CN115524473A - 一种隧道衬砌结构混凝土裂缝扫描建模装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了提供一种隧道衬砌结构混凝土裂缝扫描建模装置，包括：检测电机、检测轴和多个检测器，其中：检测器，设置于检测轴的前段，且沿长度方向间隔排布；各检测器均包括：两块固定板、接触杆和单轴角度传感器，其中：该固定板，垂直设置于检测轴上，且沿长度方向间隔排布；该单轴角度传感器，为圆盘状，安装于其中一个固定板上；接触杆，垂直于检测轴，且位于两个固定板间接，其壁面贴于单轴角度传感器；各单轴角度传感器均用于：在接触杆的远端与隧道内壁或者裂缝内壁接触时，感应对应的接触杆转向隧道待检测壁的角度大小。采用该装置，通过检测杆的位置能够确定出裂缝的位置；同时，通过多个检测杆对应的角度大小，确定裂缝的宽度。

Description

一种隧道衬砌结构混凝土裂缝扫描建模装置

技术领域

本发明属于隧道衬砌检测技术领域，具体涉及一种隧道衬砌结构混凝土裂缝扫描建模装置。

背景技术

目前，隧道施工过程中，对混凝土裂缝的检测主要可以分为两种，一种是传统的利用胶带将裂缝覆盖，一段时间之后通过观察胶带的变形情况来了解裂缝的变形情况，这种方法仅能够大致观察裂缝是否扩宽，无法精确地了解到裂缝的变化状情况；另一种是利用新的科技手段，例如在裂缝两侧设置激光测距设备，实时在线监测裂缝的变形情况，这种方法的成本很高，并且由于施工过程中的隧道内部环境复杂，容易造成设备损坏，因此更适用于已经投入使用的隧道。另外，无论是哪种现有技术，都只能对裂缝的局部位置进行检测，无法采集到裂缝的全部数据，因此难以高效地对裂缝进行处理。

发明内容

本发明的目的是提供一种隧道衬砌结构混凝土裂缝扫描建模装置，通过检测杆的位置能够确定出裂缝的位置；同时，通过多个检测杆对应的角度大小，确定裂缝的宽度。

本发明采用以下技术方案：一种隧道衬砌结构混凝土裂缝扫描建模装置，包括：检测电机、检测轴和多个检测器，其中：

检测轴，与检测电机的转轴在轴向上相连接，其走向沿隧道的长度走向设置；

检测器，设置于检测轴的前段，且沿长度方向间隔排布；各检测器均包括：两块固定板、接触杆和单轴角度传感器，其中：

该固定板，垂直设置于检测轴上，且沿长度方向间隔排布；

该单轴角度传感器，为圆盘状，位于两个固定板间，且安装于其中一个固定板上；

接触杆，为长杆，垂直于检测轴，且位于两个固定板间，与另一个固定板通过转轴相连接，其壁面贴于单轴角度传感器；

检测电机用于带动检测轴和接触杆朝向隧道待检测壁面侧转动，至接触杆的远端与隧道内壁或者裂缝内壁接触，其近端随远端转动；且在检测后，检测电机反向转动，检测轴和接触杆复位；

各单轴角度传感器均用于：在接触杆的远端与隧道内壁或者裂缝内壁接触时，感应对应的接触杆转向隧道待检测壁的角度大小。

进一步地，还包括安装盒，其为一端敞口的长方体盒，且开口端朝向隧道待检测壁面，在安装盒内，同轴套设有一安装板，且安装板可在安装盒内前后移动；

检测电机安装于安装板的前侧，在安装板的带动下，向靠近或远离隧道待检测壁面侧移动；

在安装板的前侧壁面上设置有多个与其相垂直的定位杆，在各定位杆的端部均连接有一永磁体，各永磁体的前端部设置有一前端开口的喇叭状弹性夹片，在各弹性夹片内均设置有一可转动且向前凸起的铁球，铁球用于贴于隧道待检测壁面滑动。

进一步地，在安装盒内的底部设置有多个与底部相垂直的套筒，套筒为前端敞口的筒体；在各套筒内均同轴套设有一顶杆，各顶杆的前端与安装板的后端固定连接；在各套筒内，且位于套筒和顶杆间连接有弹簧；

弹簧用于提供顶杆朝向隧道待检测壁面运动的动力。

进一步地，还包括立方框架，在立方框架的其中两个相邻的立杆间，连接有一水平轨道；水平轨道可在竖直方向上上下滑动；且在使用时，水平轨道侧朝向待检测隧道表面。

进一步地，安装盒的位于检测轴两端的两相对侧板上开设有套设孔，两相对侧板上的套设孔的位置相同，用于套设于水平轨道上，随水平轨道上下运动而运动，且可沿水平轨道的走向运动。

进一步地，在立方框架的顶部设置有两个升降驱动电机，升降驱动电机通过竖直向的升降驱动拉绳与水平轨道相连接，用于带动水平轨道上下滑动；

在水平轨道的两端均设置有一水平驱动电机，各水平驱动电机均通过水平向的水平驱动拉绳与安装盒相连接，两个水平驱动电机交替工作，用于驱动安装盒沿水平轨道朝向一端运动。

进一步地，水平轨道的两端各一体连接有一升降滑块，升降滑块套设于立方框架的立杆上。

进一步地，在各固定板的外侧均安装有一限位护板，各限位护板均为上端未封闭的环形板体，且板体下端贴于固定板的外侧壁。

本发明还公开了上述的一种隧道衬砌结构混凝土裂缝扫描建模装置扫描方法，该扫描方法如下：

步骤S1、所述立方框架位于隧道内，且靠近待检测壁面侧，安装盒的开口端朝向隧道待检测壁面；立方框架与待检测壁面侧的距离满足如下：铁球抵在隧道内壁上，且弹簧处在受力状态；

步骤S2、所述检测电机带动检测轴和接触杆朝向隧道待检测壁面侧动作一次，且当隧道待检测壁面上有裂缝时，对应位置的接触杆的远端进入裂缝，对应于隧道待检测壁没有裂缝时，对应位置处的接触杆的远端贴至隧道待检测壁壁面；由单轴角度传感器测出各接触杆朝向隧道待检测壁面侧转动的角度；

完成一次测量，所述检测电机反转复位；

步骤S3、所述水平轨道向上或向下沿沿裂缝的延伸方向移动，带动所述检测电机向上或向下移动，至待检测位置；重复步骤S2；

步骤S4、重复步骤S3，完成整个裂缝的扫描。

本发明的有益效果是：在检测轴上且沿其方向顺次设置多个接触杆，采用检测电机对检测轴提供扭矩，使多个接触杆转向隧道待检测壁侧，且多个接触杆的远端贴至隧道待检测壁壁面，在壁面有裂缝时，接触杆的远端打入裂缝内，对应于隧道待检测壁有没有裂缝，则不同位置的接触杆转向隧道待检测壁角度不同，通过角度大小，判断出对应位置是否有裂缝；同时，通过多个检测杆对应的角度大小，确定裂缝的宽度。

附图说明

图1为一种隧道衬砌结构混凝土裂缝扫描建模装置的结构示意图；

图2为一种隧道衬砌结构混凝土裂缝扫描建模装置的安装盒的结构示意图；

图3为一种隧道衬砌结构混凝土裂缝扫描建模装置的立方框架的结构示意图；

其中：1.安装盒；1-1.滑动板；1-2.定位杆；1-3.永磁体；1-4.弹性夹片； 1-5.铁球；1-6.摩擦衬套；1-7.套筒；1-8.弹簧；1-9.顶杆；1-10.通孔；2.检测器； 2-1.固定板；2-2.接触杆；2-3.单轴角度传感器；2-4.转轴；2-5.限位护板；3.检测电机；4.检测轴；5.立方框架；6.水平轨道；7.水平驱动电机；8.水平驱动拉绳；9.升降驱动拉绳；10.下电机座；11.升降滑块；12.上电机座；13.升降驱动电机；14.顶板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种隧道衬砌结构混凝土裂缝扫描建模装置，如图1和2所示，包括：检测电机3、检测轴4和多个检测器2，其中：

检测器2，设置于检测轴4的前段，且沿长度方向间隔排布；各检测器2均包括：两块固定板2-1、接触杆2-2和单轴角度传感器2-3，单轴角度传感器2-3 连接有读数指示仪；其中：固定板2-1，垂直设置于检测轴4上，且沿长度方向间隔排布；单轴角度传感器2-3，为圆盘状，位于两个固定板2-1间，且安装于其中一个固定板2-1上；

接触杆2-2，为长杆，垂直于检测轴4，且位于两个固定板2-1间，与另一个固定板2-1通过转轴2-5相连接，其壁面贴于单轴角度传感器2-3；检测轴4，与检测电机3的转轴在轴向上相连接，其走向沿隧道的长度走向设置。

检测电机3用于带动检测轴4和接触杆2-2朝向隧道待检测壁面侧转动，至接触杆2-2远端与隧道内壁或者裂缝内壁接触，其近端随远端转动；且在检测后，检测电机3反向转动复位。

各单轴角度传感器2-3均用于感应对应的接触杆2-2转向隧道待检测壁的转动角度，当隧道待检测壁面上有裂缝时，对应位置的接触杆2-2的远端进入裂缝，对应于隧道待检测壁没有裂缝时，对应位置处的接触杆2-2的远端贴至隧道待检测壁壁面，则不同位置的接触杆2-2转向隧道待检测壁的角度不同。转动角度由单轴角度传感器2-3感应，并通过读数指示仪显示，由读数指示仪上显示的数字大小，判断出隧道待检测壁哪些位置有裂缝。

检测电机3采用伺服电机，对检测轴4提供转动的扭矩，使接触杆2-2转向隧道待检测壁面。检测电机3每动作一次，则生成一组检测结果，并通过读数指示仪显示。进而根据不同接触杆2-2的位置确定裂缝的宽度，基于接触杆2-2 的位置和裂缝的宽度，可以对裂缝进行建模，通过调整安装盒1的移动速度和检测电机3的动作频率，可以控制检测精度。每次检测完毕后，接触杆2-2需要复位，因此接触杆2-2与固定板2-1之间连接一个扭簧，利用扭簧拉动接触杆2-2 复位，以便于进行下次检测。在各固定板2-1的外侧均安装有一限位护板2-5，各限位护板2-5均为上端未封闭的环形板体，且板体下端贴于固定板2-1的外侧壁。

接触杆2-2的尺寸越小、总数量越多，间隔越小，水平轨道6的步进距离越小、控制精度越高，则最终模型中的点坐标的数量越多，模型的精确度也越高。

还包括安装盒1，其为一端敞口的长方体盒，且开口端朝向隧道待检测壁面，在安装盒1内，同轴套设有一安装板1-1，且安装板1-1可在安装盒1内前后移动。

检测电机3安装于安装板1-1的前侧，在安装板1-1的带动下，向靠近或远离隧道待检测壁面侧移动；在安装板1-1的前侧壁面上设置有多个与其相垂直的定位杆1-2，在各定位杆1-2的端部均连接有一永磁体1-3，各永磁体1-3的前端部设置有一前端开口的喇叭状弹性夹片1-4，在各弹性夹片1-4内均设置有一可转动且向外凸起的铁球1-5，铁球1-5用于贴于隧道内壁滑动。铁球1-5的外壁一周包裹有摩擦衬套，摩擦衬套选用金属材质，以起到耐磨的作用。弹性夹片1-4 选用质地较软的金属材质，其为一前端敞口的喇叭状，喇叭口端呈向中心收缩状，以使铁球1-5卡持弹性夹片1-4内。

在安装盒1内的底部设置有多个与底部相垂直的套筒1-7，套筒1-7为前端敞口的筒体；在各套筒1-7内均同轴套设有一顶杆1-9，各顶杆1-9的前端与安装板1-1的后端固定连接；在各套筒1-7内，且位于套筒1-7和顶杆1-9间连接有弹簧1-8；弹簧1-8用于提供顶杆1-9朝向隧道待检测壁面运动的动力。

安装盒1安装于竖直设置的立方框架5上，如图3所示，在立方框架5的其中两个相邻的立杆间，连接有一水平轨道6；水平轨道6可在竖直方向上上下滑动；且在使用时，水平轨道6侧朝向待检测隧道表面。安装盒1的位于检测轴4 两端的两相对侧板上开设有套设孔，两相对侧板上的套设孔的位置相同，用于套设于水平轨道6上，随所述水平轨道6上下运动而运动，且可沿水平轨道6的走向运动。

在使用时，铁球1-5始终抵在隧道内壁上，弹簧1-8处在压缩状态，使弹簧 1-8一直处向隧道内壁提供弹力的状态，能够保证铁球1-5始终抵在隧道内壁上。

在立方框架5的顶部设置有水平向的顶板14，在顶板上设置有两个上电机座 12，上电机座12沿水平轨道6的走向排布，一端设置一个，两个升降驱动电机 13对应的安装于两个上电机座12上。各升降驱动电机13通过竖直向的升降驱动拉绳9与水平轨道6相连接，用于带动水平轨道6上下滑动。

在水平轨道6的两端均设置有一水平驱动电机7，且水平驱动电机7均各安装于下电机座10上。各水平驱动电机7均通过水平向的水平驱动拉绳8与安装盒1相连接，两个水平驱动电机7交替工作，用于驱动安装盒1沿水平轨道6朝向一侧运动。

水平轨道6的两端各一体连接有一升降滑块11，升降滑块11套设于立方框架5的立杆上。

本发明还公开了上述一种隧道衬砌结构混凝土裂缝扫描建模装置扫描方法，该扫描方法如下：

步骤S1、立方框架5位于隧道内，且靠近待检测壁面侧，安装盒1的开口端朝向隧道待检测壁面；立方框架5与待检测壁面侧的距离满足如下：铁球1-5抵在隧道内壁上，且弹簧1-8处在受力状态；在安装盒1底部和安装板1-1间安装一作用杆，且作用杆的后端穿出安装盒1，通过推动或拉动作用杆，调整铁球1-5 与隧道内壁的接触。弹簧1-8采用大钢性弹簧，其受力变形在几个毫米的范围，其受力时向钢球1-5提供反作用力，以保证铁球1-5始终抵在隧道待检测壁面上，保证检测轴4与壁面的距离始终为一定值；

步骤S2、检测电机3带动检测轴4和接触杆2-2朝向隧道待检测壁面侧动作一次，且当隧道待检测壁面上有裂缝时，对应位置的接触杆2-2的远端进入裂缝，对应于隧道待检测壁没有裂缝时，对应位置处的接触杆2-2的远端贴至隧道待检测壁壁面；由单轴角度传感器2-3测出各接触杆2-2朝向隧道待检测壁面侧转动的角度；不同位置的接触杆2-2转向隧道待检测壁的角度不同。与裂缝接触的接触杆2-2的转动角度更大，因此可以判断出哪一部分接触杆伸入到了裂缝中，根据多个伸入裂缝中的接触杆2-2的位置，确定出裂缝的宽度。接触杆2-2与固定板2-1间连接有扭簧，当接触杆2-2与隧道内壁或者裂缝内壁接触的时候，接触杆2-2被阻挡进而在扭簧的拉动下，绕回转轴转动，接触杆2-2复位。

完成一次测量，检测电机3反转复位；检测电机3每动作一次，则生成一组检测结果。

步骤S3、水平轨道6向上或向下沿沿裂缝的延伸方向移动，带动检测电机3 向上或向下移动，至待检测位置；重复步骤S2；

步骤S4、重复步骤S3，完成该处整个裂缝的扫描。完成一处检测后，在水平轨道6上水平移动安装盒1，至裂缝另一待检测位置。

以接触杆2-2所在处为位置坐标，则可以精确定位裂缝位置和大小，多次检测可以精确确定裂缝的变化情况，进而便于对裂缝进行维护。接触杆2-2的总数量越多，间隔越小，水平轨道6的步进距离越小，点坐标的数量就越多，最终确定的裂缝的精度越高。

Claims (9)

1.一种隧道衬砌结构混凝土裂缝扫描建模装置，其特征在于，包括：检测电机(3)、检测轴(4)和多个检测器(2)，其中：

所述检测轴(4)，与所述检测电机(3)的转轴在轴向上相连接，其走向沿隧道的长度走向设置；

所述检测器(2)，设置于所述检测轴(4)的前段，且沿长度方向间隔排布；各所述检测器(2)均包括：两块固定板(2-1)、接触杆(2-2)和单轴角度传感器(2-3)，其中：

所述固定板(2-1)，垂直设置于所述检测轴(4)上，且沿长度方向间隔排布；

所述单轴角度传感器(2-3)，为圆盘状，位于两个所述固定板(2-1)间，且安装于其中一个所述固定板(2-1)上；

所述接触杆(2-2)，为长杆，垂直于所述检测轴(4)，且位于两个所述固定板(2-1)间，与另一个所述固定板(2-1)通过转轴(2-5)相连接，其壁面贴于所述单轴角度传感器(2-3)；

所述检测电机(3)用于带动所述检测轴(4)和接触杆(2-2)朝向隧道待检测壁面侧转动，至所述接触杆(2-2)的远端与隧道内壁或者裂缝内壁接触，其近端随远端转动；且在检测后，所述检测电机(3)反向转动，所述检测轴(4)和接触杆(2-2)复位；

各所述单轴角度传感器(2-3)均用于：在接触杆(2-2)的远端与隧道内壁或者裂缝内壁接触时，感应对应的所述接触杆(2-2)转向隧道待检测壁的角度大小。

2.如权利要求1所述的一种隧道衬砌结构混凝土裂缝扫描建模装置，其特征在于，还包括安装盒(1)，其为一端敞口的长方体盒，且开口端朝向隧道待检测壁面，在所述安装盒(1)内，同轴套设有一安装板(1-1)，且所述安装板(1-1)可在所述安装盒(1)内前后移动；

所检测电机(3)安装于所述安装板(1-1)的前侧，在所述安装板(1-1)的带动下，向靠近或远离隧道待检测壁面侧移动；

在所述安装板(1-1)的前侧壁面上设置有多个与其相垂直的定位杆(1-2)，在各所述定位杆(1-2)的端部均连接有一永磁体(1-3)，各所述永磁体(1-3)的前端部设置有一前端开口的喇叭状弹性夹片(1-4)，在各所述弹性夹片(1-4)内均设置有一可转动且向前凸起的铁球(1-5)，所述铁球(1-5)用于贴于隧道待检测壁面滑动。

3.如权利要求2所述的一种隧道衬砌结构混凝土裂缝扫描建模装置，其特征在于，在所述安装盒(1)内的底部设置有多个与底部相垂直的套筒(1-7)，所述套筒(1-7)为前端敞口的筒体；在各所述套筒(1-7)内均同轴套设有一顶杆(1-9)，各所述顶杆(1-9)的前端与所述安装板(1-1)的后端固定连接；在各所述套筒(1-7)内，且位于套筒(1-7)和顶杆(1-9)间连接有弹簧(1-8)；

所述弹簧(1-8)用于提供所述顶杆(1-9)朝向隧道待检测壁面运动的动力。

4.如权利要求2所述的一种隧道衬砌结构混凝土裂缝扫描建模装置，其特征在于，还包括立方框架(5)，在所述立方框架(5)的其中两个相邻的立杆间，连接有一水平轨道(6)；所述水平轨道(6)可在竖直方向上上下滑动；且在使用时，所述水平轨道(6)侧朝向待检测隧道表面。

5.如权利要求4所述的一种隧道衬砌结构混凝土裂缝扫描建模装置，其特征在于，所述安装盒(1)的位于检测轴(4)两端的两相对侧板上开设有套设孔，两相对侧板上的套设孔的位置相同，用于套设于水平轨道(6)上，随所述水平轨道(6)上下运动而运动，且可沿水平轨道(6)的走向运动。

6.如权利要求4所述的一种隧道衬砌结构混凝土裂缝扫描建模装置，其特征在于，在所述立方框架(5)的顶部设置有两个升降驱动电机(13)，所述升降驱动电机(13)通过竖直向的升降驱动拉绳(9)与水平轨道(6)相连接，用于带动水平轨道(6)上下滑动；

在所述水平轨道(6)的两端均设置有一水平驱动电机(7)，各所述水平驱动电机(7)均通过水平向的水平驱动拉绳(8)与安装盒(1)相连接，两个所述水平驱动电机(7)交替工作，用于驱动安装盒(1)沿水平轨道(6)朝向一端运动。

7.如权利要求6所述的一种隧道衬砌结构混凝土裂缝扫描建模装置，其特征在于，所述水平轨道(6)的两端各一体连接有一升降滑块(11)，所述升降滑块(11)套设于所述立方框架(5)的立杆上。

8.如权利要求7所述的一种隧道衬砌结构混凝土裂缝扫描建模装置，其特征在于，在各所述固定板(2-1)的外侧均安装有一限位护板(2-5)，各所述限位护板(2-5)均为上端未封闭的环形板体，且板体下端贴于于所述固定板(2-1)的外侧壁。

9.如权利要求1-8中任一项所述的一种隧道衬砌结构混凝土裂缝扫描建模装置扫描方法，其特征在于，该扫描方法如下：

步骤S1、所述立方框架(5)位于隧道内，且靠近待检测壁面侧，安装盒(1)的开口端朝向隧道待检测壁面；立方框架(5)与待检测壁面侧的距离满足如下：铁球(1-5)抵在隧道内壁上，且弹簧(1-8)处在受力状态；

步骤S2、所述检测电机(3)带动检测轴(4)和接触杆(2-2)朝向隧道待检测壁面侧动作一次，且当隧道待检测壁面上有裂缝时，对应位置的接触杆(2-2)的远端进入裂缝，对应于隧道待检测壁没有裂缝时，对应位置处的接触杆(2-2)的远端贴至隧道待检测壁壁面；由单轴角度传感器(2-3)测出各接触杆(2-2)朝向隧道待检测壁面侧转动的角度；

完成一次测量，所述检测电机(3)反转复位；

步骤S3、所述水平轨道(6)向上或向下沿沿裂缝的延伸方向移动，带动所述检测电机(3)向上或向下移动，至待检测位置；重复步骤S2；

步骤S4、重复步骤S3，完成整个裂缝的扫描。

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