CN114488015B - 用于隧道超前地质预报的地质雷达探测面适应装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于隧道超前地质预报的地质雷达探测面适应装置及方法，包括：搭载平台、夹持机构、适应机构和移动机构；所述搭载平台的一侧设有夹持机构与适应机构，另一侧设有移动机构；所述夹持机构包括用于固定雷达天线的夹持板，所述适应机构包括弹力件和适应机械轮组，所述弹力件和适应机械轮组与夹持板连接，所述弹力件用于施加外力至适应机械轮组，以通过调整适应机械轮组的位置，调节雷达天线沿测线移动。采用弹簧与适应机械轮组组合结构的适应机构，以调整雷达天线与探测面的贴合，使得雷达天线沿测线移动，从而利于信号的接收，适用于隧道掌子面、二衬等多类型的地质雷达探测。

Description

用于隧道超前地质预报的地质雷达探测面适应装置及方法

技术领域

本发明涉及隧道超前地质预报技术领域，特别是涉及一种用于隧道超前地质预报的地质雷达探测面适应装置及方法。

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。

隧道施工过程中遭遇的地质条件极为复杂，探测不明盲目开挖会为隧道施工带来严重的施工风险，如造成滑塌、突涌水、软岩大变形等极严重后果，不仅影响工程施工进度，甚至造成严重的人员伤亡和财产损失。因此需要了解隧道开挖地段的地质条件。

隧道开挖前，工程地质勘探虽能准确预测掘进地段不良地质构造，掌握不良地质体几何形状、规模大小；但考虑该地区施工周期长，板块活动活跃，地质情况发生变化的可能性极高。在隧道施工期间实施超前地质预报，结合工程地质勘探资料对合理安排施工方案、防护措施，探明掌子面前方的地质条件变化、降低工程风险具有重要作用。

超前地质预报工作中，地质雷达法是一种快速、无损、高分辨率的探测方法，利用超高频电磁波探测掌子面前方介质，根据接收天线接收到的发射电磁波波形、振幅和相位等信息分析判断不同介质的空间位置和形态分布。在使用时需要将重达数十公斤的地质雷达天线紧贴掌子面，沿测线进行扫描探测，探测时通常采用现场人员抬举地质雷达天线的操作方式和掌子面密贴。

发明人认为这种操作方式具有以下缺点：

1、人工抬举天线，无专业结构，不能保证测线笔直，易产生上下错动，探测结果受人为因素影响；

2、掌子面开挖位置有施作风险，防护措施差，不能保证仪器设备安全与操作人员人身安全；

3、人工架持天线费时费力，无法保证与掌子面的密贴效果，容易发生与掌子面接触脱空，影响信号接收效果。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种用于隧道超前地质预报的地质雷达探测面适应装置及方法，采用弹簧与适应机械轮组组合结构的适应机构，以调整雷达天线与探测面的贴合，使得雷达天线沿测线移动，从而利于信号的接收，适用于隧道掌子面、二衬等多类型的地质雷达探测。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种用于隧道超前地质预报的地质雷达探测面适应装置，包括：搭载平台、夹持机构、适应机构和移动机构；所述搭载平台的一侧设有夹持机构与适应机构，另一侧设有移动机构；所述夹持机构包括用于固定雷达天线的夹持板，所述适应机构包括弹力件和适应机械轮组，所述弹力件和适应机械轮组与夹持板连接，所述弹力件用于施加外力至适应机械轮组，以通过调整适应机械轮组的位置，调节雷达天线位于测线上。

作为可选择的实施方式，所述夹持板包括上夹板和下夹板，将雷达天线嵌入下夹板，通过上夹板和下夹板固定雷达天线。

作为可选择的实施方式，所述上夹板和下夹板的内壁上设置防滑橡胶层，以增大上夹板和下夹板与雷达天线的摩擦；或，在所述夹持板的底部设有圆孔，通过所述圆孔引出雷达天线的连接线，所述雷达天线的连接线引出后与终端连接。

作为可选择的实施方式，所述夹持机构通过支撑杆铰接和滑动块连接的方式设于搭载平台上。

作为可选择的实施方式，所述搭载平台上设有轨道，所述轨道和滑动块相连，且轨道两端设有定位座，通过定位座固定夹持机构。

作为可选择的实施方式，所述适应机构还包括组合杆件，所述组合杆件连接适应机械轮组；所述组合杆件包括锁合杆和压起杆，锁合杆和压起杆通过复合转轴连接。

作为可选择的实施方式，所述移动机构包括底座、滚轮、支腿、夹紧液压杆、调节液压杆和角度刻度平板；所述底座的底端连接支腿的顶端，支腿的底端与滚轮连接，底座的顶端连接调节液压杆的底端，调节液压杆的顶端连接角度刻度平板；夹紧液压杆的底端连接底座的顶端，夹紧液压杆的顶端连接角度刻度平板，角度刻度平板设于搭载平台的底端上。

作为可选择的实施方式，所述角度刻度平板用于获取适应机构的角度，通过角度刻度平板上的角度调整适应机构，以使雷达天线位于测线上。

作为可选择的实施方式，通过夹紧液压杆和调节液压杆调整底座的位置，确定高度后，通过夹紧液压杆压紧调节液压杆。

第二方面，本发明提供一种用于隧道超前地质预报的地质雷达探测面适应装置的工作方法，包括：

在夹持机构中固定雷达天线；

将搭载雷达天线的夹持机构设于搭载平台上；

通过角度刻度平板上的角度，压缩夹板压缩弹簧，以调整适应机械轮组，从而调整雷达天线的位置，使得雷达天线位于测线上；

根据确定的高度，通过夹紧液压杆和调节液压杆调整底座的位置；

沿掌子面测线方向进行测线扫描。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供一种适用于隧道掌子面、二衬等多类型的地质雷达探测与检测的面适应装置及其工作方法，适应机构采用弹簧伸缩与机械轮组结构，操作灵活，便捷高效，满足与掌子面接触的要求。

本发明提供的面适应装置通过搭载平台、夹持机构和移动机构实现操作安全，相比操作人员托举扫描，减少人员在隧道内的活动，提高测量人员的安全性。

本发明提供的面适应装置，在扫描过程中不需要人力架持天线，可以准确的使雷达天线与隧道探测表面贴合，从而利于信号的接收。

本发明提供的面适应装置通过采用辅助移动机构，，满足在地形不平整的区域进行探测的要求，便于地质雷达的移动，而且便于调节地质雷达的高度，降低使用局限性，提高实用性。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

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为本发明实施例1提供的用于隧道超前地质预报的地质雷达探测面适应装置的主视图；

图2为本发明实施例1提供的用于隧道超前地质预报的地质雷达探测面适应装置的侧视图；

图3为本发明实施例1提供的用于隧道超前地质预报的地质雷达探测面适应装置的俯视图；

图4为本发明实施例1提供的组合杆件示意图；

图5为本发明实施例1提供的移动机构主视图；

图6为本发明实施例1提供的地质雷达探测面适应装置的工作状态下的主视图；

图中，1、手柄，2、夹板伸缩弹簧，3、支撑杆，4、雷达天线，5、定位座，6、夹紧液压杆，7、调节液压杆，8、适应机械轮组，9、定位槽，10、圆孔，11、下夹板，12、角度刻度平板，13、底座，14、滚轮，15、支腿，16、固定螺栓，17、锁合杆，18、压起杆，19、复合转轴。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

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，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明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1-3所示，本实施例提供一种用于隧道超前地质预报的地质雷达探测面适应装置，尤其适用于掌子面探测，包括：搭载平台、夹持机构、适应机构和移动机构；所述搭载平台的一侧设有夹持机构与适应机构，另一侧设有移动机构；所述夹持机构用于承载雷达天线，所述夹持机构与适应机构用于调节雷达天线沿测线运行；具体地，所述适应机构包括弹力件和适应机械轮组，所述弹力件和适应机械轮组与夹持板连接，所述弹力件用于施加外力至适应机械轮组，以通过调整适应机械轮组的位置，调节雷达天线位于测线上。

在本实施例中，所述夹持机构通过支撑杆3铰接设于搭载平台上，以及通过滑动块设于搭载平台上。

进一步地，所述搭载平台上设有轨道，所述轨道和滑动块相连，且轨道两端设有定位座5，通过定位座5固定夹持机构。

在本实施例中，所述夹持机构包括用于固定雷达天线4的夹持板；所述夹持板包括上夹板和下夹板11，抬升上夹板，将雷达天线4置于下夹板11上，通过上夹板和下夹板11夹持，固定雷达天线4。

进一步地，所述上夹板和下夹板的内壁上设置防滑橡胶层，以增大上夹板和下夹板与雷达天线4的摩擦，防止雷达天线4脱落。

进一步地，在所述夹持板的底部设有圆孔10，通过所述圆孔10引出雷达天线4的连接线，所述雷达天线4的连接线引出后与终端连接。

进一步地，所述夹持板采用凸面夹持板。

进一步地，在所述夹持板的一侧设有手柄1，通过旋转手柄1，进行隧道定点全覆盖扫描。

进一步地，所述夹持板的一侧通过支撑杆3与搭载平台的一端连接，且搭载平台的另一端通过轨道和滑块与夹持板连接。

在本实施例中，所述适应机构包括夹板伸缩弹簧2和适应机械轮组8；所述夹板伸缩弹簧2和适应机械轮组8与夹持板连接，使雷达天线4与探测面紧密贴合，并提高地质雷达移动过程中的稳定性。

进一步地，所述夹板伸缩弹簧2设置于夹持板的底部，以及设置于雷达天线4的后方。

在本实施例中，如图4所示，所述适应机构还包括组合杆件，所述组合杆件连接适应机械轮组8；

所述组合杆件包括锁合杆17和压起杆18，成一定角度一体铸造，与复合转轴19固连，并通过复合转轴19支撑，与锁合杆17前部固连；

所述压起杆18的一端连接适应机械轮组8，另一端设于地质雷达套壳侧板面，锁合杆17和压起杆18通过复合转轴19连接。

在本实施例中，在地质雷达套壳侧板面设定位槽9，用于控制适应机械轮组8的移动范围，防止其活动过限。

在本实施例中，通过夹板伸缩弹簧2施加外力作用于适应机械轮组8，调整雷达天线4前后位置以紧密贴合探测面；通过适应机械轮组8的轮组滑移调节地质雷达运动状态下的位置变化，并保证在最大滑移位置处，适应机械轮组8被定位槽9卡死，同时组合杆件中压起杆18一端连接适应机械轮组8，保证其在受压状态下尽可能小的产生变形量，从而保证雷达天线4沿测线方向正常工作。

进一步的，所述适应机构包括多组适应机械轮组8。

进一步的，所述适应机构与夹持机构均为对称结构。

进一步的，所述夹板伸缩弹簧2的个数不限；更进一步的，所述夹板伸缩弹簧2设置偶数个，且夹板伸缩弹簧2对称设置。

进一步的，所述适应机构为非金属材料，避免金属材料对地质雷达信号采集的干扰。

进一步的，本实施例的面适应装置使用高强度树脂材料等非金属材料制造，避免了对雷达信号采集的干扰。

进一步的，所述适应机构为半封闭式结构，避免灰尘、落石等进入轮组，保证适应机械轮组8中水平轮组能够随测线方向稳定滑移、竖向轮组在上下错动中保持稳定，同时在轨槽中正常适应并调整地质雷达的探测方向。

在本实施例中，所述移动机构可拆卸连接在搭载平台的底部，以实现面适应装置的稳定；所述移动机构采用两组并排设置的滚轮，以带动雷达天线4沿测线进行移动探测，如图5所示，包括底座13、滚轮14、支腿15、夹紧液压杆6、调节液压杆7和角度刻度平板12；

所述底座13的底端四角位置处分别连接支腿15的顶端，支腿15的底端分别与滚轮14连接，底座13的顶端四角位置处分别连接调节液压杆7的底端，所述调节液压杆7的顶端连接角度刻度平板12；所述夹紧液压杆6的底端连接在底座13的顶端四角位置处，所述夹紧液压杆6的顶端连接角度刻度平板12，所述角度刻度平板12设于搭载平台的底端上。

进一步的，所述支腿15与滚轮14通过固定螺栓16连接；通过拧紧固定螺栓16，保证滚轮14和支腿15的工作状态稳定。

进一步的，所述支腿15、滚轮14和调节液压杆7均包括四组。

进一步的，所述角度刻度平板12用于获取适应机构的角度，通过旋转手柄1，观察角度刻度平板12上的角度，通过压缩夹板压缩弹簧2，调整适应机械轮组8，以调整夹持机构的角度，使得雷达天线4位于测线上，且直至雷达天线4与探测面贴合，保证测线的笔直。

在本实施例中，通过调整支撑杆3将搭载了雷达天线4的夹持机构设于搭载平台上，并固定定位座5，以将夹持机构固定在搭载平台上；继而，通过夹紧液压杆6和调节液压杆7调整底座13的位置，确定合理高度后，通过夹紧液压杆6压紧调节液压杆7，拧紧固定螺栓16，保证滚轮14和支腿15工作状态稳定。

实施例2

本实施例提供了一种用于隧道超前地质预报的地质雷达探测面适应装置的工作方法，采用实施例1的面适应装置，具体为：

步骤(1)：将夹持机构的上夹板和下夹板分离，将雷达天线置于适应下夹板11上，夹紧上夹板，并从圆孔10引出连接线，将雷达天线连接到外部终端；

步骤(2)：旋转手柄1，观察角度刻度平板12上的角度，通过压缩夹板压缩弹簧2，调整适应机械轮组8，以调整夹持机构的角度，使得雷达天线4位于测线上，且直至雷达天线4与探测面贴合，保证测线的笔直；

步骤(3)：通过调整支撑杆3将搭载了雷达天线4的夹持机构设于搭载平台上，并固定定位座5，以将夹持机构固定在搭载平台上；继而，松开夹紧液压杆6，通过夹紧液压杆6和调节液压杆7调整底座13的位置，确定合理高度后，通过夹紧液压杆6压紧调节液压杆7，拧紧固定螺栓16，保证滚轮14和支腿15工作状态稳定；

步骤(4)：沿掌子面测线方向推动台车，从而完成一条测线的扫描；具体工作状态如图6所示；

步骤(5)：继续调整角度，可进行拱腰、拱肩、拱顶等测线的扫描；扫描过程中若探测面某一部位存在问题，可以固定移动机构，通过旋转手柄1，进行隧道定点全覆盖扫描；

步骤(6)：扫描完毕后，分离夹持机构，取下雷达天线，以备下次使用。

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 (9)

1.用于隧道超前地质预报的地质雷达探测面适应装置，其特征在于，包括：搭载平台、夹持机构、适应机构和移动机构；所述搭载平台的一侧设有夹持机构与适应机构，另一侧设有移动机构；所述夹持机构包括用于固定雷达天线的夹持板，所述适应机构包括弹力件和适应机械轮组，所述弹力件和适应机械轮组与夹持板连接，所述弹力件用于施加外力至适应机械轮组，以通过调整适应机械轮组的位置，调节雷达天线位于测线上；

所述适应机构还包括组合杆件，所述组合杆件连接适应机械轮组；所述组合杆件包括锁合杆和压起杆，锁合杆和压起杆通过复合转轴连接。

2.如权利要求1所述的用于隧道超前地质预报的地质雷达探测面适应装置，其特征在于，所述夹持板包括上夹板和下夹板，将雷达天线嵌入下夹板，通过上夹板和下夹板固定雷达天线。

3.如权利要求2所述的用于隧道超前地质预报的地质雷达探测面适应装置，其特征在于，所述上夹板和下夹板的内壁上设置防滑橡胶层，以增大上夹板和下夹板与雷达天线的摩擦；或，在所述夹持板的底部设有圆孔，通过所述圆孔引出雷达天线的连接线，所述雷达天线的连接线引出后与终端连接。

4.如权利要求1所述的用于隧道超前地质预报的地质雷达探测面适应装置，其特征在于，所述夹持机构通过支撑杆铰接和滑动块连接的方式设于搭载平台上。

5.如权利要求4所述的用于隧道超前地质预报的地质雷达探测面适应装置，其特征在于，所述搭载平台上设有轨道，所述轨道和滑动块相连，且轨道两端设有定位座，通过定位座固定夹持机构。

6.如权利要求1所述的用于隧道超前地质预报的地质雷达探测面适应装置，其特征在于，所述移动机构包括底座、滚轮、支腿、夹紧液压杆、调节液压杆和角度刻度平板；所述底座的底端连接支腿的顶端，支腿的底端与滚轮连接，底座的顶端连接调节液压杆的底端，调节液压杆的顶端连接角度刻度平板；夹紧液压杆的底端连接底座的顶端，夹紧液压杆的顶端连接角度刻度平板，角度刻度平板设于搭载平台的底端上。

7.如权利要求6所述的用于隧道超前地质预报的地质雷达探测面适应装置，其特征在于，所述角度刻度平板用于获取适应机构的角度，通过角度刻度平板上的角度调整适应机构，以使雷达天线位于测线上。

8.如权利要求6所述的用于隧道超前地质预报的地质雷达探测面适应装置，其特征在于，通过夹紧液压杆和调节液压杆调整底座的位置，确定高度后，通过夹紧液压杆压紧调节液压杆。

9.一种利用权利要求1-8任一项所述的地质雷达探测面适应装置的工作方法，其特征在于，包括：

在夹持机构中固定雷达天线；

将搭载雷达天线的夹持机构设于搭载平台上；

通过角度刻度平板上的角度，压缩夹板压缩弹簧，以调整适应机械轮组，从而调整雷达天线的位置，使得雷达天线位于测线上；

根据确定的高度，通过夹紧液压杆和调节液压杆调整底座的位置；

沿掌子面测线方向进行测线扫描。

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