一種鉆孔開(kāi)孔方位角、傾角定位裝置及其定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬隧道、礦山以及其他地下工程各類鉆孔施工領(lǐng)域，具體涉及一種地下工程各類鉆孔開(kāi)孔方位角、傾角定位裝置及其定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)目前隧道、地鐵、水電站、礦山等地下工程建設(shè)事業(yè)蓬勃發(fā)展，在地下工程施工中往往會(huì)遇到異常的不良地質(zhì)環(huán)境而發(fā)生突水突泥、圍巖變形甚至垮塌等重大地質(zhì)災(zāi)害。對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的治理都離不開(kāi)打鉆，因此打鉆施工質(zhì)量是否合格直接關(guān)系到工程的成敗。而影響鉆孔施工質(zhì)量的關(guān)鍵之一是鉆孔開(kāi)孔軌跡的定位的準(zhǔn)確性，即對(duì)鉆孔方位角、傾角精確定位。鉆孔開(kāi)孔前需要方便、快捷、準(zhǔn)確地對(duì)鉆孔的方位角、傾角進(jìn)行定位，避免出現(xiàn)較大誤差，保證打鉆施工質(zhì)量。
[0003]目前，現(xiàn)場(chǎng)一般采用吊線，使用坡度規(guī)、經(jīng)瑋儀等儀器對(duì)鉆桿方位角、傾角進(jìn)行測(cè)量，每次測(cè)量完成后，調(diào)整鉆桿角度需要對(duì)鉆機(jī)整體調(diào)整，調(diào)整鉆機(jī)后再對(duì)鉆桿角度進(jìn)行測(cè)量，這樣“一靜一動(dòng)一靜”循環(huán)往復(fù)的測(cè)量方式效率低，盲目性，誤差大。另外注漿鉆孔注漿后復(fù)孔時(shí)需要重新調(diào)整鉆機(jī)，重新依據(jù)鉆孔定位參數(shù)對(duì)鉆桿定位，以保證鉆桿能沿鉆孔定位軌跡重合，從而保證鉆孔施工質(zhì)量。由于受測(cè)量操作人員變化，不同人員技能水平和經(jīng)驗(yàn)不同的影響，不同次數(shù)選取坡度規(guī)基準(zhǔn)點(diǎn)位置容易出現(xiàn)變化，造成測(cè)量數(shù)據(jù)誤差大，而且操作中至少需要兩人完成。因此使用一種單人可操作、快速準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)一體化的定位鉆孔開(kāi)孔方位角、傾角的定位儀器是很必要的。
[0004]湖南湘西永順縣龍永高速公路大壩隧道出現(xiàn)巖溶涌水，嚴(yán)重影響著隧道安全。為此要進(jìn)行帷幕注漿堵水，施工中使用了履帶式全液壓鉆機(jī)。由于施工鉆孔布設(shè)在隧道內(nèi)，鉆孔數(shù)量多，鉆孔方位角，傾角變化大，給注漿堵水鉆孔開(kāi)孔帶來(lái)了極大難度。應(yīng)用傳統(tǒng)的吊線使用坡度規(guī)方法，不僅耗時(shí)耗工，而且誤差大，嚴(yán)重影響著鉆孔施工精度和施工進(jìn)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鉆孔開(kāi)孔方位角、傾角定位裝置及其定位方法，該測(cè)定裝置單人可操作，可快速準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)一體化的測(cè)量鉆桿的方位角、傾角。其關(guān)鍵技術(shù)步驟是首先是測(cè)量和調(diào)整鉆機(jī)上鉆桿的傾角和方位角，使之與設(shè)計(jì)的鉆孔軌跡的傾角和方位角相同，從而保證鉆桿和設(shè)計(jì)的鉆孔的軸線重合；鉆桿定好后，開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)，帶動(dòng)鉆桿頂端的鉆頭鉆進(jìn)成孔，鉆孔到設(shè)計(jì)深度后，下入孔口管；孔口管即起到鉆孔定位的作用；孔口管軸線的方位角和傾角參數(shù)即為設(shè)計(jì)的鉆孔定位參數(shù)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0007]—種鉆孔開(kāi)孔方位角、傾角定位裝置，包括基座單元，用于與鉆桿相連接并固定整個(gè)定位裝置；固定于基座單元上的調(diào)節(jié)單元，調(diào)節(jié)單元用于調(diào)節(jié)傾角測(cè)量單元和方位角測(cè)量單元的基準(zhǔn)位置；固定于調(diào)節(jié)單元上的傾角測(cè)量單元和方位角測(cè)量單元，傾角測(cè)量單元用于測(cè)量鉆孔開(kāi)孔的傾角，方位角測(cè)量單元用于測(cè)量鉆孔開(kāi)孔的方位角。
[0008]所述基座單元包括上半圓管和下半圓管，所述上半圓管和下半圓管連接成圓管；所述上半圓管的拱頂處固定支撐筒，支撐筒的軸線與上半圓管的軸線垂直，支撐筒用于支撐調(diào)節(jié)單元；所述上半圓管的兩側(cè)肩上固定有若干組調(diào)向連接件，同一組調(diào)向連接件位于同一水平直線上，所述下半圓管的拱頂處垂直固定有若干個(gè)緊固連接件，緊固連接件與相對(duì)應(yīng)的同一組調(diào)向連接件位于同一平面內(nèi)。
[0009]所述上半圓管和下半圓管的一側(cè)鉸接，上半圓管和下半圓管的另一側(cè)扣合并通過(guò)鎖緊裝置鎖緊，鎖緊裝置將上半圓管和下半圓管緊密扣合在一起。
[0010]所述調(diào)向連接件穿過(guò)上半圓管管壁，且調(diào)向連接件在上半圓管內(nèi)的長(zhǎng)度小于上半圓管的半徑。
[0011]所述支撐筒上連接兩個(gè)固定連接件，其中一個(gè)固定連接件軸線與上半圓管軸線平行，另一個(gè)固定連接件軸線與上半圓管軸線垂直，且兩個(gè)固定連接件位于兩不同平面內(nèi)；通過(guò)兩個(gè)不在同一平面的固定連接件將支撐筒與調(diào)節(jié)單元緊固的連接在一起。
[0012]所述調(diào)節(jié)單元包括主支撐，主支撐用于與基座單元連接；所述主支撐上部與U形架的底邊相垂直固定連接，且U形架的兩側(cè)邊與主支撐相平行；所述U形架的兩側(cè)邊的上部設(shè)有套環(huán)，所述套環(huán)內(nèi)穿有橫軸，且橫軸可在套環(huán)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述橫軸下部通過(guò)與橫軸相垂直的重錘桿連接有重錘；所述橫軸上設(shè)有與橫軸軸線平行的條形氣泡水準(zhǔn)儀。
[0013]所述U形架側(cè)邊的軸線與套環(huán)的軸線相垂直。
[0014]優(yōu)選的，所述主支撐連接于U形架底邊的中心處；可以平衡主支撐兩側(cè)承受重錘的重量，使主支撐不致因?yàn)槭芰Σ痪鴮?dǎo)致一側(cè)受損。
[0015]優(yōu)選的，所述U形架的兩側(cè)邊與套環(huán)之間設(shè)有腳螺旋和短接管，所述腳螺旋將U形架的側(cè)邊與短接管連接，所述短接管與套環(huán)固定連接；可以通過(guò)調(diào)整腳螺旋調(diào)整條形氣泡水準(zhǔn)儀水平。
[0016]所述傾角測(cè)量單元包括傾角主測(cè)機(jī)構(gòu)和傾角輔測(cè)機(jī)構(gòu)，所述傾角主測(cè)機(jī)構(gòu)固定于橫軸上，所述傾角輔測(cè)機(jī)構(gòu)固定于上半圓管的拱頂處。
[0017]所述傾角主測(cè)機(jī)構(gòu)包括傾角刻度盤(pán)，傾角刻度盤(pán)的刻度盤(pán)面為半圓盤(pán)面，半圓盤(pán)面的中心固定在橫軸的中點(diǎn)處，且傾角刻度盤(pán)的刻度盤(pán)面與橫軸的軸線垂直；所述半圓盤(pán)面帶刻度的一面配合有定心環(huán)，所述定心環(huán)上連接傾角激光器，且傾角激光器的中軸線指向定心環(huán)的圓心，所述定心環(huán)套于橫軸上，帶動(dòng)傾角激光器繞橫軸作圓周運(yùn)動(dòng)。
[0018]所述傾角刻度盤(pán)的刻度盤(pán)面以圓弧邊中點(diǎn)位置為零度，順時(shí)針?lè)较蚩潭葹樨?fù)，逆時(shí)針?lè)较蚩潭葹檎覝y(cè)量角度均為90度；傾角刻度盤(pán)的刻度盤(pán)面以橫軸所在的水平面上下平分。
[0019]所述傾角刻度盤(pán)上設(shè)有環(huán)狀溝槽，環(huán)狀溝槽的圓心與傾角刻度盤(pán)的刻度盤(pán)面的圓心重合，環(huán)狀溝槽弧度為π ;所述傾角激光器的端部與定位件固定連接，所述定位件穿過(guò)傾角刻度盤(pán)的環(huán)狀溝槽；通過(guò)定位件穿過(guò)傾角刻度盤(pán)上的環(huán)狀溝槽，可以準(zhǔn)確調(diào)整傾角激光器在傾角刻度盤(pán)上的位置。
[0020]所述傾角輔測(cè)機(jī)構(gòu)包括定向桿，所述定向桿的頂端固定有傾角目苗準(zhǔn)環(huán)，所述定向桿的下部設(shè)有基座定向孔，定向桿的底端固定在上半圓管的拱頂處，且定向桿的軸線垂直于上半圓管的軸線；所述傾角目苗準(zhǔn)環(huán)的軸線與定向桿的軸線垂直；基座定向孔的軸線與傾角激光器下傾30度時(shí)發(fā)出的激光線重合。
[0021]所述定向桿的下端面圓心與支撐筒下端面圓心位于同一直線上；所述傾角瞄準(zhǔn)環(huán)的軸線指向定心環(huán)的圓心；確保定向桿的軸線與支撐筒的軸線位于同一平面內(nèi)，確保傾角激光器的初始位置，即傾角激光器位于零度位置時(shí)穿過(guò)傾角瞄準(zhǔn)環(huán)。
[0022]所述方位角測(cè)量單元包括方位角主測(cè)機(jī)構(gòu)和方位角輔測(cè)機(jī)構(gòu)，所述方位角輔測(cè)機(jī)構(gòu)包括托桿，所述托桿上部固定有與托桿垂直的方位角刻度盤(pán)，所述托桿底端固定于橫軸上，托桿的軸線與橫軸的軸線垂直；所述方位角刻度盤(pán)為圓盤(pán)面，所述方位角刻度盤(pán)上固定方位角主測(cè)機(jī)構(gòu)；所述方位角主測(cè)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)，旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)與方位角刻度盤(pán)同軸設(shè)置；所述旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)的外圓弧邊上固定有右測(cè)距激光器、左測(cè)距激光器和方位角激光器，所述右測(cè)距激光器、左測(cè)距激光器和方位角激光器均與固定在旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)上的控制器連接。
[0023]所述方位角刻度盤(pán)的刻度盤(pán)面以垂直橫軸軸線的直徑所在的圓弧邊位置為零度、以平行橫軸軸線的直徑所在的圓弧邊位置為90度作刻度。
[0024]所述右測(cè)距激光器、左測(cè)距激光器和方位角激光器的軸線在同一平面內(nèi)，且右測(cè)距激光器、左測(cè)距激光器和方位角激光器的軸線均指向旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)圓心，方位角激光器的軸線是右測(cè)距激光器的軸線與左測(cè)距激光器的軸線所成夾角的角平分線；方位角激光器位于角平分線上，根據(jù)“面面相交成直線”、“等腰三角形角平分線垂直于底邊”定理，當(dāng)兩測(cè)距激光器所測(cè)距離接近相等時(shí)，方位角激光器激光接近垂直于巖壁。另外測(cè)距激光器為紅外線激光器。
[0025]所述右測(cè)距激光器的軸線與方位角激光器額軸線夾角為45度，左測(cè)距激光器的軸線與方位角激光器的軸線夾角為45度。當(dāng)夾角過(guò)小時(shí)，由于巖壁不平滑造成兩測(cè)距激光器距離差所占實(shí)際距離差比例過(guò)大，反面來(lái)說(shuō)，即使方位角激光器與巖壁垂直，會(huì)因巖壁不平滑造成兩測(cè)距激光器距離差而不進(jìn)行指示垂直；當(dāng)夾角過(guò)大時(shí)，測(cè)距激光器會(huì)因巖壁面較窄而照射不到巖壁