移动时带动光束发射器沿前后方向移动，而从动移动件移动时始终保持感光板能感应到光束发射器的光束。

附图说明

图1为本发明实施例所述隧道脱空检测装置的结构简图；

图2为本发明实施例所述隧道脱空监测装置在隧道内的分布图；

图3为本发明实施例所述主动移动件的电模块连接图；

图4为本发明实施例所述从动移动件的电模块连接图。

图中：1a主动移动件、1b从动移动件、11控制总成、12蓄电池、13测距探头、14光束发射器、15感光板、2a主控制器、2b副控制器、3数据处理总成、4振动信号接收装置、41第一消音皮碗、42振动传感器、43第一伸缩件、5敲击总成、51第二消音皮碗、52第二伸缩件、53敲击件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1-图4所示，本实施例提供了一种隧道脱空检测装置,包括主动移动件1a和从动移动件1b，所述主动移动件1a上设有主控制器2a、数据处理总成3和振动信号接收装置4，所述振动信号接收装置4和所述数据处理总成3均与所述主控制器2a电连接，所述从动移动件1b上设有副控制器2b和敲击总成5，所述主动移动件1a和从动移动件1b分别相对地置于隧道内的两侧，所述主动移动件1a和从动移动件1b分别在所述隧道内的两侧沿隧道长度方向保持同向同步移动，并在移动过程中，所述敲击总成5用以间歇的敲击所述隧道同侧的拱璧，所述振动信号接收装置4用以在所述敲击总成5敲击所述隧道的拱璧时接收所述隧道另一侧的振动响应，所述数据处理总成3用以对所述振动信号接收装置4所接收的振动响应进行处理分析以判断所述隧道当前位置处是否存在脱空。其中，所述数据处理总成可为一个智能终端(如工业计算机，其可对振动传感器所感应的振动响应进行分析，并将分析结构进行储存，同时根据主动移动件在隧道内的行驶里程来对隧道内脱空的位置处进行定位)，如此由主动移动件和从动移动件分别在隧道内的两侧沿隧道长度方向同步同向移动，且在移动过程中始终保持二者左右对齐，主动移动件和从动移动件每移动一段距离后同时停下，其中，从动移动件上的敲击总成敲击或振动隧道侧壁，而主动移动件上的振动信号接收装置感应隧道另一侧所作出的振动响应，而振动信号接收装置所接收的振动响应由数据处理总成进行数据处理以判断隧道该位点的上方是否存在脱空。

上述技术方案中所述振动信号接收装置4和敲击总成5均设有多个，多个所述振动信号接收装置4沿前后方向间隔设置在所述主动移动件1a上，且多个所述振动信号接收装置4均与所述主控制器2a电连接，多个所述敲击总成5沿前后方向间隔设置在所述从动移动件1b上，且多个所述敲击总成5均与所述副控制器2b电连接，如此使得其对隧道脱空进行检测时的精度更高。

上述技术方案中所述振动信号接收装置4包括第一消音皮碗41、振动传感器42和第一伸缩件43，所述第一伸缩件43沿左右方向水平安装在所述主动移动件1a上，且其伸缩端背离所述从动移动件1b，所述第一消音皮碗41同轴固定安装在所述第一伸缩件43的伸缩端，且其碗口背离所述从动移动件1b，所述振动传感器42安装在所述第一消音皮碗41碗口处的中部，且多个所述振动传感器42和多个所述第一伸缩件43均与所述主控制器2a电连接，所述主控制器2a控制多个所述第一伸缩件43同步伸长至多个所述第一消音皮碗41的碗口均与所述隧道的侧壁相抵，并由多个所述振动传感器42监测所述隧道侧壁处的振动响应，或控制多个所述第一伸缩件43同步收缩至复位，其结构简单，其中第一消音皮碗可滤除外界声音信号的干扰。

上述技术方案中所述敲击总成5包括第二消音皮碗51、第二伸缩件52和敲击件53，所述第二伸缩件52水平安装在所述从动移动件1b上，且其伸缩端背离所述主动移动件1a，所述第二消音皮碗51同轴安装在所述第二伸缩件52的伸缩端，且其碗口背离所述主动移动件1a，所述敲击件53位于所述第二消音皮碗51内，并固定安装在所述第二伸缩件52的伸缩端，多个所述第二伸缩件52和多个所述敲击件53均与所述副控制器2b电连接，所述副控制器2b用以控制多个所述第二伸缩件52同步伸长至所述第二消音皮碗51的碗口均与所述隧道的侧壁相抵，且在多个所述第二消音皮碗51的碗口与所述隧道的侧壁相抵后由多个所述敲击件53敲击所述隧道的侧壁以产生振动，或控制多个所述第二伸缩件52同步收缩至复位，其结构简单，且所述第二消音皮碗可避免敲击件的振动时产生的声响对振动传感器的干扰。

其中，所述第一伸缩件和第二伸缩件可均采用伸缩电缸，所述敲击件也可为一个伸缩电缸，如此由其周期性的伸缩以敲击隧道侧壁。

上述技术方案中相邻两个所述振动信号接收装置4之间的间距与相邻两个所述敲击总成5之间的间距相等，且多个所述振动信号接收装置4和多个所述敲击总成5的个数一致且一一对应(优选的，所述振动信号接受装置和敲击总成各设有三个，且相邻两个振动信号接受装置之间的间距为0.5-1m)，且所述主动移动件1a和从动移动件1b同步同向移动时，相对应的所述振动信号接收装置4和敲击总成5处于同一左右方向对应竖向平面内，如此使得其检测精度更高。

上述技术方案中所述主动移动件1a和从动移动件1b均为具有控制总成11和蓄电池12的电动轮式底盘或电动履带式底盘，且所述主动移动件1a的控制总成11与所述主控制器2a电连接，且所述主动移动件1a的控制总成11和主控制器2a均与所述主动移动件1a的蓄电池12电连接，所述从动移动件1b的控制总成11与副控制器2b电连接，且所述从动移动件1b的控制总成11和副控制器2b均与所述从动移动件1b的蓄电池12电连接，如此使得其自动化程度高。

上述技术方案中所述主动移动件1a和从动移动件1b相互远离的一侧均设有测距探头13，且所述主动移动件1a上的测距探头13与所述主动移动件1a上的控制总成11电连接，所述从动移动件1b上的测距探头13与所述从动移动件1b上的控制总成11电连接，所述测距探头13用以测量其至所述隧道靠近其的一侧侧壁之间的间距，如此可由测距探头实时监测其与隧道对应侧的侧壁之间的间距，而主动移动件和从动移动件的控制总成均通过对应所述测距探头测得值来分别控制主动移动件和从动移动件与隧道对应侧壁之间的间距处于一个定值。

上述技术方案中所述主动移动件1a靠近所述从动移动件1b的一侧设有一个光束发射器14，且所述光束发射器14与所述主动移动件1a的控制总成11电连接，所述光束发射器14用以朝向所述从动移动件1b发射光束，所述从动移动件1b靠近所述主动移动件1a的一侧设有与所述光束发射器14所发出光束波长相匹配的感光板15，且所述感光板15与所述从动移动件1b的控制总成11电连接，且所述光束发射器14发出的光束对准所述感光板15时，相对应的所述振动信号接收装置4和敲击总成5处于同一左右方向对于的竖向面内，且所述从动移动件1b随所述感光板15所感应的光束的移动保持同步同向移动，如此由从动移动件跟随光束保持同步同向移动，即主动移动件移动时带动光束发射器沿前后方向移动，而从动移动件移动时始终保持感光板能感应到光束发射器的光束。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种隧道脱空检测装置,其特征在于,包括主动移动件（1a）和从动移动件（1b），所述主动移动件（1a）上设有主控制器（2a）、数据处理总成（3）和振动信号接收装置（4），所述振动信号接收装置（4）和所述数据处理总成（3）均与所述主控制器（2a）电连接，所述从动移动件（1b）上设有副控制器（2b）和敲击总成（5），所述主动移动件（1a）和从动移动件（1b）分别相对地置于隧道内的两侧，所述主动移动件（1a）和从动移动件（1b）分别在所述隧道内的两侧沿隧道长度方向保持同向同步移动，并在移动过程中，所述敲击总成（5）用以间歇的敲击所述隧道同侧的拱璧，所述振动信号接收装置（4）用以在所述敲击总成（5）敲击所述隧道的拱璧时接收所述隧道另一侧的振动响应，所述数据处理总成（3）用以对所述振动信号接收装置（4）所接收的振动响应进行处理分析以判断所述隧道当前位置处是否存在脱空；所述振动信号接收装置（4）包括第一消音皮碗（41）、振动传感器（42）和第一伸缩件（43），所述第一伸缩件（43）沿左右方向水平安装在所述主动移动件（1a）上，且所述第一伸缩件（43）的伸缩端背离所述从动移动件（1b），所述第一消音皮碗（41）同轴固定安装在所述第一伸缩件（43）的伸缩端，且第一消音皮碗（41）的碗口背离所述从动移动件（1b），所述振动传感器（42）安装在所述第一消音皮碗（41）碗口处的中部，且多个所述振动传感器（42）和多个所述第一伸缩件（43）均与所述主控制器（2a）电连接，所述主控制器（2a）控制多个所述第一伸缩件（43）同步伸长至多个所述第一消音皮碗（41）的碗口均与所述隧道的侧壁相抵，并由多个所述振动传感器（42）监测所述隧道侧壁处的振动响应，或控制多个所述第一伸缩件（43）同步收缩至复位；所述敲击总成（5）包括第二消音皮碗（51）、第二伸缩件（52）和敲击件（53），所述第二伸缩件（52）水平安装在所述从动移动件（1b）上，且所述第二伸缩件（52）的伸缩端背离所述主动移动件（1a），所述第二消音皮碗（51）同轴安装在所述第二伸缩件（52）的伸缩端，且所述第二消音皮碗（51）的碗口背离所述主动移动件（1a），所述敲击件（53）位于所述第二消音皮碗（51）内，并固定安装在所述第二伸缩件（52）的伸缩端，多个所述第二伸缩件（52）和多个所述敲击件（53）均与所述副控制器（2b）电连接，所述副控制器（2b）用以控制多个所述第二伸缩件（52）同步伸长至所述第二消音皮碗（51）的碗口均与所述隧道的侧壁相抵，且在多个所述第二消音皮碗（51）的碗口与所述隧道的侧壁相抵后由多个所述敲击件（53）敲击所述隧道的侧壁以产生振动，或控制多个所述第二伸缩件（52）同步收缩至复位。

2.根据权利要求1所述的隧道脱空检测装置,其特征在于,所述振动信号接收装置（4）和敲击总成（5）均设有多个，多个所述振动信号接收装置（4）沿前后方向间隔设置在所述主动移动件（1a）上，且多个所述振动信号接收装置（4）均与所述主控制器（2a）电连接，多个所述敲击总成（5）沿前后方向间隔设置在所述从动移动件（1b）上，且多个所述敲击总成（5）均与所述副控制器（2b）电连接。

3.根据权利要求1或2所述的隧道脱空检测装置,其特征在于,相邻两个所述振动信号接收装置（4）之间的间距与相邻两个所述敲击总成（5）之间的间距相等，且多个所述振动信号接收装置（4）和多个所述敲击总成（5）的个数一致且一一对应，且所述主动移动件（1a）和从动移动件（1b）同步同向移动时，相对应的所述振动信号接收装置（4）和敲击总成（5）处于同一左右方向对应竖向平面内。

4.根据权利要求3所述的隧道脱空检测装置,其特征在于,所述主动移动件（1a）和从动移动件（1b）均为具有控制总成（11）和蓄电池（12）的电动轮式底盘或电动履带式底盘，且所述主动移动件（1a）的控制总成（11）与所述主控制器（2a）电连接，且所述主动移动件（1a）的控制总成（11）和主控制器（2a）均与所述主动移动件（1a）的蓄电池（12）电连接，所述从动移动件（1b）的控制总成（11）与副控制器（2b）电连接，且所述从动移动件（1b）的控制总成（11）和副控制器（2b）均与所述从动移动件（1b）的蓄电池（12）电连接。

5.根据权利要求4所述的隧道脱空检测装置,其特征在于,所述主动移动件（1a）和从动移动件（1b）相互远离的一侧均设有测距探头（13），且所述主动移动件（1a）上的测距探头（13）与所述主动移动件（1a）上的控制总成（11）电连接，所述从动移动件（1b）上的测距探头（13）与所述从动移动件（1b）上的控制总成（11）电连接，所述测距探头（13）用以测量其至所述隧道靠近其的一侧侧壁之间的间距。

6.根据权利要求5所述的隧道脱空检测装置,其特征在于,所述主动移动件（1a）靠近所述从动移动件（1b）的一侧设有一个光束发射器（14），且所述光束发射器（14）与所述主动移动件（1a）的控制总成（11）电连接，所述光束发射器（14）用以朝向所述从动移动件（1b）发射光束，所述从动移动件（1b）靠近所述主动移动件（1a）的一侧设有与所述光束发射器（14）所发出光束波长相匹配的感光板（15），且所述感光板（15）与所述从动移动件（1b）的控制总成（11）电连接，且所述光束发射器（14）发出的光束对准所述感光板（15）时，相对应的所述振动信号接收装置（4）和敲击总成（5）处于同一左右方向对应的竖向面内，且所述从动移动件（1b）随所述感光板（15）所感应的光束的移动保持同步同向移动。