一種隧道超欠挖控制方法及鉆孔檢測(cè)桿的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及隧道開(kāi)挖領(lǐng)域，特別涉及一種隧道超欠挖控制方法及在此控制方法中 使用的鉆孔檢測(cè)桿。
【背景技術(shù)】
[0002] 開(kāi)挖是隧道施工中的關(guān)建工序。超挖過(guò)多，不僅因出渣量和襯砌量增多而提高工 程造價(jià)，而且由于局部超挖會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，影響圍巖穩(wěn)定性。欠挖則直接影響襯砌厚度， 處理起來(lái)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。超欠挖在鉆爆法施工中雖然不可避免，但可以通過(guò)一定措施，將超欠挖 值控制在較小水平，降低對(duì)施工成本、施工進(jìn)度和隧道安全的影響。
[0003] 超欠挖的影響因素分為鉆孔精度、爆破技術(shù)、施工組織管理、測(cè)量畫(huà)線、地質(zhì)條件 變化和其它因素，經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)際開(kāi)挖循環(huán)爆破效果統(tǒng)計(jì)，鉆孔精度對(duì)超欠挖影響最大。鉆孔精 度對(duì)超欠挖的影響主要是周邊炮孔的外插角、開(kāi)口誤差（徑向）和爆破孔深。
[0004] 目前對(duì)超欠挖的檢測(cè)多集中在效果檢測(cè)上，且效果檢測(cè)數(shù)據(jù)為人工處理，不能直 接進(jìn)入信息化平臺(tái)自動(dòng)處理，不利于效果監(jiān)督和評(píng)判，缺少對(duì)過(guò)程中的檢測(cè)控制，不能形成 有效的過(guò)程+效果的綜合評(píng)判以及動(dòng)態(tài)調(diào)整爆破設(shè)計(jì)的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種隧道超欠挖控制方法及鉆孔檢測(cè)桿，針對(duì) 鉆孔精度進(jìn)行輔助控制、測(cè)試成孔精度，對(duì)隧道超欠挖進(jìn)行過(guò)程控制、結(jié)果評(píng)價(jià)和輔助爆破 方案調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)控制超欠挖的目的。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種隧道超欠挖控制方法，包括過(guò)程檢測(cè)控制及效果檢測(cè)：
[0008] 過(guò)程檢測(cè)控制
[0009] 步驟1 :采用鉆機(jī)適配裝置，將顯示檢測(cè)桿安裝于鉆機(jī)上，確保顯示檢測(cè)桿與鉆機(jī) 軸線平行，從而顯示鉆機(jī)的姿態(tài)信息；步驟2 :鉆孔完成后，逐一在需檢測(cè)鉆孔中安裝鉆孔 檢測(cè)桿，鉆孔檢測(cè)桿末端安裝反光膜片；步驟3 :鉆孔檢測(cè)桿安裝完畢后，用手持終端（包 括手機(jī)、平板電腦等智能終端）無(wú)線讀取每個(gè)鉆孔角度信息，同時(shí)用全站儀測(cè)試鉆孔檢測(cè) 桿末端膜片坐標(biāo)并同步無(wú)線傳輸至手持終端，兩組數(shù)據(jù)組合形成鉆孔角度和位置檢測(cè)值； 步驟4 :將鉆孔角度和位置檢測(cè)值無(wú)線上傳至隧道超欠挖檢測(cè)信息化系統(tǒng)，信息化系統(tǒng)結(jié) 合隧道爆破設(shè)計(jì)信息化系統(tǒng)研究成果及檢測(cè)的實(shí)際鉆孔角度和位置，動(dòng)態(tài)調(diào)整爆破設(shè)計(jì)參 數(shù)；
[0010] 效果檢測(cè)
[0011] 步驟5:爆破后，采用全站儀進(jìn)行爆破斷面掃描，掃描數(shù)據(jù)無(wú)線同步至手持終端， 完成斷面掃描后數(shù)據(jù)上傳至隧道超欠挖控制檢測(cè)信息化系統(tǒng)，與設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行比對(duì)，形成 超欠挖效果數(shù)據(jù)，指導(dǎo)修正下一次爆破設(shè)計(jì)參數(shù)，以及形成超欠挖控制效果評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0012] 步驟6 :重復(fù)步驟1至步驟5,直至控制隧道超欠挖在可控范圍之內(nèi)。
[0013] -種在隧道超欠挖控制中使用的鉆孔檢測(cè)桿，包括：
[0014] 傳感器模塊：由三軸磁阻傳感器和三軸加速度傳感器組成，用于獲取鉆孔角度原 始信息；
[0015] A/D轉(zhuǎn)換模塊：將傳感器模塊檢測(cè)的鉆孔角度原始信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；
[0016] 濾波模塊：接收A/D轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)有效濾波算法得到去噪后的鉆孔 角度原始信息；
[0017] 控制模塊：包括磁場(chǎng)強(qiáng)度運(yùn)算和偏轉(zhuǎn)角運(yùn)算，通過(guò)對(duì)濾波模塊的鉆孔角度原始信 息進(jìn)行運(yùn)算，得到鉆孔檢測(cè)桿所檢測(cè)的鉆孔角度；
[0018] 無(wú)線模塊：將鉆孔角度發(fā)送至手持終端。
[0019] 進(jìn)一步的，在控制模塊中，還設(shè)置有硬鐵軟鐵補(bǔ)償單元，用于修正偏轉(zhuǎn)角。
[0020] 進(jìn)一步的，還設(shè)置有顯示模塊，用于實(shí)時(shí)顯示鉆孔角度。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明針對(duì)鉆孔精度進(jìn)行輔助控制、測(cè)試成孔精度，對(duì)隧道超欠 挖進(jìn)行過(guò)程控制、結(jié)果評(píng)價(jià)和輔助爆破方案調(diào)整，將隧道超欠挖控制在一定的范圍之內(nèi)。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1是本發(fā)明隧道超欠挖控制方法工作流程示意圖。
[0023] 圖2是本發(fā)明中鉆孔檢測(cè)桿外部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖3是本發(fā)明中鉆孔檢測(cè)桿結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖4是本發(fā)明中鉆孔檢測(cè)桿工作流程示意圖。
[0026] 圖2中外脹式定位環(huán)；2-電池倉(cāng)；3-控制板；4-傳感器；5-定位鎖；6-天線。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。本發(fā)明的目的是要 提高鉆孔精度、采集鉆孔信息及爆破后斷面超欠挖數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)集中于信息化平臺(tái)處理，形成 遠(yuǎn)端+現(xiàn)場(chǎng)手持的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，有利于降低超欠挖水平，減小對(duì)施工成本、施工進(jìn)度和隧 道安全的影響。
[0028] 本發(fā)明提供的一種隧道超欠挖控制方法，包括過(guò)程檢測(cè)控制（步驟1到步驟4)及 效果檢測(cè)（步驟5):
[0029] 步驟1 :采用鉆機(jī)適配裝置，將顯示檢測(cè)桿安裝于鉆機(jī)上，確保顯示檢測(cè)桿與鉆機(jī) 軸線平行，從而顯示鉆機(jī)的姿態(tài)信息；步驟2 :鉆孔完成后，逐一在需檢測(cè)鉆孔中安裝鉆孔 檢測(cè)桿，鉆孔檢測(cè)桿末端安裝反光膜片；步驟3 :鉆孔檢測(cè)桿安裝完畢后，用手持終端（包 括手機(jī)、平板電腦等智能終端）無(wú)線讀取每個(gè)鉆孔角度信息，同時(shí)用全站儀測(cè)試鉆孔檢測(cè) 桿末端膜片坐標(biāo)并同步無(wú)線傳輸至手持終端，兩組數(shù)據(jù)組合形成鉆孔角度和位置檢測(cè)值； 步驟4 :將鉆孔角度和位置檢測(cè)值無(wú)線上傳至隧道超欠挖檢測(cè)信息化系統(tǒng)，信息化系統(tǒng)結(jié) 合隧道爆破設(shè)計(jì)信息化系統(tǒng)研究成果及檢測(cè)的實(shí)際鉆孔角度和位置，動(dòng)態(tài)調(diào)整爆破設(shè)計(jì)參 數(shù)；
[0030] 步驟5 :爆破后，采用全站儀進(jìn)行爆破斷面掃描，掃描數(shù)據(jù)無(wú)線同步至手持終端， 完成斷面掃描后數(shù)據(jù)上傳至隧道超欠挖控制檢測(cè)信息化系統(tǒng)，與設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行比對(duì)，形成 超欠挖效果數(shù)據(jù)，指導(dǎo)修正下一次爆破設(shè)計(jì)參數(shù)，以及形成超欠挖控制效果評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0031] 步驟6 :重復(fù)步驟1至步驟5,直至控制隧道超欠挖在可控范圍之內(nèi)。
[0032] 根據(jù)超欠挖過(guò)程控制及效果控制檢測(cè)設(shè)備及相應(yīng)數(shù)據(jù)分析方法，結(jié)合隧道施工實(shí) 際情況，建立在此工作模式下的預(yù)警體系及標(biāo)準(zhǔn)。形成一套適合于B/S、C/S工作模式的超 欠挖控制檢測(cè)信息化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)超欠挖信息的網(wǎng)絡(luò)化傳輸、分析及預(yù)警管理。
[0033] 本發(fā)明還提供了一種在隧道超欠挖控制中使用的鉆孔檢測(cè)桿，包括：
[0034] 傳感器模塊：由三軸磁阻傳感器和三軸加速度傳感器組成，用于獲取鉆孔角度原 始信息；A/D轉(zhuǎn)換模塊：將傳感器模塊檢測(cè)的鉆孔角度原始信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；濾波模 塊：接收A/D轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)有效濾波算法得到去噪后的鉆孔角度原始信息；控 制模塊：包括磁場(chǎng)強(qiáng)度運(yùn)算和偏轉(zhuǎn)角運(yùn)算，通過(guò)對(duì)濾波模塊的鉆孔角度原始信息進(jìn)行運(yùn)算， 得到鉆孔檢測(cè)桿所檢測(cè)的鉆孔角度；無(wú)線模塊：將鉆孔角度發(fā)送至手持終端。
[0035] 另外，為了使本鉆孔檢測(cè)桿所檢測(cè)的鉆孔角度更加準(zhǔn)確，在鉆孔檢測(cè)桿控制模塊 中，還設(shè)置有硬鐵軟鐵補(bǔ)償單元，用于修正偏轉(zhuǎn)角。還可設(shè)置顯示模塊，實(shí)時(shí)顯示鉆孔角度， 通過(guò)鉆機(jī)適配裝置安裝于鑿巖機(jī)上，工人根據(jù)顯示數(shù)據(jù)調(diào)整鑿巖機(jī)外插角以滿足設(shè)計(jì)要 求。
[0036] 表1隧道超欠挖鉆孔檢測(cè)桿精度表
[0038] 本發(fā)明的鉆孔檢測(cè)桿采用三軸加速度計(jì)、三軸磁阻傳感器組合，結(jié)合動(dòng)力學(xué)及有 效濾波算法，對(duì)鉆孔角度進(jìn)行測(cè)試。鉆孔檢測(cè)桿設(shè)計(jì)外脹式定位環(huán)，方便在鉆孔中固定與取 出；末端設(shè)計(jì)全站儀反射膜片，用全站儀測(cè)量鉆孔開(kāi)口位置，藍(lán)牙傳送至手持終端；檢測(cè)桿 完成鉆孔偏轉(zhuǎn)角及俯仰角測(cè)試傳送至手持終端；手持終端結(jié)合全站儀測(cè)量開(kāi)口位置及檢測(cè) 桿角度數(shù)據(jù)，計(jì)算出鉆孔開(kāi)口及外插角，上傳至信息化平臺(tái)，對(duì)比爆破設(shè)計(jì)信息，提出預(yù)警 及輔助動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)修正。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種隧道超欠挖控制方法，其特征在于，包括過(guò)程檢測(cè)控制及效果檢測(cè)： 過(guò)程檢測(cè)控制 步驟1 :采用鉆機(jī)適配裝置將顯示檢測(cè)桿安裝于鉆機(jī)上，從而顯示鉆機(jī)的姿態(tài)信息； 步驟2 :鉆孔完成后，逐一在需檢測(cè)鉆孔中安裝鉆孔檢測(cè)桿，鉆孔檢測(cè)桿末端安裝反光 膜片； 步驟3 :鉆孔檢測(cè)桿安裝完畢后，用手持終端無(wú)線讀取每個(gè)鉆孔角度信息，同時(shí)用全站 儀測(cè)試鉆孔檢測(cè)桿末端膜片坐標(biāo)并同步無(wú)線傳輸至手持終端，兩組數(shù)據(jù)組合形成鉆孔角度 和位置檢測(cè)值； 步驟4 :將鉆孔角度和位置檢測(cè)值無(wú)線上傳至隧道超欠挖檢測(cè)信息化系統(tǒng)，信息化系 統(tǒng)結(jié)合隧道爆破設(shè)計(jì)信息化系統(tǒng)研究成果及檢測(cè)的實(shí)際鉆孔角度和位置，動(dòng)態(tài)調(diào)整爆破設(shè) 計(jì)參數(shù)； 效果檢測(cè) 步驟5 :爆破后，采用全站儀進(jìn)行爆破斷面掃描，掃描數(shù)據(jù)無(wú)線同步至手持終端，完成 斷面掃描后數(shù)據(jù)上傳至隧道超欠挖控制檢測(cè)信息化系統(tǒng)，與設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行比對(duì)，形成超欠 挖效果數(shù)據(jù)，指導(dǎo)修正下一次爆破設(shè)計(jì)參數(shù)，以及形成超欠挖控制效果評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)； 步驟6 :重復(fù)步驟1至步驟5,直至控制隧道超欠挖在可控范圍之內(nèi)。2. -種在隧道超欠挖控制中使用的鉆孔檢測(cè)桿，其特征在于，包括： 傳感器模塊：由三軸磁阻傳感器和三軸加速度傳感器組成，用于獲取鉆孔角度原始信 息； A/D轉(zhuǎn)換模塊：將傳感器模塊檢測(cè)的鉆孔角度原始信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)； 濾波模塊：接收A/D轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)有效濾波算法得到去噪后的鉆孔角度 原始信息； 控制模塊：包括磁場(chǎng)強(qiáng)度運(yùn)算和偏轉(zhuǎn)角運(yùn)算，通過(guò)對(duì)濾波模塊的鉆孔角度原始信息進(jìn) 行運(yùn)算，得到鉆孔檢測(cè)桿所檢測(cè)的鉆孔角度； 無(wú)線模塊：將鉆孔角度發(fā)送至手持終端。3. 如權(quán)利要求2所述的鉆孔檢測(cè)桿，其特征在于，在控制模塊中，還設(shè)置有硬鐵軟鐵補(bǔ) 償單元，用于修正偏轉(zhuǎn)角。4. 如權(quán)利要求2或3所述的鉆孔檢測(cè)桿，其特征在于，還設(shè)置有顯示模塊，用于實(shí)時(shí)顯 示鉆孔角度。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種隧道超欠挖控制方法及鉆孔檢測(cè)桿，方法為：采用鉆機(jī)適配裝置將顯示檢測(cè)桿安裝于鉆機(jī)上；逐一在需檢測(cè)鉆孔中安裝鉆孔檢測(cè)桿，鉆孔檢測(cè)桿末端安裝反光膜片；用手持終端無(wú)線讀取每個(gè)鉆孔角度信息，用全站儀測(cè)試鉆孔檢測(cè)桿末端膜片坐標(biāo)；動(dòng)態(tài)調(diào)整爆破設(shè)計(jì)參數(shù)；采用全站儀進(jìn)行爆破斷面掃描，掃描數(shù)據(jù)無(wú)線同步至手持終端，斷面掃描數(shù)據(jù)上傳至隧道超欠挖控制檢測(cè)信息化系統(tǒng)；所述鉆孔檢測(cè)桿包括傳感器模塊：由三軸磁阻傳感器和三軸加速度傳感器組成；A/D轉(zhuǎn)換模塊：將傳感器模塊檢測(cè)的鉆孔角度原始信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；以及濾波模塊、控制模塊和無(wú)線模塊。本發(fā)明對(duì)隧道超欠挖進(jìn)行過(guò)程控制和結(jié)果評(píng)價(jià)，最終隧道超欠挖調(diào)整在可控范圍。
【IPC分類】E21D9/00, E21B47/12, F42D3/00, E21B7/04, E21B47/09, E21B47/022
【公開(kāi)號(hào)】CN105257300
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510761272
【發(fā)明人】李林, 吳劍, 廖凱, 尚海松, 劉志強(qiáng), 范榮
【申請(qǐng)人】中鐵西南科學(xué)研究院有限公司
【公開(kāi)日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年11月10日