CN109375257B - 隧道超前预报中防止炮孔坍塌的支撑清理装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道超前预报中防止炮孔坍塌的支撑清理装置及使用方法，该装置包括用于支撑炮孔上部碎石土产生的压力的支撑装置部分、轨道连接部分和位于支撑装置部分和轨道连接部分之间且能在支撑装置部分和轨道连接部分之间来回滑动的清理岩土部分，通过抽拉滑移所述清理岩土部分来清理孔洞中碎石土。本发明保证在放置炸药时不会出现因炮孔坍塌而导致炸药放置深度过浅，便于实验的顺利进行。

Description

隧道超前预报中防止炮孔坍塌的支撑清理装置及使用方法

技术领域

本发明涉及隧道工程，特别是涉及一种用于隧道超前地质预报中防止炮孔坍塌的支撑清理装置及使用方法。

背景技术

TSP(Tunnel Seismic Prediction)超前预报技术作为一种比较先进的探测手段已在我国水利、水电、铁路、公路、煤炭等系统的各类隧洞或地下洞室工程中得到应用，它具有预报距离相对较长、精度较高、提交资料及时、经济等优点，尤其与隧洞轴线或呈大角度相交的面状软弱带，如断层、破碎带、软弱夹层、地下洞穴(含溶洞)以及地层的分界面等效果较好。

TSP超前预报系统是利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来预报隧洞掌子面前方及周围临近区域的地质情况。该方法属于多波多分量探测技术，可以检测出掌子面前方岩性的变化，如不规则体、不连续面、断层和破碎带等。它可以在钻爆法或TBM开挖的隧洞中使用，而不必接近掌子面。数据采集时在隧洞一边侧墙等间隔钻制20余个炮孔，而在两侧壁钻取2个检波器孔，使检波器置入套管中，依次激发各炮，从掌子面前方任一波阻抗差异界面反射的信号及直达波信号将被2个三分量检波器接收，通过专用软件处理，最终显示掌子面前方与隧道轴线相交的反射同相轴及其地质解译的二维或三维成果图。由相应密度值，可算出预报区内岩体物理力学参数，进而可划分该区围岩工程类别。

由于TSP接受的地震波是依靠炮孔中的炸药所激发的，炮孔中放炮效果如何，直接决定到接收信号的频率高低、能量大小，影响最终实验效果，因此对炮孔的深度有一点的要求，一般为1.5m左右。由于围岩性质的差异和钻孔过程中对岩层的扰动，往往已经钻好的炮孔会发生坍塌，这样会导致炸药不能安放在要求的深度范围内，爆破时激发点过于浅，不能达到所要求的频率高低和能量大小，对实验的结果产生影响。而在实际操作中，炮孔坍塌后，可通过重新钻孔或者利用塑料管保护炮孔，但是重新钻孔会增加工作量，且重新钻完后，有可能会发生新的塌孔，而利用塑料管保护炮孔，当岩层不稳定时，不便拔出，只能留在其中会产生污染。

综上所述，现有技术中对于炮孔坍塌对工程带来不便的问题，尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于隧道超前预报中防止炮孔坍塌的支撑清理装置及使用方法，保证在放置炸药时不会出现因炮孔坍塌而导致炸药放置深度过浅，便于实验的顺利进行。

本发明所采用的技术方案是：

本发明的第一目的是提供一种用于隧道超前预报中防止炮孔坍塌的支撑清理装置，该装置包括：用于支撑炮孔上部碎石土产生的压力的支撑装置部分、轨道连接部分和位于支撑装置部分和轨道连接部分之间且能在支撑装置部分和轨道连接部分之间来回滑动的清理岩土部分，通过抽拉滑移所述清理岩土部分来清理孔洞中碎石土。

作为本发明的进一步限定，所述支撑装置部分包括第一方形金属板、第一长条状金属板和第一牵引金属丝，所述第一方形金属板与第一长条状金属板的一端通过第一扭转弹簧连接，所述第一牵引金属丝的一端与第一方形金属板固定连接，另一端与第一长条状金属板活动连接，用于调节第一方形金属板和第一长条状金属板之间的角度，所述第一长条状金属板的另一端焊接有两块金属板，作为立体支撑。

作为本发明的进一步限定，所述第一方形金属板远离第一长条状金属板的一端开有孔洞Ⅰ，所述第一长条状金属板远离第一方形金属板的一端开有水平相距一定距离的孔洞Ⅱ和孔洞Ⅲ，所述第一牵引金属丝的一端固定在孔洞Ⅰ，所述第一牵引金属丝的另一端固定在孔洞Ⅱ或孔洞Ⅲ中，调节第一扭转弹簧的角度，从而调节第一方形金属板和第一长条状金属板之间的角度。

作为本发明的进一步限定，所述清理岩土部分包括第二凸形金属板、第二长条状金属板和第二牵引金属丝，所述第二凸形金属板与第二长条状金属板的一端通过第二扭转弹簧连接，所述第二凸形金属板和第二长条状金属板上连接有第二牵引金属丝，利用第二牵引金属丝调节第二凸形金属板和第二长条状金属板之间的角度。

作为本发明的进一步限定，所述第二凸形金属板远离第二长条状金属板的一端开有孔洞Ⅳ，所述第二长条状金属板远离第二凸形金属板的一端开有水平相距一定距离的孔洞Ⅵ和孔洞Ⅶ，所述第二牵引金属丝的一端固定在孔洞Ⅳ，所述第二牵引金属丝的另一端固定在孔洞Ⅵ或孔洞Ⅶ中，调节第二扭转弹簧的角度，从而调节第二凸形金属板和第二长条状金属板之间的角度。

作为本发明的进一步限定，所述轨道连接部分包括第三长条状金属板，所述第三长条状金属板的中部开有长条状凹槽，用于使所述清理岩土部分的第二凸形金属板上部沿凹槽滑动。

作为本发明的进一步限定，在所述支撑装置部分的第一长条状金属板和所述轨道连接部分的第三凹形长条状金属板的长边两端分别开有三个上下相对应的通孔，分别采用螺栓连接所述三个上下相对应的通孔，并且在支撑装置部分和轨道连接部分之间留有一定空隙。

本发明的第二目的是提供一种用于隧道超前预报中防止炮孔坍塌的支撑清理装置的使用方法，该方法包括以下步骤：

分别将支撑装置部分和清理岩土部分的两块金属板之间的角度调节为180度；

将整个支撑清理装置沿着炮孔上沿伸入炮孔中，

分别将支撑装置部分和清理岩土部分的两块金属板之间的角度调节为90度；

通过抽拉滑移所述清理部分的第二长条状金属板，将炮孔中的碎石土清理出炮孔。

进一步的，清理完成后，放置炸药和雷管，分别将支撑装置部分和清理岩土部分的两块金属板之间的角度调节为180度，抽出整个支撑清理装置。

作为本发明的进行一步限定，将支撑装置部分的第一牵引金属丝的一端固定在第一长条状金属板上的孔洞Ⅰ，另一端固定在第一长条状金属板上的孔洞Ⅲ，使第一方形金属板和第一长条状金属板的角度为180度；将清理岩土部分的第二牵引金属丝的一端固定在第二长条状金属板上的孔洞Ⅴ，另一端固定在第二长条状金属板上的孔洞Ⅶ，使第二凸形金属板和第二长条状金属板的角度为180度；

将支撑装置部分的第一牵引金属丝的一端固定在第一长条状金属板上的孔洞Ⅰ，另一端固定在第一长条状金属板上的孔洞Ⅱ，使第一方形金属板和第一长条状金属板的角度为90度；将清理岩土部分的第二牵引金属丝的一端固定在第二长条状金属板上的孔洞Ⅴ，另一端固定在在第二长条状金属板上的孔洞Ⅵ，使第二凸形金属板和第二长条状金属板的角度为90度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明为隧道超前地质预报防止炮孔坍塌的支撑清理装置，有效得解决了如何防止炮孔坍塌所带来的问题，避免了炮孔坍塌所需要重新钻孔所带来的人力物力消耗，也避免了使用塑料管所带来的污染和不可回收问题，大大增加了工作效率；

(2)本发明操作简单易懂，只需简单的几个步骤，就能清理炮孔中的由于扰动产生的碎石土，将炸药顺利放置要求的深度；

(3)本发明成本低廉，材料环保，且可多次利用，不会滞留在炮孔中产生污染。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明支撑清理装置的主视图；

图2是本发明支撑装置部分的主视图；

图3是本发明支撑装置部分的俯视图；

图4是本发明支撑装置部分的左视图；

图5是本发明清理岩土部分的主视图；

图6是本发明清理岩土部分的俯视图；

图7是本发明清理岩土部分的左视图；

图8是本发明轨道连接部分的主视图；

图9是本发明轨道连接部分的俯视图；

图10是本发明轨道连接部分的左视图；

图11是本发明在清理炮孔中的碎石土的示例图；

图12是本发明在放置炸药时的示例图；

其中，1、支撑装置部分，2、清理岩土部分，3、轨道连接部分，4、螺栓，5、第一扭转弹簧，6、第一牵引金属丝，7、孔洞Ⅰ，8、孔洞Ⅱ，9、孔洞Ⅲ，10、孔洞Ⅳ，11、第二扭转弹簧，12、孔洞Ⅴ，13、孔洞Ⅵ，14、孔洞Ⅶ，15、第二牵引金属丝，16、第三长条状金属板，17、第一方形金属板，18、第一长条状金属板，19、金属板，20、第二凸形金属板，21、第二长条状金属板。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，由于围岩性质的差异和钻孔过程中对岩层的扰动，往往已经钻好的炮孔会发生坍塌，这样会导致炸药不能安放在要求的深度范围内，爆破时激发点过于浅，不能达到所要求的频率高低和能量大小，对实验的结果产生影响。而在实际操作中，炮孔坍塌后，可通过重新钻孔或者利用塑料管保护炮孔，但是重新钻孔会增加工作量，且重新钻完后，有可能会发生新的塌孔，而利用塑料管保护炮孔，当岩层不稳定时，不便拔出，只能留在其中会产生污染。

为了解决如上的技术问题，本发明实施例一提供一种用于隧道超前预报中防止炮孔坍塌的支撑清理装置。

图1是本发明实施例一用于隧道超前预报中防止炮孔坍塌的支撑清理装置的主视图，如图1所示，该支撑清理装置包括支撑装置部分1、清理岩土部分2和轨道连接部分3。

具体地，所述支撑装置部分1，用于支撑炮孔上部的碎石土产生的压力；所述清理岩土部分2位于支撑装置部分和轨道连接部分之间，用于在支撑装置部分和轨道连接部分之间通过人为抽拉滑移清理孔洞中已有的碎石土，所述轨道连接部分3是行程一个闭合轨道，所述轨道连接部分3与支撑装置部分1采用经过防腐蚀处理的普通螺栓4连接，并且轨道连接部分3与支撑装置部分1之间存在一定间隙，用于使清理岩土部分在支撑装置部分和轨道连接部分之间顺利流畅滑移。

图2、图3和图4分别是支撑装置部分的主视图、俯视图和左视图，如图2、3和4所示，所述支撑装置部分1包括第一方形金属板17和第一长条状金属板18，所述第一方形金属板17和第一长条状金属板18的一端通过第一扭转弹簧5连接，利用第一牵引金属丝6调节第一方形金属板17和第一长条状金属板18之间的角度；所述第一方形金属板17远离第一长条状金属板的一端开有孔洞Ⅰ7，用于固定第一牵引金属丝6的一端；所述第一长条状金属板18远离第一方形金属板的一端开有水平相距一定距离的孔洞Ⅱ8和孔洞Ⅲ9，用于固定第一牵引金属丝6的另一端；且利用第一牵引金属丝6固定在不同的孔洞中调节牵引金属丝的受力关系，从而调节第一扭转弹簧5的角度；所述第一长条状金属板18的另一端焊接有两块金属板19，作为立体支撑。

所述第一牵引金属丝6的一端固定在孔洞Ⅰ17，在平常情况下，第一牵引金属丝6的另一端固定在孔洞Ⅱ8，此时，第一扭转弹簧5固定为90度的角度，第一方形金属板和第一长条状金属板之间角度为90度；当第一牵引金属丝6受拉固定在孔洞Ⅲ9时，第一扭转弹簧5扭转90度，使第一方形金属板和第一长条状金属板之间的角度为180度。

优选的，所述第一方形金属板17、第一长条状金属板18以及与第一长条状金属板18焊接的金属板均采用刚性较大的经过防腐蚀处理的金属材料，构成一个刚性的类似于梁柱体系，以支撑炮孔上部的碎石土产生的压力。

优选的，所述第一扭转弹簧5采用平常固定为90度的角度，受拉时固定为180度的角度。

优选的，所述第一牵引金属丝6采用抗拉能力较高的经过防腐蚀处理的柔性金属丝。

图5、图6和图7是清理岩土部分的主视图、俯视图和左视图。如图5、6和7所示，所述清理岩土部分包括第二凸形金属板20、第二长条状金属板21和第二牵引金属丝15，所述第二凸形金属板20和第二长条状金属板21的一端通过第二扭转弹簧11连接，利用第二牵引金属丝15调节第二凸形金属板20和第二长条状金属板21之间的角度；所述第二凸形金属板20远离第二长条状金属板21的一端开有孔洞Ⅴ12，用于固定第二牵引金属丝15的一端，所述第二长条状金属板21远离第二凸形金属板的一端开有水平相距一定距离的孔洞Ⅵ13和孔洞Ⅶ14，用于固定第二牵引金属丝15的另一端，且利用第二牵引金属丝15固定在不同的孔洞中调节牵引金属丝的受力关系，从而调节第二扭转弹簧11的角度。

所述第二牵引金属丝15的一端固定在孔洞Ⅴ12，平常情况下，第二牵引金属丝15的另一端固定在孔洞Ⅵ13，此时，第二扭转弹簧11固定为90度的角度，第二凸形金属板20和第二长条状金属板21之间角度为90度；当第二牵引金属丝15受拉固定在孔洞Ⅶ14时，第二扭转弹簧11扭转90度，使第二凸形金属板20和第二长条状金属板21之间的角度为180度。

优选的，所述第二凸形金属板20，第二长条状金属板21均采用质量较轻的经过防腐蚀处理的金属材料，以保证可以省力抽拉。

优选的，所述第二扭转弹簧采用平常固定为90度的角度，受拉时固定为180度的角度。

优选的，所述第二牵引金属丝15采用抗拉能力较高的经过防腐蚀处理的柔性金属丝。

图8、图9和图10是轨道连接部分的主视图、俯视图和左视图。如图8、图9和图10所示，所述轨道连接部分包括第三长条状金属板16，所述第三长条状金属板16的中部开有长条状凹槽，用于使所述清理岩土部分的第二凸形金属板20的上部能够在凹槽内来回滑动。

优选的，所述第三长条状金属板16采用耐磨性较好的经过防腐蚀处理的金属材料。

本实施例中，在所述第一长条状金属板18和第三凹形长条状金属板16的长边两端分别开有上下相对应的三个孔洞Ⅳ10，采用经过防腐蚀处理的普通螺栓连接该第一长条状金属板18和第三凹形长条状金属板16上的上下相对应的三个孔洞Ⅳ10，并且在支撑装置部分和轨道连接部分之间留有空隙，以便于清理岩土部分在中间顺利流畅地抽拉滑移。

所述第三长条状金属板16的一端还开有两个与金属板19相对应的小的凹槽，使用时，金属板19穿过这两个小的凹槽与孔洞地面接触。

本发明第二实施方式提出一种基于上述的用于隧道超前预报中防止炮孔坍塌的支撑清理装置的使用方法，该方法包括以下步骤：

S101，将支撑装置部分的第一牵引金属丝6自由的一端固定在受拉形式的孔洞Ⅲ9，使第一方形金属板17和第一长条状金属板18之间的角度为180度，同样，将清理岩土部分的第二牵引金属丝15自由的一端也固定在受拉形式的孔洞Ⅶ14，使第二凸形金属板20和第二长条状金属板21之间的角度为180度。

S102，将整个支撑清理装置沿着炮孔上沿伸入炮孔中；

S103，将支撑装置部分的第一牵引金属丝6自由的一端固定在平常形式的孔洞Ⅱ8，使第一方形金属板17和第一长条状金属板18之间的角度为90度，完成支撑要求。

S104，将清理岩土部分的第二牵引金属丝自由的一端固定在平常形式的孔洞Ⅵ8，使第二凸形金属板20和第二长条状金属板21之间的角度为90度，并通过抽拉所述清理部分的第二长条状金属板21，将炮孔中的碎石土清理出炮孔，如图11所示。

S105，清理完成后，放置炸药和雷管，如图12所示。

S106，将支撑装置部分的第一牵引金属丝自由的一端固定在受拉形式的孔洞Ⅲ9，使第一方形金属板17和第一长条状金属板18之间的角度为180度，同样，将清理岩土部分的第二牵引金属丝自由的一端也固定在受拉形式的孔洞Ⅶ14，使第二凸形金属板20和第二长条状金属板21之间的角度为180度。

S107，抽出整个支撑清理装置。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

(1)本发明为隧道超前地质预报防止炮孔坍塌的支撑清理装置，有效得解决了如何防止炮孔坍塌所带来的问题，避免了炮孔坍塌所需要重新钻孔所带来的人力物力消耗，也避免了使用塑料管所带来的污染和不可回收问题，大大增加了工作效率；

(2)本发明操作简单易懂，只需简单的几个步骤，就能清理炮孔中的由于扰动产生的碎石土，将炸药顺利放置要求的深度；

(3)本发明成本低廉，材料环保，且可多次利用，不会滞留在炮孔中产生污染。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种用于隧道超前预报中防止炮孔坍塌的支撑清理装置，其特征是，包括：用于支撑炮孔上部碎石土产生的压力的支撑装置部分、轨道连接部分和位于支撑装置部分和轨道连接部分之间且能在支撑装置部分和轨道连接部分之间来回滑动的清理岩土部分，通过抽拉滑移所述清理岩土部分来清理孔洞中碎石土；

所述支撑装置部分包括第一方形金属板、第一长条状金属板和第一牵引金属丝，所述第一方形金属板与第一长条状金属板的一端通过第一扭转弹簧连接，所述第一牵引金属丝的一端与第一方形金属板固定连接，另一端与第一长条状金属板活动连接，用于调节第一方形金属板和第一长条状金属板之间的角度，所述第一长条状金属板的另一端焊接有两块金属板，作为立体支撑；

所述清理岩土部分包括第二凸形金属板、第二长条状金属板和第二牵引金属丝，所述第二凸形金属板与第二长条状金属板的一端通过第二扭转弹簧连接，所述第二凸形金属板和第二长条状金属板上连接有第二牵引金属丝，利用第二牵引金属丝调节第二凸形金属板和第二长条状金属板之间的角度。

2.根据权利要求1所述的用于隧道超前预报中防止炮孔坍塌的支撑清理装置，其特征是，所述第一方形金属板远离第一长条状金属板的一端开有孔洞Ⅰ，所述第一长条状金属板远离第一方形金属板的一端开有水平相距一定距离的孔洞Ⅱ和孔洞Ⅲ，所述第一牵引金属丝的一端固定在孔洞Ⅰ，所述第一牵引金属丝的另一端固定在孔洞Ⅱ或孔洞Ⅲ中，调节第一扭转弹簧的角度，从而调节第一方形金属板和第一长条状金属板之间的角度。

3.根据权利要求1所述的用于隧道超前预报中防止炮孔坍塌的支撑清理装置，其特征是，所述第二凸形金属板远离第二长条状金属板的一端开有孔洞Ⅴ，所述第二长条状金属板远离第二凸形金属板的一端开有水平相距一定距离的孔洞Ⅵ和孔洞Ⅶ，所述第二牵引金属丝的一端固定在孔洞Ⅴ，所述第二牵引金属丝的另一端固定在孔洞Ⅵ或孔洞Ⅶ中，调节第二扭转弹簧的角度，从而调节第二凸形金属板和第二长条状金属板之间的角度。

4.根据权利要求1所述的用于隧道超前预报中防止炮孔坍塌的支撑清理装置，其特征是，所述轨道连接部分包括第三长条状金属板，所述第三长条状金属板的中部开有长条状凹槽，用于使所述清理岩土部分的第二凸形金属板上部沿凹槽滑动。

5.根据权利要求1所述的用于隧道超前预报中防止炮孔坍塌的支撑清理装置，其特征是，在所述支撑装置部分的第一长条状金属板和所述轨道连接部分的第三长条状金属板的长边两端分别开有三个上下相对应的通孔，分别采用螺栓连接所述三个上下相对应的通孔，并且在支撑装置部分和轨道连接部分之间留有一定空隙。

6.如权利要求1所述的用于隧道超前预报中防止炮孔坍塌的支撑清理装置的使用方法，其特征是，包括以下步骤：

分别将支撑装置部分和清理岩土部分的两块金属板之间的角度调节为180度；将支撑装置部分的第一牵引金属丝的一端固定在第一长条状金属板上的孔洞Ⅰ，另一端固定在第一长条状金属板上的孔洞Ⅲ，使第一方形金属板和第一长条状金属板的角度为180度；将清理岩土部分的第二牵引金属丝的一端固定在第二长条状金属板上的孔洞Ⅴ，另一端固定在第二长条状金属板上的孔洞Ⅶ，使第二凸形金属板和第二长条状金属板的角度为180度；

将整个支撑清理装置沿着炮孔上沿伸入炮孔中，

分别将支撑装置部分和清理岩土部分的两块金属板之间的角度调节为90度；将支撑装置部分的第一牵引金属丝的一端固定在第一长条状金属板上的孔洞Ⅰ，另一端固定在第一长条状金属板上的孔洞Ⅱ，使第一方形金属板和第一长条状金属板的角度为90度；将清理岩土部分的第二牵引金属丝的一端固定在第二长条状金属板上的孔洞Ⅴ，另一端固定在在第二长条状金属板上的孔洞Ⅵ，使第二凸形金属板和第二长条状金属板的角度为90度；

通过抽拉滑移所述清理岩土部分的第二长条状金属板，将炮孔中的碎石土清理出炮孔。

7.根据权利要求6所述的使用方法，其特征是，清理完成后，放置炸药和雷管，分别将支撑装置部分的第一方形金属板和第一长条状金属板的角度调节为180度；将清理岩土部分的第二凸形金属板和第二长条状金属板的角度调节为180度；

抽出整个支撑清理装置。