CN113266422B - 一种用于隧洞的自动检修衬砌*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于隧洞的自动检修衬砌***，其中检修***中，工控机为整个***提供驱动动力及控制信号；视觉避障探头固定在检修车底部；非接触检测装置和砌衬打印装置通过铰接方式连接在检修车上的支撑调节部件；工控机控制非接触检测装置上的摄像机对隧道进行拍照并根据拍照结果确定隧道缺陷位置；控制砌衬打印装置在缺陷位置进行砌衬打印。其中的检修方法包括：工控机控制自动检修车到达检修指定位置；控制支撑调节部件的高度和位置，使得非接触检测装置到达指定位置对隧洞断面进行拍照，控制砌衬打印装置在缺陷位置进行砌衬打印。本发明能利用拍摄结果提高对隧道裂缝的识别精度，且能对隧道缺陷进行砌衬打印。

Description

一种用于隧洞的自动检修衬砌***

技术领域

本发明涉及隧道检测领域，尤其涉及一种用于隧洞的自动检修衬砌***。

背景技术

随着引水隧洞建设的迅猛发展，近年来引水隧洞建设的规模越来越大，隧道长度越来越长。隧道是隐蔽工程，安全隐患不易被发现，隧道检测的效果直接影响到将来隧道能否安全运营。

引水隧洞在施工过程中，掌子面前方地质情况不明，衬砌支护可能存在缺陷，需要对公路隧道进行超前地质探测、衬砌支护质量检测，从而保证公路隧道工程的质量，减少公路隧道养护和维修费用，提高公路隧道基础建设的经济效益和社会效益。但是受到现有检测方法、检测技术、检测水平以及仪器自身局限性的限制，需要专人携带仪器进行检测，尤其是拱腰和拱顶等部位，检修人员无法直接到达，需要检测人员携带检测设备站在临时改装的平台上检测。而且检测仪器一般体积大、质量较重，行驶途中会有颠簸，人员安全和检测效果都无法保障，这些都是本领域技术人员所不希望见到的。

发明内容

为了克服现有技术存在的无法保证检测人员安全和检测效果的技术问题，本发明提供一种用于隧洞的自动检修衬砌***，通过本发明能够实现隧道的自动检测，并针对检测到隧道缺陷进行跟踪衬砌打印。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明提供一种用于隧洞的自动检修衬砌***，其包括：

检修车、工控机、支撑调节部件、非接触检测装置和砌衬打印装置；

所述工控机为整个自动检修***提供驱动动力以及控制信号；

所述检修车的车身底部固定视觉避障探头；

所述非接触检测装置和所述砌衬打印装置通过铰接方式连接支撑调节部件；所述支撑调节部件安装在所述检修车上；

所述非接触检测装置包括：第一操作平台、安装第一操作平台上的探照灯和多个摄像机；所述探照灯的照射光对着隧道顶部及两侧；

所述砌衬打印装置包括第三操作平台、供料组件，打印组件、打磨组件；所述打印组件和打磨组件固定在所述第三操作平台，供料组件为打印组件供给打印集料；

所述工控机控制多个摄像机对隧道进行拍照，并根据拍照结果确定隧道缺陷所在位置；控制所述砌衬打印装置在所述缺陷位置进行砌衬打印。

更优选地，所述非接触检测装置还包括：干涉缝结构；

所述干涉缝结构固定在所述第一操作平台的台板上，所述探照灯置于所述干涉缝结构的正下方，且其照射光对着所述干涉缝结构，且经所述干涉缝结构透过的光能够照射到隧道顶部及两侧。

更优选地，所述干涉缝结构包括：带缝平板、滚轴、可伸缩立板；

通过所述可伸缩立板调节带缝平板的上下高度，通过所述滚轴调节带缝平板的左右位置。

更优选地，所述非接触检测装置还包括：红外扫描仪；

所述红外扫描仪固定在第一操作平台的台板上，且其射出的红外光线对着隧道顶部以及两侧。

更优选地，所述的用于隧洞的自动检修衬砌***还包括：接触检测装置；

所述接触检测装置通过铰接方式连接支撑调节部件；所述支撑调节部件安装在检修车上；

所述接触检测装置包括第二操作平台和在第二操作平台安装的能够测量隧道缺陷的声波探头。

更优选地，所述第二操作平台包括：气囊；

所述导轨为两个，平行固定在第二操作平台的台板上；气囊夹在两个导轨中间，随着气囊的膨胀或收缩能够沿导轨上下运动；所述声波探头连接在气囊上，随着气囊的膨胀或收缩实现上下运动。

更优选地，所述接触检测装置还包括：回弹仪；

所述第二操作平台包括：固定底座、弹簧和顶板；

所述固定底座与第二操作平台的台板固接，顶板通过弹簧与固定底座连接，回弹仪置于固定底座中，且顶板在第二操作平台上的高度略大于所述回弹仪的高度；弹簧处于自然状态时，顶板高度高于所述回弹仪。

更优选地，所述的用于隧洞的自动检修衬砌***还包括：

安装在检修车上的磁悬浮工作平台；

所述磁悬浮工作平台包括：第一磁悬浮板、第二磁悬浮板和工作平台；所述第一磁悬浮板固定在检修车的车身上；所述第二磁悬浮板的底面和第一磁悬浮板相对，上面和工作平台连接；

所述支撑调节部件的下端固定在所述工作平台上。

更优选地，所述打印组件包括：

第一滑轨、第一滑块、打印喷头；

所述第一滑块的侧面开有进料口；第一滑块的顶部开有出料口且与进料口相通，所述出料口连接打印喷头；第一滑块的底部设置有滑槽且能够沿着第一滑轨自由移动；伸缩料管能够随着第一滑块的平移而伸缩和改变形状。

更优选地，所述打磨组件包括：

第二滑轨、第二滑块、打磨机械臂；

第二滑块底部设置有滑槽且能够沿着第二滑轨自由移动；第二滑块上方连接打磨机械臂；所述打磨机械臂通过涂铲对所述衬砌进行打磨。

由上述本发明的技术方案可以看出，本发明具有如下优点：

1、本发明根据检修车功能最大化的原则，在车身底部集成了多个探地雷达，并且辅助布设多个视觉避障探头，避免占用检修车上部宝贵的工作平台或者使用单独的探地雷达手推车，因此本发明不仅能够充分利用车底空间在最大程度扩充了功能，而且多个视觉避障探头也增加了整个设备工作的安全性。

2、本发明通过在非接触检测装置上布设多个不同角度的摄像机对隧道进行拍摄，并利用拍摄结果能够实现隧洞多维度重构，从而提高了对隧道裂缝的识别精度。

3、通过设置红外扫描仪能够检测隧道的渗流灾害，红外扫描仪与摄像机共同工作，增强了检测完备性。

4、本发明通过设置干涉缝结构，可以在隧洞内得到明暗相间的干涉光，不仅便于摄像机的照相区域定位，依照明条纹的区域进行两次拍照拼接；而且增大了光强，避免了单个光源的散射光太过发散的问题。

5、本发明在接触检测装置上集成声波探头，通过声波探头测量隧道缺陷。

7、本发明在接触检测装置上集成了回弹仪，通过回弹仪测量衬砌强度，且回弹仪对衬砌的扰动有利于加强声波的采集信号。

8、本发明采用磁悬浮工作平台，不仅能够保证工作平台向前后左右四个方向精准的移动，而且在受到振动时立即反馈回调，从而保证了检测结果的精确度。

9、本发明采用四撑靴稳定车身，在检修工作时，提高了检修车的稳定性。

10、本发明通过砌衬打印装置的打印组件对隧道裂缝等缺陷进行打印衬砌，能够实现隧道缺陷的自动修复作业。

11、本发明通过砌衬打印装置的打磨组件对打印衬砌进行打磨处理，能够提高砌衬修补效果。

附图说明

图1为本发明的一种用于隧洞的自动检修衬砌***的结构示意图；

图2为本发明中检修车的结构示意图；

图3为本发明中的探地雷达和视觉避障探头布置图；

图4为支撑调节部件的结构示意图；

图5为本发明中的非接触检测装置的结构示意图；

图6为本发明中的干涉缝结构的结构示意图；

图7为本发明中的接触检测装置的结构示意图；

图8为本发明中的砌衬打印装置的结构示意图；

图9为本发明中的打印喷头的结构示意图；

图10为本发明中的打磨机械臂的结构示意图；

图11为本发明中的干涉缝结构的工作原理图。

附图中：

检修车1、工控机2、磁悬浮工作平台3、支撑调节部件4、非接触检测装置5、接触检测装置6、砌衬打印装置7；

车身11、车轮12、撑靴13、大灯14、探地雷达15、视觉避障探头16；伸缩底板151；

第一磁悬浮板31、第二磁悬浮板32、工作平台33；

滑块41、滑轨42、伸缩柱43、旋转柱44；

第一操作平台51、探照灯52、第一摄像机53、第二摄像机54、第三摄像机55、红外扫描仪56；翼板511、翼板角度调节装置512、干涉缝结构513、台板514；带缝平板5131、滚轴5132、伸缩立板5133；

第二操作平台61、回弹仪62、声波探头63；电机611、输气管612、气囊613、导轨614、固定底座615、弹簧616、顶板617；

第三操作平台71、供料组件72、打印组件73、打磨组件74；扶梯711；集料容器721、伸缩料管722、输料软管723；第一滑轨731、第一滑块732、打印喷头733；出料喷头7331、第一伸缩臂7332、第一机械臂7333、第一转轴7334、第一扇形转轴7335、第一旋转底座7336；第二滑轨741、第二滑块742、打磨机械臂743；涂铲7431、球铰连接件7432、第二伸缩臂7433、第二机械臂7434、第二转轴7435、第二扇形转轴7436、第二旋转底座7437。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种用于隧洞的自动检修衬砌***，其结构如图1-11所示，包括：检修车1、工控机2、磁悬浮工作平台3、支撑调节部件4、非接触检测装置5、接触检测装置6、砌衬打印装置7。

工控机2为检修车1以及设置在检修车上的磁悬浮工作平台3、支撑调节部件4、非接触检测装置5、接触检测装置6、砌衬打印装置7、探地雷达15和视觉避障探头16提供驱动动力以及控制信号；探地雷达15安装在检修车1的车身底部，并且能够上下伸缩；视觉避障探头16固定在车身底部的探地雷达15的四周；磁悬移动装置3置于检修车1上；非接触检测装置5、接触检测装置6和砌衬打印装置7通过支撑调节部件4安装在磁悬浮工作平台3上，非接触检测装置5通过摄像机对隧道裂缝进行拍摄识别，通过红外线扫描仪对隧道渗流灾害进行检测；接触检测装置6通过回弹仪测量衬砌强度，通过声波探头测量隧道缺陷。

各个部件的详细结构及功能如下：

检修车1：

检修车1的结构如图2所示，包括：车身11，车轮12、撑靴13和大灯14。车轮12通过轮毂架安装在车身11底部；撑靴13连接在车身11的四周，其能够向外伸缩，并撑在地面上稳定车身，以保证检修工作过程中的检修车的稳定性。大灯14设置在检修车1的车顶位置。

为了保证检修车1的安全行驶，如图3所示，在车身11底部安装有伸缩底板151，探地雷达15固定在伸缩底板151上，并且能够随伸缩底板151的伸缩实现上下移动；视觉避障探头16固定在车身11的底部，并围绕在探地雷达15的四周。伸缩底板151可以通过滑块滑槽结构实现上下伸缩，也可以通过丝杠螺母结构实现上下伸缩。

工控机2：

工控机2安装在车身11上，优选安装在靠近车头位置，用于控制检修车1的移动、调节磁悬移动装置3的位置、支撑调节部件4的位置和高度、非接触检测装置5、接触检测装置6的角度；控制探地雷达15的伸缩；控制砌衬打印装置7对接触检测装置6检测到的裂缝缺陷进行砌衬打印。

磁悬浮工作平台3：

磁悬浮工作平台3的结构依然参考图1，其包括第一磁悬浮板31、第二磁悬浮板32和工作平台33。第一磁悬浮板31固定在检修车1的车身11上；第二磁悬浮板32的底面和第一磁悬浮板31相对，上面和工作平台33连接；磁悬浮开关启动时，第二磁悬浮板32能够平行于第一磁悬浮板31左右前后移动，实现工作平台33的水平位置调整。

采用磁悬浮工作平台3，不仅能够使得工作平台33向前后左右方向精准的移动，同时在进行设备检修工作时，也能在受到振动时立即反馈回调。

支撑调节部件4：

支撑调节部件4，其下部能在磁悬浮工作平台3上移动，且该支撑调节部件4的上部分别通过铰接方式与非接触检测装置5和接触检测装置6连接。

该支撑调节部件4的结构参见图4，其包括滑块41、滑轨42、伸缩柱43、旋转柱44。

滑轨42固定在磁悬浮工作平台3的工作平台33上，滑块41安装滑轨42上，且滑块41能够沿滑轨42自由移动；伸缩柱43下端通过底座固定在滑块41上，上端通过球型支座与旋转柱44铰接；伸缩柱43能够自行上下伸缩，旋转柱44能够绕着球型支座旋转角度。

非接触检测装置5：

非接触检测装置5设置在支撑调节部件4上，其通过支撑调节部件4安装在磁悬浮工作平台3的上方。该非接触检测装置5通过球型支座与旋转柱44铰接，通过该球型支座与旋转柱44能够调整非接触检测装置5的角度。

非接触检测装置5的具体结构如图5所示，其包括第一操作平台51，以及安装第一操作平台51上的探照灯52、第一摄像机53、第二摄像机54、第三摄像机55和红外扫描仪56。

第一操作平台51包括翼板511、翼板角度调节装置512、干涉缝结构513和台板514。

翼板511通过翼板角度调节装置512与第一操作平台51的台板514连接；通过该翼板角度调节装置512可以调节翼板511的角度。

干涉缝结构513固定在台板514上，探照灯52置于干涉缝结构513的正下方，且其照射光对着干涉缝结构513。当探照灯52的光经干涉缝结构513部分遮挡后，能够在隧洞内得到明暗相间的干涉光，这不仅便于摄像机的照相区域定位，依照明条纹的区域进行两次拍照拼接；而且能够增大光强，避免了单个光源的散射光太过发散的问题发生。

调整探照灯52和干涉缝结构513之间的距离能够改变干涉缝结构和隧洞顶部检测部位的相对位置，从而可以改变干涉光源到被测位置的光程差。

该干涉缝结构513的结构如图6所示，其包括带缝平板5131、滚轴5132、伸缩立板5133。

干涉缝结构513的位置可以调节：通过伸缩立板5133调节干涉缝结构513的高度；伸缩立板5133上设置有凹槽，圆柱形滚轴5132嵌于伸缩立板5133的凹槽中，通过自动化控制(比如伺服电机)使滚轴5132在凹槽中转动；滚轴5132下方凹槽设置有齿轮，滚轴5132转动带动齿轮转动，然后齿轮转动带动卡扣在带缝平板5131上齿条移动，从而实现带缝平板5131的左右位置调节。通过干涉缝结构513的位置调节，从而可以改变探照灯52和干涉缝结构513之间的距离，高度的选择和隧洞洞径和拍照规划有关。

第一摄像机53固定在第一操作平台51的台板514上，第二摄像机54和第三摄像机55固定在翼板511上。通过翼板511能够调节第二摄像机54和第三摄像机55的角度，使得三个摄像机具有不同的拍摄角度。通过非接触检测装置5上布设在不同角度的摄像机拍摄的图像，能够进行隧洞三维重构，提高了裂缝的识别精度。

红外扫描仪56固定在第一操作平台51的台板514上，其既可以置于第一操作平台51后方(检修车1的前进方向为前方)，也可以置于在第一操作平台51前方，且其射出的红外光线对着隧道顶部以及两侧，且。通过红外扫描仪能够检测隧道的渗流灾害。该红外扫描仪与上述三个摄像机共同工作，增强了检测完备性。

接触检测装置6：

接触检测装置6设置在支撑调节部件4上，以相同的方式和磁悬浮工作平台3连接，即该接触检测装置6通过支撑调节部件4安装在磁悬浮工作平台3上方。

该接触检测装置6的详细结构如图7所示，其包括第二操作平台61、回弹仪62，声波探头63。声波检测探头63和回弹仪62布设第二操作平台61上，分别用于混凝土衬砌接触式检测。

第二操作平台61包括电机611、输气管612、气囊613、导轨614、固定底座615、弹簧616、顶板617。

两个导轨614平行固定在第二操作平台61上；气囊613夹在两个导轨614的中间，气囊613一端通过输气管612与电机611相连，通过电机611驱动使得气体能够通过输气管612充入气囊613中或从气囊613中抽出，从而促使气囊613膨胀或收缩；随着气囊613的膨胀或收缩，使得气囊613能够沿导轨614上下运动；声波探头63连接在气囊613上，可以随着气囊613的膨胀或收缩实现上下运动。

固定底座615与第二操作平台61的台板固接，顶板617通过弹簧616与固定底座615连接，回弹仪62置于固定底座615中，并且顶板617在第二操作平台61上的高度要略大于回弹仪62的高度。在弹簧616处于自然状态时，顶板617高度高于回弹仪62；随着第二操作平台61向上移动，顶板617首先与隧洞被检测位置表面接触，然后压缩位于顶板617下方的弹簧616，弹簧616被压缩过程中回弹仪62头部逐渐接近隧洞表面；当回弹仪62头部刚好顶紧隧洞表面时，停止第二操作平台61的向上移动，此时，弹簧616的形变量即为回弹仪62已经顶紧的阈值。

砌衬打印装置7:

砌衬打印装置7通过支撑调节部件4安装在磁悬浮工作平台3上方以相同的方式和支撑调节部件4连接，即通过球型支座与支撑调节部件4的旋转柱44铰接，通过该球型支座与旋转柱44能够调整砌衬打印装置7的角度。其结构如图8所示，包括：

第三操作平台71、供料组件72，打印组件73、打磨组件74；

第三操作平台71包括台板以及设置在其侧面的扶梯711。扶梯711的设置预留了人工通道，方便人员处理突发故障并进行人工修补。

供料组件72包括集料容器721、伸缩料管722、输料软管723。集料容器721固定在第三操作平台71的台板上；集料容器721的一端与输料软管723连接、另一端与伸缩料管722连接；通过集料容器721内集料与集料容器721之间的高度差产生压差，挤压集料给打印组件73。

打印组件73包括第一滑轨731、第一滑块732、打印喷头733。第一滑块732的侧面开有进料口，该进料口连接伸缩料管722，并在打印组件73进行打印作业过程中通过伸缩料管722输送集料；第一滑块732的顶部开有出料口且与进料口相通，该出料口连接打印喷头733；第一滑块732的底部设置有滑槽且能够沿着第一滑轨731自由移动。伸缩料管722可以随着第一滑块732的平移而伸缩和改变形状。

打印喷头733的结构如图9所示，打印喷头733包括出料喷头7331、第一伸缩臂7332、第一机械臂7333、第一转轴7334、第一扇形转轴7335、第一旋转底座7336。

出料喷头7331为圆锥状，尖端出料、尾端补料，尾端与第一伸缩臂7332连接。第一伸缩臂7332嵌套在第一机械臂7333内，能够自由伸缩。第一机械臂7333之间通过第一转轴7334连接，能够转动角度。第一机械臂7333的下部与第一扇形转轴7335连接，能够180°内自由转动。第一扇形转轴7335与第一旋转底座7336连接，可以实现水平面内360°旋转。旋转底座7336为圆形，设置在第一滑块732上方。

打磨组件74包括第二滑轨741、第二滑块742、打磨机械臂743。第二滑块742底部设置有滑槽且能够沿着第二滑轨741自由移动；第二滑块742上方连接打磨机械臂743。

打磨机械臂743的结构如图10所示，

打磨机械臂743包括涂铲7431、球铰连接件7432、第二伸缩臂7433、第二机械臂7434、第二转轴7435、第二扇形转轴7436、第二旋转底座7437。

涂铲7431通过球铰连接件7432与第二伸缩臂7433连接，第二伸缩臂7433嵌套在第二机械臂7434内，能够自由伸缩。第二机械臂7434之间通过第二转轴7435连接，能够转动角度。第二机械臂7434的下部与第二扇形转轴7436连接，能够180°内自由转动。第二扇形转轴7436与第二旋转底座7437连接，可以实现水平面内360°旋转。第二旋转底座7437为圆形，设置在第二滑块742上方。

本发明的一种用于隧洞的自动检修衬砌***的工作原理如下：

首先利用工控机2控制检修车1进入隧洞，通过车底的视觉避障探头8检测隧道底面的平整度，伸出探地雷达7进行底面探测，保证检修车1自动安全行驶。

当检修车1到达指定位置后，保持车身11和车轮12停止不动，撑靴13向外延伸并支撑到地面上，使车体稳定。

然后，通过工控机2控制第二磁悬浮板32悬浮在第一磁悬浮板31的上方，并微调到指定待维修位置。

接着，利用非接触检测装置5和接触检测装置6分别进行检测：控制非接触检测装置5通过摄像机来拍摄隧道表面裂缝以及通过红外扫描仪来检测隧道的浸水等现象；控制接触检测装置6通过声波探头63来检测裂缝的深度以及通过回弹仪62检测衬砌混凝土的强度。

其中的非接触检测装置5的检测原理如下：

控制滑块41移动到指定位置，调整伸缩柱43和旋转柱44使非接触检测装置5的第一操作平台51到指定位置。打开探照灯52，使光源透过干涉缝结构513，形成相干光，产生明暗相间的等距条纹，亮条纹处要比光源直接照到隧洞要更亮，提高补光效果。

干涉缝结构513的工作原理图如图11所示，具体如下：

在光源S的正前方放置干涉缝结构513，该干涉缝结构513可以为开有两条相距很近的缝S1和缝S2的屏，由于S1和S2很窄，所以从S1和S2出射的光是从S发出的具有相干性的两列光波，这两列光波在空间叠加产生干涉。

光源S1与光源S2之间的距离为d，双缝平面与屏E相距为D，λ为光的波长，从光源S1和S2发出的光到达P点的距离分别为r₁和r₂，那么当S1和S2发出的光到达P点时的光程差δ为：

δ＝r₂-r₁＝±kλ(k＝0,1,2,…)

........................................公式1

其中：

δ为两个相干点光源S1、S2分别到被测位置P点的光程差；r₁为光源S1到P点的光程；r₂为光源S2到P点的光程；λ为可见光的波长。

两束光在P点干涉相长，叠加的合振幅最大，因而光强最大，呈现出明条纹(上图右侧长条中的白色区域)，而当光源S1和S2发出的光到达P点时的光程差δ为：

其中：

δ为两个相干点光源S1、S2分别到被测位置P点的光程差；r₁为光源S1到P点的光程；r₂为光源S2到P点的光程；λ为可见光的波长。

两束光在P点干涉相消，叠加的合振幅最小，因而光强最小，呈现出暗条纹(上图右侧长条中的灰色区域)。

如图11所示，x表示接收屏E上点P到对称中心O的距离，且在D＞＞d、D＞＞x以及θ很小的情况下，有：

上述公式中：

r₁为光源S1到P点的光程；r₂为光源S2到P点的光程；d为光源S1到光源S2的距离；θ为被测位置P点偏离中心位置O点的偏转角；D为干涉缝结构和被测位置表面的距离；x为P点到O点的距离。

因此明条纹(光强最大值)的位置满足：

其中：

x_k为明条纹(光强最大值)的位置；D为干涉缝结构和被测位置表面的距离；d为光源S1到光源S2的距离；λ为可见光的波长。

暗条纹(光强为最小值)的位置应该满足：

其中：

x_k为暗条纹(光强最小值)的位置；D为干涉缝结构和被测位置表面的距离；d为光源S1到光源S2的距离；λ为可见光的波长。

因此相邻两明条纹中心之间的距离或相邻两条暗条纹中心之间的距离Δx均为：

其中：

Δx为相邻两明条纹中心之间的距离或相邻两条暗条纹中心之间的距离；D为干涉缝结构和被测位置表面的距离；d为光源S1到光源S2的距离；λ为可见光的波长。

上述干涉缝结构513的高度调整可通过可伸缩立板5133上下调节实现，干涉缝结构513的左右位置调整通过滚轴5132调节带缝平板5131的左右位置实现。通过调整干涉缝结构513的高度和左右位置，能够使得探照灯52通过干涉缝结构513的干涉产生明暗相间的亮条纹。通过翼板角度调节装置512调节第一操作平台51上的翼板511的角度，能够哦使得第一、第二和第三摄像机从不同角度拍到整个隧洞。之后只平移带缝平板5131，使得原来为暗条纹的区域变为亮条纹，再次进行拍照，拼接多次拍摄的照片即可获得整个隧洞的照片，基于拍摄到的照片能够进行三维重构来识别隧洞衬砌表面的裂缝。采用的三维重构方法可以利用如多平面重建、曲面重建等传统方法或机器学习等方法。

红外扫描仪56负责对隧洞衬砌进行红外扫描工作，对于摄像机无法拍摄出来的渍水、漏水等灾害，可以通过红外温度检测到。

接触检测装置6的接触式混凝土检测原理如下：

控制接触检测装置6的位置，使得顶板617先和隧洞顶部接触，然后继续顶推第二操作平台61，由于顶板617通过弹簧616与固定底座615连接，首先顶板617和隧洞顶部接触，然后在顶板617作用下，压缩弹簧616，直至第二操作平台的固定底座615上的回弹仪62和隧洞顶部衬砌接触(顶板617不仅能够起到限位的作用，并且保证了两侧弹簧616都是同一伸长长度和同一方向伸长。)，此时回弹仪62的弹簧也处于压缩状态，可以通过弹簧616的形变量来判断回弹仪62是否顶紧。

启动电机611，通过输气管612向气囊613中通气，增加气囊613内部压强；由于两侧导轨614对气囊613起到限位的作用，故随着气囊613膨胀，气囊613会向上顶推声波探头63贴紧隧洞衬砌表面进行探测工作。气囊613压力等于声波探头63与隧洞顶部的接触压力，当气囊613内部压强达到设定阈值，则认为声波探头63已经接触良好，停止电机611。

通过接触检测装置6集成声波探头63和回弹仪62，声波探头63测量隧道缺陷，回弹仪62测量衬砌强度，回弹仪62对衬砌的扰动有利于加强声波的采集信号。

衬砌打印装置7：

通过输料软管723往集料容器721中泵送集料，并通过集料容器721与伸缩料管722之间的压差将集料输送到第一滑块732内的管道中，进一步输送到打印喷头733。伸缩料管722可以随着第一滑块732的平移而伸缩和改变形状。

通过调节第一扇形转轴7335、第一转轴7334和第一伸缩臂7332，使得打印喷头733到达指定的隧道裂缝处，进行打印工作，打印集料为快凝混凝土。打印完成后，通过砌衬打印装置7对打印的砌衬处进行抹匀和支撑。

砌衬打印装置7通过同样通过第二扇形转轴、第二转轴和第二伸缩臂调整打磨机械臂743到达指定的支撑位置，并通过打磨组件74中的球铰连接件微调涂铲7431的角度，使得涂铲7431使得衬砌表面充分接触，提高打印修补效果。

上述实施例中，也可以不使用步骤S103的磁悬浮工作平台。

由上述本发明的具体实施方式可以看出：

本发明通过工控机2首先规划检修车的走行路线和位置定位，然后控制检修车按规定的路线前进。同时工控机2从四个视觉避障探头接收图像信息，判断地面是否平整，从而决定是否伸出探地雷达进行检测。然后工控机2控制支撑调节部件4使得非接触检测装置5、接触检测装置6到达指定位置，进行检测检修工作。检修完成后，重复之前的动作继续前进。

本发明通过控制非接触检测方式摄像，并通过图片像素点的位置信号在三维空间重构隧洞断面，以及通过非接触检测方式的三维扫描方法确定隧道渗水位置；然后用接触式检测方法中的回弹仪、声波探测等进行现场混凝土检测试验，获得隧道裂缝的检测结果；最后通过重构的隧洞断面和隧道隧道渗水位置、裂缝检测结果进行分析。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于隧洞的自动检修衬砌***，其特征在于，所述的用于隧洞的自动检修衬砌***包括：

检修车（1）、工控机（2）、支撑调节部件（4）、非接触检测装置（5）、接触检测装置（6）和砌衬打印装置（7）；

所述工控机（2）为整个自动检修衬砌***提供驱动动力以及控制信号；

所述检修车（1）的车身底部固定视觉避障探头（16）；

所述非接触检测装置（5）和所述砌衬打印装置（7）通过铰接方式连接支撑调节部件（4）；所述支撑调节部件（4）安装在所述检修车（1）上；

所述非接触检测装置（5）包括：第一操作平台（51）、安装第一操作平台（51）上的探照灯（52）和多个摄像机；所述探照灯（52）的照射光对着隧道顶部及两侧；

所述接触检测装置（6）通过铰接方式连接支撑调节部件（4）；所述支撑调节部件（4）安装在检修车（1）上；所述接触检测装置（6）包括：第二操作平台（61）和回弹仪（62）；所述第二操作平台（61）包括：气囊（613）、导轨（614）、固定底座（615）、弹簧（616）和顶板（617）；所述固定底座（615）与第二操作平台（61）的台板固接，顶板（617）通过弹簧（616）与固定底座（615）连接，回弹仪（62）置于固定底座（615）中，且顶板（617）在第二操作平台（61）上的高度略大于所述回弹仪（62）的高度；弹簧（616）处于自然状态时，顶板（617）高度高于所述回弹仪（62）；所述导轨（614）为两个，平行固定在第二操作平台（61）的台板上；气囊（613）夹在两个导轨（614）中间，随着气囊（613）的膨胀或收缩能够沿导轨（614）上下运动；在第二操作平台（61）安装能够测量隧道缺陷的声波探头（63）；所述声波探头（63）连接在气囊（613）上，随着气囊（613）的膨胀或收缩实现上下运动；

所述砌衬打印装置（7）包括第三操作平台（71）、供料组件（72），打印组件（73）、打磨组件（74）；所述打印组件（73）和打磨组件（74）固定在所述第三操作平台（71），供料组件（72）为打印组件（73）供给打印集料；

所述工控机（2）控制多个摄像机对隧道进行拍照，并根据拍照结果确定隧道缺陷所在位置，根据回弹仪（62）的探测结果确定隧道缺陷所在位置的混凝土强度；控制所述砌衬打印装置（7）在所述缺陷位置进行砌衬打印。

2.根据权利要求1所述的用于隧洞的自动检修衬砌***，其特征在于，所述非接触检测装置（5）还包括：

干涉缝结构（513）；

所述干涉缝结构（513）固定在所述第一操作平台（51）的台板上，所述探照灯（52）置于所述干涉缝结构（513）的正下方，且其照射光对着所述干涉缝结构（513），且经所述干涉缝结构（513）透过的光能够照射到隧道顶部及两侧。

3.根据权利要求2所述的用于隧洞的自动检修衬砌***，其特征在于，所述干涉缝结构（513）包括：

带缝平板（5131）、滚轴（5132）、可伸缩立板（5133）；

通过所述可伸缩立板（5133）调节带缝平板（5131）的上下高度，通过所述滚轴（5132）调节带缝平板（5131）的左右位置。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的用于隧洞的自动检修衬砌***，其特征在于，所述非接触检测装置（5）还包括：

红外扫描仪（56）；

所述红外扫描仪（56）固定在第一操作平台（51）的台板上，且其射出的红外光线对着隧道顶部以及两侧。

5.根据权利要求1所述的用于隧洞的自动检修衬砌***，其特征在于，所述的用于隧洞的自动检修衬砌***还包括：

安装在检修车（1）上的磁悬浮工作平台（3）；

所述磁悬浮工作平台（3）包括：第一磁悬浮板（31）、第二磁悬浮板（32）和工作平台（33）；所述第一磁悬浮板（31）固定在检修车（1）的车身上；所述第二磁悬浮板（32）的底面和第一磁悬浮板（31）相对，上面和工作平台（33）连接；

所述支撑调节部件（4）的下端固定在所述工作平台（33）上。

6.根据权利要求1所述的用于隧洞的自动检修衬砌***，其特征在于，所述打印组件（73）包括：

第一滑轨（731）、第一滑块（732）、打印喷头（733）；

所述第一滑块（732）的侧面开有进料口；第一滑块（732）的顶部开有出料口且与进料口相通，所述出料口连接打印喷头（733）；第一滑块（732）的底部设置有滑槽且能够沿着第一滑轨（731）自由移动；伸缩料管（722）能够随着第一滑块（732）的平移而伸缩和改变形状。

7.根据权利要求1所述的用于隧洞的自动检修衬砌***，其特征在于，所述打磨组件（74）包括：

第二滑轨（741）、第二滑块（742）、打磨机械臂（743）；

第二滑块（742）底部设置有滑槽且能够沿着第二滑轨（741）自由移动；第二滑块（742）上方连接打磨机械臂（743）；所述打磨机械臂（743）通过涂铲（7431）对所述衬砌进行打磨。

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