隧道隐伏溶洞空间探测设备及探测方法

摘要

本发明公开了一种隧道隐伏溶洞空间探测设备及探测方法，包括自动调节激光测距仪、连接杆、定向调平仪和控制装置；所述自动调节激光测距仪，可以测量出溶洞边界节点相对激光测距仪中心的空间坐标位置；所述连接杆，一端与自动调节激光测距仪连接，另一端与定向调平仪相连；所述定向调平仪，用于测量探测设备的走向和倾角；所述控制装置，用于控制自动调节激光测距仪环向转动、纵向转动和进行激光测距，并记录测量数据。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于隧道隐伏溶洞空间探测设备及探测方法。

背景技术

随着我国西部大开发发展战略的逐步实施，高速公路和铁路等重大工程建设已进入了新的发展时期，数万公里的交通隧道工程正在或即将在西部山区兴建。该地区岩溶发育，地质条件复杂，施工难度较大，在隧道修建过程中经常遭遇不同大小的隐伏溶洞。岩溶隧道中溶洞的存在使得隧道周围岩体物理、力学性质发生变化，进而引起围岩应力场和位移场的变化。在隧道施工过程中，溶洞将使得隧道的施工力学性态更为复杂，易造成围岩中应力的过度集中，隧道周边变形量增加，并可能引起隧道开挖中局部围岩的坍塌、掉块，影响隧道施工，直接危及施工人员和机械设备的安全。因此，隧道隐伏溶洞空间尺寸及位置探测工作是必不可少。现有的隧道隐伏溶洞探测方法主要有超前地质雷达探测等物探方法及超前水平钻和超前炮孔等探测方法。对于已知存在的隐伏溶洞空间探测，现有物探方法操作相对方便，但预报准确率有待提升，超前钻探方法存在“一孔之见”，且操作复杂、耗时耗力。

发明内容

本发明的目的在于设计一种用于隧道隐伏溶洞空间探测设备，提供一种方便、准确和高效的隧道隐伏溶洞空间探测方法，克服了在已知存在的隐伏溶洞空间探测方面上，传统物探手段预报准确率不高和超前钻探“一孔之见”的缺点。有效提高隧道隐伏溶洞空间探测工作的效率，保证数据的准确性。

为实现上述目的，本设计采用如下技术方案：

一种用于隧道隐伏溶洞空间探测设备，包括自动调节激光测距仪、连接杆、定向调平仪和控制装置；

所述自动调节激光测距仪，可以测量出溶洞边界节点相对激光测距仪中心的空间坐标位置；

所述连接杆，一端与自动调节激光测距仪连接，另一端与定向调平仪相连；

所述定向调平仪，用于测量探测设备的走向和倾角；

所述控制装置，用于控制自动调节激光测距仪环向转动、纵向转动和进行激光测距，并记录测量数据。

进一步的，所述的自动调节激光测距仪，包括环向旋转机构、纵向旋转机构和激光测距仪；所述的环向旋转机构可实现激光测距仪的环向旋转，并记录环向旋转角度；纵向旋转机构可实现激光测距仪的纵向旋转，并记录纵向旋转角度；激光测距仪可测量溶洞边界节点距激光测距仪中心的距离。

进一步的，所述的连接杆的外面套装有一个保护套管；用于在设备插入钻孔时保护自动调节激光测距仪，保护套管包裹着连接杆，允许连接杆前后滑动和转动。

进一步的，所述的定向调平仪由底盘、转动轴、水准器、磁针、方位角刻度盘、倾斜水准器、倾角指针和倾角刻度盘组成；所述的底盘与连接杆通过转动轴连接，底盘可绕转动轴转动；所述的方位角刻度盘水平的镶嵌在所述的底盘上，且方位角刻度盘上安装有磁针，磁针和方位角刻度盘可以测量探测设备的走向；所述的水准器安装在底盘上，用来判定定向调平仪是否水平；所述的倾角刻度盘安装在底盘的一侧，倾角指针安装在所述的旋转轴上，随着所述的旋转轴旋转；倾斜水准器设置在倾角指针上，调节倾斜水准器，通过倾角指针和倾角刻度盘测得探测设备的倾角。

进一步的，所述的控制装置安装在定向调平仪的后端，用于控制自动调节激光测距仪环向转动、纵向转动和进行激光测距，并记录测量数据；在控制装置里面设有数据存储装置，所述的数据存储装置用于存储测量的数据。

进一步的，所述的控制装置内设有数据存储装置和USB数据读取接口，用于存储数据。

进一步的，所述的控制装置安装在定向调平仪的后端。

本发明还提供了一种利用隧道隐伏溶洞空间探测设备进行探测的方法，探测方法包括以下几步：

1)进行钻孔至隐伏溶洞，将探测设备通过钻孔插入隐伏溶洞，插入过程保持保护套管套住自动调节激光测距仪，防止自动调节激光测距仪在插入隐伏溶洞时受到破坏；

2)将保护套管退出，显露出自动调节激光测距仪；

3)通过旋转连接杆和转动底盘，调节定向调平仪的水平，当水准泡居中时表示定向调平仪达到水平状态；调节倾斜水准器，使倾斜水准泡居中，此时通过倾角指针和倾角刻度盘读取探测设备倾角；通过磁针和方位角刻度盘读取探测设备走向；根据探测设备倾角、走向和长度，利用三角几何关系计算激光测距仪中心的空间坐标位置；

4)通过控制器控制激光测距仪测量溶洞边界节点的距离，通过控制环向旋转机构和纵向旋转机构改变待测量溶洞边界节点的位置，并记录该位置的相对角度，通过三角几何关系计算每个溶洞边界节点的坐标位置。

5)测量结束后，将保护套管重新套住自动调节激光测距仪，将探测设备收回，通过USB接口将数据信息导出，进行处理，绘制隐伏溶洞三维图。

本发明的隧道隐伏溶洞空间探测工作具有以下优点：

本发明通过设计的自动调节激光测距仪，实现了激光测距仪纵、环向旋转，并记录旋转角度，根据三角几何关系方便准确的测得了隐伏溶洞的空间尺寸，并通过定向调平仪测量探测设备的纵向及倾角，确定隐伏溶洞的空间位置，有效提高隧道隐伏溶洞空间探测工作效率，保证数据的准确性。

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为探测设备插入隐伏溶洞示意图；

图2为设备分解示意图；

图3、图4为自动调节激光测距仪及纵、环向旋转示意图；

图5为保护套管剖切示意图，

图6、图7、图8为定向调平仪、剖切和细节示意图。

图中：1自动调节激光测距仪；2连接杆；3定向调平仪；4保护套管；5控制器；6环向旋转机构；7纵向旋转机构；8激光测距仪；9底盘；10转动轴；11水准器；12磁针；13方位角刻度盘；14倾斜水准器；15倾角指针；16倾角刻度盘。

具体实施方式

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，现有的隧道隐伏溶洞探测方法主要有超前地质雷达探测等物探方法及超前水平钻和超前炮孔等探测方法。对于已知存在的隐伏溶洞空间探测，现有物探方法操作相对方便，但预报准确率有待提升，超前钻探方法存在“一孔之见”，且操作复杂、耗时耗力。为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种用于隧道隐伏溶洞空间探测设备。

下面结合附图和实例对本发明做进一步说明：

如图1-8所示，一种用于隧道隐伏溶洞空间探测设备，包括自动调节激光测距仪1、连接杆2、定向调平仪3、保护套管4和控制器5。

所述自动调节激光测距仪1，可以测量出溶洞边界节点相对激光测距仪中心的空间坐标位置，由环向旋转机构6、纵向旋转机构7和激光测距仪8组成。环向旋转机构6可实现激光测距仪的环向旋转，并记录环向旋转角度；纵向旋转机构7可实现激光测距仪的纵向旋转，并记录纵向旋转角度；激光测距仪8可测量溶洞边界节点距激光测距仪中心的距离。

自动调节激光测距仪1与30度全景摄像头结构的结构类似，具体结构为：包括底座，所述的底座具有用于控制所述的摄像镜头绕环向360°旋转的环向旋转机构以及用于控制所述的摄像镜头绕纵向360°旋转的纵向旋转机构；所述的环向旋转机构与所述的底座相铰接。所述的环向旋转机构包括两个向上延伸的支撑臂，所述的纵向旋转机构与两个所述的支撑臂相铰接。

所述连接杆2，一端与自动调节激光测距仪1连接，另一端与定向调平仪3相连。

所述定向调平仪3，用于测量探测设备的走向和倾角，由底盘9、转动轴10、水准器11、磁针12、方位角刻度盘13、倾斜水准器14、倾角指针15和倾角刻度盘16组成。底盘9与连接杆2通过转动轴10连接，底盘9可绕转动轴10转动；水准器11用来判定定向调平仪3是否水平，通过连接杆2旋转和底盘9绕转动轴10转动可实现将定向调平仪3调平；磁针12和方位角刻度盘13可以测量探测设备的走向；倾斜水准器14设置在倾角指针15上，调节倾斜水准器14，通过倾角指针15和倾角刻度盘16测得探测设备的倾角。

所述保护套管4，用于在设备插入钻孔时保护自动调节激光测距仪1，保护套管4包裹着连接杆2，允许连接杆2前后滑动和转动。

所述控制器5，用于控制自动调节激光测距仪1环向转动、纵向转动和进行激光测距，并记录测量数据。

所述的控制装置安装在定向调平仪的后端，用于控制自动调节激光测距仪环向转动、纵向转动和进行激光测距，并记录测量数据；在控制装置里面设有数据存储装置，所述的数据存储装置用于存储测量的数据。

本发明还提供了一种用于隧道隐伏溶洞空间探测设备，探测方法包括以下几步：

1)进行钻孔至隐伏溶洞，将探测设备通过钻孔插入隐伏溶洞，插入过程保持保护套管4套住自动调节激光测距仪1，防止自动调节激光测距仪1在插入隐伏溶洞时受到破坏。

2)将保护套管4退出，显露出自动调节激光测距仪1。

3)通过旋转连接杆2和转动底盘9，调节定向调平仪3的水平，当水准泡居中时表示定向调平仪3达到水平状态；调节倾斜水准器14，使倾斜水准泡居中，此时通过倾角指针15和倾角刻度盘16读取探测设备倾角；通过磁针12和方位角刻度盘13读取探测设备走向；根据探测设备倾角、走向和长度，利用三角几何关系计算激光测距仪中心的空间坐标位置。

4)通过控制器5控制激光测距仪8测量溶洞边界节点的距离，通过控制环向旋转机构6和纵向旋转机构7改变待测量溶洞边界节点的位置，并记录该位置的相对角度，通过三角几何关系计算每个溶洞边界节点的坐标位置。

5)测量结束后，将保护套管4重新套住自动调节激光测距仪1，将探测设备收回，通过USB接口将数据信息导出，进行处理，绘制隐伏溶洞三维图。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明通过设计的自动调节激光测距仪，实现了激光测距仪纵、环向旋转，并记录旋转角度，根据三角几何关系方便准确的测得了隐伏溶洞的空间尺寸，并通过定向调平仪测量探测设备的纵向及倾角，确定隐伏溶洞的空间位置，有效提高隧道隐伏溶洞空间探测工作效率，保证数据的准确性。

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。