一种深孔地应力测试中空心包体的推送与定位装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及岩土工程测试技术，具体涉及一种深孔地应力测试中空心包体的推送与定位装置，还涉及一种深孔地应力测试中空心包体的推送与定位方法。
【背景技术】
[0002]随着人类对地下空间的开发与运用，地下工程已成为人类生存环境中不可或缺的组成部分。在地下工程的设计与施工过程中，原岩地应力水平直接决定着结构的支护设计、结构的断面形式、施工方法等，准确测量原岩地应力水平是确保结构安全稳定、进行支护设计优化的必要条件。
[0003]目前，空心包体钻孔应力解除法是测量地下工程原岩应力最常用的方法之一。采用该方法进行地应力测试时，将包体安全进入小孔并准确测量包体安装方位直接决定测试的精度与成败。当测试孔深较小时，推送杆的相对刚度较大，能够较好地控制包体的旋转方位，避免包体导向杆触碰大孔壁，确保其顺利进入小孔；同时，测试孔轴线近似一直线，钻孔造成的轴线弯曲引起的包体安装空间角度变化可以忽悠不计。但是，随着人类地下工程建造技术的提高，地下工程的埋深与断面尺寸均不断增加，埋深与断面尺寸的增加必然导致测试孔深度的增加。随着测试孔深的增加，推送杆的相对刚度减小，在推送过程中也会出现弯曲，安装人员无法辩明小孔位置时，易使包体导向杆顶住大孔底部，造成固定销折断、胶粘剂挤出，致使测试失败。同时，在深孔地应力测试中，钻孔弯曲、推杆弯曲、包体旋转均会造成包体空间方位与洞口间的差异，后续地应力计算过程中包体安装的空间方位不易确定，造成测试结果的不准确。因此，开发一种深孔应力解除地应力测试的包体推送与定位装置具有较高的工程运用价值。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种深孔地应力测试中空心包体的推送与定位装置，还提供一种深孔地应力测试中空心包体的推送与定位方法。
[0005]—种深孔地应力测试中空心包体的推送与定位装置，包括定位杆，定位杆的前端的顶部设置有顶部定位槽，定位杆的前端的两侧分别设置有水平定位槽，两个水平定位槽位于水平平面，定位杆的底部设置有包体线缆定位槽，定位杆从前端到后端依次设置有第一组定位支撑和第二组定位支撑，第一组定位支撑和第二组定位支撑均包括一个顶部定位支撑和至少两个底部定位支撑，第一组定位支撑的顶部定位支撑和第二组定位支撑的顶部定位支撑均位于同一垂直平面，定位杆的前端还设置有摄像头，定位杆上还水平设置有三维电子罗盘，定位杆的后端连接有若干个推送杆。
[0006]如上所述的第一组定位支撑和第二组定位支撑上的顶部定位支撑和底部定位支撑均防磁化不锈钢钢筋弯曲而成，弯曲部分均采用弧面过渡，第一组定位支撑和第二组定位支撑上的顶部定位支撑和底部定位支撑与定位杆的连接面均为与定位杆外壁轮廓适配的圆弧面。
[0007]如上所述的第一组定位支撑和第二组定位支撑上的底部定位支撑均为2个，底部定位支撑且与同组的顶部定位支撑呈120夹角。
[0008]如上所述的推送杆两端分别设置有推送杆公头和推送杆母头，推送杆公头设有推送杆定位卡槽及可滑动螺帽，推送杆母头内部设有与推送杆定位卡槽适配的推送杆定位卡销，推送杆母头的外部设有与可滑动螺帽匹配的外螺纹。
[0009]如上所述的推送杆公头为圆筒状，推送杆定位卡槽沿推送杆公头纵向方向设置在推送杆公头的外壁，推送杆定位卡销设置在推送杆母头的内壁。
[0010]如上所述的定位杆的后端设置有与推送杆母头的外螺纹适配的内螺纹槽孔，与定位杆的后端连接的推送杆的推送杆母头设置在内螺纹槽孔内，定位杆-推送杆定位螺钉依次穿过定位杆和推送杆母头进行定位。
[0011]—种深孔地应力测试中空心包体的推送与定位方法，包括以下步骤:
孔口空间方位测量步骤:
将定位杆放置于测试孔孔口，旋转定位杆使三维电子罗盘工作平面与穿过测试孔中心线的竖直面垂直，采用地质罗盘测量测试孔的空间方位，将三维电子罗盘与地质罗盘的测量结果进行比较对照，当两者相差在允许误差范围内时，记录三维电子罗盘测得的测试孔的空间方位；
空心包体推送步骤:
依次连接各个推送杆并不断向测试孔的大孔中推送，推送过程中计量推送距离并通过摄像头观测空心包体的位置，直至空心包体接近大孔底壁；
空心包体进小孔步骤:
通过摄像头观察包体导向杆与位于大孔底壁的小孔的相对位置，若包体导向杆与小孔的中心偏差较大，则通过三维电子罗盘记录此时包体的旋转方位Θ i，而后通过旋转推送杆使包体导向杆与小孔对中，待包体导向杆与小孔对中时，继续向前推送包体使包体顺利进入小孔，当包体到达小孔中的目标位置，继续匀速、缓慢地推进以挤出包体的全部胶体，使包体与小孔壁粘合在一起；
空心包体安装方位测量步骤:
待包体胶体被固化后，将三维电子罗盘连接外部电脑，读取三维电子罗盘的空间方位，并计算空心包体的空间方位，然后缓慢拉出定位杆，同时一人在测试孔口负责将包体电缆拉紧。
[0012]本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果:
1、支撑采用不锈钢钢筋弯曲而成，弯曲部位均采用圆滑过渡，防止被碎石或岩体交界面卡住，提高支架在洞壁上的滑动性与通过性，提高包体推送效率。同时，两组支撑结构简单、易于加工、连接刚度大、稳定性好，有利于居中包体且可保证推送过程中包体旋转角的稳定，避免包体触碰孔壁而损坏并能提尚进上孔效率。
[0013]2、推送杆同时采用卡槽与螺纹连接，具有较高的环向旋转刚度与轴向拉伸刚度，能够适应深孔测试条件，确保后续挤胶过程推力的稳定；同时，包体顶部定位槽-顶部定位支撑-罗盘坚向连接螺钉-一号抢着杆连接螺栓-推送杆卡销位于一条直线，在包体在推送过程中，保证了包体旋转方位的稳定。
[0014]3、通过自发光摄像头确定包体导向杆与小孔的相对位置，使包体顺利进入小孔中，能够避免因无法判别导向杆与小孔的相对位置，盲目推送使导向杆触碰大孔底胶体被挤出，导致测试失败。
[0015]4、采用三维电子罗盘来确定包体实际安装空间方位，改进了以往假定孔壁平直方法的不精确性，提高了深孔地应力测试时的精度。
【附图说明】
[0016]图1为包体推送定位装置整体图；
图2 Ca)为定位支撑主视结构图；
图2 (b)为定位支撑侧视结构图；
图3为定位杆结构图；
图4 Ca)为三维电子罗盘定位平台主视结构图；
图4 (b)为三维电子罗盘定位平台侧视结构图；
图4 (c)为三维电子罗盘定位平台俯视结构图；
图5为推送杆结构图。
[0017]其中，1-定位杆，2-第一组定位支撑，3-第二组定位支撑，4-三维电子罗盘，5-三维电子罗盘定位平台，6-摄像头，7-1号推送杆，8-顶部定位槽，9-水平定位槽，10-定位杆-推送杆定位螺钉，11-推送杆定位卡槽，12-可滑动螺帽，13-空心包体，14-小孔，15-大孔，16-包体线缆定位槽，17-包体导向杆，18-大孔底壁，19-顶部定位支撑，20-底部定位支撑，21-支撑与定位杆的连接面，22-支撑定位螺钉，23-罗盘平台水平螺钉，24-罗盘平台竖向螺钉，25-罗盘定位螺钉，26-推送杆公头，27-推送杆母头，28-推送杆定位卡销。
【具体实施方式】
[0018]下面结合实施例和附图对发明作进一步的说明。
[0019]实施例1:
一种深孔地应力测试中空心包体的推送与定位装置，包括定位杆1，定位杆I的前端的顶部设置有顶部定位槽8，定位杆I的前端的两侧分别设置有水平定位槽9，两个水平定位槽9位于水平平面，定位杆I的底部设置有包体线缆定位槽16，定位杆I从前端到后端依次设置有第一组定位支撑2和第二组定位支撑3，第一组定位支撑2和第二组定位支撑3均包括一个顶部定位支撑19和至少两个底部定位支撑20，第一组定位支撑2的顶部定位支撑和第二组定位支撑3的顶部定位支撑均位于同一垂直平面，定位杆I的前端还设置有摄像头6，定位杆I上还水平设置有三维电子罗盘4，定位杆I的后端连接有若干个推送杆。
[0020]第一组定位支撑2和第二组定位支撑3上的顶部定位支撑19和底部定位支撑20均防磁化不锈钢钢筋弯曲而成，弯曲部分均采用弧面过渡，第一组定位支撑2和第二组定位支撑3上的顶部定位支撑19和底部定位支撑20与定位杆I的连接面21均为与定位杆I外壁轮廓适配的圆弧面。
[0021]第一组定位支撑2和第二组定位支撑3上的底部定位支撑20均为2个，底部定位支撑20且与同组的顶部定位支撑19呈120夹角。
[0022]推送杆两端分别设置有推送杆公头26和推送杆母头27，推送杆公头26设有推送杆定位卡槽11及可滑动螺帽12，推送杆母头27内部设有与推送杆定位卡槽11适配的推送杆定位卡销28，推送杆母头27的外部设有与可滑动螺帽12匹配的外螺纹。
[0023]推送杆公头26为圆筒状，推送杆定位卡槽11沿推送杆公头26纵向方向设置在推送杆公头26的外壁，推送杆定位卡销28设置在推送杆母头27的内壁。
[0024]定位杆I的后端设置有与推送杆母头27的外螺纹适配的内螺纹槽孔，与定位杆I的后端连接的推送杆的推送杆母头27设置在内螺纹槽孔内，定位杆-推送杆定位螺钉10依次穿过定位杆I和推送杆母头27进行定位。
[0025]定位杆I采用防磁化不锈钢钢管，外径可取30mm，内径22mm，长度1.2m。前端开四个定位槽，包括I个顶部定位槽8，2个水平定位槽9，I个线缆定位槽16。定位槽(8、9)宽5mm，长35mm ;线缆定位槽16宽10mm，长20cm。定位杆I后端内径与I号推送杆7的推送杆母头27外径适配，推送杆母头27设置有外螺纹，推送杆母头27上贯穿有定位孔，定位杆I设有与推送杆母头27匹配的内螺纹及定位孔，定位杆-推送杆定位螺钉10穿过定位孔将定位杆I的端部和推送杆母头27紧固。
[0026]第一组定位支撑2和第二组定位支撑3均采用外径16_的防磁化不锈钢钢筋弯曲而成，弯曲部分均采用弧面过渡，以提高第一组定位支撑2和第