一种悬浮式重锤测斜仪及测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及垂直度测量装置及测量方法，主要用于测量钻孔垂直度(倾斜度）的测 量器具，尤其设及一种带悬浮装置用于测量钻孔倾斜度的组合测量器具。
【背景技术】
[0002] 垂直度是钻孔施工过程中经常需要测量的一项重要指标，垂直度的优劣直接影响 钻孔的施工质量。尤其在水利水电大巧安全监测工程，会遇到各种类型的钻孔，如正垂孔、 倒垂孔、双金属标钻孔、测溫钢管标钻孔等，运些钻孔主要用来安装精密监测设备，要求钻 孔有效孔径150~400之间，垂直度的要求非常高，现行行业规范要求倾斜度小于0.1%，而 大型水电站安全监测工程中超过100米的钻孔已非常普遍，按100米计，垂直度偏差不能超 过IOcm,运样的精度要求在常规钻孔施工至少高了一个数量级。且钻孔垂直度质量的好坏 直接影响钻孔的成败，如果钻孔不符合要求，就会造成已钻孔报废再重新钻孔，运样的质量 事故会造成极大的经济损失。因此，需要在钻孔过程中经常检测钻孔的垂直度，一般要求每 钻进Im~2m即应检测一次。在W往施工中，通常使用较为简陋的垂线测斜设备，测量范围和 精度都难W满足要求;或者使用非常昂贵的抗磁干扰测斜仪，测量效率非常低，直接影响施 工工期。为了适应如此高精度、高频度的检测要求，设计了一种操作快、精度高的悬浮式重 键测斜装置。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种悬浮式重键测斜仪及测量方法，此测斜仪 针对垂直度要求非常高的钻孔施工中需要高频度、高精度检测，通过此测斜仪为钻孔施工 现场提供一种安装便捷、数据准确可靠、满足实时检测需要高效高精度垂直度检测装置。
[0004] 为了实现上述的技术特征，本发明所采用的技术特征是:一种悬浮式重键测斜仪， 它包括卷扬电机，卷扬电机的卷扬筒上卷有钢丝绳，钢丝绳穿过固定在支撑平台顶部的定 滑轮，所述支撑平台的中部安装有浮筒装置，钢丝绳穿过浮筒装置，在钢丝绳的末端连接有 线垂悬挂装置，所述线垂悬挂装置位于待测孔的内部，待测孔的进口位置设置有测量装置。
[0005] 所述支撑平台包括多根支撑腿，支撑腿的顶端通过交叉角钢焊接有顶部平台；所 述支撑腿的中间部位固定有中部平台，中部平台的中屯、加工有中屯、孔，中屯、孔的底部连接 有钢髓，钢髓的底端焊接有支撑板，所述支撑板的下端面固定有夹线器;所述顶部平台的中 屯、垂直安装有定滑轮。
[0006] 所述浮筒装置包括外筒体，外筒体的中屯、设置有中屯、密封管，所述外筒体内部配 合设置有内筒体，内筒体的中屯、设置有定位空屯、柱，所述外筒体内部注有水，所述内筒体能 够漂浮在水上。
[0007] 所述测量装置包括横向测量杆，横向测量杆和纵向测量杆垂直固定，所述横向测 量杆的上表面加工有滑槽，滑槽上通过滑动配合安装有滑块，滑块上固定有纵向板尺，所述 横向测量杆的边缘固定有横向板尺，所述横向测量杆和纵向测量杆的交叉点设置为坐标原 点；所述纵向板尺和横向板尺上都加工有刻度线，所述横向测量杆和纵向测量杆为直角坐 柄系。
[0008] 所述线垂悬挂装置包括连接头，连接头通过螺纹配合固定在螺杆的上顶部，连接 头与钢丝绳相连，所述螺杆上从上致下依次安装有上对中圆盘、中间固定对中圆盘和下对 中圆盘，所述上对中圆盘通过上调节螺母固定在螺杆上;所述中间固定对中圆盘通过中调 节螺母固定在螺杆上;所述下对中圆盘通过下调节螺母固定在螺杆上;所述上对中圆盘和 下对中圆盘之间设置有六个均布的钢带尺弹黃片，所述钢带尺弹黃片的上端通过上销钉较 接在上对中圆盘上，所述钢带尺弹黃片的下端通过下销钉较接在下对中圆盘上;所述上对 中圆盘和中间固定对中圆盘之间安装有=个均布的短调节螺杆;所述螺杆的末端通过螺纹 连接有重键。
[0009] 采用悬浮式重键测斜仪进行孔径倾斜度测量方法，它包括W下步骤：
[0010] 1)安装支撑平台，搭建测量平台，在位于钻孔之后的待测孔正上方搭建测量平台， 其中支撑平台距离待测孔的高度为2m;
[0011] 2)安置浮筒装置，将外筒体放置到支撑平台的钢髓中，使外筒体的中屯、和钢髓的 轴屯、线保持一致，将外筒体内部加满水，并使内筒体漂浮在水上；
[0012] 3)调整线垂悬挂装置的直径，使其与待测孔的孔径相配合，并保证其能够顺利穿 过待测孔径，
[0013] 4)挂钢丝绳，将缠绕在卷扬电机的卷扬筒上的直径1.0~1.2mm的不诱钢丝绳通过 定滑轮，穿过安装在支撑平台上的浮筒装置，再将钢丝绳的末端与调整好直径的线垂悬挂 装置的连接头相连，其中钢丝绳上标注了刻度；
[0014] 5)求待测孔的孔口中屯、，在钻孔孔口都设置导向管，并用混凝±加^固结，巧慢前 要对待测孔进行纵横垂直四等分标定，并在混凝±上用油漆标注好四等分方向线，将测量 装置的横向测量杆和纵向测量杆分别对准四等分方向线，即可判定测量装置的原点为钻孔 孔口中屯、位置点；
[0015] 6)将测量装置固定之后，分别将横向测量杆和纵向测量杆作为坐标系的X轴和Y 轴，W测量装置的原点作为坐标系的原点，并划分标注好i、ii、m、iv象限；
[0016] 7)测量待测孔的不同高度的数据信息；
[0017] 8)根据步骤7)中的数据计算待测孔的倾斜度。
[0018] 所述步骤3)中线垂悬挂装置的调节过程为：
[0019] 1)根据待测孔不同，通过调节钢带尺弹黃片弯曲半径，从而达到改变不同测量孔 径的目的，通过调节上调节螺母、中调节螺母和下调节螺母，松动上对中圆盘和下对中圆 盘，调节上下两个对中圆盘与中间固定对中圆盘的距离从而改变钢带尺弹黃片弯曲半径或 者直径，进而调整已加工好的线垂悬挂装置的直径，调整后的直径与待测孔的直径接近一 致;并在线垂悬挂装置的螺杆底部安装重键，重键的重量根据钻孔的深度计算，其计算公式 为:W含10(1+0.0化），其中W为重键重量，单位Kg;L为孔深，单位m;
[0020] 2)在挂好重键的线垂悬挂装置上系好钢丝绳，将其放入待测孔中进行钻孔孔径初 次试探，如能顺利从孔口放到孔底，说明线垂悬挂装置的直径调整到位，反之，则需要将线 垂悬挂装置的直径重新进行调整，可将直径调整至稍微小于钻孔直径0.5~1mm，再次进行 钻孔孔径初次试探，直至弹性导中器调整到位。
[0021] 所述步骤7)中不同高度数据信息的测量过程为：
[0022] 1)将挂好钢丝绳的线垂悬挂装置放入孔中，通过卷扬电机的卷扬筒慢慢下放钢丝 绳，当放置2m处时停止放线，利用浮筒装置上的夹线器将钢丝绳夹紧，避免下滑，同时使浮 桶装置中的内筒体不受力、不靠外筒体，在浮桶中处于自由状态，当钢丝绳静止不动时，在 待测孔用测量装置测定钢丝绳至X、Y轴的距离，即为2m处钻孔中屯、相对待测孔中屯、的坐标；
[0023] 2)松开夹线器，再次慢慢下放钢丝绳，分别在4m、6m、8m……孔底测量出该位置钻 孔中屯、相对与待测孔中屯、的坐标，即完成了孔斜测量。
[0024] 所述步骤8)计算过程为：
[00剧 1)通过将步骤7)中量测的坐标将Om、2m、4m、6m……各点投影到同一平面上，其中 Om时的孔口坐标{0，}，依次为{Li，（Xi，yi)}，其中i为测量的次数，Li为测量次数为i时的测 量深度，xi、y功测量深度为以时待测孔的中屯、在X、Y轴上的坐标；
[0026] 2) W各点位圆屯、、钻孔半径为半径做圆，所有圆相交形成一公共区域；
[0027] 3)做公共区域的内切圆，标注出圆屯、并求出其坐标(x，y);
[002引 4)利用求出的坐标值，通过公式argsin(vV+rA)计算出来的角度即为整个钻孔 的孔斜。
[0029] 本发明有如下有益效果：
[0030] 1、通过设置卷扬电机能够对钢丝绳进行拉伸，进而能够方便的对线垂悬挂装置进 行下放和上升，通过自动化控制能够简化操作，提高作业效率。
[0031] 2、通过设置支撑平台能够对整个吊装系统进行支撑，而且保证了平台的稳定性， 使其能够平稳的支撑在待测孔的上方。
[0032] 3、通过定滑轮减少了钢丝绳运行的摩擦力，同时保证能够改变其钢丝绳的运行方 向。
[0033] 4、通过在支撑平台上设置浮筒装置能够保证整个线垂悬挂装置保持垂直悬挂状 态，进而保证其在水的浮力作用下保持受力平衡，避免内浮筒装置靠近外浮筒或者其他侧 壁，避免对线垂悬挂装置的垂直悬挂状态产生影响。
[0034] 5、通过调节线垂悬挂装置能够改变其直径进而保证其能够适应不同的待测孔的 直径，在调节时通过旋动下调节螺母，进而改变下对中圆盘和上对中圆盘之间的距离，进而 改变钢带尺弹黃片的弯曲半径，从而改变其直径;也可W通过改变中间固定对中圆盘和上 对中圆盘之间的距离，来改变钢带尺弹黃片的弯曲半径，进而改变其直径使其适应不同的 待测孔。
[0035] 6、通过设置测量装置能够准确的测量钢丝绳在下放到不同深度的待测孔时孔屯、 的坐标值。
[0036] 7、通过多次测量不同深度的待测孔时得到的中屯、孔坐标值能够为后续的倾斜度 测量提供