一种隧道衬砌质量检测的专用地质雷达扫查架设计方法技术

本发明专利技术公开了一种隧道衬砌质量检测的专用地质雷达扫查架设计方法，包括根据载具底端至法兰中心的距离及载具高度计算底座高度；根据隧道衬砌倾角设计法兰螺栓孔倾角组；根据隧道模型衬砌各检测点高度、地质雷达高度设计弹簧自由长度；根据隧道模型几何关系计算法兰半径；根据隧道模型衬砌各检测点高度，计算得检测各点时扫查架底座与隧道截面中轴线距离。本方法根据隧道衬砌模型，只需采集拱顶及边墙位置拱角、拱顶高度、弹簧劲度系数等参数即可实现地质雷达检测时紧贴衬砌表面，免去地质雷达的人工托举，保证衬砌质量检测精度。

A Design Method of Special Geological Radar Scanning Frame for Tunnel Lining Quality Detection

【技术实现步骤摘要】
一种隧道衬砌质量检测的专用地质雷达扫查架设计方法
本专利技术涉及一种地质雷达扫查架，尤其涉及一种隧道衬砌质量检测的专用地质雷达扫查架设计方法。
技术介绍
衬砌指的是为防止围岩变形或坍塌，沿隧道洞身周边用钢筋混凝土等材料修建的支持和维护隧道长期稳定和耐久性的永久结构物。由于混凝土衬砌质量存在问题，导致衬砌开裂、渗漏水、塌方，严重影响隧道质量安全。因此，隧道衬砌质量检测具有重要意义，检测项目包括：混凝土强度、混凝土厚度、衬砌背部是否存在空洞等内容。进行隧道衬砌质量检测时，由于试验人员托举地质雷达存在连续工作疲劳，使得地质雷达天线难以始终贴紧隧道衬砌表面，导致衬砌质量检测采集到的数据部分失真。按照TB10223-2004《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》及DB14/T721-2012《公路隧道衬砌质量无损检测技术规程》，隧道衬砌质量检测纵向布线需要在隧道拱顶、左右拱腰及左右边墙布置共五条纵向主测线，以实现隧道衬砌整体检测。采用本方法实施的地质雷达扫查架，步骤简单，操作简便，有利于实现地质雷达紧贴隧道衬砌检测，保证隧道衬砌检测质量。在本专利技术以前的隧道衬砌质量检测的地质雷达扫查架方法和装置现有技术中，有如下几篇对比专利和文献：1)一种基于隧道壁的弧度进行调整的隧道衬砌检测机械手臂(CN109794947A)，公开了一种基于隧道壁的弧度进行调整的隧道衬砌检测机械手臂，通过滑动套与活动推杆互相配合调整卡槽的弧度，使得检测探头和隧道壁可以紧密贴合进行检测，提高检测数据的精准度。本专利技术通过对隧道衬砌检测位置拱角、高度进行测量，根据隧道模型对扫查架底座高度范围、法兰螺栓孔倾角组、弹簧自由长度、法兰半径进行设计，并在衬砌检测时计算各测点扫查架放置位置，实现地质雷达紧贴隧道衬砌检测。2)一种隧道衬砌检测用地质雷达天线柱塞式液压托架(CN105502212A)调节升降架实现工作平台升降，并通过弹簧调整地质雷达倾斜角度，实现地质雷达与隧道衬砌贴合。该专利技术公布所涉及的地质雷达倾斜角度调整，仅通过弹簧调整地质雷达倾斜角度，缺乏计算数据指导倾斜角度调整，较难实现地质雷达与隧道衬砌紧密贴合。3)可自动调节高度和角度的隧道衬砌检测支架及检测方法(CN106814346A)通过转动旋转端头调整地质雷达高度，通过双向球铰装置调整地质雷达倾斜角度，保证检测时地质雷达紧贴隧道衬砌，并设置翘舌板使地质雷达可跨过障碍，对地质雷达起保护作用。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种隧道衬砌质量检测的专用地质雷达扫查架设计方法。本专利技术的目的通过以下的技术方案来实现：一种隧道衬砌质量检测的专用地质雷达扫查架设计方法，包括：A设计地质雷达扫查架底座高度范围Hbase，使地质雷达适用于不同高度隧道的衬砌检测；B设计法兰特殊螺栓孔倾角组法兰通用螺栓孔倾角组{0°,±30°,±45°,±60°,±90°,±120°}，使地质雷达与隧道衬砌切面垂直；地质雷达倾角与隧道模型衬砌各检测点拱角相等，其检测点包括拱顶、左拱腰、右拱腰、左边墙与右边墙；C设计弹簧自由长度Lspring，使地质雷达与隧道衬砌贴合；根据隧道模型衬砌各检测点高度、地质雷达高度，建立弹簧-隧道衬砌检测点模型，得到弹簧自由长度Lspring-弹簧劲度系数k的相互关系；D设计法兰半径Rflange，根据隧道模型几何关系计算法兰半径；E各测点扫查架放置位置D，根据隧道衬砌各检测点高度，计算得检测隧道各检测点时扫查架底座与隧道截面中轴线距离D。与现有技术相比，本专利技术的一个或多个实施例可以具有如下优点：本方法基于隧道数学几何模型与实际隧道衬砌各检测点参数测量，根据实际隧道形状建立隧道数学几何模型，通过测量隧道衬砌各检测点参数即可对地质雷达扫查架底座高度范围、法兰螺栓孔倾角组、弹簧自由长度、法兰半径进行设计，实现地质雷达紧贴隧道衬砌，免去了地质雷达的人工托举，保证隧道衬砌检测质量的同时降低人工工作量。此外，本专利技术还具有底座高度可调节的功能，满足扫查架在不同隧道的衬砌质量检测。本方法灵活简便、适应性强，可应用在不同隧道中对衬砌进行质量检测。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，不构成对本专利技术限制。在附图中：图1是隧道衬砌质量检测的专用地质雷达扫查架的设计方法流程图；图2是隧道衬砌质量检测的专用地质雷达扫查架衬砌检测示意图；图3是隧道衬砌质量检测的专用地质雷达扫查架的设计方法程序框架。具体实施方式根据本专利技术的技术方案，在不变更本专利技术的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出本专利技术的多个结构方式和制作方法。因此以下具体实施方式以及附图仅是本专利技术的技术方案的具体说明，而不应当视为本专利技术的全部或者视为本专利技术技术方案的限定或限制。下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述。图1是根据本专利技术实例的隧道衬砌质量检测的专用地质雷达扫查架设计方法流程图，下面参考图1，详细说明本专利技术实施例的流程。本专利技术提供的隧道衬砌质量检测的专用地质雷达扫查架设计方法包括以下步骤：步骤10设计地质雷达扫查架底座高度范围Hbase，使地质雷达适用于不同高度隧道的衬砌检测；步骤20设计法兰特殊螺栓孔倾角组法兰通用螺栓孔倾角组{0°,±30°,±45°,±60°,±90°,±120°}，使地质雷达与隧道衬砌切面垂直；地质雷达倾角与隧道模型衬砌各检测点拱角相等，其检测点包括拱顶、左拱腰、右拱腰、左边墙与右边墙；步骤30设计弹簧自由长度Lspring，使地质雷达与隧道衬砌贴合；根据隧道模型衬砌各检测点高度、地质雷达高度，建立弹簧-隧道衬砌检测点模型，得到弹簧自由长度Lspring-弹簧劲度系数k的相互关系；步骤40设计合适的法兰半径Rflange，根据隧道模型几何关系计算法兰半径；步骤50各测点扫查架放置位置D，根据隧道衬砌各检测点高度，计算得检测隧道各检测点时扫查架底座与隧道截面中轴线距离D。如图3，上述步骤1中，地质雷达扫查架底座高度范围是根据载具底端至法兰中心的距离及载具高度进行计算，其地质雷达扫查架底座高度范围Hbase的计算方法为：通过对当前地区各隧道进行测量，获得当前地区最小拱顶HTmin、最小左右边墙HLmin，最大拱顶HTmax、最大左右边墙HLmax；设载具底端至法兰中心的距离最小值为Hmin，载具底端至法兰中心的距离最大值为Hmax，进行隧道检测时需为扫查架与隧道间留有高度余量δ，设载具底端至法兰中心的距离范围h0，载具高度h1，则Hmin＝min(HTmin、HTmax、HLmin、HLmax)；Hmax＝max(HTmin、HTmax、HLmin、HLmax)；h0∈(Hmin+δ，Hmax-δ)载具底端至法兰中心距离由载具高度及法兰高度组成，可得到关系式h0＝Hbase+h1，将关系式代入上述载具底端至法兰中心距离计算公式，得到Hbase∈(Hmin+δ-h1，Hmax-δ-h1)当对不同隧道进行衬砌质量检测或搭载底座的载具更换时，底座高度可通过其底下升降梯结构进行调整，满足扫查架在各隧道中的衬砌质量检测。如图3，上述步骤2的法兰螺栓孔倾角组设计方法具体为：隧道衬砌沿截面中轴线对称，边墙位于隧道起拱位置，拱腰位于隧道拱顶与边墙弧线的中点；所述地质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道衬砌质量检测的专用地质雷达扫查架设计方法，其特征在于，所述专用地质雷达扫查架设计方法包括：A设计地质雷达扫查架底座高度范围Hbase，使地质雷达适用于不同高度隧道的衬砌检测；B设计法兰特殊螺栓孔倾角组

【技术特征摘要】
1.一种隧道衬砌质量检测的专用地质雷达扫查架设计方法，其特征在于，所述专用地质雷达扫查架设计方法包括：A设计地质雷达扫查架底座高度范围Hbase，使地质雷达适用于不同高度隧道的衬砌检测；B设计法兰特殊螺栓孔倾角组法兰通用螺栓孔倾角组{0°,±30°,±45°,±60°,±90°,±120°}，使地质雷达与隧道衬砌切面垂直；地质雷达倾角与隧道模型衬砌各检测点拱角相等，其检测点包括拱顶、左拱腰、右拱腰、左边墙与右边墙；C设计弹簧自由长度Lspring，使地质雷达与隧道衬砌贴合；根据隧道模型衬砌各检测点高度、地质雷达高度，建立弹簧-隧道衬砌检测点模型，得到弹簧自由长度Lspring-弹簧劲度系数k的相互关系；D设计法兰半径Rflange，根据隧道模型几何关系计算法兰半径；E各测点扫查架放置位置D，根据隧道衬砌各检测点高度，计算得检测隧道各检测点时扫查架底座与隧道截面中轴线距离D。2.如权利要求1所述的隧道衬砌质量检测的专用地质雷达扫查架设计方法，其特征在于，需要设计的参数包括底座高度范围Hbase、法兰通用螺栓孔倾角组{0°,±30°,±45°,±60°,±90°,±120°}、法兰特殊螺栓孔倾角组弹簧自由长度Lspring、法兰半径Rflange。3.如权利要求1所述的隧道衬砌质量检测的专用地质雷达扫查架设计方法，其特征在于，所述步骤A中，地质雷达扫查架底座高度范围是根据载具底端至法兰中心的距离及载具高度进行计算，其地质雷达扫查架底座高度范围Hbase的计算方法为：通过对当前地区各隧道进行测量，获得当前地区最小拱顶HTmin、最小左右边墙HLmin，最大拱顶HTmax、最大左右边墙HLmax；设载具底端至法兰中心的距离最小值为Hmin，载具底端至法兰中心的距离最大值为Hmax，进行隧道检测时需为扫查架与隧道间留有高度余量δ，设载具底端至法兰中心的距离范围h0，载具高度h1，则Hmin＝min(HTmin、HTmax、HLmin、HLmax)；Hmax＝max(HTmin、HTmax、HLmin、HLmax)；h0∈(Hmin+δ，Hmax-δ)载具底端至法兰中心距离由载具高度及法兰高度组成，可得到关系式h0＝Hbase+h1，将关系式代入上述载具底端至法兰中心距离计算公式，得到Hbase∈(Hmin+δ-h1，Hmax-δ-h1)当对不同隧道进行衬砌质量检测或搭载底座的载具更换时，底座高度可通过其底下升降梯结构进行调整，满足扫查架在各隧道中的衬砌质量检测。4.如权利要求1所述的隧道衬砌质量检测的专用地质雷达扫查架设计方法，其特征在于，所述步骤B的法兰螺栓孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾成刚，曾康洋，叶琳远，刘龙，
申请(专利权)人：深圳市太科检测有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44