隧道施工地质雷达法超前预报的安全辅助系统及预报系统

摘要

本发明公开了一种隧道施工地质雷达法超前预报的安全辅助系统及预报系统，包括由横向轨道、雷达天线固定及滑动装置、竖向牵引转向定位装置、稳定及牵引改向装置和动力系统组成的安全辅助系统；横向轨道沿着隧道的掌子面横向设置；所述的雷达天线固定及滑动装置安装在所述的横向轨道上，通过牵引线与所述的动力系统相连，使其沿着所述的横向轨道移动；所述的竖向牵引转向定位装置安装在横向轨道的末端，主要用于实现牵引线的转向和定位，所述的稳定及牵引改向装置倾斜安装，其一端与竖向牵引转向定位装置相连，另一端设置在地面上，其作用主要是为了稳定牵引绳进而实现雷达天线固定及滑动装置的稳定运行，防止其倾倒。

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于隧道台阶法施工地质雷达法超前预报的安全辅助系统及预报系统。

技术背景

现代隧道施工中，为了保障隧道施工的安全，经常采用超前地质预报的方法去减小施工中工程风险。地质雷达作为一种超前地质预报方法，由于其操作方便，探测结果准确高的优点而被广泛使用，在隧道建设中保驾护航。

在隧道地质雷达测量时，为了保证发射、接收信号的质量，首先要求雷达天线竖直面向掌子面，另外在信号的采集过程中需保持匀速前进且保证测线轨迹在同一条直线上。当在隧道中进行地质雷达的现场测量时，雷达天线由现场工人负责移动，在工人行走的过程中，既不能保证雷达天线竖直面向掌子面，也不能保证匀速移动，且测线忽高忽低，另外掌子面的工人在掌子面长时间站立具有极大的安全隐患。如何在隧道施工中实现地质雷达的标准化测量，保证地质雷达的测量精度，降低施工工人的安全隐患，是急需解决的难题。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种适用于隧道施工地质雷达法超前预报的安全辅助系统及其操作方法。本发明使用高强度树脂材料制成本发明中绝大部分构件，构件采用分部、分段组合的形式，依靠本发明可以有效在测量过程中维持雷达天线竖直面向掌子面，并保证天线保持匀速前进且测线轨迹在同一条直线上。本发明解决了隧道施工中，使用地质雷达超前探测时，无法保证雷达天线持续竖直面向掌子面，也不能保证匀速移动，且测线忽高忽低，和掌子面的工人在掌子面长时间站立具有极大的安全隐患的难题。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种适用于隧道施工地质雷达法超前预报的安全辅助系统，包括由横向轨道、雷达天线固定及滑动装置、竖向牵引转向定位装置、稳定及牵引改向装置和动力系统组成的安全辅助系统；

所述的横向轨道沿着隧道的掌子面横向设置；所述的雷达天线固定及滑动装置安装在所述的横向轨道上，通过牵引线与所述的动力系统相连，使其沿着所述的横向轨道移动；所述的竖向牵引转向定位装置安装在横向轨道的末端，主要用于实现牵引线的转向和定位，所述的稳定及牵引改向装置倾斜安装，其一端与竖向牵引转向定位装置相连，另一端设置在地面上，其作用主要是为了稳定牵引绳进而实现雷达天线固定及滑动装置的稳定运行，防止其倾倒。

优选的，所述横向轨道其中心设有圆形空洞，设置圆形空洞的主要目的是：有利于减轻横向轨道整体自重。在所述轨道两侧各设有一个内凹的滑动轨道，在轨道的顶部设有两个内凹的滑动轨道，在轨道的底部设有可转动的轨道支撑垫，轨道一端有两个外凸的方形承口，轨道右端有两个内凹的方形接口，主要用于相连轨道之间的连接。

优选的，所述雷达天线固定及滑动装置，包括一个底部开口的矩形框架，在所述的矩形框架的两个侧壁的内部各设有多个滑轮，外部各设有多个扣锁，矩形框架的顶部内侧设有多个滑轮，矩形框架的底部边缘内凸。

优选的，所述竖向牵引转向定位装置，包含竖向连接杆、高度调节杆和牵引线转向杆，竖向连接杆上含有两个外凸的方形承口，插接在横向轨道的方形接口内；所述的高度调节杆、竖向连接杆、牵引线转向杆均设有多个连接孔，用于三个所述杆之间的连接，在所述的牵引线转向杆上设有2个固定的滑轮；牵引线与一个滑轮内切，与另一个滑轮外切，使钢绞线位置稳定，且不发生错位，通过高度调节杆上不同的孔位的连接，可得到满意的高度。

优选的，所述稳定及牵引改向装置，包括具有转向功能的连接器和具有环向固定功能的滑轮装置和圆柱形连接杆，所述的连接器包括连接器I、II，连接器I插接在牵引线转向杆的连接孔内，连接器II与连接器I销轴相连，使得连接器II可以相对于连接器I转动一定的角度；连接器II转动一定的角度后与圆柱形连接杆插接，在所述的圆柱形连接杆上设有具有环向固定功能的滑轮装置。

优选的，稳定及牵引改向装置、竖向牵引转向定位装置采用高强度树脂材料制成，避免了用金属材料制作对雷达电磁信号的干扰。

优选的，所述横向轨道，长度为1m和0.5m两种，可以基本布满掌子面，且能记录掌子面前测线的长度。

优选的，所述横向轨道、竖向牵引转向定位装置和稳定及牵引改向装置构件两侧均设置连接接头；相邻之间通过连接接头连接，使组装更加简易方便，便于在隧道这种复杂环境下进行操作。

优选的，所述横向轨道两侧及正面有四个内凹滑动轨道，可以与所述的雷达天线固定及滑动装置由横向插入连接，使二者连接成为整体，防止移动过程中的偏轨、滑落。

优选的，所述横向轨道中下部设置可转动的轨道支撑垫，使在地面凹凸不平的情况下保证轨道的水平。

优选的，所述的雷达天线固定及滑动装置在两侧和下内面对称内置八个滑轮，使雷达天线能在轨道上稳定的滑动，且在滑动过程中不发生倾覆。

优选的，所述的雷达天线固定及滑动装置外侧对称设置四个扣锁，可对雷达天线通过可拉伸绳索进行对角固定。

优选的，所述的竖向连接杆、高度调节杆和牵引线转向杆上均含有多个连接孔，杆件为凹型结构，使杆件具有较高强度和较低的自重，杆件间通过高强度树脂螺栓连接，通过不同的孔位连接，可得到满意的高度。

优选的，所述的牵引线转向杆上含有2个固定的滑轮；钢绞线与一个内切，一个外切，使钢绞线位置稳定，且不发生错位，通过高度调节杆上不同的孔位的连接，可得到满意的高度。

优选的，所述具有转向功能的连接器一侧有外凸的圆柱体承口，使其与竖向牵引转向定位装置便携连接。

优选的，所述具有环向固定功能的滑轮装置，通过外凸带孔的接头，实现滑轮装置在杆上任意位置的固定。

一种地质雷达超前地质预报安全操作系统，包括雷达探测装置，所述雷达天线与安全辅助系统连接。

适用于隧道施工地质雷达法超前预报的安全辅助系统的制作方法，包括以下步骤：

步骤1：制作安全辅助系统的各种配件，购买合适的动力系统配件；

步骤2：按掌子面长度组装横向轨道，并横向轨道和雷达天线固定及滑动装置进行连接。

步骤3：将其余配件按承插方式连接起来组成安全辅助系统，并按照天线高度调节各滑轮高度，完成制作。

本发明的工作原理为：

使用地质雷达方法对隧道进行超前地质预报时，为了保证发射、接收信号的质量，要求雷达天线竖直面向掌子面，在信号的采集过程中需保持匀速前进且保证测线轨迹在同一条直线上。在隧道施工条件下，本发明采用高强度树脂材料制作本发明的各类配件，依据分类组合的方式装配。地质雷达超前探测时，本发明保证雷达天线持续竖直面向掌子面，并保证匀速移动，且测线保持一条直线，有效的保证了雷达天线发射、接收信号的质量，同时杜绝了工人在掌子面长时间站立的安全隐患。

本发明的有益效果为：

本发明安全辅助系统采用装配式结构，利用该结构携带方便，易于组合，适用性广的特点，在隧道施工的复杂情况下，保证了超前探测时雷达接收发射信号的质量。

本发明安全辅助系统的雷达天线固定及滑动装置完成了系统与雷达系统的连接，使天线操作人员远离了掌子面，杜绝了安全隐患。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的现场操作示意图；

图2为本发明的横向轨道的结构示意图；

图3为本发明的横向轨道的正视图；

图4为本发明雷达天线固定及滑动装置的正视图；

图5为本发明雷达天线固定及滑动装置的侧视图；

图6为本发明竖向牵引转向定位装置中牵引线转向杆的示意图；

图7为本发明竖向牵引转向定位装置中高度调节杆的示意图；

图8为本发明竖向牵引转向定位装置中竖向连接杆的示意图；

图9为本发明稳定及牵引改向装置中连接器部分配件的示意图；

图10为本发明稳定及牵引改向装置中连接器部分配件的示意图；

图11为本发明稳定及牵引改向装置中滑轮装置的示意图；

图12为本发明稳定及牵引改向装置中圆柱形连接杆的示意图；

图中，1横向轨道，2雷达天线固定及滑动装置，3竖向牵引转向定位装置，4稳定及牵引改向装置，5动力系统，11中心圆形空洞，12内凹滑动轨道13，轨道支撑垫，14方形承口，15方形接口；

21轨道滑轮，22扣锁，23装置边缘内凸；

31竖向连接杆，32高度调节杆，33牵引线转向杆，34方形承口，35连接孔，36滑轮；

41连接器，42滑轮装置，43圆柱形连接杆，44圆柱体承口，45圆柱体接口，46外凸带孔的接头，47固定的滑轮，48外凸的承口，49接口，50销轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请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申请的示例性实施方式。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。

正如背景技术所介绍的，当在隧道中进行地质雷达的现场测量时，雷达天线由现场工人负责移动，在工人行走的过程中，既不能保证雷达天线竖直面向掌子面，也不能保证匀速移动，且测线忽高忽低，另外掌子面的工人在掌子面长时间站立具有极大的安全隐患。如何在隧道施工中实现地质雷达的标准化测量，保证地质雷达的测量精度，降低施工工人的安全隐患，是急需解决的难题，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种适用于隧道施工地质雷达法超前预报的安全辅助系统及其操作方法。本发明使用高强度树脂材料制成本发明中绝大部分构件，构件采用分部、分段组合的形式，依靠本发明可以有效在测量过程中维持雷达天线竖直面向掌子面，并保证天线保持匀速前进且测线轨迹在同一条直线上。本发明解决了隧道施工中，使用地质雷达超前探测时，无法保证雷达天线持续竖直面向掌子面，也不能保证匀速移动，且测线忽高忽低，和掌子面的工人在掌子面长时间站立具有极大的安全隐患的难题。

实施例1

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-12所示，提供了一种适用于隧道施工地质雷达法超前预报的安全辅助系统，包括由横向轨道1、雷达天线固定及滑动装置2、竖向牵引转向定位装置3、稳定及牵引改向装置4和动力系统5；相邻的配件之间大部分通过承插连接，横向轨道1和雷达天线固定及滑动装置2通过横向插入连接，横向轨道1和竖向牵引转向定位装置3通过竖向连接杆31连接，竖向牵引转向定位装置3和稳定及牵引改向装置4通过具有转向功能的连接器41连接，牵引线转向杆33和滑轮装置42限定了钢绞线的位置。

如图2-3所示，相邻的横向轨道1，有长度为1m和0.5m两种规格，可以基本布满掌子面，且能记录掌子面前测线的长度。单个轨道中心圆形空洞11，有利于减轻横向轨道整体自重；

轨道两侧及正面有四个对称的内凹滑动轨道12，在其下方含有可转动的轨道支撑垫13，能够在地面凹凸不平的情况下保证轨道的水平。轨道左端有两个外凸的方形承口14，轨道右端有两个内凹的方形接口15；方形承口14与方形接口15主要用于多个轨道之间的连接，其中位于最后一节的轨道的方形接口15与竖向连接杆31上的方形承口34连接，竖向牵引转向定位装置与横向轨道垂直。

横向轨道两侧及正面有四个内凹滑动轨道，可以与所述的雷达天线固定及滑动装置由横向插入连接，使二者连接成为整体，防止移动过程中的偏轨、滑落。

横向轨道中下部设置可转动的轨道支撑垫，使在地面凹凸不平的情况下保证轨道的水平。

如图4-5所示，雷达天线固定及滑动装置2，在两侧和下内面对称内置八个滑轮21，外侧对称设置四个扣锁22，可对雷达天线通过可拉伸绳索进行对角固定。装置边缘内凸23；

雷达天线固定及滑动装置在两侧和下内面对称内置八个滑轮，使雷达天线能在轨道上稳定的滑动，且在滑动过程中不发生倾覆。上面的滑轮与轨道顶部的轨道配合，侧面的滑轮与轨道侧面的轨道配合。

雷达天线固定及滑动装置外侧对称设置四个扣锁，可对雷达天线通过可拉伸绳索进行对角固定。

如图6-8所示，竖向牵引转向定位装置3，包含竖向连接杆31高度调节杆32和牵引线转向杆33，竖向连接杆31上含有两个外凸的方形承口34，杆上含有多个连接孔35，杆件间通过高强度树脂螺栓连接，通过不同的孔位连接，可调整杆件的高度。牵引线转向杆33上含有2个固定的滑轮36钢绞线与一个内切，一个外切，使钢绞线位置稳定，且不发生错位；

竖向连接杆、高度调节杆和牵引线转向杆上均含有多个连接孔，杆件为凹型结构，使杆件具有较高强度和较低的自重，杆件间通过高强度树脂螺栓连接，通过不同的孔位连接，可得到满意的高度。

牵引线转向杆上含有2个固定的滑轮；钢绞线与一个内切，一个外切，使钢绞线位置稳定，且不发生错位，通过高度调节杆上不同的孔位的连接，可得到满意的高度。

如图9-12所示,稳定及牵引改向装置4，含有具有转向功能的连接器41和含有环向固定功能的滑轮装置42和圆柱形连接杆43组成，连接器41一侧有外凸的圆柱体承口44，连接器41底端有内凹的圆柱体接口45，滑轮装置42含有外凸带孔的接头46，滑轮装置42含有一个固定的滑轮47通过外凸带孔的接头，实现滑轮装置在杆上任意位置的固定。连接杆43长度为1m，两端含有外凸的承口48和内凹的接口45；

连接器41包括连接器I(图9)、II(图10)，连接器I的圆柱体承口44插接在牵引线转向杆的连接孔35内，连接器II的接口49与连接器I的销轴50相连，使得连接器II可以相对于连接器I转动一定的角度；连接器II转动一定的角度后其圆柱体接口45与圆柱形连接杆的接口48插接，在所述的圆柱形连接杆上设有具有环向固定功能的滑轮装置42。

适用于隧道施工地质雷达法超前预报的安全辅助系统的制作方法，包括以下步骤：

步骤1：制作安全辅助系统的各种配件，购买合适的动力系统配件；

步骤2：按掌子面长度组装横向轨道，并横向轨道和雷达天线固定及滑动装置进行连接。

步骤3：将其余配件按承插方式连接起来组成安全辅助系统，并按照天线高度调节各滑轮高度，完成制作。

可依据隧道掌子面的长度，组合横向轨道的长度，将横向轨道1、雷达天线固定及滑动装置2、竖向牵引转向定位装置3、稳定及牵引改向装置4和动力系统5依次正确装配。组合后，置于隧道掌子面后通过雷达天线固定及滑动装置2与雷达天线连接。

本发明采用装配式结构，为一种雷达天线的安全辅助系统，具有安全性高，携带方便，易于组装，方便维护等优点。其中横向轨道1确定了测量轨迹，雷达天线固定及滑动装置2实现了天线的稳定固定，竖向牵引转向定位装置3和稳定及牵引改向装置4保证了测量的直线性和钢绞线的方向，动力系统5保证了测量的匀速。

实施例2：

一种地质雷达超前地质预报系统，包括地质雷达仪，地质雷达仪与实施例1的安全辅助系统的雷达天线固定及滑动装置2连接。

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