[發明專利]基于雙護盾TBM工藝的隧道圍巖掃描與觀測系統

有效

• 申請號: 201811091211.5
• 申請日: 2018-09-19
• 公開（公告）號: CN109186480B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 韋猛;鄭明明;程錦中;李謙;陳臻林;宋宇
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01B11/24;G01N33/24
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 何志欣

本發明公開了基于雙護盾TBM工藝的隧道圍巖掃描與觀測系統，包括多個掃描儀和一個上位機，且上位機位于輔助推進油缸位置的護盾軸線處，掃描儀安裝在輔助推進油缸截面處的護盾的各個觀測孔處。本發明將掃描儀安裝在后護盾上預先設置好的觀測孔處實現直接測量，通過多坐標系采集數據與統一處理，并形成了一種類似隨鉆測井的隨著掘進推進觀測隧道圍巖輪廓和巖貌的掃描系統，可實現整個隧道頂部一定角度范圍內隧道斷面二維輪廓圖的繪制、隧道實際開挖面三維模型的建立、隧道斷面圍巖巖貌成像以及隧道實際開挖面三維巖貌成像，另外掃描儀和上位機采用模塊化安裝，可根據需要更換內部不同的模塊化測量裝置，以實現更多功能。

技術領域

本發明涉及雙護盾TBM技術領域，具體為基于雙護盾TBM工藝的隧道圍巖掃描與觀測系統。

背景技術

雙護盾掘進機施工實質上是非鉆爆法開挖隧道的一種掘進技術，其適用于多種不良地質條件的硬巖洞段的長隧道施工，雙護盾掘進機是掘進機中的一種類型，其施工特點是隧洞的開挖和襯砌可以同步進行，掘進方式有兩種模式(雙護盾模式和單護盾模式)，便于通過軟弱地質破碎帶地層，從雙護盾掘進機的施工特點中可以看出掘進效率高、成洞質量好、經濟、安全、環保等優點，在雙護盾掘進機施工過程中，需要對隧道圍巖斷面輪廓，但現有技術存在著接觸界面處理困難、信號衰減和測量參數較少，無法實時觀測和采集剛開挖圍巖的形貌特征，同時也缺少隧道內輪廓的三維模型建立功能的缺點，為此，我們提出基于雙護盾TBM工藝的隧道圍巖掃描與觀測系統。

發明內容

本發明的目的在于提供基于雙護盾TBM工藝的隧道圍巖掃描與觀測系統，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：基于雙護盾TBM工藝的隧道圍巖掃描與觀測系統，包括多個掃描儀和一個上位機，且上位機位于輔助推進油缸位置的護盾軸線處，掃描儀安裝在輔助推進油缸截面處的護盾的各個觀測孔處，掃描儀中心為臨時坐標系原點，同時上位機與掃描儀可在不同的隧道斷面內，所述掃描儀采用模塊化設計，主要包括圍巖輪廓掃描模塊、圍巖形貌觀測模塊、無線通信模塊和控制模塊，硬件組成有測距儀、側斜儀、攝像頭、光源、電子伸縮和轉動平臺、電池、微處理器、信號調理和轉換電路，所述上位機由無線通信模塊、定位模塊、數據采集、處理、顯示模塊和數據存儲模塊組成，且掃描儀通過下位機與上位機之間通過無線通信進行信號傳輸，下位機封裝掃描儀內，主要由微處理器等組成(控制模塊)。

優選的，所述掃描儀具有自診斷功能，在自身產生問題時可將問題報警信息及診斷信息通過下位機報告給上位機，方便做進一步處理與解決，同時微處理器完成數據的采集、發送以及接受上位機的指令等一系列過程，且整個掃描儀由高性能高溫鋰電池供電，可適應井下惡劣環境，可實現自動啟動測量、結束測量、啟動數據傳輸、停止數據傳輸，接受上位機指令等一系列工作，而測距儀和側斜儀分別可以獲取以電子伸縮和轉動平臺中心為臨時坐標原點的距離和角度信號，通過攝像頭和光源可以對一定范圍內的圍巖的形貌進行實時拍攝與觀測，電子伸縮與轉動平臺可實現不同工作方向的連續切換、伸出與縮回觀測孔，有助于測距儀和側斜儀工作位置的轉換，從而觀測一定范圍內的圍巖，電子伸縮和轉動平臺的運行狀態由上位機進行控制，其運行范圍在過觀測孔處護盾的切線范圍內，測量范圍由觀測孔所處于護盾的位置決定。

優選的，所述無線通信模塊負責接收掃描儀的掃描數據并將其傳輸給數據采集與處理模塊，處理部分可包括信號的編譯、隧道斷面二維輪廓建立、隧道實際開挖面三維輪廓建立、圍巖形貌實時成像與隧道實際開挖面三維巖貌圖像拼接等，定位模塊主要是對護盾掘進機上觀測孔處的掃描儀進行角度和距離定位，距離定位主要通過測距儀實現，角度為上位機與掃描儀連線與水平的夾角，通過可視激光實現，數據采集模塊通過無線通信模塊獲取掃描儀采集的信號數據，通過處理模塊實現距離和角度的換算，生成隧道斷面二維輪廓圖和隧道實際開挖面三維模型，顯示模塊對二維和三維模型進行顯示輸出，同時也可以顯示由攝像頭采集的隧道圍巖巖貌圖像，通過處理模塊也可對多個觀測孔拍攝的隧道圍巖巖貌圖像進行拼接，從而形成完整的隧道圍巖巖貌三維圖像。