一种地铁盾构隧道管片损伤测试系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及地铁盾构隧道管片损伤测试系统，包括便携式主机、电源适配器、综合控制电缆线、高频电磁波发射测试设备和超声波显微成像测试设备；所述电源适配器通过综合控制电缆线与便携式主机相连；所述高频电磁波发射测试设备包括收发天线和触发线；所述收发天线通过触发线与便携式主机相连；所述收发天线包括弧面天线主设备、滚轮、第二触发线连接端口和连接支座。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术的便携式主机结合高频电磁波发射测试系统和超声波显微成像测试系统，充分整合设备，方便携带，节省了人力物力和财力，并且多系统协同作业的检测方法节省了大量时间。

A test system and method for segment damage of Metro Shield Tunnel

【技术实现步骤摘要】
一种地铁盾构隧道管片损伤测试系统及方法
本专利技术涉及地铁隧道结构损伤检测领域，具体涉及一种检测地铁盾构隧道管片内部和外部损伤的无损检测系统及方法。
技术介绍
随着城市地铁隧道建设的不断发展，越来越多的城市已开通了多条城市地铁线路。但是，在地铁隧道的运营过程中，由于近距离近接施工、地铁列车运行振动等影响，隧道管片结构不可避免地会出现裂缝、接缝张开、渗水等病害，如若不及时采取有效措施，严重时则会对地铁的运营安全造成影响。目前，大多数已运营地铁隧道病害都主要依靠人工测量和定期巡视，这种传统的人工检测耗费人力物力大、工作效率低、可操作性较差、结果可靠性不足，而且许多地铁隧道管片内部潜在的病害较难被发现，存在一定的局限性。此外，现有的管片损伤探测技术一般需要通过人工手持的方式将探测设备附于隧道管片的表面，对隧道顶部的探测则需要升降台作业，长时间的操作易造成工人手臂疲劳，效率低且安全性差。而且目前的探测设备常见为方形结构，与隧道的弧形截面不相称，导致探测设备与检测面接触不好，影响检测效率及检测数据质量，引起较大的误差。隧道病害探伤领域缺乏系统化集成化的一体设备，对于要求检测时间短、精度要求高、操作快捷方便的运营地铁隧道病害检测具有更高要求。总的来说，目前的已运营地铁盾构隧道管片损伤的综合无损检测技术尚缺少，急需研发一种小型化便携式、稳定性强、效率高、探测精度高、协同操作简便、综合性强且不影响地铁隧道运营的地铁盾构隧道管片内部和外部损伤的无损检测系统及方法。
技术实现思路
为了克服现有地铁盾构隧道管片检测方法成本高、操作复杂繁琐、准确度低、效率低、设备携带不便等问题，本专利技术提供一种地铁盾构隧道管片损伤测试系统及方法。这种地铁盾构隧道管片损伤测试系统，包括便携式主机、电源适配器、综合控制电缆线、高频电磁波发射测试设备和超声波显微成像测试设备；所述电源适配器通过综合控制电缆线与便携式主机相连；所述高频电磁波发射测试设备包括收发天线和触发线；所述收发天线通过触发线与便携式主机相连；所述收发天线包括弧面天线主设备、滚轮、第二触发线连接端口和连接支座；弧面天线主设备通过连接支座与曲杆铰接相连固定；所述弧面天线主设备底面为弧形面，滚轮设置于弧面天线主设备的弧形底面上；弧面天线主设备上设有第二触发线连接端口；所述超声波显微成像测试设备包括换能器、信号线和摄像头；所述换能器包括发射换能器和接收换能器，发射换能器和接收换能器分别通过信号线连接便携式主机；所述信号线一端连接便携式主机的换能器接口，另一端连接换能器的信号线接口；所述摄像头设有摄像头连接线和连接线接口，摄像头通过摄像头连接线连接便携式主机上的摄像头接口；摄像头底部设有突起构件；所述的换能器和摄像头均通过连接支座与曲杆连接，所述换能器和摄像头的底面均设置为弧形面；所述曲杆分别与收发天线、换能器和摄像头相连，曲杆通过转动电机与伸缩杆连接，所述转动电机中心固定连接激光定位探头；所述伸缩杆包括内杆和外杆，内外杆通过套接使伸缩杆压短和拉长；外杆上设有滑套，滑套上设有手柄；所述滑套内表面设有螺旋丝扣，并在内杆外表面设有相匹配的螺旋丝扣；所述外杆上端设置摩擦型握套。作为优选：所述便携式主机和高频电磁波发射测试设备组成高频电磁波发射测试系统。作为优选：所述便携式主机和超声波显微成像测试设备组成超声波显微成像测试系统。作为优选：所述便携式主机内置锂电池、SD卡以及数据采集和处理系统软件，便携式主机包括液晶屏、电源开关、操作键、USB接口、电源插口、第一触发线连接端口、摄像头接口、摄像头按键、换能器接口及指示灯；所述液晶屏、电源开关和操作键位于主机上面板；所述USB接口、电源插口、第一触发线连接端口和指示灯位于主机右侧面板；所述摄像头接口、摄像头按键和换能器接口位于主机前面板上。作为优选：所述信号线两端均为刺刀螺母连接器。这种地铁盾构隧道管片损伤测试系统的测试方法，包括以下步骤：1)便携式主机的准备步骤为：1.1)便携式主机装上内置的锂电池与SD卡，连接电源，长按电源开关，指示灯亮起，液晶屏出现实时工作界面，即主机启动完毕；1.2)根据测试内容通过按键选择本次测试所选用的测试系统；1.3)根据测试内容准备相应测试设备并连接完成，打开激光定位探头，定位管片检测位置，主机准备就绪；2)进行分别检测或同步检测；2.1)当进行分别检测时，根据不同的测试系统分别采取不同的操作步骤；根据测试内容选定相应的测试系统并且调节转动电机使得曲杆转动相应的测试传感器进行隧道病害损伤的检测；2.1.1)高频电磁波发射测试系统的操作步骤为：a)收发天线正确连接便携式主机后，进行高频电磁波发射测试的实时采集系统的启动，采集参数设置与动态调试，并选定探测方式、实时处理和显示方式；b)选择连续探测方式后，手持收发天线紧靠管片测量面，根据测量高度适时调整伸缩杆长度并固定，拖动收发天线，系统将依据扫描速度的设定自动采集数据；c)设备回收，检测完成；2.1.2)超声波显微成像测试系统检测裂缝深度的操作步骤为：a)测量裂缝深度时，将便携式主机分别连接两只换能器，连接完成后进行入工作界面，进行采集参数设置和动态调试，准备完毕；b)在管片裂缝处，垂直于待测裂缝画一条测线，并在裂缝两侧对称布置测点，测量时手持换能器，根据测量高度适时调整伸缩杆长度并固定，将发射、接收换能器分别耦合在裂缝两侧的对称测点上，采集数据；c)数据处理，根据波形相位发生变化时测距和裂缝深度之间的关系换算得到裂缝深值；d)设备回收，检测完成；2.1.3)超声波显微成像测试系统检测裂缝宽度的操作步骤为：a)测量裂缝宽度时，便携式主机与摄像头相连，连接完成后进行入工作界面，进行采集参数设置和动态调试，准备完毕；b)根据测量高度适时调整伸缩杆长度并固定，手持摄像头放在待测裂缝上，通过主机上的摄像头按键进行拍摄，摄像头将裂缝图片实时传输到设备并显示在液晶屏上，待图像清晰后，自动识别裂缝轮廓，进行自动实时判读，从而得到裂缝自动判读的宽度；c)停止捕获后设备获得当前帧图片，然后对当前图片进行手动判读处理，从而得到裂缝手动判读的宽度；d)设备回收，检测完成；2.2)当进行同步检测时，待主机准备就绪后，根据检测全部项目的要求选定同步选择测试系统并调节转动电机使得曲杆转动进行同步检测；根据管片损伤检测的环号要求，采用激光定位探头发射的定位激光射线，定位所测管片的具体位置，即定位点的位置，并通过转动电机使得曲杆绕着定位点转动，进行管片的圆周检测；选定的同步测试系统利用转动电机转动一周并环向移动，用于管片内部损伤检测的高频电磁波发射测试系统和用于管片外部损伤检测的超声波显微成像测试系统共同工作，完成管片的损伤检测；2.2.1)首先正确连接收发天线、换能器和摄像头，进行同步测试系统的采集参数设置和动态调试，准备完毕；2.2.2)手持伸缩杆紧靠管片测量面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地铁盾构隧道管片损伤测试系统，其特征在于，包括便携式主机(1)、电源适配器(2)、综合控制电缆线(3)、高频电磁波发射测试设备和超声波显微成像测试设备；所述电源适配器(2)通过综合控制电缆线(3)与便携式主机(1)相连；/n所述高频电磁波发射测试设备包括收发天线(4)和触发线(5)；所述收发天线(4)通过触发线(5)与便携式主机(1)相连；所述收发天线(4)包括弧面天线主设备(4-1)、滚轮(4-2)、第二触发线连接端口(4-3)和连接支座(4-4)；弧面天线主设备(4-1)通过连接支座(4-4)与曲杆(4-10)铰接相连固定；所述弧面天线主设备(4-1)底面为弧形面，滚轮(4-2)设置于弧面天线主设备(4-1)的弧形底面上；弧面天线主设备(4-1)上设有第二触发线连接端口(4-3)；/n所述超声波显微成像测试设备包括换能器(6)、信号线(7)和摄像头(8)；所述换能器(6)包括发射换能器和接收换能器，发射换能器和接收换能器分别通过信号线(7)连接便携式主机(1)；所述信号线(7)一端连接便携式主机(1)的换能器接口(1-11)，另一端连接换能器(6)的信号线接口(6-1)；所述摄像头(8)设有摄像头连接线(8-1)和连接线接口(8-2)，摄像头(8)通过摄像头连接线(8-1)连接便携式主机(1)上的摄像头接口(1-9)；摄像头(8)底部设有突起构件(8-3)；所述的换能器(6)和摄像头(8)均通过连接支座(4-4)与曲杆(4-10)连接，所述换能器(6)和摄像头(8)的底面均设置为弧形面；/n所述曲杆(4-10)分别与收发天线(4)、换能器(6)和摄像头(8)相连，曲杆(4-10)通过转动电机(4-11)与伸缩杆连接，所述转动电机(4-11)中心固定连接激光定位探头(4-12)；所述伸缩杆包括内杆(4-5)和外杆(4-6)，内外杆通过套接使伸缩杆压短和拉长；外杆(4-6)上设有滑套(4-7)，滑套(4-7)上设有手柄(4-8)；所述滑套(4-7)内表面设有螺旋丝扣，并在内杆(4-5)外表面设有相匹配的螺旋丝扣；所述外杆(4-6)上端设置摩擦型握套(4-9)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种地铁盾构隧道管片损伤测试系统，其特征在于，包括便携式主机(1)、电源适配器(2)、综合控制电缆线(3)、高频电磁波发射测试设备和超声波显微成像测试设备；所述电源适配器(2)通过综合控制电缆线(3)与便携式主机(1)相连；
所述高频电磁波发射测试设备包括收发天线(4)和触发线(5)；所述收发天线(4)通过触发线(5)与便携式主机(1)相连；所述收发天线(4)包括弧面天线主设备(4-1)、滚轮(4-2)、第二触发线连接端口(4-3)和连接支座(4-4)；弧面天线主设备(4-1)通过连接支座(4-4)与曲杆(4-10)铰接相连固定；所述弧面天线主设备(4-1)底面为弧形面，滚轮(4-2)设置于弧面天线主设备(4-1)的弧形底面上；弧面天线主设备(4-1)上设有第二触发线连接端口(4-3)；
所述超声波显微成像测试设备包括换能器(6)、信号线(7)和摄像头(8)；所述换能器(6)包括发射换能器和接收换能器，发射换能器和接收换能器分别通过信号线(7)连接便携式主机(1)；所述信号线(7)一端连接便携式主机(1)的换能器接口(1-11)，另一端连接换能器(6)的信号线接口(6-1)；所述摄像头(8)设有摄像头连接线(8-1)和连接线接口(8-2)，摄像头(8)通过摄像头连接线(8-1)连接便携式主机(1)上的摄像头接口(1-9)；摄像头(8)底部设有突起构件(8-3)；所述的换能器(6)和摄像头(8)均通过连接支座(4-4)与曲杆(4-10)连接，所述换能器(6)和摄像头(8)的底面均设置为弧形面；
所述曲杆(4-10)分别与收发天线(4)、换能器(6)和摄像头(8)相连，曲杆(4-10)通过转动电机(4-11)与伸缩杆连接，所述转动电机(4-11)中心固定连接激光定位探头(4-12)；所述伸缩杆包括内杆(4-5)和外杆(4-6)，内外杆通过套接使伸缩杆压短和拉长；外杆(4-6)上设有滑套(4-7)，滑套(4-7)上设有手柄(4-8)；所述滑套(4-7)内表面设有螺旋丝扣，并在内杆(4-5)外表面设有相匹配的螺旋丝扣；所述外杆(4-6)上端设置摩擦型握套(4-9)。


2.根据权利要求1所述的地铁盾构隧道管片损伤测试系统，其特征在于，所述便携式主机(1)和高频电磁波发射测试设备组成高频电磁波发射测试系统。


3.根据权利要求1所述的地铁盾构隧道管片损伤测试系统，其特征在于，所述便携式主机(1)和超声波显微成像测试设备组成超声波显微成像测试系统。


4.根据权利要求1所述的地铁盾构隧道管片损伤测试系统，其特征在于，所述便携式主机(1)内置锂电池(1-1)、SD卡(1-2)以及数据采集和处理系统软件，便携式主机(1)包括液晶屏(1-3)、电源开关(1-4)、操作键(1-5)、USB接口(1-6)、电源插口(1-7)、第一触发线连接端口(1-8)、摄像头接口(1-9)、摄像头按键(1-10)、换能器接口(1-11)及指示灯(1-12)；所述液晶屏(1-3)、电源开关(1-4)和操作键(1-5)位于主机上面板；所述USB接口(1-6)、电源插口(1-7)、第一触发线连接端口(1-8)和指示灯(1-12)位于主机右侧面板；所述摄像头接口(1-9)、摄像头按键(1-10)和换能器接口(1-11)位于主机前面板上。


5.根据权利要求1所述的地铁盾构隧道管片损伤测试系统，其特征在于，所述信号线(7)两端均为刺刀螺母连接器。


6.一种如权利要求1所述的地铁盾构隧道管片损伤测试系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)便携式主机的准备步骤为：
1.1)便携式主机(1)装上内置的锂电池(1-1)与SD卡(1-2)，连接电源，长按电源开关(1-4)，指示灯(1-12)亮起，液晶屏(1-3)出现实时工作界面，即主机启动完毕；
1.2)根据测试内容通过按键选择本次测试所选用的测试系统；
1.3)根据测试内容准备相应测试设备并连...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁智，张霄，曹泽君，陈乐华，王刘祺，
申请(专利权)人：浙江大学城市学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33