[發明專利]基于自動巡航的隧道監測與機車無人駕駛系統及方法

有效

• 申請號: 202110634447.4
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113309574B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 馬云新;趙洪巖;王利民;游大江;王浩;李森;李生光;闞寶存
• 申請（專利權）人: 北京建工土木工程有限公司
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;E21F17/00
• 代理公司: 北京中建聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11004
• 代理人: 王靈靈;晁璐松

基于自動巡航的隧道監測與機車無人駕駛系統及方法，隧道內永久襯砌結構為盾構管片，包括設于盾構管片上的吊軌系統、設于吊軌系統上的隧道監測與指揮機器人、用于為隧道監測與指揮機器人充電的機器人充電樁、用于運輸施工材料的無人自動駕駛機車、用于總控整個系統的地面控制中心、用于實現隧道監測與指揮機器人與地面控制中心進行無線通訊的無線通信系統。本發明先通過隧道監測與指揮機器人對隧道進行監測掃描，獲取已掘進隧道斷面的變形數據、管片錯臺、管片破損，以便后期進行處理，同時對隧道安全進行檢查，以便及時對無人自動駕駛機車軌道進行檢修，有助于加快施工進度，提高施工效率，減少作業人員，節約人力成本，降低工程造價。

技術領域

本實用發明涉及盾構施工領域，具體屬于基于自動巡航的隧道監測與機車無人駕駛系統的工作方法。

背景技術

地鐵的修建往往通過人口密集區，所以無法大面積進行地表開挖，需要采用盾構開挖技術。盾構法施工雖有掘進速率快、施工質量高、對周邊環境干擾小、施工安全性較高等優勢，也在我國的應用迎來了發展高潮，但施工智能化、自動化還處于初期探索階段，需要大量的人工干預，大部分環節需要人員操作，只有極少部分可以實現少人化或無人化。盾構掘進施工所用的管片、漿液、軌道等各種材料及渣土都是通過作業人員駕駛機車運輸的，隧道的斷面監測也是通過測量人員完成的，長時間施工作業，作業人員因疲勞易發生事故，且長期在隧道內施工也易造成作業人員健康受損，再加上勞務作業人員老齡化原因，制約著盾構的施工效率，增加了建設成本。

發明內容

本發明的目的是提供基于自動巡航的隧道監測與機車無人駕駛系統的工作方法，通過隧道監測與指揮機器人巡檢監測獲取隧道圖像和斷面三維數據，作為隧道病害、貫通測量及后期線路調整的依據；通過隧道監測與指揮機器人和無人自動駕駛機車協同工作，能夠實現隧道內盾構管片、漿料等運輸的智能化、便捷化，加快施工進度，提高施工安全，減少作業人員，節約人力成本，降低工程造價。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

基于自動巡航的隧道監測與機車無人駕駛系統，隧道內永久襯砌結構為盾構管片，其特征在于：包括設于盾構管片上的吊軌系統、設于吊軌系統上的隧道監測與指揮機器人、用于為隧道監測與指揮機器人充電的機器人充電樁、用于運輸施工材料的無人自動駕駛機車、用于總控整個系統的地面控制中心、用于實現隧道監測與指揮機器人與地面控制中心進行無線通訊的無線通信系統；

所述吊軌系統由埋設在盾構管片上的吊裝頭、吊板和位于吊板底部的吊軌，所述吊軌沿盾構管片通長設置，由H型鋼拼接而成；

所述隧道監測與指揮機器人包括固定在吊軌上的懸掛裝置和下部功能模塊，所述懸掛裝置包括行走單元和用于驅動行走單元的驅動單元，所述下部功能模塊包括小車框架，以及安裝在小車框架上的數據監測采集裝置和數據處理指令裝置，所述數據監測采集裝置包括小車視覺影像裝置、小車雷達裝置和小車監測掃描裝置，所述小車視覺影像裝置由至少3臺通過數據線與數據處理指令裝置連接的攝像頭組成，用于觀察無人自動駕駛機車運行線路是否存在障礙物，隧道管片是否破損、滲漏，管片螺栓是否松動掉落，止水條是否脫落，以及檢查是否存在進入隧道內干預施工的作業人員，所述小車雷達裝置由多個激光雷達和紅外雷達組成，用于觀察無人自動駕駛機車運行線路是否存在障礙物，判別機器人自身位置、速度，以及檢查是否存在進入隧道內干預施工的作業人員，小車監測掃描裝置包括2臺三維掃描儀，用于掃描隧道斷面，以及獲取隧道變形數據、管片錯臺數據，所述數據處理指令裝置為高速單片機，用于收發地面控制中心指令，存儲、自動采集和綜合分析來自數據監測采集裝置的數據，以及發出預警及應急指令、指揮操作無人自動駕駛機車；

所述機器人充電樁分別放置在隧道井口和盾構機橋架位置用于為隧道監測與指揮機器人充電，放置隧道井口的充電樁采用懸吊方式，與地面三級配電箱電連接，放置在盾構機橋架處的充電樁采用托架形式放置，與盾構機照明電路電連接；所述充電樁為接觸式充電樁，通過接觸式形式向隧道監測與指揮機器人的驅動單元的無線電源變頻電機的接觸式電池充電；