一种隧道喷射混凝土质量智能检测设备及方法

1.本发明涉及隧道支护工程检测技术领域，具体涉及一种隧道喷射混凝土质量智能检测设备及方法。


背景技术：

2.喷射混凝土是隧道初期支护的重要组成，但现场施工往往会因喷射不密实而产生空洞，喷层空洞是隧道稳定的重大隐患。因此，隧道喷射混凝土必须开展喷层质量检测，目前常用的喷层质量检测方法包括：原位钻孔法、地质雷达法、超声脉冲法、红外线温度场照相技术、动力无损检测法等。原位钻孔法可以较为精确的检测喷层空洞情况，但钻孔取样过程会造成初支结构损伤；地质雷达法在喷层质量检测中使用较为广泛，然而地质雷达检测方法在应用中也存在一些问题，例如在检测对象厚度超过0.5m时识别率低，设备价格昂贵、检测耗时长等；红外线温度场照相技术一般安装在运动的支架上，可以较为方便快速的对喷层进行无伤检测，但该方法依赖于温度梯度测量，如要得到准确的结果需与其它技术结合使用；动力无损方法通过人工锤击隧道喷层，通过冲击响应放大因子来检测喷层空洞，此方法操作简易，成本低，但因地形限制适用于局部检测。
3.因此，提出一种能有效提高检测效率，解决隧道质量检测实际工程中的效率低、检测结果不准确等问题的自动化检测设备是十分具有必要的。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种隧道喷射混凝土质量智能检测设备及方法，目的是解决现有技术中存在的问题。
5.为达到上述目的，本发明技术方案为：
6.一种隧道喷射混凝土质量智能检测设备，包括履带台车、升降杆、展开装置、分节轨道及智能控制系统，所述的履带台车的顶端设有平台，在平台的中心处沿纵向设有电控升降杆，所述的升降杆的顶端设有升降位置检测仪，在升降杆顶部的两侧分别连接有分节轨道，所述的分节轨道由若干轨道分段连接而成，并可在展开装置的驱动下展开，并使每个轨道分段均移动至对应的隧道弧形面的检测位置，在分节轨道上还设有移动式检测平台，所述的履带台车上设有智能控制系统，所述的智能控制系统配置为对履带台车的行进、展开装置的动作、移动式检测平台的动作及升降杆的动作进行控制，所述的升降位置检测仪及搭载在移动式检测平台上的检测设备分别通过导线与智能控制系统电性连接，所述的智能控制系统与车载电源电性连接，所述的智能控制系统通过有线或无线的形式将依据检测信号绘制的图形或计算所得的数据信息传递给检测控制中心。
7.优选的，相邻的轨道分段之间通过花键轴连接，所述的花键轴与位于后侧的轨道分段的前端花键连接，所述的花键轴的两端与位于前侧的轨道分段的后端转动连接，各个轨道分段以首尾相连的方式连接，所述的展开装置包括在每个轨道分段中部内嵌的驱动电机，所述的驱动电机的输出轴沿垂直于轨道分段侧壁的方向向外延伸，并固定连接有主动
齿轮，所述的花键轴的两端固定设有圆轴，所述的圆轴与位于前侧的轨道分段的后端转动连接，在其中一个圆轴的端部固定设有从动齿轮，所述的主动齿轮与从动齿轮通过链条传动连接，所述的驱动电机通过导线与智能控制系统电性连接；所述的展开装置还包括连接于升降杆方向的第一节轨道分段与升降杆的伸缩杆侧壁之间的电动推杆，所述的电动推杆的两端分别与第一节轨道分段的底部及伸缩端的侧壁铰接，所述的第一节轨道分段朝向升降杆一侧的端部与升降杆顶端铰接，在电动推杆的伸缩下带动第一节分节轨道展开；所述的电动推杆通过导线与智能控制系统电性连接。
8.优选的，所述的检测设备包括固定设于移动式检测平台顶端的敲击锤、超声脉冲器、红外温度检测仪，所述的敲击锤通过电控伸缩装置实施敲击动作，所述的电控伸缩装置通过导线与智能控制系统电性连接，所述的移动式检测平台还设有敲击声音收集装置，所述的敲击声音收集装置通过导线与智能控制系统信号连接。
9.优选的，所述的移动式检测平台的底端设有与轨道分段相配合的凹槽，在凹槽的侧壁内表面上分别设有前后两组驱动组件，每组驱动组件均设有2个调节齿轮，所述的凹槽的2个侧壁内表面的各组的2个调节齿轮分别与设于轨道分段外周面左或右侧的齿槽型轨道啮合连接，并且位于上侧的调节齿轮与轨道分段上端的齿槽型轨道啮合连接，位于下侧的调节齿轮与轨道分段下端的齿槽型轨道啮合连接；所诉的凹槽侧壁外表面上下端分别设有限位块，所述的限位块的外侧端始终与分节轨道侧壁的上或下缘外表面间隙配合，所述的限位块的外侧端与凹槽侧壁内表面之间具有设定距离，所述的设定距离确保移动式检测平台沿轨道分段来回移动时避免与展开装置相互干涉；所述的凹槽侧壁内设有空腔，所述的空腔上设有贯通凹槽侧壁内表面的直线滑槽，所述的直线滑槽沿纵向设置，所述的调节齿轮的中心轴贯穿直线滑槽延伸入空腔内，所述的中心轴与直线滑槽滑动连接，所述的中心轴的另一端连接有移动电机，所述的移动电机的输出轴端部与中心轴端部固定连接，位于上下侧的移动电机的壳壁的相背面分别设有电动缸，所述的电动缸的固定端与空腔内壁固定连接，伸缩端通过压力传感器与移动电机的壳壁外表面连接，所述的空腔远离直线滑槽的侧壁上还沿纵向设有直线滑轨，所述的移动电机与直线滑轨滑动连接；所述的移动式检测平台上还设有用以检测敲击锤轴向倾角的激光倾角测量仪，在移动式检测平台的顶端设有视觉传感器，所述的压力传感器、激光倾角测量仪及视觉传感器分别通过导线与智能控制系统信号连接，所述的智能控制系统分别通过导线与移动电机、电动缸电性连接。
10.优选的，所述的移动式检测平台上还设有报警器，当检测信号异常时，通过报警器报警以显示空鼓所在位置；所述的报警器通过导线与智能控制系统电性连接。
11.优选的，所述的轨道分段顶端还设有激光测距仪，所述的激光测距仪通过导线与智能控制系统信号连接。
12.优选的，所述的平台顶端还设有上端开口的收纳槽，所述的升降杆底端与收纳槽围合的平台顶部固定连接，在初始状态下，升降杆及两侧的分节轨道均收缩于收纳槽内。
13.优选的，所述的收纳槽的侧壁外表面还设有红外距离检测仪，所述的红外距离检测仪通过导线与智能控制系统信号连接。
14.优选的，所述的履带台车配置有越野三角履带。
15.一种隧道喷射混凝土质量检测方法，包括如下步骤：
16.(1)、履带台车沿隧道地面的中心线向隧道内移动，且使履带台车的中心线与隧道
地面的中心线在垂直面内相互平行；
17.(2)、通过红外距离检测仪向智能控制系统发送信号，通过智能控制系统控制履带台车间歇性的向前移动设定距离；
18.(3)、在设定距离处，通过智能控制系统控制履带台车停车，并通过控制空气悬挂系统确保检测时履带台车的车身稳定；
19.(4)、在升降位置检测仪的配合下，通过智能控制系统将升降杆升高至工作高度；
20.(5)、启动电动推杆，将两侧的第一节轨道分段展开，然后依次启动各个轨道分段上的驱动电机将各节轨道分段展开，展开的过程中，智能控制系统通过激光测距仪的检测信息控制各个轨道分段的展开程度，使轨道分段处于适合检测的位置；
21.(6)以每个轨道分段所对应的隧道弧形面为一个工作区，对每个工作区内的混凝土质量进行检测，检测时各个轨道分段对应的敲击锤依次动作，避免敲击声音相互干涉；
22.(7)、智能控制系统通过有线或无线的形式将依据检测信号绘制的图形或计算所得的数据信息传递给检测控制中心。
23.本发明一种隧道喷射混凝土质量智能检测设备及方法的有益效果为：
24.1、提供了一种可适应各种隧道尺寸类型的质量检测设备，设备可智能贴合受检轮廓,在隧道任意高度位置进行工作，摒弃了传统的人工检测手段，大大提高检测效率；
25.2、提供了一种可全自动化检测隧道初支混凝土空洞问题的仪器轨道设备，可放置检测仪器供其自主检测，优化了质量检测方式，实现了智能化工作手段；
26.3、提供了一种采用声波检测、红外线温度检测、锤击震动检测的检测混凝土质量检测设备，充分发挥出各检测手段的优势，实现了一点多次检测，有效提高了检测的准确率；
27.4、提供了一种可在隧道初支环境内自助运行、保持稳定工作状态的履带台车，优化了使用设备的准备工作。
附图说明
28.图1、本发明的设备展开工作示意图；
29.图2、本发明的设备准备状态示意图；
30.图3、本发明的履带台车侧面示意图；
31.图4、本发明移动式检测平台示意图；
32.图5、本发明轨道分段及展开装置示意图；
33.图6、本发明移动式检测平台与轨道分段配合时的侧面剖视图；
34.1、升降位置检测仪；2、升降杆；3、连接位置；4、移动式检测平台；5、分节轨道；6、履带台车；7、悬挂系统；8、越野三角履带；9、敲击锤；10、超声脉冲器；11、红外温度检测仪；12、激光倾角测量仪；13、报警器；14、调节齿轮；15、直线滑槽；16、收纳槽；17、红外距离检测仪；18、智能控制系统；19、齿槽型轨道；20、驱动电机；21、花键轴；22、激光测距仪；23、充电口；24、车载电源；25、保护板；26、隧道弧形面；27、供电插口；28、花键套；29、u形座；30、电动推杆；31、移动电机；32、空腔；33、直线滑轨；34、电动缸；35、压力传感器；36、主动齿轮；37、限位块。
具体实施方式
35.以下所述，是以阶梯递进的方式对本发明的实施方式详细说明，该说明仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
36.本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“顶”“底”“内”“外”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，仅是为了描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
37.实施例1、
38.一种隧道喷射混凝土质量智能检测设备，如图1-6所示，包括履带台车6、升降杆2、展开装置、分节轨道5及智能控制系统18，所述的履带台车6的顶端设有平台，在平台的中心处沿纵向设有电控升降杆2，所述的升降杆2的顶端设有升降位置检测仪1，在升降杆2顶部的两侧分别连接有分节轨道5，所述的分节轨道5由若干轨道分段连接而成，并可在展开装置的驱动下展开，并使每个轨道分段均移动至对应的隧道弧形面的检测位置，在分节轨道上还设有移动式检测平台，所述的履带台车6上设有智能控制系统18，所述的智能控制系统18配置为对履带台车的行进、展开装置的动作、移动式检测平台的动作及升降杆的动作进行控制，所述的升降位置检测仪1及搭载在移动式检测平台上的检测设备分别通过导线与智能控制系统18电性连接，所述的智能控制系统与车载电源电性连接，所述的智能控制系统通过有线或无线的形式将依据检测信号绘制的图形或计算所得的数据信息传递给检测控制中心。
39.本实施例中，升降杆可以为电动推杆或电动缸或液压缸或气缸等可伸缩的电器设备，通过履带台车可充分适应隧道内复杂的路面情况。
40.实施例2、
41.在实施例1的基础上，本实施例改进为：
42.如图1、2、5、6所示，相邻的轨道分段之间通过花键轴21连接，所述的花键轴与位于后侧的轨道分段的前端花键连接，所述的花键轴的两端与位于前侧的轨道分段的后端转动连接，各个轨道分段以首尾相连的方式连接，所述的展开装置包括在每个轨道分段中部内嵌的驱动电机，所述的驱动电机的输出轴沿垂直于轨道分段侧壁的方向向外延伸，并固定连接有主动齿轮(图中未画出)，所述的花键轴的两端固定设有圆轴，所述的圆轴与位于前侧的轨道分段的后端转动连接，在其中一个圆轴的端部固定设有从动齿轮(图中未画出)，所述的主动齿轮与从动齿轮通过链条(图中未标示)传动连接，所述的驱动电机通过导线与智能控制系统电性连接；所述的展开装置还包括连接于升降杆方向的第一节轨道分段与升降杆的伸缩杆侧壁之间的电动推杆30，所述的电动推杆的两端分别与第一节轨道分段的底部及伸缩端的侧壁铰接，所述的第一节轨道分段朝向升降杆一侧的端部与升降杆顶端铰接，在电动推杆的伸缩下带动第一节分节轨道展开；所述的电动推杆通过导线与智能控制系统18电性连接。
43.本实施例中，分节轨道展开的原理为：电动推杆使第一节分节轨道展开，然后各个分节轨道的驱动电机依次动作，使各个分节轨道依次展开。实际使用中，可根据隧道的尺寸选择轨道分段的数量。其中，如图5所示，轨道分段的一端设有花键套28，另一端设有u形座
29，u形座的两侧侧板上分别设有轴孔，将后侧轨道分段的前端插入u形座，将花键轴两端的圆轴穿过轴孔，并与轴孔转动连接，这样后侧的轨道分段即可在圆轴的带动下展开。
44.实施例3、
45.在实施例2的基础上，本实施例改进为：
46.如图1-6所示，所述的检测设备包括固定设于移动式检测平台顶端的敲击锤9、超声脉冲器10、红外温度检测仪11，所述的敲击锤通过电控伸缩装置(图中未画出)实施敲击动作，所述的电控伸缩装置通过导线与智能控制系统电性连接，所述的移动式检测平台还设有敲击声音收集装置，所述的敲击声音收集装置通过导线与智能控制系统信号连接。
47.本实施例中，电控伸缩装置可以为电动推杆；声音收集装置可以为麦克风之类的传音装置，通过智能控制系统对声音信号的分析检测混凝土的浇筑质量。通过三种检测装置的协同检测，确保检测结果的正确可靠。
48.实施例4、
49.在实施例3的基础上，本实施例改进为：
50.如图4、5、6所示，所述的移动式检测平台的底端设有与轨道分段相配合的凹槽(图中未标示)，在凹槽的侧壁内表面上分别设有前后两组驱动组件，每组驱动组件均设有2个调节齿轮14，所述的凹槽的2个侧壁内表面的各组的2个调节齿轮分别与设于轨道分段外周面左或右侧的齿槽型轨道19啮合连接，并且位于上侧的调节齿轮与轨道分段上端的齿槽型轨道19啮合连接，位于下侧的调节齿轮与轨道分段下端的齿槽型轨道19啮合连接；所诉的凹槽侧壁外表面上下端分别设有限位块37，所述的限位块37的外侧端始终与分节轨道侧壁的上或下缘外表面间隙配合，所述的限位块37的外侧端与凹槽侧壁内表面之间具有设定距离，所述的设定距离确保移动式检测平台沿轨道分段来回移动时避免与展开装置相互干涉；所述的凹槽侧壁内设有空腔32，所述的空腔32上设有贯通凹槽侧壁内表面的直线滑槽15，所述的直线滑槽15沿纵向设置，所述的调节齿轮的中心轴贯穿直线滑槽延伸入空腔内，所述的中心轴与直线滑槽滑动连接，所述的中心轴的另一端连接有移动电机31，所述的移动电机的输出轴端部与中心轴端部固定连接，位于上下侧的移动电机的壳壁的相背面分别设有电动缸34，所述的电动缸34的固定端与空腔内壁固定连接，伸缩端通过压力传感器35与移动电机的壳壁外表面连接，所述的空腔远离直线滑槽的侧壁上还沿纵向设有直线滑轨33，所述的移动电机与直线滑轨33滑动连接；所述的移动式检测平台上还设有用以检测敲击锤9轴向倾角的激光倾角测量仪12，在移动式检测平台的顶端设有视觉传感器，所述的压力传感器、激光倾角测量仪12及视觉传感器分别通过导线与智能控制系统18信号连接，所述的智能控制系统分别通过导线与移动电机、电动缸电性连接。
51.本实施例中，为了适配隧道的弧形面可将轨道分段的上下端设置为弧形，在这种情况下，移动式检测平台沿齿槽型轨道19来回移动时，智能控制系统依据压力传感器的信息控制电动缸伸缩，以使同一组的2个调节齿轮14之间的距离与上下端的齿槽型轨道19的间距相配。
52.作为更好的实施方式，轨道分段的侧壁为长方形(图中未画出)，这样移动式检测平台在来回移动时就不需要电动缸的配合，使移动更加方便，同时设于移动式检测平台上的检测设备均可保持在工作区间内，其中敲击锤可通过改变电控伸缩装置的伸缩量来适应隧道的弧形面带来的检测距离变化，作为优选，敲击锤通过弹簧与电控伸缩装置顶端连接，
从而在确保敲击动作质量的同时避免对电控伸缩装置产生硬冲击。
53.在实际作业中，有可能发生的情况是：敲击锤并非沿着隧道弧形面垂直的方向进行敲击，这会导致检测质量下降，本发明设置了视觉传感器和激光倾角测量仪，一方面通过视觉传感器及时检测到敲击锤是否与检测的弧形面相垂直，另一方面通过激光倾角测量仪检测敲击锤轴线的倾角，然后，通过智能控制系统及时调节敲击锤的轴线的倾角，使敲击锤的轴线与检测的弧形面垂直。
54.进一步的，调节敲击锤轴线的倾角的方法是：首先通过下方的电动缸的收缩，使每个凹槽侧壁上的前后两组驱动组件中的位于下方的调节齿轮与轨道分段下方的齿槽型轨道19脱离啮合，然后通过上方的电动缸的伸缩带动其中一组驱动组件中的上方的调节齿轮沿直线滑槽向上或向下移动，从而使两组驱动组件的上方的调节齿轮之间具有高度差，以这种方式调节整个移动式作业平台的倾角，倾角到位后，将下方的调节齿轮与下方的齿槽型轨道19压紧啮合，在这种状态下进行检测，当需要使移动式作业平台重新移动时，则重新将上下方的电动缸回归到原来的伸缩量，然后继续移动至新的位置进行检测。
55.实施例5、
56.在实施例4的基础上，本实施例改进为：
57.如图4所示，所述的移动式检测平台上还设有报警器13，当检测信号异常时，通过报警器13报警以显示空鼓所在位置；所述的报警器13通过导线与智能控制系统电性连接。
58.如图4所示，所述的轨道分段顶端还设有激光测距仪22，所述的激光测距仪22通过导线与智能控制系统信号连接，目的是向智能控制系统提供轨道分段与隧道弧形面之间的距离，使轨道分段能够顺利进入工作区域。
59.如图3所示，平台顶端还设有上端开口的收纳槽16，所述的升降杆底端与收纳槽16围合的平台顶部固定连接，在初始状态下，升降杆及两侧的分节轨道5均收缩于收纳槽16内。
60.如图3所示，所述的收纳槽16的侧壁外表面还设有红外距离检测仪17，所述的红外距离检测仪17通过导线与智能控制系统信号连接，目的是使履带台车精确移动设定距离。
61.如图3所示，所述的履带台车配置有越野三角履带8。
62.作为常用设置，还可在履带台车前端设置另一个视觉传感器，通过智能控制系统对空气悬挂系统的调节使履带台车行车更平稳。
63.实施例6、
64.在实施例5的基础上，本实施例公开了：
65.一种隧道喷射混凝土质量检测方法，如图1-6所示，包括如下步骤：
66.(1)、履带台车沿隧道地面的中心线向隧道内移动，且使履带台车的中心线与隧道地面的中心线在垂直面内相互平行；实际使用中，这种相互平行是允许有一定误差的；
67.(2)、通过红外距离检测仪向智能控制系统发送信号，通过智能控制系统控制履带台车间歇性的向前移动设定距离；
68.(3)、在设定距离处，通过智能控制系统控制履带台车停车，并通过控制空气悬挂系统确保检测时履带台车的车身稳定；
69.(4)、在升降位置检测仪的配合下，通过智能控制系统将升降杆升高至工作高度；
70.(5)、启动电动推杆30，将两侧的第一节轨道分段展开，然后依次启动各个轨道分
段上的驱动电机将各节轨道分段展开，展开的过程中，智能控制系统通过激光测距仪的检测信息控制各个轨道分段的展开程度，使轨道分段处于适合检测的位置；
71.(6)以每个轨道分段所对应的隧道弧形面为一个工作区，对每个工作区内的混凝土质量进行检测，检测时各个轨道分段对应的敲击锤依次动作，避免敲击声音相互干涉；
72.(7)、智能控制系统通过有线或无线的形式将依据检测信号绘制的图形或计算所得的数据信息传递给检测控制中心。