本發(fā)明涉及一種用于隧道隱伏溶洞空間探測設備及探測方法。

背景技術：

隨著我國西部大開發(fā)發(fā)展戰(zhàn)略的逐步實施，高速公路和鐵路等重大工程建設已進入了新的發(fā)展時期，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、力學性質(zhì)發(fā)生變化，進而引起圍巖應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性態(tài)更為復雜，易造成圍巖中應力的過度集中，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械設備的安全。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，但預報準確率有待提升，超前鉆探方法存在“一孔之見”，且操作復雜、耗時耗力。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于設計一種用于隧道隱伏溶洞空間探測設備，提供一種方便、準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)物探手段預報準確率不高和超前鉆探“一孔之見”的缺點。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)的準確性。

為實現(xiàn)上述目的，本設計采用如下技術方案：

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

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

所述連接桿，一端與自動調(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，用于測量探測設備的走向和傾角；

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

進一步的，所述的自動調(diào)節(jié)激光測距儀，包括環(huán)向旋轉(zhuǎn)機構、縱向旋轉(zhuǎn)機構和激光測距儀；所述的環(huán)向旋轉(zhuǎn)機構可實現(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)機構可實現(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)點距激光測距儀中心的距離。

進一步的，所述的連接桿的外面套裝有一個保護套管；用于在設備插入鉆孔時保護自動調(diào)節(jié)激光測距儀，保護套管包裹著連接桿，允許連接桿前后滑動和轉(zhuǎn)動。

進一步的，所述的定向調(diào)平儀由底盤、轉(zhuǎn)動軸、水準器、磁針、方位角刻度盤、傾斜水準器、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)動軸連接，底盤可繞轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動；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備的走向；所述的水準器安裝在底盤上，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，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)；傾斜水準器設置在傾角指針上，調(diào)節(jié)傾斜水準器，通過傾角指針和傾角刻度盤測得探測設備的傾角。

進一步的，所述的控制裝置安裝在定向調(diào)平儀的后端，用于控制自動調(diào)節(jié)激光測距儀環(huán)向轉(zhuǎn)動、縱向轉(zhuǎn)動和進行激光測距，并記錄測量數(shù)據(jù)；在控制裝置里面設有數(shù)據(jù)存儲裝置，所述的數(shù)據(jù)存儲裝置用于存儲測量的數(shù)據(jù)。

進一步的，所述的控制裝置內(nèi)設有數(shù)據(jù)存儲裝置和usb數(shù)據(jù)讀取接口，用于存儲數(shù)據(jù)。

進一步的，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備進行探測的方法，探測方法包括以下幾步：

1)進行鉆孔至隱伏溶洞，將探測設備通過鉆孔插入隱伏溶洞，插入過程保持保護套管套住自動調(diào)節(jié)激光測距儀，防止自動調(diào)節(jié)激光測距儀在插入隱伏溶洞時受到破壞；

2)將保護套管退出，顯露出自動調(diào)節(jié)激光測距儀；

3)通過旋轉(zhuǎn)連接桿和轉(zhuǎn)動底盤，調(diào)節(jié)定向調(diào)平儀的水平，當水準泡居中時表示定向調(diào)平儀達到水平狀態(tài)；調(diào)節(jié)傾斜水準器，使傾斜水準泡居中，此時通過傾角指針和傾角刻度盤讀取探測設備傾角；通過磁針和方位角刻度盤讀取探測設備走向；根據(jù)探測設備傾角、走向和長度，利用三角幾何關系計算激光測距儀中心的空間坐標位置；

4)通過控制器控制激光測距儀測量溶洞邊界節(jié)點的距離，通過控制環(huán)向旋轉(zhuǎn)機構和縱向旋轉(zhuǎn)機構改變待測量溶洞邊界節(jié)點的位置，并記錄該位置的相對角度，通過三角幾何關系計算每個溶洞邊界節(jié)點的坐標位置。

5)測量結束后，將保護套管重新套住自動調(diào)節(jié)激光測距儀，將探測設備收回，通過usb接口將數(shù)據(jù)信息導出，進行處理，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：

本發(fā)明通過設計的自動調(diào)節(jié)激光測距儀，實現(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)三角幾何關系方便準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)的準確性。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。

圖1為探測設備插入隱伏溶洞示意圖；

圖2為設備分解示意圖；

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

圖5為保護套管剖切示意圖，

圖6、圖7、圖8為定向調(diào)平儀、剖切和細節(jié)示意圖。

圖中：1自動調(diào)節(jié)激光測距儀；2連接桿；3定向調(diào)平儀；4保護套管；5控制器；6環(huán)向旋轉(zhuǎn)機構；7縱向旋轉(zhuǎn)機構；8激光測距儀；9底盤；10轉(zhuǎn)動軸；11水準器；12磁針；13方位角刻度盤；14傾斜水準器；15傾角指針；16傾角刻度盤。

具體實施方式

應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復數(shù)形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，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，但預報準確率有待提升，超前鉆探方法存在“一孔之見”，且操作復雜、耗時耗力。為了解決如上的技術問題，本申請?zhí)岢隽艘环N用于隧道隱伏溶洞空間探測設備。

下面結合附圖和實例對本發(fā)明做進一步說明：

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

所述自動調(diào)節(jié)激光測距儀1，可以測量出溶洞邊界節(jié)點相對激光測距儀中心的空間坐標位置，由環(huán)向旋轉(zhuǎn)機構6、縱向旋轉(zhuǎn)機構7和激光測距儀8組成。環(huán)向旋轉(zhuǎn)機構6可實現(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)機構7可實現(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)點距激光測距儀中心的距離。

自動調(diào)節(jié)激光測距儀1與30度全景攝像頭結構的結構類似，具體結構為：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)機構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)機構；所述的環(huán)向旋轉(zhuǎn)機構與所述的底座相鉸接。所述的環(huán)向旋轉(zhuǎn)機構包括兩個向上延伸的支撐臂，所述的縱向旋轉(zhuǎn)機構與兩個所述的支撐臂相鉸接。

所述連接桿2，一端與自動調(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，用于測量探測設備的走向和傾角，由底盤9、轉(zhuǎn)動軸10、水準器11、磁針12、方位角刻度盤13、傾斜水準器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)動軸10連接，底盤9可繞轉(zhuǎn)動軸10轉(zhuǎn)動；水準器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)動軸10轉(zhuǎn)動可實現(xiàn)將定向調(diào)平儀3調(diào)平；磁針12和方位角刻度盤13可以測量探測設備的走向；傾斜水準器14設置在傾角指針15上，調(diào)節(jié)傾斜水準器14，通過傾角指針15和傾角刻度盤16測得探測設備的傾角。

所述保護套管4，用于在設備插入鉆孔時保護自動調(diào)節(jié)激光測距儀1，保護套管4包裹著連接桿2，允許連接桿2前后滑動和轉(zhuǎn)動。

所述控制器5，用于控制自動調(diào)節(jié)激光測距儀1環(huán)向轉(zhuǎn)動、縱向轉(zhuǎn)動和進行激光測距，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，用于控制自動調(diào)節(jié)激光測距儀環(huán)向轉(zhuǎn)動、縱向轉(zhuǎn)動和進行激光測距，并記錄測量數(shù)據(jù)；在控制裝置里面設有數(shù)據(jù)存儲裝置，所述的數(shù)據(jù)存儲裝置用于存儲測量的數(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備，探測方法包括以下幾步：

1)進行鉆孔至隱伏溶洞，將探測設備通過鉆孔插入隱伏溶洞，插入過程保持保護套管4套住自動調(diào)節(jié)激光測距儀1，防止自動調(diào)節(jié)激光測距儀1在插入隱伏溶洞時受到破壞。

2)將保護套管4退出，顯露出自動調(diào)節(jié)激光測距儀1。

3)通過旋轉(zhuǎn)連接桿2和轉(zhuǎn)動底盤9，調(diào)節(jié)定向調(diào)平儀3的水平，當水準泡居中時表示定向調(diào)平儀3達到水平狀態(tài)；調(diào)節(jié)傾斜水準器14，使傾斜水準泡居中，此時通過傾角指針15和傾角刻度盤16讀取探測設備傾角；通過磁針12和方位角刻度盤13讀取探測設備走向；根據(jù)探測設備傾角、走向和長度，利用三角幾何關系計算激光測距儀中心的空間坐標位置。

4)通過控制器5控制激光測距儀8測量溶洞邊界節(jié)點的距離，通過控制環(huán)向旋轉(zhuǎn)機構6和縱向旋轉(zhuǎn)機構7改變待測量溶洞邊界節(jié)點的位置，并記錄該位置的相對角度，通過三角幾何關系計算每個溶洞邊界節(jié)點的坐標位置。

5)測量結束后，將保護套管4重新套住自動調(diào)節(jié)激光測距儀1，將探測設備收回，通過usb接口將數(shù)據(jù)信息導出，進行處理，繪制隱伏溶洞三維圖。

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

本發(fā)明通過設計的自動調(diào)節(jié)激光測距儀，實現(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)三角幾何關系方便準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)的準確性。

上述雖然結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。