本發(fā)明涉及一種用于隧道隱伏溶洞空間探測設(shè)備及探測方法。

背景技術(shù)：

隨著我國西部大開發(fā)發(fā)展戰(zhàn)略的逐步實(shí)施，高速公路和鐵路等重大工程建設(shè)已進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期，數(shù)萬公里的交通隧道工程正在或即將在西部山區(qū)興建。該地區(qū)巖溶發(fā)育，地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度較大，在隧道修建過程中經(jīng)常遭遇不同大小的隱伏溶洞。巖溶隧道中溶洞的存在使得隧道周圍巖體物理、力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，進(jìn)而引起圍巖應(yīng)力場和位移場的變化。在隧道施工過程中，溶洞將使得隧道的施工力學(xué)性態(tài)更為復(fù)雜，易造成圍巖中應(yīng)力的過度集中，隧道周邊變形量增加，并可能引起隧道開挖中局部圍巖的坍塌、掉塊，影響隧道施工，直接危及施工人員和機(jī)械設(shè)備的安全。因此，隧道隱伏溶洞空間尺寸及位置探測工作是必不可少?，F(xiàn)有的隧道隱伏溶洞探測方法主要有超前地質(zhì)雷達(dá)探測等物探方法及超前水平鉆和超前炮孔等探測方法。對于已知存在的隱伏溶洞空間探測，現(xiàn)有物探方法操作相對方便，但預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率有待提升，超前鉆探方法存在“一孔之見”，且操作復(fù)雜、耗時(shí)耗力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種用于隧道隱伏溶洞空間探測設(shè)備，提供一種方便、準(zhǔn)確和高效的隧道隱伏溶洞空間探測方法，克服了在已知存在的隱伏溶洞空間探測方面上，傳統(tǒng)物探手段預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率不高和超前鉆探“一孔之見”的缺點(diǎn)。有效提高隧道隱伏溶洞空間探測工作的效率，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本設(shè)計(jì)采用如下技術(shù)方案：

一種用于隧道隱伏溶洞空間探測設(shè)備，包括自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀、連接桿、定向調(diào)平儀和控制裝置；

所述自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀，可以測量出溶洞邊界節(jié)點(diǎn)相對激光測距儀中心的空間坐標(biāo)位置；

所述連接桿，一端與自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀連接，另一端與定向調(diào)平儀相連；

所述定向調(diào)平儀，用于測量探測設(shè)備的走向和傾角；

所述控制裝置，用于控制自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀環(huán)向轉(zhuǎn)動(dòng)、縱向轉(zhuǎn)動(dòng)和進(jìn)行激光測距，并記錄測量數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，所述的自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀，包括環(huán)向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、縱向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和激光測距儀；所述的環(huán)向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)激光測距儀的環(huán)向旋轉(zhuǎn)，并記錄環(huán)向旋轉(zhuǎn)角度；縱向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)激光測距儀的縱向旋轉(zhuǎn)，并記錄縱向旋轉(zhuǎn)角度；激光測距儀可測量溶洞邊界節(jié)點(diǎn)距激光測距儀中心的距離。

進(jìn)一步的，所述的連接桿的外面套裝有一個(gè)保護(hù)套管；用于在設(shè)備插入鉆孔時(shí)保護(hù)自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀，保護(hù)套管包裹著連接桿，允許連接桿前后滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。

進(jìn)一步的，所述的定向調(diào)平儀由底盤、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、水準(zhǔn)器、磁針、方位角刻度盤、傾斜水準(zhǔn)器、傾角指針和傾角刻度盤組成；所述的底盤與連接桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接，底盤可繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；所述的方位角刻度盤水平的鑲嵌在所述的底盤上，且方位角刻度盤上安裝有磁針，磁針和方位角刻度盤可以測量探測設(shè)備的走向；所述的水準(zhǔn)器安裝在底盤上，用來判定定向調(diào)平儀是否水平；所述的傾角刻度盤安裝在底盤的一側(cè)，傾角指針安裝在所述的旋轉(zhuǎn)軸上，隨著所述的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；傾斜水準(zhǔn)器設(shè)置在傾角指針上，調(diào)節(jié)傾斜水準(zhǔn)器，通過傾角指針和傾角刻度盤測得探測設(shè)備的傾角。

進(jìn)一步的，所述的控制裝置安裝在定向調(diào)平儀的后端，用于控制自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀環(huán)向轉(zhuǎn)動(dòng)、縱向轉(zhuǎn)動(dòng)和進(jìn)行激光測距，并記錄測量數(shù)據(jù)；在控制裝置里面設(shè)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置用于存儲(chǔ)測量的數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，所述的控制裝置內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置和usb數(shù)據(jù)讀取接口，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，所述的控制裝置安裝在定向調(diào)平儀的后端。

本發(fā)明還提供了一種利用隧道隱伏溶洞空間探測設(shè)備進(jìn)行探測的方法，探測方法包括以下幾步：

1)進(jìn)行鉆孔至隱伏溶洞，將探測設(shè)備通過鉆孔插入隱伏溶洞，插入過程保持保護(hù)套管套住自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀，防止自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀在插入隱伏溶洞時(shí)受到破壞；

2)將保護(hù)套管退出，顯露出自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀；

3)通過旋轉(zhuǎn)連接桿和轉(zhuǎn)動(dòng)底盤，調(diào)節(jié)定向調(diào)平儀的水平，當(dāng)水準(zhǔn)泡居中時(shí)表示定向調(diào)平儀達(dá)到水平狀態(tài)；調(diào)節(jié)傾斜水準(zhǔn)器，使傾斜水準(zhǔn)泡居中，此時(shí)通過傾角指針和傾角刻度盤讀取探測設(shè)備傾角；通過磁針和方位角刻度盤讀取探測設(shè)備走向；根據(jù)探測設(shè)備傾角、走向和長度，利用三角幾何關(guān)系計(jì)算激光測距儀中心的空間坐標(biāo)位置；

4)通過控制器控制激光測距儀測量溶洞邊界節(jié)點(diǎn)的距離，通過控制環(huán)向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和縱向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)改變待測量溶洞邊界節(jié)點(diǎn)的位置，并記錄該位置的相對角度，通過三角幾何關(guān)系計(jì)算每個(gè)溶洞邊界節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置。

5)測量結(jié)束后，將保護(hù)套管重新套住自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀，將探測設(shè)備收回，通過usb接口將數(shù)據(jù)信息導(dǎo)出，進(jìn)行處理，繪制隱伏溶洞三維圖。

本發(fā)明的隧道隱伏溶洞空間探測工作具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明通過設(shè)計(jì)的自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀，實(shí)現(xiàn)了激光測距儀縱、環(huán)向旋轉(zhuǎn)，并記錄旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)三角幾何關(guān)系方便準(zhǔn)確的測得了隱伏溶洞的空間尺寸，并通過定向調(diào)平儀測量探測設(shè)備的縱向及傾角，確定隱伏溶洞的空間位置，有效提高隧道隱伏溶洞空間探測工作效率，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，本申請的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。

圖1為探測設(shè)備插入隱伏溶洞示意圖；

圖2為設(shè)備分解示意圖；

圖3、圖4為自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀及縱、環(huán)向旋轉(zhuǎn)示意圖；

圖5為保護(hù)套管剖切示意圖，

圖6、圖7、圖8為定向調(diào)平儀、剖切和細(xì)節(jié)示意圖。

圖中：1自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀；2連接桿；3定向調(diào)平儀；4保護(hù)套管；5控制器；6環(huán)向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；7縱向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；8激光測距儀；9底盤；10轉(zhuǎn)動(dòng)軸；11水準(zhǔn)器；12磁針；13方位角刻度盤；14傾斜水準(zhǔn)器；15傾角指針；16傾角刻度盤。

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有的隧道隱伏溶洞探測方法主要有超前地質(zhì)雷達(dá)探測等物探方法及超前水平鉆和超前炮孔等探測方法。對于已知存在的隱伏溶洞空間探測，現(xiàn)有物探方法操作相對方便，但預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率有待提升，超前鉆探方法存在“一孔之見”，且操作復(fù)雜、耗時(shí)耗力。為了解決如上的技術(shù)問題，本申請?zhí)岢隽艘环N用于隧道隱伏溶洞空間探測設(shè)備。

下面結(jié)合附圖和實(shí)例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

如圖1-8所示，一種用于隧道隱伏溶洞空間探測設(shè)備，包括自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀1、連接桿2、定向調(diào)平儀3、保護(hù)套管4和控制器5。

所述自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀1，可以測量出溶洞邊界節(jié)點(diǎn)相對激光測距儀中心的空間坐標(biāo)位置，由環(huán)向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6、縱向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)7和激光測距儀8組成。環(huán)向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6可實(shí)現(xiàn)激光測距儀的環(huán)向旋轉(zhuǎn)，并記錄環(huán)向旋轉(zhuǎn)角度；縱向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)7可實(shí)現(xiàn)激光測距儀的縱向旋轉(zhuǎn)，并記錄縱向旋轉(zhuǎn)角度；激光測距儀8可測量溶洞邊界節(jié)點(diǎn)距激光測距儀中心的距離。

自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀1與30度全景攝像頭結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類似，具體結(jié)構(gòu)為：包括底座，所述的底座具有用于控制所述的攝像鏡頭繞環(huán)向360°旋轉(zhuǎn)的環(huán)向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及用于控制所述的攝像鏡頭繞縱向360°旋轉(zhuǎn)的縱向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；所述的環(huán)向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與所述的底座相鉸接。所述的環(huán)向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)向上延伸的支撐臂，所述的縱向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與兩個(gè)所述的支撐臂相鉸接。

所述連接桿2，一端與自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀1連接，另一端與定向調(diào)平儀3相連。

所述定向調(diào)平儀3，用于測量探測設(shè)備的走向和傾角，由底盤9、轉(zhuǎn)動(dòng)軸10、水準(zhǔn)器11、磁針12、方位角刻度盤13、傾斜水準(zhǔn)器14、傾角指針15和傾角刻度盤16組成。底盤9與連接桿2通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸10連接，底盤9可繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸10轉(zhuǎn)動(dòng)；水準(zhǔn)器11用來判定定向調(diào)平儀3是否水平，通過連接桿2旋轉(zhuǎn)和底盤9繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸10轉(zhuǎn)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)將定向調(diào)平儀3調(diào)平；磁針12和方位角刻度盤13可以測量探測設(shè)備的走向；傾斜水準(zhǔn)器14設(shè)置在傾角指針15上，調(diào)節(jié)傾斜水準(zhǔn)器14，通過傾角指針15和傾角刻度盤16測得探測設(shè)備的傾角。

所述保護(hù)套管4，用于在設(shè)備插入鉆孔時(shí)保護(hù)自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀1，保護(hù)套管4包裹著連接桿2，允許連接桿2前后滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述控制器5，用于控制自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀1環(huán)向轉(zhuǎn)動(dòng)、縱向轉(zhuǎn)動(dòng)和進(jìn)行激光測距，并記錄測量數(shù)據(jù)。

所述的控制裝置安裝在定向調(diào)平儀的后端，用于控制自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀環(huán)向轉(zhuǎn)動(dòng)、縱向轉(zhuǎn)動(dòng)和進(jìn)行激光測距，并記錄測量數(shù)據(jù)；在控制裝置里面設(shè)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置用于存儲(chǔ)測量的數(shù)據(jù)。

本發(fā)明還提供了一種用于隧道隱伏溶洞空間探測設(shè)備，探測方法包括以下幾步：

1)進(jìn)行鉆孔至隱伏溶洞，將探測設(shè)備通過鉆孔插入隱伏溶洞，插入過程保持保護(hù)套管4套住自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀1，防止自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀1在插入隱伏溶洞時(shí)受到破壞。

2)將保護(hù)套管4退出，顯露出自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀1。

3)通過旋轉(zhuǎn)連接桿2和轉(zhuǎn)動(dòng)底盤9，調(diào)節(jié)定向調(diào)平儀3的水平，當(dāng)水準(zhǔn)泡居中時(shí)表示定向調(diào)平儀3達(dá)到水平狀態(tài)；調(diào)節(jié)傾斜水準(zhǔn)器14，使傾斜水準(zhǔn)泡居中，此時(shí)通過傾角指針15和傾角刻度盤16讀取探測設(shè)備傾角；通過磁針12和方位角刻度盤13讀取探測設(shè)備走向；根據(jù)探測設(shè)備傾角、走向和長度，利用三角幾何關(guān)系計(jì)算激光測距儀中心的空間坐標(biāo)位置。

4)通過控制器5控制激光測距儀8測量溶洞邊界節(jié)點(diǎn)的距離，通過控制環(huán)向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6和縱向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)7改變待測量溶洞邊界節(jié)點(diǎn)的位置，并記錄該位置的相對角度，通過三角幾何關(guān)系計(jì)算每個(gè)溶洞邊界節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置。

5)測量結(jié)束后，將保護(hù)套管4重新套住自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀1，將探測設(shè)備收回，通過usb接口將數(shù)據(jù)信息導(dǎo)出，進(jìn)行處理，繪制隱伏溶洞三維圖。

從以上的描述中，可以看出，本申請上述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果：

本發(fā)明通過設(shè)計(jì)的自動(dòng)調(diào)節(jié)激光測距儀，實(shí)現(xiàn)了激光測距儀縱、環(huán)向旋轉(zhuǎn)，并記錄旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)三角幾何關(guān)系方便準(zhǔn)確的測得了隱伏溶洞的空間尺寸，并通過定向調(diào)平儀測量探測設(shè)備的縱向及傾角，確定隱伏溶洞的空間位置，有效提高隧道隱伏溶洞空間探測工作效率，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。