地铁隧道断面形变检测系统技术方案

一种地铁隧道断面形变检测系统，属隧道工程监测技术领域。该系统包括断面扫描装置、里程定位装置、电器控制装置、电源、轨道检测车、站级数据处理系统，所述断面扫描装置、里程定位装置、电器控制装置都安装于轨道检测车上，电源通过电源转换器分别与断面扫描装置、里程定位装置、电器控制装置连接为其供电，电器控制装置内设有ＰＬＣ控制器，里程定位装置中的旋转编码器、断面扫描装置中传感器及旋转台步进驱动器分别与ＰＬＣ控制器连接，ＰＬＣ通过无线通讯器与站级数据处理系统中的无线通讯器连接。本发明专利技术整个检测系统便携集成程度高，运行过程自动化，操作方便，专业技术要求低。运行速度快，测量一个截面的时间极短。测量精度高，系统精度小于３ｍｍ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种隧道工程监测
的系统，具体是一种地铁隧道断面形变检 测系统。
技术介绍
对于隧道的收敛变形的检测，传统监测多采用人工定期监测的方式进行，由于其 观测时间长，观测时段和频率受限，故在隧道运营状态下这种方式不适合。同时，随着分析 要求的提高，隧道运营期健康监测系统需具备长期使用、快速、自动监测等功能，由于监测 项目多、线路长、测点多、数据量大，现有的监测方式和手段已不能满足工程需要。国内外常用的检测方法人工断面测量(收敛计)、全站仪测量、光纤测量。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术的不足，提供一种地铁隧道断面形变检测系统，专 用于地铁休工期间采集隧道变形状态信息。形变检测系统经过之处相应的参数信息便被收 集起来，进行分析判断。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术地铁隧道断面形变检测系统包括断面 扫描装置、里程定位装置、电器控制装置、电源、轨道检测车、站级数据处理系统，所述断面 扫描装置、里程定位装置、电器控制装置都安装于轨道检测车上，电源通过电源转换器分别 与断面扫描装置、里程定位装置、电器控制装置连接为其供电，电器控制装置内设有PLC控 制器，里程定位装置中的旋转编码器、断面扫描装置中传感器及旋转台步进驱动器分别与 PLC控制器连接，PLC通过无线通讯器与站级数据处理系统中的无线通讯器连接。所述轨道检测车包括框型结构的底座、支架、车轮、电源架，所述支架结构为门框 式支撑并结合两根斜撑，支架固定于底座之上，底座一侧主梁上设有里程定位装置，所述车 轮的轨道内侧面具有轮缘用于与轨道相配合限定，所述的电源架固定于支架之下用于承载 电源。进一步的，轨道检测车还可以设有刹车装置，所述刹车装置由两个刹车片、刹车活 动支架、制动线、弹簧、制动手柄、固定支架组成。轨道主梁上设有固定支架，整个刹车装置 设于轨道检测车主梁下方并靠近有扶手一侧车轮，刹车装置通过固定支架固定于轨道检测 车主梁。刹车活动支架由两个对称的支架构成，两者铰接形成铰接点，固定支架与刹车活动 支架之间在铰接点处固定连接，刹车活动支架的两个对称支架之间还联结有弹簧，对称支 架底端还分别安装刹车片，由剪刀原理结合弹簧将刹车片抱死在铁轨上。制动手柄安装于 轨道检测车扶手上。制动线的制动线活动端固定于活动支架两个对称支架的顶端，制动线 的另一端固定于制动手柄上。进一步的，轨道检测车还可以包括有一被动转向装置，被动转向装置顶部具有一 个止推轴承，止推轴承上侧与轨道检测车主梁下侧接触，轴承下侧与车轮支架上侧接触。止 推轴承内由一个转轴从下而上穿过，转轴下面由轴肩顶住，上面由螺母锁死。4所述断面扫描装置包括传感器激光测距仪、倾角传感器和高精度旋转台，其中倾 角传感器紧靠激光测距仪一并固定安装于第一连接板，第二连接板固定连接于旋转台工作 面上，第一连接板与第二连接板固定连接。所述里程定位装置包括测距轮、旋转编码器和扰性悬挂装置，其中测距轮与相应 轨道接触，测距轮的转轴外部接有旋转编码器，测距轮与旋转编码器之间通过相互连接的 转轴使两者同步旋转，扰性悬挂装置的设置是使测距轮与轨道之间很好的接触以避免滑动 摩擦，旋转编码器信号输出端与PLC控制器信号输入端连接。所述测距轮为转轴式金属车 轮，扰性悬挂装置包括T型支架、压紧弹簧和测距轮支架，其中，测距轮支架上端通过螺栓 固定于主梁的侧壁上，其下端通过T型支架固定于主梁顶部，所述T型支架横杆与测距轮支 架下端连接，其竖向杆套有压紧弹簧且通过螺母固定于主梁顶部。测距轮支架中间安装带 有转轴的测距轮，旋转编码器的转轴直接与测距轮的转轴连接固定，旋转编码的外壳与测 距轮支架固定。 所述电器控制装置柜内组成部分主要包括有PLC控制器、电源转换器、无线通讯 器、RS232/485转换器、步进电机驱动器，柜体外壳设有控制开关、状态指示灯，其中PLC控 制器的输入IO接口分别与控制开关、旋转编码器信号输出端连接；PLC控制器的输出IO接 口分别与状态指示灯和旋转台的步进电机驱动器连接。PLC串口模块的类型是RS485，PLC 控制器的串口模块分别与测距传感器、测角传感器、无线通讯器的通信接口连接，而无线通 讯器以及激光测距仪的接口是RS232，PLC控制器的串口模块与无线通讯器以及激光测距 仪之间都需要通过RS232/485转换器进行转换。通过PLC控制器的串口模块发送扫描装置 采集数据至无线通讯器，再由站级处理系统的无线通讯器接收数据，传至上位机。所述站级数据处理系统包括相互连接的无线通讯器和上位机，上位机主要包括数 据接收通信模块、数据库模块、数据处理模块、公布显示模块，其中，数据接收通信模块通过 无线通讯器每次接收的数据按照一定的格式保存到对应的数据库模块中，数据处理模块实 现对数据库模块中原始数据进行椭圆拟合，得到隧道截面的轮廓及几何参数，经过与原始 设计轮廓或前期同一截面轮廓的比较，得到隧道断面的形变情况，进而对其进行判断预警， 公布显示模块实现以网页的形式将数据处理模块所得的计算结果及相应的结论发布出来。与现有技术相比，本专利技术为一种隧道运营期健康监测系统，具备长期使用、快速、 自动监测功能。具有如下有益效果1、本专利技术安装设计的断面扫描装置精度高，通过检验标定，可达到Imm的设计精 度；分辨率高，运行速度快；结构简单稳定，可长期使用；模块化安装，可维护程度高。2、本专利技术设计的检测小车坚固耐用，可以承受较大的载荷，保持结构稳定，使用寿 命很长；设计精度高；轨道间距为1450mm(标准值)，检测小车两个单边轮缘卡在轨道之间， 使车体无法沿垂直轨道方向移动，保证断面扫描装置检测精度；通过里程定位装置可以对 所在位置进行精确定位；安装的电源装置为检测车上集成的各设备提供电源。3、本专利技术整个检测系统便携集成程度高，运行过程自动化，操作方便，专业技术要 求低。运行速度快，测量一个截面的时间极短。测量精度高，系统精度小于3mm。附图说明图1为本专利技术铁隧道断面形变检测示意图图2为本专利技术工作原理3为断面扫描装置结构示意图(三视图)图4为本专利技术轨道行车结构示意图。其中图4a主视图；图4b右视图；图4c俯 视图。图42刹车装置7结构示意图。图4-3为被动转向装置2的结构示意图。图4-4里程定位装置结构示意图(三视图)图4-4-1是对应图4-4中主视图的内部结构图5为电器柜控制装置。其中图5a外壳正面示意图，图5b柜体正面示意图标记说明1-车轮，11-车轮支架，2-被动转向装置，21-止推轴承，22-转轴， 221-轴肩，23-螺母，24-滚珠，3-底座，31-主梁，4-支架，5-测距轮，6-扰性悬挂装置， 7-刹车装置，71-刹车片，72-刹车活动支架，721-铰接点，73-制动线，731-制动线活动端， 74-弹簧，75-制动手柄，76-固定支架，8-扶手，9-电源架，12-激光测距仪、13-倾角传感 器，14-旋转台，15-第一连接板，16-第二连接板，17-旋转编码器，61-螺母，62-T型支架、 63-压紧弹簧，64-螺栓，65-测距轮支架，51-测距轮转轴，171-旋转编码器转轴，172-旋转 编码外壳，具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明本实施例在以本专利技术技术方案为前 提下进行实施，给本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地铁隧道断面形变检测系统，其特征在于，该系统包括断面扫描装置、里程定位装置、电器控制装置、电源、轨道检测车、站级数据处理系统，所述断面扫描装置、里程定位装置、电器控制装置都安装于轨道检测车上，电源通过电源转换器分别与断面扫描装置、里程定位装置、电器控制装置连接为其供电，电器控制装置内设有ＰＬＣ控制器，里程定位装置中的旋转编码器、断面扫描装置中传感器及旋转台步进驱动器分别与ＰＬＣ控制器连接，ＰＬＣ通过无线通讯器与站级数据处理系统中的无线通讯器连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈传林，李炯，沈小飞，
申请(专利权)人：上海地铁盾构设备工程有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]