本發(fā)明涉及盾構(gòu)隧道孤石探測，具體為一種能夠提高盾構(gòu)隧道孤石勘探準(zhǔn)確性的裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、孤石具有強(qiáng)度高、分布無規(guī)律等特點，易引起刀盤偏載、振動沖擊、應(yīng)力分布不規(guī)律等現(xiàn)象，進(jìn)而造成刀盤刀具強(qiáng)度降低、局部損傷開裂、刀具非正常磨損等事故，嚴(yán)重影響盾構(gòu)安全、可靠、高效施工。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，孤石的探測方法主要有地質(zhì)雷達(dá)探測、地震波探測和鉆孔探測等。其中鉆孔探測因其適用性強(qiáng)而被廣泛應(yīng)用，現(xiàn)有的鉆孔探測一般是對盾構(gòu)隧道路徑上的土壤進(jìn)行定長取樣，通過觀測取樣成分來判斷是否有孤石，這種方法無法判斷孤石的具體位置也無法推斷出孤石的大??；

3、盾構(gòu)的截面為一個圓形，且面積較大，鉆孔探測的方法因為鉆桿所能代表的區(qū)域有限，得出的結(jié)論往往不具有代表性，且在單個鉆桿鉆孔的過程中，在鉆孔的過程中，無法存在有效的對照組，無法精確的判斷鉆桿前進(jìn)受阻時，是因為土層的原因(土層密度連續(xù)性的增大)還是存在孤石的原因；

4、故在實際操作過程中，為了提升檢測的準(zhǔn)確性，需要進(jìn)行多個鉆孔的探測，本發(fā)明設(shè)計了一種能夠提高盾構(gòu)隧道孤石勘探準(zhǔn)確性的裝置，其能夠以盾構(gòu)刀盤處理的最大孤石尺寸為極限距離，在盾構(gòu)面，設(shè)置多個同時前進(jìn)的鉆桿，遇到孤石時，其中一個的鉆桿轉(zhuǎn)速和前進(jìn)距離與其余鉆桿會產(chǎn)生差異，從而能夠極大的增加孤石探測的速度和精確度。

5、因此，針對上述問題提出一種能夠提高盾構(gòu)隧道孤石勘探準(zhǔn)確性的裝置及方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高盾構(gòu)隧道孤石勘探準(zhǔn)確性的裝置及方法，其能夠以盾構(gòu)刀盤處理的最大孤石尺寸為極限距離，在盾構(gòu)面，設(shè)置多個同時前進(jìn)的鉆桿，遇到孤石時，其中一個的鉆桿轉(zhuǎn)速和前進(jìn)距離與其余鉆桿會產(chǎn)生差異，從而能夠極大的增加孤石探測的速度和精確度。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種能夠提高盾構(gòu)隧道孤石勘探準(zhǔn)確性的裝置，包括中心塊，所述中心塊的外側(cè)固定連接有多個同步運動的第二液壓桿，多個所述第二液壓桿均勻設(shè)置在中心塊的外側(cè)，所述第二液壓桿的活動端固定連接有連接筒，所述連接筒的內(nèi)側(cè)固定連接有套筒，所述套筒的內(nèi)側(cè)滑動連接有鉆桿，所述鉆桿的前進(jìn)端固定連接有鉆頭，多個所述鉆桿能夠向掌子面轉(zhuǎn)動并前進(jìn)，鉆桿的尾端轉(zhuǎn)動連接有連接件，所述連接件的內(nèi)側(cè)固定連接有用于獲得鉆桿轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器，套筒能夠帶動鉆桿改變其在掌子面的鉆孔位置，通過獲得并分析多個鉆桿的轉(zhuǎn)速和前進(jìn)距離差值從而在兩個維度上實現(xiàn)孤石的準(zhǔn)確探測；

3、套筒的前端開設(shè)有開槽，鉆桿的前端轉(zhuǎn)動連接有轉(zhuǎn)環(huán)，所述轉(zhuǎn)環(huán)的外側(cè)通過鉸鏈轉(zhuǎn)動連接有劃刀，劃刀的尾端與轉(zhuǎn)環(huán)的外側(cè)之間固定連接有彈力繩，劃刀處于開槽內(nèi)時，彈力繩處于拉伸蓄力狀態(tài)，劃刀離開開槽后，劃刀能夠在彈力繩的作用下向外張開并在掌子面土壤中滑動。

4、在上述設(shè)置下，本發(fā)明使用時，將中心塊移動到掌子面處，中心塊可以通過支撐組件實現(xiàn)移動，支撐組件中底板的底端可以安裝用于移動的移動輪，使鉆桿面向掌子面，通過第二液壓桿的伸縮來調(diào)整鉆桿的位置，以盾構(gòu)刀盤處理的最大孤石尺寸為極限距離作為相鄰兩個鉆桿之間的距離；然后控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，同時頂桿向前推動，鉆桿會發(fā)生轉(zhuǎn)動并向前移動進(jìn)入到掌子面內(nèi)，劃刀離開開槽后，劃刀能夠在彈力繩的作用下向外張開并在掌子面土壤中滑動以增加單個鉆桿的探測區(qū)域，然后通過轉(zhuǎn)速傳感器獲得各個鉆桿的轉(zhuǎn)速，通過觀察轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動方向和大小來獲得各個鉆桿的前進(jìn)速度，當(dāng)其中一個鉆桿遇到孤石時，與沒有遇到孤石的鉆桿相比，其轉(zhuǎn)速和前進(jìn)速度會發(fā)生明顯降低，從而在兩個維度上實現(xiàn)孤石的準(zhǔn)確探測；其中，當(dāng)其中一個鉆桿遇孤石受阻時，其前進(jìn)速度會降低，相應(yīng)的，轉(zhuǎn)盤在該鉆桿的方位上會向后傾斜，從而將多個鉆桿的前進(jìn)速度展現(xiàn)出來，本發(fā)明通過多個鉆桿同時探測，一方面大大提高了探測效率，一方面能夠通過多個鉆桿的探測數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，消除一些不必要的錯誤信息，進(jìn)一步增加孤石探測的準(zhǔn)確性，如無法精確的判斷單個鉆桿前進(jìn)受阻時，是因為土層(土層密度連續(xù)性的增大)的原因還是存在孤石的原因；

5、本發(fā)明可以在一次探測結(jié)束之后，改變鉆桿的位置再次探測，改變后的鉆桿的位置與鉆桿之前的位置相差距離為盾構(gòu)刀盤處理的最大孤石尺寸距離；

6、作為本發(fā)明一種能夠提高盾構(gòu)隧道孤石勘探準(zhǔn)確性的裝置優(yōu)選地，劃刀的尾端向后傾斜，劃刀離開開槽后，劃刀的尾端抵觸在轉(zhuǎn)環(huán)的外側(cè)上，劃刀呈傾斜狀態(tài)，設(shè)置的劃刀用于增加檢測區(qū)域，轉(zhuǎn)環(huán)與鉆桿的轉(zhuǎn)動連接能夠起到轉(zhuǎn)動補(bǔ)償?shù)淖饔茫?/p>

7、作為本發(fā)明一種能夠提高盾構(gòu)隧道孤石勘探準(zhǔn)確性的裝置優(yōu)選地，所述套筒的尾端固定連接有傳動筒，所述套筒的尾端固定連接有多個限位桿，多個限位桿的后端轉(zhuǎn)動連接有第一錐齒輪，第一錐齒輪設(shè)置在傳動筒內(nèi)，第一錐齒輪的前端開設(shè)有環(huán)形槽，限位桿與第一錐齒輪前端的槽轉(zhuǎn)動連接，所述鉆桿的后端部分為棱角部，所述第一錐齒輪的內(nèi)側(cè)與棱角部的外側(cè)卡合，通過第一錐齒輪的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)鉆桿的轉(zhuǎn)動。

8、作為本發(fā)明一種能夠提高盾構(gòu)隧道孤石勘探準(zhǔn)確性的裝置優(yōu)選地，所述傳動筒的底端內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動連接有第二錐齒輪，所述第二錐齒輪與第一錐齒輪相嚙合，所述第二錐齒輪的底端固定連接有傳動伸縮桿，通過傳動伸縮桿的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)第一錐齒輪的轉(zhuǎn)動。

9、作為本發(fā)明一種能夠提高盾構(gòu)隧道孤石勘探準(zhǔn)確性的裝置優(yōu)選地，所述中心塊的尾端固定連接有連接桿，所述連接桿的尾端固定連接有傳動箱，所述傳動箱的外側(cè)固定連接有液力耦合器，所述液力耦合器的位置與傳動筒的位置相對應(yīng)，液力耦合器的輸出端與傳動伸縮桿的一端固定連接，

10、作為本發(fā)明一種能夠提高盾構(gòu)隧道孤石勘探準(zhǔn)確性的裝置優(yōu)選地，所述傳動箱的內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動連接有第三錐齒輪，所述液力耦合器的輸入端伸入到傳動箱內(nèi)并固定連接有第四錐齒輪，所述第四錐齒輪與第三錐齒輪相嚙合，所述中心塊的尾端固定連接有電機(jī)，所述電機(jī)的主軸末端與第三錐齒輪的中心位置固定連接，通過電機(jī)的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)傳動伸縮桿的轉(zhuǎn)動。

11、在上述設(shè)置下，本發(fā)明中多個鉆桿同步轉(zhuǎn)動的方式為：電機(jī)轉(zhuǎn)動，電機(jī)帶動第三錐齒輪轉(zhuǎn)動，第三錐齒輪的轉(zhuǎn)動會帶動第四錐齒輪轉(zhuǎn)動，第四錐齒輪的轉(zhuǎn)動帶動液力耦合器的輸入端轉(zhuǎn)動，動力經(jīng)過液力耦合器非剛性連接后，帶動液力耦合器的輸出端、傳動伸縮桿和第二錐齒輪轉(zhuǎn)動，第二錐齒輪的轉(zhuǎn)動會帶動第一錐齒輪轉(zhuǎn)動，第一錐齒輪的轉(zhuǎn)動會帶動鉆桿的棱角部轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)鉆桿的轉(zhuǎn)動，單個鉆桿轉(zhuǎn)動時，因為液力耦合器的存在和非剛性連接，能夠允許多個鉆桿之間存在轉(zhuǎn)速差，其中，傳動伸縮桿為現(xiàn)有技術(shù)，能夠在實現(xiàn)傳動的過程中，實現(xiàn)距離補(bǔ)償，在此不做多余闡述；

12、作為本發(fā)明一種能夠提高盾構(gòu)隧道孤石勘探準(zhǔn)確性的裝置優(yōu)選地，該裝置還包括頂桿，所述頂桿的前端固定連接有轉(zhuǎn)球，所述轉(zhuǎn)球的外側(cè)轉(zhuǎn)動連接有轉(zhuǎn)盤，所述轉(zhuǎn)盤的外側(cè)固定連接有第二伸縮桿，所述第二伸縮桿的數(shù)量和位置與鉆桿的數(shù)量和位置相對應(yīng)，所述第二伸縮桿的活動端盡頭與連接件轉(zhuǎn)動連接，推動頂桿時，多個所述頂桿能夠獲得向前的推動力，連接件用于起到轉(zhuǎn)動補(bǔ)償?shù)淖饔谩?/p>

13、在上述設(shè)置下，本發(fā)明中鉆桿的前進(jìn)方式為，頂桿向前推動，頂桿的推動力通過轉(zhuǎn)球作用到轉(zhuǎn)盤和第二伸縮桿上，當(dāng)多個鉆桿前進(jìn)不一致時，轉(zhuǎn)動在轉(zhuǎn)球外側(cè)的轉(zhuǎn)盤會發(fā)生傾斜，從而實現(xiàn)多個鉆桿同步性的觀察；

14、作為本發(fā)明一種能夠提高盾構(gòu)隧道孤石勘探準(zhǔn)確性的裝置優(yōu)選地，所述頂桿的外側(cè)固定連接有頂板，所述頂板的前端固定連接有氮氣彈簧，氮氣彈簧的活動端與轉(zhuǎn)盤相抵觸，所述氮氣彈簧的位置和數(shù)量同樣與鉆桿的數(shù)量和位置相對應(yīng)，初始狀態(tài)下，轉(zhuǎn)盤和頂板處于平行狀態(tài)。

15、在上述設(shè)置下，本發(fā)明中設(shè)置的頂板和氮氣彈簧用于防止轉(zhuǎn)盤發(fā)生大角度的傾斜，使滯后的鉆桿在轉(zhuǎn)盤傾斜后依舊存在一定的推進(jìn)力，如果鉆桿的鉆頭將孤石破碎后，鉆桿能夠繼續(xù)前進(jìn)，那么則該孤石不需要進(jìn)行后續(xù)的處理，如果鉆桿的鉆頭始終處于較為停滯的狀態(tài)，或鉆桿的鉆頭鉆入孤石，但后續(xù)的劃刀卡在孤石上，則表面該處的孤石較大，能夠起到孤石大小判斷的作用，需要后續(xù)的處理；

16、作為本發(fā)明一種能夠提高盾構(gòu)隧道孤石勘探準(zhǔn)確性的裝置優(yōu)選地，該裝置還包括支撐組件，所述支撐組件包括底板，所述底板的頂端固定連接有第一液壓桿，所述第一液壓桿的頂端固定連接有支撐環(huán)，所述支撐環(huán)的內(nèi)側(cè)能夠與中心塊的外側(cè)轉(zhuǎn)動連接，本發(fā)明中的頂桿也可以采用類似支撐組件的方式實現(xiàn)支撐，頂桿的推動方式為現(xiàn)有技術(shù)，如采用液壓桿或載具推動。

17、一種能夠提高盾構(gòu)隧道孤石勘探準(zhǔn)確性的方法，其步驟在于；

18、步驟1：將中心塊移動到掌子面處，使鉆桿面向掌子面，通過第二液壓桿的伸縮來調(diào)整鉆桿的位置，以盾構(gòu)刀盤處理的最大孤石尺寸為極限距離作為相鄰兩個鉆桿之間的距離；

19、步驟2：電機(jī)轉(zhuǎn)動，同時頂桿向前推動，鉆桿會發(fā)生轉(zhuǎn)動并向前移動進(jìn)入到掌子面內(nèi)，劃刀離開開槽后，劃刀能夠在彈力繩的作用下向外張開并在掌子面土壤中滑動以增加單個鉆桿的探測區(qū)域；

20、步驟3：通過轉(zhuǎn)速傳感器獲得各個鉆桿的轉(zhuǎn)速，通過觀察轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動方向和大小來獲得各個鉆桿的前進(jìn)速度，當(dāng)其中一個鉆桿遇到孤石時，與沒有遇到孤石的鉆桿相比，其轉(zhuǎn)速和前進(jìn)速度會發(fā)生明顯降低，從而在兩個維度上實現(xiàn)孤石的準(zhǔn)確探測。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

22、1、該一種能夠提高盾構(gòu)隧道孤石勘探準(zhǔn)確性的裝置，本發(fā)明使用時，將中心塊移動到掌子面處，中心塊可以通過支撐組件實現(xiàn)移動，支撐組件中底板的底端可以安裝用于移動的移動輪，使鉆桿面向掌子面，通過第二液壓桿的伸縮來調(diào)整鉆桿的位置，以盾構(gòu)刀盤處理的最大孤石尺寸為極限距離作為相鄰兩個鉆桿之間的距離；然后控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，同時頂桿向前推動，鉆桿會發(fā)生轉(zhuǎn)動并向前移動進(jìn)入到掌子面內(nèi)，劃刀離開開槽后，劃刀能夠在彈力繩的作用下向外張開并在掌子面土壤中滑動以增加單個鉆桿的探測區(qū)域，然后通過轉(zhuǎn)速傳感器獲得各個鉆桿的轉(zhuǎn)速，通過觀察轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動方向和大小來獲得各個鉆桿的前進(jìn)速度，當(dāng)其中一個鉆桿遇到孤石時，與沒有遇到孤石的鉆桿相比，其轉(zhuǎn)速和前進(jìn)速度會發(fā)生明顯降低，從而在兩個維度上實現(xiàn)孤石的準(zhǔn)確探測；其中，當(dāng)其中一個鉆桿遇孤石受阻時，其前進(jìn)速度會降低，相應(yīng)的，轉(zhuǎn)盤在該鉆桿的方位上會向后傾斜，從而將多個鉆桿的前進(jìn)速度展現(xiàn)出來，本發(fā)明通過多個鉆桿同時探測，一方面大大提高了探測效率，一方面能夠通過多個鉆桿的探測數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，消除一些不必要的錯誤信息，進(jìn)一步增加孤石探測的準(zhǔn)確性，如無法精確的判斷單個鉆桿前進(jìn)受阻時，是因為土層的原因(土層密度連續(xù)性的增大)還是存在孤石的原因。

23、2、該一種能夠提高盾構(gòu)隧道孤石勘探準(zhǔn)確性的裝置，本發(fā)明中多個鉆桿同步轉(zhuǎn)動的方式為：電機(jī)轉(zhuǎn)動，電機(jī)帶動第三錐齒輪轉(zhuǎn)動，第三錐齒輪的轉(zhuǎn)動會帶動第四錐齒輪轉(zhuǎn)動，第四錐齒輪的轉(zhuǎn)動帶動液力耦合器的輸入端轉(zhuǎn)動，動力經(jīng)過液力耦合器非剛性連接后，帶動液力耦合器的輸出端、傳動伸縮桿和第二錐齒輪轉(zhuǎn)動，第二錐齒輪的轉(zhuǎn)動會帶動第一錐齒輪轉(zhuǎn)動，第一錐齒輪的轉(zhuǎn)動會帶動鉆桿的棱角部轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)鉆桿的轉(zhuǎn)動，單個鉆桿轉(zhuǎn)動時，因為液力耦合器的存在和非剛性連接，能夠允許多個鉆桿之間存在轉(zhuǎn)速差。

24、3、該一種能夠提高盾構(gòu)隧道孤石勘探準(zhǔn)確性的裝置，本發(fā)明中鉆桿的前進(jìn)方式為，頂桿向前推動，頂桿的推動力通過轉(zhuǎn)球作用到轉(zhuǎn)盤和第二伸縮桿上，當(dāng)多個鉆桿前進(jìn)不一致時，轉(zhuǎn)動在轉(zhuǎn)球外側(cè)的轉(zhuǎn)盤會發(fā)生傾斜，從而實現(xiàn)多個鉆桿同步性的觀察。

25、4、該一種能夠提高盾構(gòu)隧道孤石勘探準(zhǔn)確性的裝置，本發(fā)明中設(shè)置的頂板和氮氣彈簧用于防止轉(zhuǎn)盤發(fā)生大角度的傾斜，使滯后的鉆桿在轉(zhuǎn)盤傾斜后依舊存在一定的推進(jìn)力，如果鉆桿的鉆頭將孤石破碎后，鉆桿能夠繼續(xù)前進(jìn)，那么則該孤石不需要進(jìn)行后續(xù)的處理，如果鉆桿的鉆頭始終處于較為停滯的狀態(tài)，或鉆桿的鉆頭鉆入孤石，但后續(xù)的劃刀卡在孤石上，則表面該處的孤石較大，能夠起到孤石大小判斷的作用，需要后續(xù)的處理。