一种大断面隧道掌子面施工中地质雷达操作辅助装置

摘要

本发明公开了一种大断面隧道掌子面施工中地质雷达操作辅助装置，包含刚性框架、动力装置、牵引路径调整装置和固定装置，所述刚性框架可以固定在隧道施工台车上，所述牵引路径调整装置可以在框架上快速调整位置，控制地质雷达天线的移动路径，并保证其稳定性。操作人员可以在安全区域遥控动力装置提供拉力牵引地质雷达天线沿预先布置的测线移动。该装置可以提供更加多样化的测线布置方式，提高超前地质预报准确度，保证操作人员安全，提高工作效率。

说明书

技术领域

本发明专利涉及岩土工程技术领域，尤其适用于改善大断面隧道掌子面施 工过程中，地质雷达在超前地质预报中的应用方面。

背景技术

随着我国隧道技术的发展，隧道施工面临的地质条件也越来越复杂，为保 证施工人员、财产的安全，超前地质预报技术已成为不良地质地区隧道施工的 必要工作。地质雷达作为一种方便快捷的无损短程物探方法，在超前地质预报 中得到了广泛应用。目前在实地操作中，存在以下问题：

1、地质雷达操作人员一般采用手持雷达天线接触岩体的方式进行探测，这 种探测方法不可避免的要近距离的接触掌子面和隧道未支护段，未及时支护的 隧道顶板和掌子面可能存在掉块、坍塌等问题，特别是在雷达天线底面的扰动 下，人员、设备的安全无法保证。

2、目前施工中普遍采用人工抬举天线的操作方式探测，在大跨度隧道探测 中，受台车形式和人员活动范围所限，目前的测线往往布置比较单一，不能很 好的覆盖整个掌子面，特别是针对掌子面斜上方一旦突出危害性极大的溶洞等 地质灾害体，目前还没有特别方便的探测方法。

3、即使是技术熟练的人员手持沉重的天线探测，也不能精确的控制移动速 度，而国内目前普遍采用时间测量方式，若单位时间内移动的距离不一致，就 无法准确定位测线网中地质灾害体的位置。

中国第CN203056076U号实用新型专利公开了一种地质雷达探测辅助装置， 包括支撑柱、水平设置在两根支撑柱之间的横梁、设置在横梁上的滑轨以及用 于悬挂地质雷达天线的悬吊线，采用该地质雷达探测辅助装置，可以人工控制 天线的移动。但是这种装置，首先自动化程度低，使用时仍然需要操作人员始 终在掌子面前工作，存在巨大的安全隐患；其次，采用人工操作，天线移动速 度控制问题没有得到有效解决；再次，测线布置单一，无法布置常规的“井” 字形测线，也不能调整角度，对掌子面斜上方等重点区域也无法实现全面的覆 盖。

发明内容

本发明专利为了解决上述问题，提供了一种大断面隧道掌子面施工中地质 雷达操作辅助装置，该方法能够使操作人员在安全距离控制雷达天线沿指定路 径扫描，保证操作人员的安全；并能使测线布置更加均匀合理，可覆盖整个掌 子面，以减少预报误差。

为了实现上述目的，本发明专利采用如下技术方案：

一种大断面隧道掌子面施工中地质雷达操作辅助装置，包括使用时布置于 掌子面前的框架，所述框架的顶端设有卷扬机，所述框架通过伸缩装置调整框 架倾斜角度，所述框架上设有用于调整牵引路径的可拆卸的若干滑轮，所述卷 扬机的线缆绕过相应的滑轮通过牵引绳与雷达天线连接；雷达测线水平布置时， 在所述框架上设有可以调整倾斜角度的水平轨道，所述雷达天线沿所述轨道移 动探测；测线垂直布置时，所述雷达天线由牵引线悬挂，垂直升降进行探测； 探测时，卷扬机的线缆带动所述雷达天线在预设测线上自动行走，实现自动探 测。

所述轨道包括两条的导轨和四个导轨滑轮，所述导轨滑轮安装于雷达天线 的四角。

所述卷扬机、滑轮、和导轨通过快速夹具固定在所述框架装置上。

所述轨道两端通过角度调节器与所述快速夹具连接，通过调整所述角度调 节器来调整所述轨道的倾斜角度。

所述导轨通过电动推杆与所述快速夹具连接，所述快速夹具固定在台车上， 通过调整电动推杆的长度，来调整所述轨道的倾斜角度。

所述卷扬机为可变速遥控卷扬机。

所述牵引绳有两根，分别固定于雷达天线的两侧；其中一根牵引绳连接所 述卷扬机的线缆，另一根牵引绳连接溜尾绳。

所述框架通过带有伸缩杆的夹具与台车固定连接。

本发明专利的有益效果为：

本装置是将目前在隧道施工地质雷达掌子面探测通常采用的人力操作转化 为机械操作。运用该装置主要有以下优点：

该装置通过可固定在刚性框架任意位置的滑轮及可调倾斜角度的导轨为雷 达天线提供框架范围内任意位置的水平、垂直运动路线。可以覆盖绝大部分掌 子面区域，特别是人力无法探测到的掌子面中心附近，通过调节导轨使其具有 向上或向下倾斜的角度，可以测量掌子面斜上方和斜下方的区域，增大了探测 区域面积。较目前更为合理丰富的测线布置可以有效的提高预报的准确性。

该装置运用有线远距离遥控小型卷扬机，操作人员可以在安全距离对设备 进行遥控操作，减少人员暴露于相对危险范围的时间，有效保证人员安全。

机械操作相对于人力操作，更容易控制天线移动速度。使用地质雷达进行 时间测量时，在不使用测距轮的情况下，天线只有按一定速度匀速的行进才可 以准确地定位前方地质异常体的位置和影响范围，使用机械操作可以提高超前 地质预报精确度。

通过快速夹具固定卷扬机、滑轮和轨道，可以快速的调整装置的位置，减 少了人员停留在掌子面前的必要时间，确保人员安全，使用方便。

使用轨道和溜尾绳，可以保证雷达天线的稳定移动，提高预报的准确性。

轨道两端采用铰接，可满足雷达天线朝向要求，在掌子面斜上方等关键部 位的检测中发挥更好的作用。

通过伸缩装置调整框架，能使整套设备更好的贴合形状倾斜的掌子面，提 高采样质量。

该装置提供了一种更加省力的操作方式，通过机械牵引笨重的雷达天线， 可以减少操作人员的体力工作量，有效提高工作效率。

附图说明

图1为本发明专利的正视图；

图2为本发明专利的左视图；

图3为本发明专利辅助水平测试原理图；

图4为本发明专利辅助垂直测试原理图；

其中，1、小型卷扬机；2、滑轮；3、牵引绳；4、刚性框架；5、导轨；6、 雷达天线(不包含在本装置内)；7、溜尾绳；8、框架伸缩装置；9、台车(不 包含在本装置内)。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明专利作进一步说明。

如图1所示，一种大断面隧道掌子面施工中地质雷达操作辅助装置包括小型 卷扬机1，通过快速夹具固定在由方形无缝钢管根据台车9尺寸组装而成的刚性 框架4上，通过牵引绳3拖动雷达天线6运动，并由可在刚性框架4上调节位置的 滑轮2和导轨5控制牵引路径，通过导轨5和溜尾绳7使天线在移动过程保持稳定 性，测试前将刚性框架4安装在台车9上，并由框架伸缩装置8调整框架倾斜角度。

所述刚性框架4采用边长60mm，壁厚8mm的方形无缝钢管组装而成。

所述的可变速小型卷扬机1，额定功率为350W，电压220V，单钩最大吊装 重量50kg，自重约8kg。提升速度可调节，并可通过有线遥控手柄进行远距离操 控。

所述轨道由导轨5和导轮组成。导轨5采用非金属复合材料以减少干扰，导 轨5宽53mm，有效承重45kg，并具有较大的刚度。并带有四只导轮，分别安装 于雷达天线6四角，可保证雷达天线6沿导轨5稳定移动。因天线底面与岩体间允 许存在一定距离的不接触面，故导轨5采用直线型即可满足一般探测要求。

所述轨道两端与夹具铰接，可以调整倾斜角度，并有螺丝锁紧。

所述滑轮2采用316不锈钢材料，直径35mm。

所述牵引绳3和溜尾绳7都为非金属材料，以减少对测试结果的干扰。

所述卷扬机、滑轮2、导轨5通过手柄推拉压紧的快速夹具安装在框架上

所述伸缩装置为最大推力6000N，标准行程400mm的电动推杆。

雷达测线水平布置时辅助测试装置原理图如图1所示，操作步骤为：首先将 刚性框架4通过框架固定装置固定在台车9朝向掌子面的一侧，卷扬机固定在框 架上方，并移动台车9到掌子面位置，并根据掌子面情况调整框架倾斜角度。将 水平轨道和滑轮2通过带有快速夹具的固定装置固定在刚性框架4上，并根据预 定测线路径调整固定装置位置，通过预先固定在雷达天线6四周的导轮将雷达安 装到水平导轨5上，根据所需雷达朝向调节轨道倾斜角度，布置好牵引绳3，调 节卷扬机运行速度，人员撤离到安全区域，启动采集系统，用遥控手柄控制天 线沿导轨5水平匀速移动，测得数据。通过移动带有快速夹具的固定装置，迅速 调整水平轨道和相应滑轮2的位置，重复上述步骤，得到多条水平测线数据。

雷达测线垂直布置时辅助测试装置原理图如图2所示，操作步骤为：首先将 刚性框架4通过框架固定装置固定在台车9朝向掌子面的一侧，卷扬机固定在框 架上方，并移动台车9到掌子面位置，根据掌子面情况调整框架倾斜角度。将滑 轮2通过带有快速夹具的固定装置固定在刚性框架4上，并根据预定测线路径调 整固定装置位置，布置好牵引绳3，调节卷扬机的运行速度，人员撤离到安全区 域，启动采集系统，用遥控手柄控制天线沿垂直方向移动，同时操作人员通过 拉动溜尾绳7来保持天线运行过程中的稳定，测得数据。通过移动带有快速夹具 的固定装置，迅速调整相应滑轮2的位置，重复上述步骤，得到多条垂直测线数 据。

上述虽然结合附图对本发明专利的具体实施方式进行了描述，但并非对本 发明专利保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明专利的技术 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。