一種用于巖溶地區(qū)干溶洞內(nèi)部形態(tài)的內(nèi)視裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及土木工程相關(guān)技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種用于巖溶地區(qū)干溶洞內(nèi)部形態(tài)的內(nèi)視裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，國家的基礎(chǔ)建設(shè)重點逐漸向西部和西南部山區(qū)轉(zhuǎn)移。而我國是喀斯特發(fā)育強烈的地區(qū)，西部更是占據(jù)了我國喀斯特發(fā)育的79%。在喀斯特發(fā)育的地區(qū)修建隧道、橋梁、地下工程等正面臨著極大地地質(zhì)災(zāi)害挑戰(zhàn)，特別是重點巖溶地區(qū)的隧道建設(shè)技術(shù)一直是工程界關(guān)注和發(fā)展的重點。
[0003]溶洞是巖溶地區(qū)隧道施工遇到的極其普遍的巖溶形態(tài)之一，隧道沿線的隱伏溶洞是隧道施工風險的主要災(zāi)害源。隧道頂部的空溶洞會引起隧道頂?shù)乃?、開裂，隧道底部的空溶洞則會引起隧道底部的沉降不均、塌陷，隧道肩部的空溶洞則會影響隧道的變形、破壞隧道的襯砌支護。
[0004]充填溶洞則是隧道突水突泥的災(zāi)害源，大型充填型溶洞如若不及時治理，則會造成嚴重的突水突泥事故，輕則會延誤工期、破壞施工機械，重則會造成人員傷亡、大量財產(chǎn)損失。因此，對隧道沿線的溶洞探測是隧道施工超前預(yù)報的十分重要的一個環(huán)節(jié)。
[0005]現(xiàn)階段對溶洞隧道超前預(yù)報的技術(shù)逐漸發(fā)展應(yīng)用，超前預(yù)報技術(shù)能在一定程度上對溶洞進行定位，并能預(yù)報出溶洞的類型，但是對干溶洞探明后很少再繼續(xù)對溶洞內(nèi)部的情況進行探測。
[0006]例如，超前預(yù)報中長距離探測手段主要有TSP法;短距離探測物探法主要有地質(zhì)雷達法;地質(zhì)法主要有超前水平鉆孔法等常規(guī)方法。
[0007 ] 上述探測方法基本上能確定出溶洞的位置，但是無法對溶洞內(nèi)部空間形態(tài)進一步探測。
[0008]因此，有必要設(shè)計一種能夠勘測溶洞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的裝置，來解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于巖溶地區(qū)干溶洞內(nèi)部形態(tài)的內(nèi)視裝置。本裝置通過設(shè)計全新的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)溶洞內(nèi)部的結(jié)構(gòu)勘測及其他信息檢測，為后續(xù)的工程進度提供了良好的保障。
[0010]為了達成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0011]—種用于巖溶地區(qū)干溶洞內(nèi)部形態(tài)的內(nèi)視裝置，包括
[0012]導(dǎo)桿，導(dǎo)桿的一端與保護罩固定連接；
[0013]保護罩內(nèi)部分別設(shè)置有測距模塊、攝像頭、溫度傳感器和有害氣體傳感器；
[0014]測距模塊、攝像頭、溫度傳感器和有害氣體傳感器分別將信號傳遞至處理模塊，處理模塊將信號處理后記載于存儲模塊上。
[0015]優(yōu)選的，所述測距模塊包括紅外發(fā)射器和紅外接收器，紅外接收器接受紅外發(fā)射器傳來的信號，然后將信號傳遞至處理模塊。
[0016]優(yōu)選的，所述導(dǎo)桿為多節(jié)式結(jié)構(gòu)。
[0017]優(yōu)選的，所述導(dǎo)桿被定位環(huán)定位，定位環(huán)固定連接于操作平臺上。
[0018]優(yōu)選的，所述操作平臺上具有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上安裝有旋鈕，旋鈕具有多個凹槽。
[0019]優(yōu)選的，所述凹槽為至少4個。
[0020]優(yōu)選的，所述凹槽以旋鈕的中心為圓心呈圓周陣列排布。
[0021 ]優(yōu)選的，所述導(dǎo)桿上具有刻度線。
[0022]在提供結(jié)構(gòu)方案的同時，本發(fā)明還提供了一種利用上述內(nèi)視裝置進行勘測的方法，主要包括如下步驟:
[0023]A、固定操作平臺，并將導(dǎo)桿的一端插入定位環(huán)中；
[0024]B、將保護罩伸入溶洞中；
[0025]C、開啟電源，實現(xiàn)記錄第一次測距、拍攝、溫度和氣體的勘測；
[0026]D、轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿360°，進行全景勘測；
[0027]E、將保護罩向溶洞外移動，進行溶洞的另一部分勘測；
[0028]F、重復(fù)步驟E和D的過程，直至將整個溶洞勘測完成；
[0029]G、將存儲模塊的數(shù)據(jù)通過計算機繪制出溶洞的三維空間形態(tài)圖。
[0030]本發(fā)明具有的有益效果是:
[0031](I)本發(fā)明解決了地質(zhì)探測中探明的空溶洞內(nèi)部形態(tài)的探測，為空溶洞的進一步治理提供依據(jù)；
[0032](2)本發(fā)明操作簡單，易于現(xiàn)場操作人員的施工操作；
[0033](3)本發(fā)明處理數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)合成迅速，能快速的實現(xiàn)溶洞內(nèi)部形態(tài)的定量繪制；
[0034](4)本發(fā)明搭載的集成部件能實現(xiàn)溶洞內(nèi)部溫度、氣體的探測，為空溶洞的進一步治理提供了資料，保證了施工過程中的安全性。
【附圖說明】
[0035]圖1是本發(fā)明中的導(dǎo)桿與保護罩的裝配結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖2是本發(fā)明中導(dǎo)桿與操作平臺的裝配結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖3本發(fā)明中導(dǎo)桿一端的局部放大圖；
[0038]圖4是本發(fā)明的應(yīng)用狀態(tài)圖；
[0039]圖中:1、導(dǎo)桿;2、存儲模塊;3、數(shù)據(jù)傳輸接口；4、電源接口；5、紅外線測距發(fā)射器；
6、紅外線測距接受器;7、攝像頭;8、溫度傳感器;9、有害氣體傳感器;10保護罩；
[0040]11、隧道開挖沿線；12、掌子面；13、操作平臺；14、空溶洞；15、空溶洞邊界；16、圍
LU
石；
[0041 ] 17、定位環(huán)，18、轉(zhuǎn)軸，19、旋鈕，20、刻度線，21、安裝頭。
【具體實施方式】
[0042]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。
[0043]實施例:一種用于巖溶地區(qū)干溶洞內(nèi)部形態(tài)的內(nèi)視裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1-3所示，包括導(dǎo)桿I，導(dǎo)桿I的一端具有安裝頭21，安裝頭21上具有螺紋，保護罩10通過螺紋與安裝頭21相連接；
[0044]保護罩10內(nèi)部分別設(shè)置有測距模塊、攝像頭7、溫度傳感器8和有害氣體傳感器9;
[0045]其中，測距模塊包括紅外測距發(fā)射器5和紅外測距接收器6，紅外測距接收器6接受紅外測距發(fā)射器5傳來的信號，然后將信號傳遞至處理模塊(圖中未示出)。上述兩個原件能夠在黑暗環(huán)境下進行精確的距離測量，保證了不同工作環(huán)境下的正常工作能力。
[0046]測距模塊、攝像頭7、溫度傳感器8和有害氣體傳感器9分別將信號傳遞至處理模塊，處理模塊將信號處理后記載于存儲模塊2上。
[0047]攝像頭在內(nèi)部環(huán)境能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的分辨率的情況下，可以進行拍照記錄下溶洞內(nèi)部形態(tài)的表面分布。
[0048]有害氣體傳感器9，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)氣體濃度的測量，還能夠?qū)崿F(xiàn)空溶洞內(nèi)部氣體的性質(zhì)的檢測。
[0049]為了便于勘測較深的溶洞，所述導(dǎo)桿I為多節(jié)式可以伸縮的結(jié)構(gòu)。導(dǎo)桿I由標準長度為Im的分段導(dǎo)桿拼接而成，可以按照探測需要進行組裝加長。導(dǎo)桿I的銜接處也是導(dǎo)桿每一次向外面拔出來的標準距離。
[0050]電源接口4可以為內(nèi)置的電源進行充電。
[0051 ] 進一步的，所述導(dǎo)桿I插入定位環(huán)17中，定位環(huán)17固定連接于操作平臺13上。
[0052]在操作平臺13上安裝有轉(zhuǎn)軸18，轉(zhuǎn)軸18上安裝有旋鈕19，旋鈕19具有多個凹槽。
[0053]根據(jù)不同的需要，所述凹槽為至少4個，且所有的凹槽以旋鈕19的中心為圓心呈圓周陣列排布。
[0054]在導(dǎo)桿I設(shè)置刻度線20可以使得本裝置定長回縮。
[0055]參考圖4所示，本實施例還提供了一種利用上述內(nèi)視裝置進行勘測的方法，包括如下步驟:
[0056]A、固定操作平臺13于掌子面12外側(cè)，掌子面12上下部分為隧道開挖沿線11，將導(dǎo)桿I的一端插入定位環(huán)17中；
[0057]B、將保護罩1伸入空溶洞14，并視保護罩1碰到空溶洞邊界15，空溶洞邊界15外側(cè)為圍巖16;
[0058]C、開啟電源，實現(xiàn)記錄第一次測距、拍攝、溫度和氣體的勘測；
[0059]D、轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿360°，進行全景勘測；
[0060]E、將保護罩10向溶洞外移動，進行溶洞的另一部分勘測；
[0061]在向外拔的過程中，每轉(zhuǎn)動一次，待轉(zhuǎn)動穩(wěn)定后就開始利用搭載的集成設(shè)備進行紅外線探距、溶洞內(nèi)部溫度測量、溶洞內(nèi)部形態(tài)照相，并將所采集到的數(shù)據(jù)利用存儲模塊進行存儲。
[0062]F、重復(fù)步驟E和D的過程，直至將整個溶洞勘測完成；
[0063]通過一次向外拔出導(dǎo)桿的過程，記錄下每個Im段的溶洞四周的距離，可以匯出溶洞內(nèi)部的大致形態(tài)；
[0064]G、、將存儲模塊2的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸接口 3傳遞至計算機，計算機最終可以確定出整個溶洞內(nèi)部的空間形態(tài)。
[0065]采用了上述結(jié)構(gòu)后，本裝置通過攝像頭、導(dǎo)桿、操作平臺和處理模塊的組合，實現(xiàn)在空溶洞溶腔內(nèi)的形態(tài)、溫度、氣體濃度等的成像和監(jiān)測，并可以對空溶洞內(nèi)部體積的定量計算，進一步確定溶洞的風險提供依據(jù)。
[0066]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)，未予以詳細說明和局部放大呈現(xiàn)的部分，為現(xiàn)有技術(shù)，在此不進行贅述。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和特點相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種用于巖溶地區(qū)干溶洞內(nèi)部形態(tài)的內(nèi)視裝置，其特征在于，包括 導(dǎo)桿，導(dǎo)桿的一端與保護罩固定連接； 保護罩內(nèi)部分別設(shè)置有測距模塊、攝像頭、溫度傳感器和有害氣體傳感器； 測距模塊、攝像頭、溫度傳感器和有害氣體傳感器分別將信號傳遞至處理模塊，處理模塊將信號處理后記載于存儲模塊上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)視裝置，其特征在于，所述測距模塊包括紅外發(fā)射器和紅外接收器，紅外接收器接受紅外發(fā)射器傳來的信號，然后將信號傳遞至處理模塊。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)視裝置，其特征在于，所述導(dǎo)桿為多節(jié)式結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)視裝置，其特征在于，所述導(dǎo)桿被定位環(huán)定位，定位環(huán)固定連接于操作平臺上。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的內(nèi)視裝置，其特征在于，所述操作平臺上具有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上安裝有旋鈕，旋鈕具有多個凹槽。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)視裝置，其特征在于，所述凹槽為至少4個。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)視裝置，其特征在于，所述凹槽以旋鈕的中心為圓心呈圓周陣列排布。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)視裝置，其特征在于，所述導(dǎo)桿上具有刻度線。9.一種利用權(quán)利要求1-9任一項所述的內(nèi)視裝置進行勘測的方法，其特征在于，步驟如下: A、固定操作平臺，并將導(dǎo)桿的一端插入定位環(huán)中； B、將保護罩伸入溶洞中； C、開啟電源，實現(xiàn)記錄第一次測距、拍攝、溫度和氣體的勘測； D、轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿360°，進行全景勘測； E、將保護罩向溶洞外移動，進行溶洞的另一部分勘測； F、重復(fù)步驟E和D的過程，直至將整個溶洞勘測完成； G、將存儲模塊的數(shù)據(jù)通過計算機繪制出溶洞的三維空間形態(tài)圖。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于巖溶地區(qū)干溶洞內(nèi)部形態(tài)的內(nèi)視裝置及方法。裝置部分主要包括導(dǎo)桿，導(dǎo)桿的一端與保護罩固定連接；保護罩內(nèi)部分別設(shè)置有測距模塊、攝像頭、溫度傳感器和有害氣體傳感器；測距模塊、攝像頭、溫度傳感器和有害氣體傳感器分別將信號傳遞至處理模塊，處理模塊將信號處理后記載于存儲模塊上。本裝置通過攝像頭、導(dǎo)桿、操作平臺和處理模塊的組合，實現(xiàn)在空溶洞溶腔內(nèi)的形態(tài)、溫度、氣體濃度等的成像和監(jiān)測，并可以對空溶洞內(nèi)部體積的定量計算，進一步確定溶洞的風險提供依據(jù)。
【IPC分類】G01D21/02
【公開號】CN105571639
【申請?zhí)枴緾N201510980844
【發(fā)明人】李利平, 柳尚, 陳迪楊, 張乾青, 孫柏林, 袁永才, 王升, 成帥
【申請人】山東大學, 湖北交投保宜高速公路有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月23日