[实用新型]安装于隧道掘进机刀盘中心的单孔地质雷达自动钻探装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种单孔地质雷达自动钻探装置，尤其涉及一种安装于隧道掘进机刀盘中心的单孔地质雷达自动钻探装置。 

背景技术

进入21世纪后，一大批水利水电工程、铁路公路交通工程、市政地铁工程等重大基础工程陆续提上建设日程，极大的促进了隧道(洞)工程的建设，目前我国已经成为世界上隧道(洞)修建规模最大、建设难度最大的国家，而隧道掘进机施工方法是我国隧道(洞)工程建设的必然趋势和发展方向，因此开展对掘进机施工复杂环境中掌子面前方不良地质定量超前预报的技术研究与设备研制，是掘进机施工隧道建设安全的迫切需求。 

由于掘进机本身是一个庞然大物，电磁环境极为复杂，观测空间极为狭小，探测时间极为有限，传统的地震波法、电磁法、电法等地球物理探测技术与仪器根本无法适用，导致在隧道掘进机施工中至今还没有十分有效的超前地质预报地球物理探测技术和仪器，无法准确测量不良地质的地球物理响应并实施准确定量预报。为了规避强电磁干扰，国外有研究者将跨孔地质雷达装配到掘进机上，以实现对不良地质情况的精细探查。钻孔地质雷达的分辨率高(0.15m左右)，探测半径大于8m，适用于隧道掘进机施工掌子面前方地质情况的精细化探查。但是现有的隧道掘进机超前钻探方法存在以下两个问题：(1)跨孔地质雷达需要两个或两个以上的钻孔才能实施，由于多个钻孔不能在掘进作业的同时进行钻进，而掘进机例行换步工序时间也无法完成多个钻孔施做，因此这对于隧道掘进机施工而言是难以接受的；(2)由于隧道掘进机结构限制，超前钻机只能沿隧道掘进机前进方向斜向打孔，由于存在张开角(大于7°)，因此具有很大盲区，无法准确探明地质情况，易遗漏重大灾害源。 

单孔雷达只需在掌子面中心打一个钻孔，不存在上述问题，因此非常适用于搭载到隧道掘进机上，目前国内外已经有多家科研单位和高校院所展开了对单孔雷达探测理论的研究，已经初步完成了对单孔雷达设备的研制，使单孔雷达在隧道掘进机中搭载使用成为了可能。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种安装于隧道掘进机刀盘中心的单孔地质雷达自动钻探装置，它具有可以实现掘进和钻探同步进行、提高探测设备的自动化程度与钻探速度等优点。 

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案： 

一种安装于隧道掘进机刀盘中心的单孔地质雷达自动钻探装置，包括一个设备进出孔、 快速钻机、钻孔地质雷达探测装置和搭载装置，所述设备进出孔位于隧道掘进机刀盘中心，孔内安装用于掘进和钻探同步进行的快速钻机和钻孔地质雷达探测装置，所述搭载装置包括搭载装置支架和调节快速钻机的钻头或者液压伸缩杆与隧道掘进机刀盘转动轴线夹角的主动角度调节装置，所述快速钻机和钻孔地质雷达探测装置均与装置支架相对运动，所述搭载装置支架经设备进出管道用球形节与隧道掘进机刀盘相连。 

所述多级液压伸缩杆的首尾两端各安装一个力/力矩传感器，多级液压伸缩杆连接液压传动系统，钻孔地质雷达天线通过多级液压伸缩杆进行自动递送。 

所述钻孔地质雷达天线头部安装有摄像头及照明装置。 

所述钻孔地质雷达天线头部安装有压力传感器、位移传感器或者湿敏传感器。 

所述钻孔地质雷达天线头部外部设有保护罩。 

所述搭载装置，包括搭载装置支架、设备底座和主动角度调节装置，所述搭载支架上设有底座移动导轨，所述设备底座通过导轮沿所述底座移动导轨水平移动，所述主动角度调节装置与搭载装置支架相连，所述搭载装置支架与设备进出管道相连。 

所述主动角度调节装置，包括调节快速钻机的钻头或者钻孔雷达天线液压伸缩杆与隧道掘进机刀盘转动轴线夹角的竖直、水平角度调节导轨、电机及齿轮传动系统，电机及齿轮传动系统带动竖直、水平角度调节导轨移动。 

优选地，快速钻机采用偏心跟管钻头。 

本实用新型的有益效果： 

1本实用新型在隧道掘进机上搭载单孔雷达，只需要在隧道掌子面中心打一个钻孔，并在隧道掘进机刀盘中心开一个设备进出孔并加装快速钻机及钻孔地质雷达天线伸缩装置，就可以实现掘进和钻探同步进行； 

2本实用新型中快速钻机及钻孔地质雷达搭载装置使用球形节与隧道掘进机刀盘相连，并且设计有主动角度调节装置，可以调节偏心跟管钻头或者钻孔雷达天线液压伸缩杆与隧道掘进机刀盘转动轴线的夹角，确保当快速钻机钻头或者钻孔地质雷达天线液压伸缩杆与隧道掘进机刀盘转动轴线不重合时，掘进和钻探可以同步进行而不会损坏相关设备；