CN114371218A - 基于弹性波法的盾构隧道运营期管片巡检装备及方法 - Google Patents

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陈迪杨
李利平
魏光宾
纪纯杰
刘冠男
姚大闯
张延欢
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Abstract

本发明提供了一种基于弹性波法的盾构隧道运营期管片巡检装备及方法，包括移动车辆、多自由度机械臂、弹性波检测装置和处理器，移动车辆上设置有所述多自由度机械臂，所述多自由度机械臂的一端设置有弹性波检测装置，通过控制移动车辆，改变所述多自由度机械臂在隧道内的位置，通过控制多自由度机械臂的位姿，改变所述弹性波检测装置的位置和状态；弹性波检测装置与处理器通信，将检测的各预定位置的隧道管片检测数据传输给处理器，所述处理器被配置为控制移动车辆、多自由度机械臂的运动，根据获取的数据进行管片质量分析，获得巡检结果。本发明自动化程度高，结构简单。

Description

基于弹性波法的盾构隧道运营期管片巡检装备及方法
技术领域
本发明属于盾构隧道施工期管片检测技术领域，具体涉及一种基于弹性波法的盾构隧道运营期管片巡检装备及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
盾构机具有自动化程度高,节省人力,施工速度快,一次成洞,不受气候影响的优势，导致许多重大项目的建设需要用盾构机进行施工，在盾构隧道开始运营后，隧道管片可能会因收到列车振动荷载以及地面超载和地下水位变化等原因而产生裂缝。
目前研究结果表明，管片裂缝变形是盾构隧道病害的根源，其可能引发盾构断面椭圆变形、管片的压溃与错台以及盾构隧道的渗漏水问题等，甚至为隧道的安全运营和设备正常使用造成重大安全隐患。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出一种基于弹性波法的盾构隧道运营期管片巡检装备及方法，本发明实现了对盾构隧道运营期管片可视化检测与管片健康快速诊断。
根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
一种基于弹性波法的盾构隧道运营期管片巡检装备，包括移动车辆、多自由度机械臂、弹性波检测装置和处理器，其中：
所述移动车辆上设置有所述多自由度机械臂，所述多自由度机械臂的一端设置有弹性波检测装置，通过控制移动车辆，改变所述多自由度机械臂在隧道内的位置，通过控制多自由度机械臂的位姿，改变所述弹性波检测装置的位置和状态；
所述弹性波检测装置与处理器通信，将检测的各预定位置的隧道管片检测数据传输给处理器，所述处理器被配置为控制移动车辆、多自由度机械臂的运动，根据获取的数据进行管片质量分析，获得巡检结果。
作为可选择的实施方式，所述移动车辆为移动轨道车，可移动设置在隧道内轨道上。
作为进一步的限定，所述轨道沿隧道延伸方向设置。
作为可选择的实施方式，所述移动车辆上设置有工作台，所述多自由度机械臂的一端固定在所述工作台上。
作为可选择的实施方式，所述弹性波检测装置包括弹性波敲击装备和弹性波检测器。
作为进一步的限定，所述弹性波敲击装备为敲击锤。
作为可选择的实施方式，所述多自由度机械臂至少具有两个自由度，能够沿隧道断面环向移动。
作为可选择的实施方式，所述多自由度机械臂上还设置于定位元件。
作为可选择的实施方式，所述处理器还连接有显示器，以显示各个预定位置处的巡检结果。
上述盾构隧道运营期管片巡检装备的工作方法，包括：
设置初始位置里程桩号、预探测里程桩号信息及探测间距；
按照设置的参数，处理器控制移动车辆依次从初始位置里程桩号位置，移动至各探测里程桩号位置；
多自由度机械臂在各里程桩号位置，沿隧道环向方向，按照探测间距依次移动，改变所述弹性波检测装置的位置和状态，对相应位置的隧道管片进行弹性波检测；
处理器接收检测的各预定位置的隧道管片检测数据，根据获取的数据进行管片质量分析，获得巡检结果。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明能够提高盾构隧道运营期管片检测质量与范围，弹性波检测装置通过多自由度机械臂与移动轨道车连接，可在隧道中快速移动，同时相对于之前技术可以进行三维精准化检测，通过管片质量分析软件快速分析检测结果，极大提高隧道运营期管片巡检效率。
本发明的操作简单，检测人员将设备架设在轨道上后，输入初始位置里程桩号，及预探测里程桩号信息，及探测间距等信息，设备可以自动完成数据采集，整个检测过程自动化进行，具有安全、高效的特点。
本发明的检测结果处理自动化程度高，且可以显示三维检测结果，方便现场施工人员简单明了的判断管片及注浆体形态。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明研发的基于弹性波法的运营期盾构隧道管片巡检装备结构图示。
图2为本发明的移动轨道车基本结构组成图。
图3为本发明的多自由度机械臂结构组成图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明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发明的示例性实施方式。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。
实施例1，如图1所示，所述移动轨道车1、多自由度机械臂2、弹性波检测装备3及管片检测质量分析软件，移动轨道车1为标准隧道轨道车轮尺寸，可在隧道轨道上快速移动，弹性波检测装置3通过多自由度机械臂2与移动轨道车1连接，弹性波检测装置3与处理器连接，处理器中装有管片质量分析软件，控制移动轨道车1，通过多自由度机械臂2带动弹性波检测装置3进行检测，弹性波检测装置3将接收信号传输到处理器4，利用处理器中管片质量分析软件实现对盾构隧道运营期管片可视化检测。
处理器4可以控制移动轨道车1、多自由度机械臂2、弹性波检测装备3的动作。
弹性波检测装置3包括弹性波敲击装备和检测器，敲击锤为具有一定直径的钢制球形锤，以提高壁后注浆体的检测效果。
图2为本发明的移动轨道车基本组成结构图，移动轨道车1车轮尺寸与隧道标准轨道完全匹配，可根据实际检测需求在隧道中快速移动，移动轨道车1上设置有工作台。
图3为本发明的多自由度机械臂结构组成图，机械臂包括执行升降、移动运动的执行元件，机械臂上设置有定位元件。一端连接到移动轨道车，另一端连接到弹性波检测装置，可进行环向运动。
弹性波检测装备3的运动范围可满足轨道上方所有位置点的检测需求。
实施例2，实施例1的工作方法，包括：
设置初始位置里程桩号、预探测里程桩号信息及探测间距；
按照设置的参数，处理器控制移动车辆依次从初始位置里程桩号位置，移动至各探测里程桩号位置；
多自由度机械臂在各里程桩号位置，沿隧道环向方向，按照探测间距依次移动，改变所述弹性波检测装置的位置和状态，对相应位置的隧道管片进行弹性波检测；
处理器接收检测的各预定位置的隧道管片检测数据，根据获取的数据进行管片质量分析，获得巡检结果。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于弹性波法的盾构隧道运营期管片巡检装备，其特征是：包括移动车辆、多自由度机械臂、弹性波检测装置和处理器，其中：
所述移动车辆上设置有所述多自由度机械臂，所述多自由度机械臂的一端设置有弹性波检测装置，通过控制移动车辆，改变所述多自由度机械臂在隧道内的位置，通过控制多自由度机械臂的位姿，改变所述弹性波检测装置的位置和状态；
所述弹性波检测装置与处理器通信，将检测的各预定位置的隧道管片检测数据传输给处理器，所述处理器被配置为控制移动车辆、多自由度机械臂的运动，根据获取的数据进行管片质量分析，获得巡检结果。
2.如权利要求1所述的一种基于弹性波法的盾构隧道运营期管片巡检装备，其特征是：所述移动车辆为移动轨道车，可移动设置在隧道内轨道上。
3.如权利要求2所述的一种基于弹性波法的盾构隧道运营期管片巡检装备，其特征是：所述轨道沿隧道延伸方向设置。
4.如权利要求1所述的一种基于弹性波法的盾构隧道运营期管片巡检装备，其特征是：所述移动车辆上设置有工作台，所述多自由度机械臂的一端固定在所述工作台上。
5.如权利要求1所述的一种基于弹性波法的盾构隧道运营期管片巡检装备，其特征是：所述弹性波检测装置包括弹性波敲击装备和弹性波检测器。
6.如权利要求5所述的一种基于弹性波法的盾构隧道运营期管片巡检装备，其特征是：所述弹性波敲击装备为敲击锤。
7.如权利要求1所述的一种基于弹性波法的盾构隧道运营期管片巡检装备，其特征是：所述多自由度机械臂至少具有两个自由度，能够沿隧道断面环向移动。
8.如权利要求1所述的一种基于弹性波法的盾构隧道运营期管片巡检装备，其特征是：所述多自由度机械臂上还设置于定位元件。
9.如权利要求1所述的一种基于弹性波法的盾构隧道运营期管片巡检装备，其特征是：所述处理器还连接有显示器，以显示各个预定位置处的巡检结果。
10.权利要求1-9中任一项所述的盾构隧道运营期管片巡检装备的工作方法，其特征是：所包括：
设置初始位置里程桩号、预探测里程桩号信息及探测间距；
按照设置的参数，处理器控制移动车辆依次从初始位置里程桩号位置，移动至各探测里程桩号位置；
多自由度机械臂在各里程桩号位置，沿隧道环向方向，按照探测间距依次移动，改变所述弹性波检测装置的位置和状态，对相应位置的隧道管片进行弹性波检测；
处理器接收检测的各预定位置的隧道管片检测数据，根据获取的数据进行管片质量分析，获得巡检结果。
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