一种隧道衬砌下方空洞检修一体台车系统及方法与流程

1.本发明涉及隧道工程施工与维护技术领域，具体涉及一种隧道衬砌下方空洞检修一体台车系统及方法。


背景技术：

2.对于地铁或者高铁等隧道在运营过程中，会受到列车荷载、渗流、甚至是地震等多种复杂的动力作用。在这些动力作用下，由于隧道衬砌下方地层的不均匀性，以及动荷载的不均匀性，将造成隧道衬砌下方土体的差异沉降。随着运营时间增加，差异沉降会不断增长，从而形成空洞，这些空洞会随着时间不断增长。另一方面，由于衬砌下方空洞的存在，加速了地层的不均匀性，这些空洞甚至可能在局部地区引起衬砌下方的脱空。随着隧道下方空洞的不断发展，将有可能危及衬砌的承载地层的完整性，最终影响隧道衬砌的结构安全和隧道的整体安全。为此，需要在隧道运营期间，对隧道进行检测，从而评估衬砌下方空洞的情况，并决定是否采取加固措施。实际上，由于隧道运营时间无法进行检修，只能利用夜晚等短暂的时间进行检修。而现有的隧道衬砌空洞检修大多依赖于人工作业，其工作效率较低，必须采用自动化和智能化技术，形成小型化、高度集成的隧道衬砌空洞检修设备，从而提升隧道维护效率，保证隧道运营安全。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种隧道衬砌下方空洞检修一体台车系统及方法，解决了以上所述的衬砌下方空洞评估方法效率低下的技术问题。
4.本发明为解决上述技术问题提供了一种隧道衬砌下方空洞检修一体台车系统，包括：
5.检测模块，用于沿着隧道的轨道移动同时，通过探地雷达对衬砌下方的区域进行检测，然后通过处理器对数据进行智能处理、识别后得到空洞的位置和大小；
6.注浆修复模块，用于沿着隧道的轨道移动同时，接收检测模块传来的空洞的位置和大小信息进行相应修复工作。
7.优选地，所述检测模块及所述注浆修复模块之间通过无线通信系统进行通信。
8.优选地，所述注浆修复模块包括注浆系统、钻进系统、动力行走系统及轮盘系统，所述钻进系统根据空洞的位置和大小进行钻孔，所述注浆系统根据钻孔的位置和大小进行相应注浆，所述动力行走系统带动轮盘系统移动，所述钻进系统及注浆系统均安装在轮盘系统的钻注系统承载横梁上。
9.优选地，所述注浆系统包含浆液罐、浆液输送管和注浆管，注浆管自动对准钻孔后的入口，浆液从浆液罐内输出并通过浆液输送管后最后从注浆管注入空洞。
10.优选地，所述注浆管内设有用于实时监测注浆管内的浆液压力的浆液传感器。
11.优选地，所述钻进系统包括钻进管，所述钻进管包括钻进管万向接头及伸缩钻头，所述钻进管万向接头安装在钻注系统承载横梁上，所述伸缩钻头围绕钻进管万向接头自由
转动至给定方向，并向前钻进，直达隧道衬砌下方空洞形成有效钻孔。
12.优选地，所述检测模块及注浆修复模块上均设有移动供电系统，通过移动供电系统对接到隧道内的高铁或地铁的供电系统上。
13.本发明提供了一种用于隧道衬砌下方空洞检修一体台车系统的方法，包括：
14.s1，检测模块沿着隧道的轨道移动同时，通过探地雷达对衬砌下方的区域进行检测，然后通过处理器对数据进行智能处理、识别后得到空洞的位置和大小；
15.s2，注浆修复模块接收检测模块传来的空洞的位置和大小信息，然后沿着隧道的轨道移动至空洞上方进行相应钻孔和注浆修复作业。
16.有益效果：本发明提供了一种隧道衬砌下方空洞检修一体台车系统及方法，s1，检测模块沿着隧道的轨道移动同时，通过探地雷达对衬砌下方的区域进行检测，然后通过处理器对数据进行智能处理、识别后得到空洞的位置和大小；s2，注浆修复模块接收检测模块传来的空洞的位置和大小信息，然后沿着隧道的轨道移动至空洞上方进行相应钻孔和注浆修复作业。实现高度集成且自动化作业的隧道衬砌下方空洞检修，可以在全程无人辅助的条件下实现隧道衬砌下方空洞的高效检修。两个模块独立，避免了因钻注作业耗时长而影响了隧道整体检修效率。此外，具有小型化和智能化特点，可以沿着铁轨进行作业，其内置了基于人工智能技术的钻注系统处理模块和检测模块处理中心，利用人工智能技术对探地雷达信息进行处理，并对注浆修复模块的动作和注浆效率进行智能规划。
17.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
18.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
19.图1为本发明隧道衬砌下方空洞检修一体台车系统的检测模块工作原理示意图；
20.图2为本发明隧道衬砌下方空洞检修一体台车系统的注浆修复模块工作原理示意图；
21.图3为本发明隧道衬砌下方空洞检修一体台车系统的注浆管结构示意图；
22.图4为本发明隧道衬砌下方空洞检修一体台车系统的钻进管结构示意图；
23.图5为本发明隧道衬砌下方空洞检修一体台车系统的钻注一体轮盘示意图；
24.图6为本发明隧道衬砌下方空洞检修一体台车的检修方法示意图。
25.附图标记说明：行走轮1，行走控制总线2，浆液罐3，浆液输送管4，注浆控制总线5，钻注系统处理模块6，无线通信模块7，无线通信总线8，钻注控制总线9，钻注系统承载横梁10，高度调节系统11，钻注一体轮盘12，固定轴12
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1，下转盘12
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2，注浆管13，注浆管万向接头13
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1，伸缩注浆管13
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2，浆液传感器13
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3，钻进管14，钻进管万向接头14
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1，伸缩钻头14
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2，探地雷达15，探地雷达信息接受器16，探地雷达控制总线17，检测模块处理中心18，注浆修复模块车体19，检测模块车体20，轨道100，隧道衬砌200，隧道衬砌下方空洞300，移动供电系统400。
具体实施方式
26.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
27.需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
28.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
29.如图1至图5所示，本发明提供了一种隧道衬砌下方空洞检修一体台车系统，包括：
30.检测模块，用于沿着隧道的轨道移动同时，通过探地雷达15对衬砌下方的区域进行检测，然后通过处理器对数据进行智能处理、识别后得到空洞的位置和大小；处理器即检测模块处理中心18。
31.注浆修复模块，用于沿着隧道的轨道移动同时，接收检测模块传来的空洞的位置和大小信息进行相应修复工作。
32.检测模块和注浆修复模块分别为两个单独的个体，都有对应的独立台车进行移动前进，二者通信进行数据信息共享。可以是一前一后，检测模块在前方检测，检测到空洞后记录位置信息，注浆修复模块根据位置信息进行转孔和注浆即可。也可以是并列单轨台车，两个单轨台车同时一起移动。
33.注浆修复模块与检测模块通过无线通信模块进行通信，实现了两个模块独立工作的同时，可以将检测到的空洞位置、大小等情况传输给注浆修复模块，再由注浆修复模块进行注浆加固。由于两者相对独立，这样一来虽然注浆修复模块自身由于钻孔和注浆所需时间较长，也不会降低整个隧道的检修效率。
34.具体地，在隧道内的轨道100下行走的检测模块和注浆修复模块，两者皆利用各自车体，包括注浆修复模块车体19和检测模块车体20，车体的底盘上的多个行走轮1沿着轨道100向前或向后运动至所需位置，并通过各自的行走控制总线2控制其启动或停止。此外，检测模块和注浆修复模块皆通过移动供电系统400，与隧道内部的地铁供电系统连接，为整个系统提供能量。
35.其中注浆修复模块包括了注浆修复模块车体19，注浆系统包含浆液罐3，浆液输送管4，注浆控制总线5和注浆管13，钻进系统包含了钻注控制总线9和钻进管14，无线通信系统包含了无线通信模块7和无线通信总线8，动力行走系统包含行走轮1，行走控制总线2以及移动供电系统400，轮盘系统包含了钻注控制总线9，钻注系统承载横梁10，高度调节系统11，钻注一体轮盘12以及钻注系统处理模块6。
36.其中注浆修复模块的注浆系统和钻进系统安装于轮盘系统中的钻注一体轮盘12
中的下转盘12
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2上，下转盘12
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2固定于固定轴12
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1上。固定轴12
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1与钻注系统承载横梁10连接，利用钻注系统承载横梁10来安装钻注一体轮盘12。钻注系统承载横梁10的左右两端安装在高度调节系统11上，可以利用钻注控制总线9控制液压驱动的高度调节系统11，调节钻注系统承载横梁10以及其上的钻注一体轮盘12相对隧道衬砌200的高度。
37.钻进系统由钻进管14和钻注控制总线9组成，钻进管14通过其上的钻进管万向接头14
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1连接至钻注系统承载横梁10，钻进管万向接头14
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1下方连接着伸缩钻头14
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2，伸缩钻头14
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2可以在钻注控制总线9的控制下围绕钻进管万向接头14
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1自由转动至给定方向，并向前钻进，直达隧道衬砌下方空洞300，形成有效钻孔。
38.钻孔形成后，首先由9钻注系统控制总线驱动下转盘12
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2转动，让注浆管13取代原来钻进管14的位置。随后，由注浆管13的伸缩注浆管13
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2在钻注控制总线9的驱动下，绕注浆管万向接头13
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1转动，对准钻孔，然后伸缩注浆管13
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2直达隧道衬砌下方空洞300，开始注浆。注浆过程中，由浆液传感器13
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3监测注浆期间的伸缩注浆管13
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2内的浆液压力情况，并由钻注系统处理模块6判断是否以及完成空洞注浆，并停止或者继续注浆。浆液有5注浆控制总线控制浆液罐3中的浆液沿着浆液输送管4运送到注浆管13中，从而实现自动注浆。
39.在注浆修复模块进行钻孔和注浆之前，需要由检测模块对隧道衬砌下方是否存在空洞进行检测，再根据由检测模块经过无线通信系统发送的位置信息，无线通信系统包含了无线通信模块7和无线通信总线8，进行自动空洞定位和钻注作业。
40.与注浆修复模块类似，检测模块也包括了几个系统，分别检测模块车体20，无线通信系统包含了无线通信模块7和无线通信总线8，动力行走系统包含行走轮1，行走控制总线2以及移动供电系统400，检测系统包括了探地雷达15，探地雷达信息接受器16和探地雷达控制总线17以及检测模块处理中心18。
41.其中检测系统的探地雷达15和探地雷达信息接收器16安装于检测模块车体20的底部，探地雷达15直接放置在检测模块车体20底部，面向隧道衬砌200，探地雷达信息接受接收器16放置在探地雷达15上方，接受和初步处理有关信号，最后将信号经探地雷达控制总线17汇总到检测模块处理中心18，进行成像处理和位置确定。确定位置后，将有关空洞的信息经过无线通信模块7发送至注浆修复模块。
42.其中，钻注系统处理模块6和检测模块处理中心18，皆基于人工智能技术进行信息处理和规划，利用人工智能技术对探地雷达信息进行处理，对注浆修复模块的动作和注浆效率进行智能规划。
43.如图6所示，本发明实施例还提供了一种用于隧道衬砌下方空洞检修一体台车系统的方法，包括：
44.s1，检测模块沿着隧道的轨道移动同时，通过探地雷达对衬砌下方的区域进行检测，然后通过处理器对数据进行智能处理、识别后得到空洞的位置和大小；
45.s2，注浆修复模块接收检测模块传来的空洞的位置和大小信息，然后沿着隧道的轨道移动至空洞上方进行相应钻孔和注浆修复作业。
46.较现有技术，本发明具有以下优势：
47.(1)本发明所提出隧道衬砌下方空洞检修一体台车系统，可以实现高度集成且自动化作业的隧道衬砌下方空洞检修，可以在全程无人辅助的条件下实现隧道衬砌下方空洞的高效检修。
48.(2)本发明所提出的隧道衬砌下方空洞检修一体台车系统，具有注浆修复模块和检测模块两个相互独立的模块，两者皆可以沿着隧道内部的轨道进行独立作业，检测模块可以将空洞的大小、位置等信息通过无线通信模块传递给注浆修复模块，避免了因钻注作业耗时长而影响了隧道整体检修效率。
49.(3)本发明所提的隧道衬砌下方空洞检修一体台车系统，具有小型化和智能化这一显著优势，可以沿着铁轨进行作业，其内置了基于人工智能技术的钻注系统处理模块和检测模块处理中心，利用人工智能技术对探地雷达信息进行处理，并对注浆修复模块的动作和注浆效率进行智能规划。
50.以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。