CN114370282A - 基于弹性波法的盾构隧道壁后同步注浆体三维检测装备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于弹性波法的盾构隧道壁后同步注浆体三维检测装备，包括环形支撑架、弹性波检测装置、控制器、传动机构和驱动机构，环形支撑架上设置有用于连接盾构机的连接件，所述弹性波检测装置可移动设置于环形支撑架上；控制器控制所述驱动机构的动作，所述驱动机构提供动力，通过所述传动结构，使所述弹性波检测装置，按照所述控制器设置的运动模式，沿所述环形支撑架进行圆周运动，对盾构壁后同步注浆体进行三维检测。

Description

基于弹性波法的盾构隧道壁后同步注浆体三维检测装备

技术领域

本发明属于隧道检测技术领域，具体涉及一种基于弹性波法的盾构隧道壁后同步注浆体三维检测装备。

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。

城市轨道交通尤其是地下部分得到长足发展，盾构隧道迎来了快速发展，盾构机成为地铁施工中最主要的施工设备。在城市轨道交通众多施工方法中，盾构法具有机械化程度高、安全、高效、环境友好、对城市地面交通干扰小等优势，是目前大部分城市首选的隧道施工方法。

在盾构推进过程中，由于盾构外壳直径比管片直径大，管片脱离盾尾后，在土体与盾构隧道管片间形成一个环形柱状空隙(一般8～16cm左右)。施工过程中盾尾间隙若不能及时充填，土体将处于无支护状态，土体应力会迅速释放从而造成以下危害：地层变形、沉降超限、邻近建筑物倾斜等；或引起盾构隧道衬砌管片局部或整体错台、漂移、结构变形、开裂或其他形式的破坏；或造成地下水、泥浆、等液体向吨位间隙聚集，使得拼装好的管片出现渗漏水等病害。对盾尾空隙及时进行注浆是盾构工法必不可少的一环，也是控制地表变形、保持衬砌稳定及防水的重要手段，因此，对壁后注浆效果进行实时检测非常关键。

目前国内对盾构壁后注浆质量检测主要是在隧道建设完成后进行雷达检测，但此时距离注浆完成已经很长使劲，注浆缺陷已经形成，只能通过二次补注浆等措施进行修复，修复难度较大，也会对后期运营期盾构安全造成影响，同时地质雷达进行检测壁后注浆的装备，但受管片中钢筋笼的影响，检测效果不尽如人意。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于弹性波法的盾构隧道壁后同步注浆体三维检测装备，本发明能够规避管片中钢筋笼影响，对壁后注浆装备进行实时检测。

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壁后同步注浆体三维检测装备，包括环形支撑架、弹性波检测装置、控制器、传动机构和驱动机构，其中：

所述环形支撑架上设置有用于连接盾构机的连接件，所述弹性波检测装置可移动设置于环形支撑架上；

所述控制器控制所述驱动机构的动作，所述驱动机构提供动力，通过所述传动结构，使所述弹性波检测装置，按照所述控制器设置的运动模式，沿所述环形支撑架进行圆周运动，对盾构壁后同步注浆体进行三维检测。

作为可选择的实施方式，所述支撑架的外表面设置有输送链条。

作为可选择的实施方式，所述传动机构包括连接轴、链轮、传动链条，所述驱动机构包括两套，所述连接轴有两个，且并排设置，分别与一驱动机构的输出轴连接，所述连接轴上套设有链轮，所述链轮能够与输送链条啮合，两个链轮之间通过传动链条连接。

作为可选择的实施方式，所述驱动机构为电机。

作为可选择的实施方式，所述连接件为多个。

作为可选择的实施方式，所述连接件为装配接口，且各装配接口与盾构机车架上设置的装配接口相适配。

作为可选择的实施方式，所述弹性波检测装置包括敲击件和检测器，所述敲击件用于产生弹性波，所述检测器用于检测弹性波。

作为可选择的实施方式，所述弹性波检测装置通过支架连接所述支撑架。

作为可选择的实施方式，所述支架上设置所述传动机构和驱动机构。

作为可选择的实施方式，所述支架套设于所述支撑架上，所述支架内沿通过导向轮与支撑架侧壁接触。

基于上述装备的工作方法，包括以下步骤：

将三维检测装备的环形支撑架安装在盾构机上；

每当盾构机向前推进一环后，控制所述驱动机构的动作，通过传动机构，使弹性波检测装置按照设置的运动模式沿所述环形支撑架进行圆周运动，进行环向壁后注浆检测。

作为可选择的实施方式，运动模式按实际需求设置为匀速或者等时间差停顿。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明能够提高壁后同步注浆检测质量与范围，提升注浆施工工艺：弹性波检测装备通过环形支撑架搭载在盾构首节车架，相对之前技术可以实现对盾构壁后同步注浆360°三维精准自动化检测，通过分析检测结果调整注浆参数，提升注浆施工工艺。

本发明可以选用属于轻量级移动化控制设备的伺服控制器，直接与设备快速安装，同时支撑架采用铝板加工而成，整体质量轻，结构性能良好，驱动装置与弹性波检测装置一体化设计，缩减装备组装时间。

本发明的传动机构传动平稳，安全性能高，弹性波检测装备在精准检测同时可快速显示注浆实时形态，极大缩短以往人工检测耗费的时间。

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是本发明的结构示意图；

图2是本发明的传动机构细节示意图；

图3是本发明的传动机构的另一侧细节示意图。

其中：1为弹性波检测装置，2为伺服控制器，3为步进电机和蜗轮蜗杆减速器，4、4a、4b为传动链轮，5为导向轮，6为支架，7为支撑架，8为传动链条，9为工业输送链条，10为无接缝滑触线集电器，11、轴。

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。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，基于弹性波法的盾构隧道壁后同步注浆检测装备，包括弹性波检测装置1，伺服控制器2，步进电机和蜗轮蜗杆减速器3，传动链轮4，导向轮5，支架6，支撑架7，传动链条8，工业输送链条9，无接缝滑触线集电器10。其中，支撑架7为环形结构，弹性波检测装置1通过支架6安装在支撑架7上，所述弹性波检测装置1可沿支撑架7进行圆周运动。

支撑架7上设置有若干盾构机装配接口，基于弹性波法的盾构隧道壁后同步注浆三维检测装置通过盾构机装配接口搭载在盾构机车架上。

支撑架7外侧连接传动链轮4和步进电机和蜗轮蜗杆减速器3，伺服控制器2连接在支架6外侧，无接缝滑触线集电器10位于支撑架7内侧，无接缝滑触线集电器10通过无接缝滑触线连接步进电机和蜗轮蜗杆减速器3，为其供电。

导向轮5位于支撑架7四周共8个，所述传动链轮4连接步进电机和蜗轮蜗杆减速器3，所述伺服控制器2连接步进电机和蜗轮蜗杆减速器3，在伺服控制器2控制下，通过步进电机和蜗轮蜗杆减速器3带动传动链轮4，传动链轮4带动传动链条8，传动链条8将动力作用到安装于支撑架上的工业输送链条9上，从而使装置进行圆周运动。

如图3所示，导向轮5位于支撑架7上下两侧各两个，左右两侧各两个，共8个，所述蜗轮蜗杆减速机3是直接与步进电机连接，所述伺服控制器2连接步进电机和蜗轮蜗杆减速器3，在伺服控制器2控制下，步进电机和蜗轮蜗杆减速器3通过轴带动传动链轮4a转动，传动链轮4a通过传动链条8和轴带动传动链轮4b转动，工业输送链条9固定在支撑架7上，传动链轮4卡接工业输送链条9上，在动力驱动下，传动链轮4在工业输送链条9上转动，从而使装置进行圆周运动。

工业输送链条9不运动，是直接固定在环形拱架上，具体运动过程为：控制系统传输信号至步进电机，步进电机接收信号启动(正转或反转)，电机输出轴与蜗轮蜗杆减速机输入轴通过键连接，步进电机直接输出力矩至蜗轮蜗杆减速机，转化为更大力矩的输出力，蜗轮蜗杆减速机输出轴通过轴11与传动链轮4进行连接，蜗轮蜗杆减速机输出轴与轴11采用键连接，传动链轮4两端利用轴套进行定位，传动链轮4与轴11之间采用键连接，蜗轮蜗杆减速机输出力矩时通过轴11直接传导至传动链轮4，两个传动链轮4a、4b之间采用传动链条8传动，当步进电机收到启动信号时，整个运动系统开始工作。

在本实施例中，弹性波检测装备中的敲击件采用直径17mm的刚性球，检测器选用现有检测器即可。

支撑架7采用铝板加工而成，整体质量轻，结构性能良好，为其他部件提供良好的安装运行性能。

弹性波检测装置1通过网线连接操作电脑，所述操作电脑上设有可视化图像解析软件自动进行判断处理，实现壁后同步注浆可视化展示。

伺服控制器2属于轻量级移动化控制设备，直接与设备快速安装，让设备快速投入工作。

首先根据检测实际需求，确定环向检测角度以及检测装备的运行速度，角度控制在0°～360°之间，运行模式通过伺服控制器2设置，随后进行现场装配形成如图1所示整体装备搭载在盾构机车架上。

装备集成后可跟随盾构推进，对每环管片进行环向检测，检测过程中弹性波检测装置利用信号传感器，将接受信号通过网线实时回传到操作室电脑。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于弹性波法的盾构隧道壁后同步注浆体三维检测装备，其特征是：包括环形支撑架、弹性波检测装置、控制器、传动机构和驱动机构，其中：

所述环形支撑架上设置有用于连接盾构机的连接件，所述弹性波检测装置可移动设置于环形支撑架上；

所述控制器控制所述驱动机构的动作，所述驱动机构提供动力，通过所述传动结构，使所述弹性波检测装置，按照所述控制器设置的运动模式，沿所述环形支撑架进行圆周运动，对盾构壁后同步注浆体进行三维检测。

2.如权利要求1所述的一种基于弹性波法的盾构隧道壁后同步注浆体三维检测装备，其特征是：所述支撑架的外表面设置有输送链条。

3.如权利要求1所述的一种基于弹性波法的盾构隧道壁后同步注浆体三维检测装备，其特征是：所述传动机构包括连接轴、链轮、传动链条，所述驱动机构包括两套，所述连接轴有两个，且并排设置，分别与一驱动机构的输出轴连接，所述连接轴上套设有链轮，所述链轮能够与输送链条啮合，两个链轮之间通过传动链条连接。

4.如权利要求1或3所述的一种基于弹性波法的盾构隧道壁后同步注浆体三维检测装备，其特征是：所述驱动机构为电机。

5.如权利要求1所述的一种基于弹性波法的盾构隧道壁后同步注浆体三维检测装备，其特征是：所述连接件为多个。

6.如权利要求1所述的一种基于弹性波法的盾构隧道壁后同步注浆体三维检测装备，其特征是：所述连接件为装配接口，且各装配接口与盾构机车架上设置的装配接口相适配。

7.如权利要求1所述的一种基于弹性波法的盾构隧道壁后同步注浆体三维检测装备，其特征是：所述弹性波检测装置包括敲击件和检测器，所述敲击件用于产生弹性波，所述检测器用于检测弹性波。

8.如权利要求1所述的一种基于弹性波法的盾构隧道壁后同步注浆体三维检测装备，其特征是：所述弹性波检测装置通过支架连接所述支撑架；

所述支架上设置所述传动机构和驱动机构；

或，所述支架套设于所述支撑架上，所述支架内沿通过导向轮与支撑架侧壁接触。

9.基于权利要求1-8中任一项所述的装备的工作方法，其特征是：包括以下步骤：

将三维检测装备的环形支撑架安装在盾构机上；

每当盾构机向前推进一环后，控制所述驱动机构的动作，通过传动机构，使弹性波检测装置按照设置的运动模式沿所述环形支撑架进行圆周运动，进行环向壁后注浆检测。

10.如权利要求9所述的工作方法，其特征是：运动模式按实际需求设置为匀速或者等时间差停顿。

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