[实用新型]盾构前向探测雷达安装结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种探地雷达天线安装于地铁盾构机刀盘工作面上的安装结构。

背景技术

盾构施工前方情况复杂多变，常常存在不良地质因素和未知埋藏物，如市政管道、人工构建物、水泡、气泡、碎石、沉船等。这些因素会造成工作面塌方、涌水，轻则影响隧道的掘进速度，延误工期，增加施工成本；重则造成设备损坏和人员伤亡，后果不堪设想。所以，需要对盾构工作面前方的地质状况进行超前探测和辨识，为施工提供较准确的资料，指导盾构挖掘，规避风险。

工程中获得盾构施工前方地质情况的主要方法是地质钻孔法，近年来，随着技术的发展和应用，还出现了如隧道地震波超前预报(Tunnel Seismic Prediction)、水平声波剖面法(HSP)、地电阻影像探测等方法。

探地雷达是一种可进行无损检测的高科技产品，将其安装到盾构机刀盘上实现对前方地质的探测是对创新的运用。但是，盾构机在地下工作环境恶劣，而雷达是一种精密度非常高的电子元器件，防水等级低，只能承受较低的压力，为了保护雷达正常工作及不受外界条件损害，需要对盾构刀盘进行改造，并设计制作雷达安装和保护结构。

经对现有技术检索，现有技术中没有现成的设计结构供参考。

发明内容

本实用新型的目的在于为实现开创性地将探地雷达应用于盾构掘进过程中的前向探测，将雷达天线安装在盾构刀盘上，保证雷达在地下恶劣环境下正常工作，从而利用电磁波在不同介质内传播的特性，探测前方地质情况，并通过信息传输通道将雷达信号传输到后方的计算机进行分析处理。

本实用新型是通过以下技术方案实现的，一种盾构前向探测雷达安装结构，其特征在于，在盾构前方刀盘上开挖一矩形孔洞，将一中央开设窗口结构的安装基板接在刀盘矩形孔洞外周，保护板压板压在保护板上，通过螺钉将压板和保护板一并固定在基板上，通过螺栓将内置雷达天线的保护盒安装到基板上。

为保证整个安装结构的密封性，在保护盒与安装基板之间以及保护板与安装基板之间分别设有密封圈。

进一步限定，共使用16个螺栓在保护盒四周均布，保护盒四边每边布置四个，由此实现通过螺栓将内置雷达天线的保护盒安装到基板上。

雷达天线必须安装在盾构最前方才能实现前向探测，本实用新型在不影响刀盘强度、性能的前提下，保证了雷达正常工作及安全可靠不受外界条件损害，保持刀盘完整。在保护盒与安装基板之间以及保护板与安装基板之间还分别设有密封圈，保证整个雷达天线安装结构的密封性。雷达天线随刀盘旋转，对盾构工作面前方进行圆周探测。

附图说明

图1为市售雷达天线外形三视示意图

图2为盾构刀盘上开槽位置示意图

图3为雷达保护盒结构示意图(a工作面主视图，b俯视方向局部剖开)

标记说明：1-雷达天线，2-保护盒，3-盾构机刀盘，4-矩形孔洞，5-保护板，51-保护板压板，52-安装基板，53-密封圈，54-螺钉，55-螺栓

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型技术方案作进一步介绍。

本实施例选用意大利IDS公司的RIS-K2型雷达配备200MHz天线，外观结构如图1所示，该雷达天线尺寸，其长度a为420mm，宽度b为360mm，高度c为170mm。雷达体积小、重量轻，配备多通道雷达数据采集单元，主要由：DAD控制单元、雷达天线、笔记本电脑、网络电缆、电源电缆、蓄电池等部分组成。具体性能指标如下。

电性指标：12V直流电源；电压范围为13.5～13.8V。

环境指标：工作温度-10～+40℃；相对湿度＜90％；防水、防尘、防暴标准达到了IP65。

雷达天线1必须安装在盾构最前方才能实现前向探测，通过对各种类型盾构机的调研，选择将天线1安装在盾构刀盘3上。在施工过程中，盾构刀盘不仅要受到来自掌子面的土压和水压，还要承受来自土仓的压力，盾构刀盘材料一般采用高强度低碳合金钢。雷达保护板5处于盾构最前方，与刀盘3一起接触前方地层。以FCB土压平衡盾构为例，在盾构施工状态下，盾构刀盘掌子面所承受的平均压力约为0.5Mpa，遇到特殊地质时，所承受的压力可能瞬间升高。因此保护板材料既要有很好的强度、硬度、耐磨性、抗冲击性，又要具有很好的电磁穿透性。经过理论分析及多种材料的综合比较，选择具有良好机械性能、耐磨性能和电性能的聚四氟乙烯材料作为保护板材料。

雷达是一种精密度非常高的电子元器件，防水等级低，只能承受较低的压力，为了保护雷达正常工作及不受外界条件损害，需要对盾构刀盘进行机械改造。如图2所示，在不影响刀盘强度、性能的前提下，在刀盘上挖出雷达天线1大小的空间用于安装放置保护盒2，将天线1固定其中，表面覆以强度高、耐磨性好、电磁波穿透性能强的保护板5进行保护，并保持刀盘3完整。雷达天线1在盾构刀盘3上的安装位置如图2所示，开挖的矩形孔洞中心距离刀盘中心2.21米，矩形孔洞沿刀盘半径方向为0.59米，沿圆周方向为0.61米。整个雷达保护盒2采用螺栓55联接固定在盾构刀盘3上，共使用16个螺栓55，均布，保护盒四边每边布置四个。雷达保护板5安装在刀盘3工作面上，与刀盘平面基本持平，采用螺钉54固定。具体安装如下：将中央开设窗口结构的安装基板52首先焊接在盾构机刀盘3矩形孔洞4外周，从而提供安装基础。然后将保护板压板51压在保护板5上，通过螺钉54将压板51和保护板3一并固定在基板52上。最后通过螺栓55将保护盒5安装到基板52上。安装结构如图3a、b所示。为了保证整个安装结构的密封性，在保护盒5与安装基板52之间以及保护板5与安装基板52之间分别设有密封圈53，如图3a所示。