隧道狀態(tài)檢測裝置和檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種隧道檢測設(shè)備，尤其涉及一種隧道狀態(tài)檢測裝置和檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，地鐵運(yùn)營過程中，以混凝土材料為主的隧道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲漏水或者裂縫等表觀缺陷，以及隧道管片錯(cuò)臺(tái)和收斂變形，都是無法避免的病害現(xiàn)象，而且病害的長期發(fā)展對(duì)隧道的安全性造成不可逆轉(zhuǎn)的負(fù)面影響。因此，在地鐵運(yùn)營中對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的維護(hù)視為保障隧道長期運(yùn)營安全性的必要手段。而隧道病害的檢測則是隧道維護(hù)決策和技術(shù)手段開展的基礎(chǔ)。
[0003]傳統(tǒng)的隧道結(jié)構(gòu)病害是人工檢查為主，輔以儀器設(shè)備。尤其在隧道表觀病害的檢查時(shí)，完全依賴人工，國內(nèi)外均是如此。但是，人工檢查只能發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)表面較大的病害，對(duì)隧道內(nèi)表面的較小的病害，例如微裂紋等均不能做到有效檢測；對(duì)于隧道管片錯(cuò)臺(tái)檢測需要人工用尺子逐個(gè)測量，效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是提供一種隧道狀態(tài)檢測裝置，其能對(duì)隧道的內(nèi)表面進(jìn)行全面掃描，從而得到所述隧道的狀態(tài)。
[0005]本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案:一種隧道狀態(tài)檢測裝置，其包括手推式軌檢小車、激光掃描儀、傾角傳感器、直線位移傳感器、車速里程傳感器和計(jì)算機(jī)；
[0006]所述激光掃描儀、傾角傳感器、直線位移傳感器、車速里程傳感器和計(jì)算機(jī)均設(shè)置于所述手推式軌檢小車上；
[0007]所述傾角傳感器信號(hào)連接于所述計(jì)算機(jī)，用于將所述傾角傳感器檢測的手推式軌檢小車的傾角參數(shù)發(fā)送至所述計(jì)算機(jī)；
[0008]所述直線位移傳感器信號(hào)連接于所述計(jì)算機(jī)，用于將所述直線位移傳感器檢測的兩個(gè)軌道之間的距離數(shù)據(jù)發(fā)送至所述計(jì)算機(jī)；
[0009]所述車速里程傳感器信號(hào)連接于所述計(jì)算機(jī)，用于將所述車速里程傳感器檢測的手推式軌檢小車的車速信號(hào)和里程信號(hào)傳遞至所述計(jì)算機(jī)；
[0010]所述激光掃描儀為三維相位式激光掃描儀；所述激光掃描儀信號(hào)連接于所述計(jì)算機(jī)，用于將所述激光掃描儀所掃描的隧道的內(nèi)表面參數(shù)發(fā)送至所述計(jì)算機(jī)。
[0011]可選的，所述手推式軌檢小車包括T型車架、行走輪和手把；
[0012]所述行走輪為3個(gè)，所述兩個(gè)行走輪可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定于所述T型車架的水平縱邊上；所述另一個(gè)行走輪可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定于所述T型車架的水平橫邊上；
[0013]所述手把鉸接于所述T型車架的水平橫邊上。
[0014]可選的，所述計(jì)算機(jī)設(shè)置于所述手把上。
[0015]可選的，所述激光掃描儀設(shè)置于所述T型車架的水平縱邊上。
[0016]本發(fā)明還提供一種隧道狀態(tài)檢測的方法，其包括以下步驟:
[0017]S10、獲得隧道的設(shè)計(jì)斷面、車輛限界、設(shè)備限界以及軌道的實(shí)際線型信息；
[0018]S20、根據(jù)所述里程信號(hào)，將所述激光掃描儀所掃描的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為初始灰度圖；
[0019]S30、將所述初始灰度圖投影至所述隧道的設(shè)計(jì)斷面，得到數(shù)字灰度圖；
[0020]S40、根據(jù)車輛限界、設(shè)備限界以及軌道的實(shí)際線型得到所述隧道任意里程處的斷面圖，所述斷面圖包括隧道的限界信息；
[0021]S50、通過TunnelMap對(duì)所述數(shù)字灰度圖進(jìn)行處理，得到隧道的病害種類和病害部位，并標(biāo)注。
[0022]可選你的，所述步驟S50中的病害種類包括裂縫、深水區(qū)域、腐蝕、剝落和凹進(jìn)中的一種或多種。
[0023]可選的，在所述步驟SlO和S20之間還包括步驟S15 ;
[0024]S15、對(duì)所述車速里程傳感器所采集的里程信號(hào)進(jìn)行修正。
[0025]可選的，在所述步驟S15和步驟S20之間還包括步驟S18 ;
[0026]S18、設(shè)定數(shù)字灰度圖的分辨率以及每個(gè)斷面采集的點(diǎn)數(shù)。
[0027]可選的，所述隧道狀態(tài)檢測的方法還包括:
[0028]S60、輸出限界分析報(bào)告、侵限區(qū)域報(bào)告、隧道管片錯(cuò)臺(tái)報(bào)告、隧道收斂變形報(bào)告以及病害報(bào)告。
[0029]本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明的隧道狀態(tài)檢測裝置包括手推式軌檢小車和激光掃描儀，所述手推式軌檢小車在軌道上行走時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的激光掃描儀發(fā)射的激光以螺旋線的形式對(duì)隧道表面進(jìn)行全斷面掃描，通過分析發(fā)射和接收到激光信號(hào)的強(qiáng)度和相位差，可以獲得隧道的內(nèi)表面灰度影像圖和所有反射點(diǎn)的三維坐標(biāo)。在內(nèi)表面灰度影像圖上可以識(shí)別出裂縫及滲水等病害，并可在專門的軟件中繪制并管理這些病害。通過所有反射點(diǎn)的三維坐標(biāo)以及傾角傳感器、直線位移傳感器和車速里程傳感器所傳遞軌道的超高、軌距和里程等幾何參數(shù)計(jì)算出各反射點(diǎn)到軌道中心線的距離，進(jìn)而分析隧道的侵限、管片錯(cuò)臺(tái)及收斂變形，使所述隧道狀態(tài)檢測裝置滿足快速和高精度地測量軌道周邊環(huán)境的測量需求，具有較高的精度和準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明的隧道狀態(tài)檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2為本發(fā)明的隧道狀態(tài)檢測裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖中標(biāo)記示意為:1-手推式軌檢小車；2_激光掃描儀；3_傾角傳感器；4_直線位移傳感器；5_車速里程傳感器；6_計(jì)算機(jī)；7-T型車架；8_行走輪；9_手把。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步闡述。
[0034]實(shí)施例1
[0035]參考圖1，本實(shí)施例提供了一種隧道狀態(tài)檢測裝置，其包括手推式軌檢小車1、激光掃描儀2、傾角傳感器3、直線位移傳感器4、車速里程傳感器5和計(jì)算機(jī)6。
[0036]所述手推式軌檢小車包括T型車架7、行走輪8和手把9 ;所述行走輪8為3個(gè)，所述T型車架7包括水平縱邊和垂直于所述水平縱邊的水平橫邊，所述水平橫邊的一端設(shè)置于所述水平縱邊的中部；所述兩個(gè)行走輪8可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定于所述T型車架的水平縱邊上，且位于所述T型車架的水平縱邊的兩端；所述另一個(gè)行走輪8可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定于所述T型車架的水平橫邊上，且位于所述T型車架的水平橫邊遠(yuǎn)離所述水平縱邊的一端；所述手把9鉸接于所述T型車架7的水平橫邊上；在操作中，將所述手推式軌檢小車放置于所述軌道上，并使所述T型車架7的水平縱邊與所述軌道平行，所述T型車架的水平橫邊與所述軌道垂直，所述T型車架7的水平縱邊上安裝的兩個(gè)行走輪位于一根軌道上，并沿所述軌道滑動(dòng)；安裝于所述水平橫邊上的行走輪與另一個(gè)軌道接觸，并沿該軌道滑動(dòng)；此時(shí)使用者可以通過手把9推動(dòng)所述手推式軌檢小車向前運(yùn)動(dòng)。
[0037]所述激光掃描儀2為三維相位式激光掃描儀；所述激光掃描儀2信號(hào)連接于所述計(jì)算機(jī)6，用于將所述激光掃描儀2所掃描的隧道的內(nèi)表面參數(shù)發(fā)送至所述計(jì)算機(jī)6 ;本實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述激光掃描儀2可以采用Amberg公司生產(chǎn)的型號(hào)為Profiler5002/5003的激光掃描儀，當(dāng)手推式軌檢小車在軌道上行走時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的激光掃描儀發(fā)射的激光以螺旋線的形式對(duì)隧道的內(nèi)表面進(jìn)行全斷面掃描，通過分析發(fā)射和接收到激光信號(hào)的強(qiáng)度和相位差，可以獲得隧道襯砌的內(nèi)表面影像圖以及隧道襯砌的內(nèi)表面各點(diǎn)距軌道中心線的距離；而且所述激光掃描儀每秒獲取高達(dá)100萬個(gè)測點(diǎn)的斷面數(shù)據(jù)，每個(gè)測點(diǎn)包含該位置的反射率和幾何尺寸信息(例如角度和距離)，并可以將所述隧道的內(nèi)表面形成初始灰度圖像。
[0038]所述傾角傳感器3設(shè)置于所述T型車架7的水平橫邊上，用于探測所述兩條軌道的表面所形成的平面與水平面之間的角度，即所述軌道的傾角；且所述傾角傳感器3信號(hào)連接于所述計(jì)算機(jī)6，用于將所述傾角傳感器3檢測的上述數(shù)據(jù)發(fā)送至所述計(jì)算機(jī)6。
[0039]所述直線位移傳感器4設(shè)置于所述T型車架7的水平橫邊上，且所述直線位移傳感器4的檢測端接觸所述鋼軌，當(dāng)所述T型車架7沿所述鋼軌移動(dòng)時(shí)，通過所述直線位移傳感器4的檢測端的移動(dòng)，得到所述兩條鋼軌之間的距離；且所述直線位移傳感器4信號(hào)連接于所述計(jì)算機(jī)6，用于將所述直線位移傳感器4檢測的兩個(gè)軌道之間的距離數(shù)據(jù)發(fā)送至所述計(jì)算機(jī)6。
[0040]所述車速里程傳感器5固定于所述T型車架7上，且所述車速里程傳感器5可以采用基于霍爾傳感器的車速里程傳感器，例如