CN207215039U - 一种隧道围岩和结构状况的双轨扫描系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种隧道围岩和结构状况的双轨扫描系统，包括设置在隧道初期支护上的纵向滑轨和环向滑轨，所述纵向滑轨沿隧道的纵向铺设，所述环向滑轨沿隧道的横向内壁呈弧形铺设，其中一组滑轨固定设置在隧道的初期支护上，另一组滑轨滑动装配在固定的滑轨上，在该组滑动装配的滑轨上滑动设置扫描组件。本实用新型通过设置纵向滑轨和环向滑轨，使扫描设备能够实现纵向和环向移动，全面覆盖隧道围岩和结构表面，简单的轨道系统为扫描设备提供了快捷、稳定和低成本的定位平台，由于扫描组件距离被扫描的围岩和结构表面很近，对扫描组件的分辨率和精度的要求都很低，可以大大降低全息扫描的仪器设备成本。

Description

一种隧道围岩和结构状况的双轨扫描系统

技术领域

本实用新型属于隧道与地下工程领域，具体涉及一种隧道围岩和结构状况的双轨扫描系统。

背景技术

在隧道与地下工程施工中，及时和全面的掌握实际开挖后的围岩状况，分析实际超欠挖情况和实际揭露地质条件，对评估围岩稳定、优化支护参数、确定材料用量等都有十分重要的作用。对已经施做的隧道初期支护结构，施工中也需要严密监测其受力变形情况，并对出现的裂缝等进行跟踪监测，以防止变形失控而造成结构裂损和坍塌破坏。此外，对运营中的隧道，也需要定期或不定期的对隧道结构进行检查，衬砌裂缝、渗漏水和碳化等病害是重要的检查内容之一。

对于实际开挖后隧道超欠挖情况，目前主要采用人工尺量、隧道断面仪测量等方法，不足之处在于：测量速度慢，并且作业需要在没有支护的裸露围岩下方进行，存在较大安全风险，因而只能检测少数断面的少数测点，不能全面掌握开挖轮廓的超欠挖情况。

对于实际揭露地质条件的观察，目前主要采用人工目测辅以地质罗盘、尺量等方法进行测量和研判，对典型断面可以采用数码相机进行记录，间隔一定间距人工绘制地质素描图。这些方法的不足之处在于工作量大、作业危险，获取的信息有限，且信息化水平低，不利于信息存储与共享。

对于初期支护和二次衬砌状况的观察，以及对裂缝和渗水情况的跟踪测量，主要采用人工目测方法进行。由于隧道断面大，洞内照明不良，实际辨识难度大，因而难以全面、高频度的进行观察，由此导致不能及时发现裂缝和渗水情况，延误了处治时机。

为了全面掌握隧道围岩和结构状况，目前国内外有采用高性能摄像系统进行三维扫描的报道。这类设备通过车载或在隧道架设仪器的方法对开挖轮廓或隧道结构表面进行固定投影扫描，由于距离开挖轮廓面和隧道结构表面距离远，因此对仪器设备的定位和扫描性能要求极高，设备十分昂贵，对工作环境的温湿度和能见度要求很高。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：针对现有的围岩测量存在的上述缺陷，提供一种经济、快捷、可靠、环境适应性强的隧道围岩和结构状况全息扫描组件，使扫描组件可以近贴围岩或结构表面，进行全面、快速扫描，掌握实际开挖的围岩状况和支护衬砌结构的状况。

本实用新型采用如下技术方案实现：

一种隧道围岩和结构状况的双轨扫描系统，包括设置在隧道初期支护4上的纵向滑轨3和环向滑轨2，所述纵向滑轨3沿隧道的纵向铺设，所述环向滑轨2沿隧道的横向内壁呈弧形铺设，其中一组滑轨固定设置在隧道的初期支护4上，另一组滑轨滑动装配在固定的滑轨上，在该组滑动装配的滑轨上滑动设置扫描组件1。

优选的，若干组所述纵向滑轨3平行埋设在隧道初期支护4上，所述环向滑轨2滑动装配在纵向滑轨3上，沿纵向滑轨纵向滑移，所述扫描组件1滑动装配在环向滑轨2上，沿环向滑轨紧贴隧道内壁环向滑移扫描。

进一步的，所述扫描组件1通过一个伸出支架8滑动装配在环向滑轨2上，所述伸出支架8沿纵向滑轨3布置，将扫描组件1在隧道的纵向开挖方向超出环向滑轨2一个开挖循环(1～5m)设置。

进一步的，所述环向滑轨2由沿隧道的中轴面对称设置的两组弧形滑轨拼接而成，所述纵向滑轨3在隧道的中轴面两侧对称设有至少两组纵向滑轨，分别用于两组弧形滑轨的滑动装配，两组弧形滑轨上均滑动装配有一组扫描组件1。

在本实用新型中，所述扫描组件1包括摄像设备、测距设备和测温设备中的至少一种。

本实用新型在在隧道初期支护两侧各埋设纵向滑轨，在纵向滑轨上安装环向滑轨，在环向滑轨上搭载若干种扫描设备，通过环向滑轨及其搭载的扫描设备在纵向滑轨上沿隧道纵向前后移动，以及扫描组件在环向滑轨上环向移动，实现对隧道围岩和结构表面的全面扫描。扫描设备由摄像、测距和测温设备组成，可获得对隧道围岩和结构表面整体的影像、几何尺寸和温度信息。

由上所述，本实用新型通过设置纵向滑轨和环向滑轨，使扫描设备能够实现纵向和环向移动，全面覆盖隧道围岩和结构表面，简单的轨道系统为扫描设备提供了快捷、稳定和低成本的定位平台，由于扫描组件距离被扫描的围岩和结构表面很近，对扫描组件的分辨率和精度的要求都很低，可以大大降低扫描的仪器设备成本。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为实施例中的一种隧道围岩和结构状况的双轨扫描系统结构示意图。

图2为实施例中的双轨扫描系统扫描隧道初期支护时的示意图。

图3为实施例中的双轨扫描系统扫描围岩时的示意图。

图4为实施例中的双轨扫描系统开挖隧道上台阶时的示意图。

图5为实施例中的双轨扫描系统开挖隧道下台阶时的示意图。

图中标号：1-扫描组件，2-环向滑轨，3-纵向滑轨，4-初期支护，5-围岩，6-设计开挖轮廓线，7-实际开挖轮廓线，8-伸出支架。

具体实施方式

实施例

参见图1，图示中的一种隧道围岩和结构状况的双轨扫描系统为本实用新型的优选方案，包括扫描组件1、环向滑轨2、纵向滑轨3，本实施中的纵向滑轨3采用架设或埋设的方式固定在隧道的初期支护4上，环向滑轨2滑动装配在纵向滑轨3上，扫描组件1滑动装配在环向滑轨2上，环向滑轨2连同扫描组件1一起沿纵向滑轨3前后滑动，同时扫描组件1可沿环向滑轨2紧贴隧道内壁滑移扫描。

在实际应用中，环向滑轨2和纵向滑轨3的装配位置还可切换，即将环向滑轨固定在初期支护上，纵向滑轨滑动装配在环向滑轨上，扫描组件沿纵向滑轨滑移装配，但考虑到纵向滑轨相对于环向滑轨的加工和安装更加简单，出于成本的控制，可采用本实施例中的实施方案。

如图1所示，在隧道与地下工程开挖时，首先在围岩5中进行开挖，由于岩体中存在各种结构面，实际开挖轮廓线7往往不能与设计开挖轮廓线6重合，当实际开挖轮廓线7超出设计开挖轮廓线6时称为超挖，反之称为欠挖。超挖和欠挖的存在，导致实际施做的初期支护4也是凹凸起伏的，其材料用量、承载能力、受力变形控制标准等都应根据实际揭露的围岩状况确定。为了获取实际开挖的围岩状况，本实施例在已施做的隧道初期支护4的两侧上下各安装一根纵向滑轨3，纵向滑轨3沿隧道的纵向方向延伸，在纵向滑轨3上滑动安装环向滑轨2，环向滑轨3紧贴隧道横向内壁设置，在环向滑轨2上搭载扫描组件1，扫描组件1包括集成在一个支架上的摄像、测距和测温设备。

环向滑轨2和纵向滑轨3之间、扫描组件1的支架和环向滑轨2之间均设有驱动滑移的行走系统，滑轨和行走系统构成的滑移机构为现有技术，具体的行走系统可根据滑轨的种类进行选择购买，本实施例在此不做赘述。具体的，环向滑轨2在行走系统的驱动下可以在纵向滑轨3上沿隧道纵向前后移动，而扫描组件1在行走系统的驱动下可以在环向滑轨2上沿隧道环向移动，通过纵向和环向的移动，扫描组件1可以全面扫描隧道围岩5或初期支护4的表面，获得全面的影像、几何尺寸和温度信息，进而计算隧道超欠挖量值、分析实际地质条件和初期支护是否出现开裂、渗水等。

为了进一步降低滑轨的安装施工难度，本实施例将弧形的环向滑轨设计成分体结构，环向滑轨2包括沿隧道的中轴面对称设置两组弧形滑轨，两组弧形滑轨在隧道顶部拼接，并且在纵向滑轨3在隧道的中轴面两侧对称设有至少两组纵向滑轨，便于分别形成两组弧形滑轨的稳定滑移的滑动轨道。

同时为了提高扫描的速度，本实施例还在环向滑轨2的两组的弧形滑轨上均滑动装配有一组扫描组件1，两组扫描组件1分别在对应的弧形滑轨上来回滑移，将隧道的内壁围岩分割成两个对称的区域，通过两组扫描组件分别进行全面扫描，再通过外部设备将两组扫描的影像、几何尺寸和温度信息整合成整体，有效提升了整体的扫描速度。本实施例仅对扫描系统进行描述，关于影像、几何尺寸和温度的处理属于隧道内壁围岩的图像信息处理技术，本实施例在此不做赘述。

参见图2，两条纵向滑轨3安装在初期支护4上，环向滑轨2在初期支护4范围内纵向前后移动，扫描系统1沿环向滑轨2上环向移动，即可全面覆盖整个初期支护4的表面。另外如图3所示，环向滑轨2在向前(隧道开挖前进方向)滑移至新开挖裸露的围岩5的范围内，需要伸出纵向滑轨2所在的初期支护范围，本实施例将扫描组件1通过一伸出支架8安装在环向滑轨2上，该伸出支架8沿纵向滑轨布置，伸出支架8一端通过行走系统与环向滑轨2滑动装配，另一端向前伸出并且固定扫描组件1，将扫描组件1在隧道的纵向开挖方向超出环向滑轨2设置，当环向滑轨2沿纵向滑轨3纵向滑移至初期支护4的前端边缘时，扫描组件1已经伸出初期支护4，可直接对开挖的围岩5进行扫描，扫描组件1一般可延伸超出掘进设备的一个开挖循环(1-5m)，再通过环向移动和微调的纵向移动，即可全面覆盖扫描整个开挖的围岩5表面。

在隧道的实际施工过程中，会采用上下台阶施工法将隧道断面分成“上半断面”和“下半断面”进行两次开挖隧道，参见图4和图5，当隧道由于围岩稳定等原因而采取分部开挖时，两条纵向滑轨3的位置可根据实际开挖断面的大小而调整位置。相应的，环向滑轨2也可根据实际开挖断面进行调整。由此可以适应不同开挖工法下的扫描需求。

以上实施例描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本实用新型的优点，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的具体工作原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种隧道围岩和结构状况的双轨扫描系统，其特征在于：包括设置在隧道初期支护(4)上的纵向滑轨(3)和环向滑轨(2)，所述纵向滑轨(3)沿隧道的纵向铺设，所述环向滑轨(2)沿隧道的横向内壁呈弧形铺设，其中一组滑轨固定设置在隧道的初期支护(4)上，另一组滑轨滑动装配在固定的滑轨上，在该组滑动装配的滑轨上滑动设置扫描组件(1)。

2.根据权利要求1所述的一种隧道围岩和结构状况的双轨扫描系统，若干组所述纵向滑轨(3)平行埋设在隧道初期支护(4)上，所述环向滑轨(2)滑动装配在纵向滑轨(3)上，沿纵向滑轨纵向滑移，所述扫描组件(1)滑动装配在环向滑轨(2)上，沿环向滑轨紧贴隧道内壁环向滑移扫描。

3.根据权利要求2所述的一种隧道围岩和结构状况的双轨扫描系统，所述扫描组件(1)通过一个伸出支架(8)滑动装配在环向滑轨(2)上，所述伸出支架(8)沿纵向滑轨(3)布置，将扫描组件(1)在隧道的纵向开挖方向超出环向滑轨(2)1～5m设置。

4.根据权利要求2-3中任一项所述的一种隧道围岩和结构状况的双轨扫描系统，所述环向滑轨(2)由沿隧道的中轴面对称设置的两组弧形滑轨拼接而成，所述纵向滑轨(3)在隧道的中轴面两侧对称设有至少两组纵向滑轨，分别用于两组弧形滑轨的滑动装配，两组弧形滑轨上均滑动装配有一组扫描组件(1)。

5.根据权利要求1所述的一种隧道围岩和结构状况的双轨扫描系统，所述扫描组件(1)包括摄像设备、测距设备和测温设备中的至少一种。