TWI513893B - 用於製造和測量鑽孔的方法和裝置 - Google Patents

Description

用於製造和測量鑽孔的方法和裝置

本發明係關於如申請專利範圍第1項之前言的用於在地面中製造及測量鑽孔的方法，且係關於如申請專利範圍第9項之前言的用於在地面中製造及測量鑽孔的系統。

當在地面中製造鑽孔時，與鑽孔之所要的對準或位置之偏差可由於各種影響因素而發生。例如，尤其在鑽掘樁壁之製造中，其中若干鑽掘樁係藉由填充鑽孔而彼此相鄰地製造，個別鑽掘樁之精確對準係必需的，以確保鑽掘樁壁之所要的密封性。因此，對於每一個別鑽孔而言，必須確保鑽孔沿預定方向精確延伸。

本發明係基於提供一種用於在地面中製造及測量鑽孔之方法及系統之目標，該方法及系統賦能予鑽孔之可靠製造及測量。

根據本發明，該目標係藉由具有申請專利範圍第1項之特徵的方法且藉由具有申請專利範圍第9項之特徵的裝置來達成。本發明之較佳實施例在個別附屬項中陳述。

根據本發明，該方法之特徵在於：該鑽孔係藉由鑽掘製造； 在一地表面上之一運載單元與一測量體之間，有一測量繩索經拉緊；插入該測量體以便將該測量體裝配至地面中之該鑽孔中且降低該測量體；藉由角度測量及距離測量，確定拉緊的測量繩索之至少兩個垂直間隔的繩索點之位置；且基於該等繩索點之該等確定的位置，將該測量體在該鑽孔中之位置測定為該鑽孔之位置的一量度。

根據本發明，用於在地面中製造及測量鑽孔之系統的特徵在於：提供以一旋轉方式可驅動的一鑽掘工具以用於製造該鑽孔；提供一測量體，該測量體可插入以便裝配至該鑽孔中且可被降低，其中該測量體與一鑽孔壁接觸；提供一測量繩索，該測量繩索可在一地表面上之運載單元上之一鏈接點與該鑽孔中之該測量體之間拉緊；提供一測量裝置，經由該測量裝置，該拉緊的測量繩索之至少兩個垂直間隔的繩索點之位置可藉由角度測量及距離測量確定；且提供一評估裝置，使用該評估裝置，可基於該等繩索點之該等確定的位置，將該測量體在該鑽孔中之位置測定為該鑽孔位置的一量度。

本發明之第一基本觀念可見於以下事實中：在地表面上之運載單元與鑽孔中之測量體之間，有測量繩索經拉緊。確定測量繩索在空間中之對準。基於確定的測量繩索之對準，測定測量體在鑽孔中之位置及因此鑽孔之對應區段的位置。

根據本發明，測定測量繩索之至少兩個繩索點之空間位置。基本上，此等繩索點可自由選擇、較佳地系統，然而，在地表面上。在相互間隔的繩索點之間擴展一數學向量，該數學向量之對準用以測定測量體之位置。

藉由拉緊測量繩索，確保測量繩索沿直線之路線，以使測量體上之繩索的鏈接點位於由繩索點擴展的向量之延伸上。向上外推繩索點之間的向量直至測量體，且以此方式測定測量體之位置。

假設測量繩索沿直線延伸，則藉由測量繩索之延伸之方向及繩索點相對於給定參考點之位置，可測定測量體或測量體上的測量繩索之鏈接點之位置。

在根據本發明之方法之較佳實施例中，至少兩個測量繩索在測量體與運載單元之間經拉緊。若干測量繩索之系統使得不僅可能測定測量體之絕對位置(sheer position)而且亦可能測定測量體之空間對準。具體而言，藉由若干測量繩索，可偵測測量體之橫向傾斜，尤其測量體與垂直的偏差。

為測定鑽孔之深度概況或路線，較佳在鑽孔中之不同深度處測定測量體之至少兩個位置。尤其較佳的是，在鑽頭開始之區域中，即，在鑽孔之上端處測定測量體之第一位置，且在鑽頭開始以下之給定深度處測定測量體之第二位置。經由此舉，可可靠地偵測鑽孔與鑽頭開始之偏差或偏離。

此外，根據本發明，較佳的是，除繩索點之位置之外，亦測定測量體之深度位置。基於繩索點之間的已知深度位置及已知向量，可精確地計算測量體在鑽孔中之位置。可確定測量體之深度位置，例如，藉由測量體上之測量裝置或藉由基於參考點來測定繩索長度。可測定例如位於運載單元上之已知參考點與測量體上之鏈接點之間的測量繩索之繩索長度，例如，藉由自繩索絞車展開的長度。

在該方法之有利實施例中，規定：將用於製造鑽孔之鑽掘工具自鑽孔抽出，且在自鑽孔抽出之後，將該鑽掘工具樞轉出鑽孔軸線，且將分離的測量體樞轉至鑽孔軸線中。測量體接著可沿鑽孔軸線插入鑽孔中且在該鑽孔中降低。較佳地，鑽掘工具及測量體兩者係由運載單元之可樞轉桅桿固持，且可經由桅桿樞轉運動而樞轉出鑽孔軸線或樞轉至鑽孔軸線中。測量體至製造的鑽孔中之插入從而可以尤其簡單的方式受到影響。

在又一較佳實施例中，並未使用分離的測量體，而是測量體由用於製造鑽孔之鑽掘工具構成。在鑽孔中，鑽掘工具與鑽孔壁接觸，且因此在鑽孔內置於中心。因此強行將鑽掘工具裝配至鑽孔中之地點，以使鑽掘工具在鑽孔中之位置可靠地表示鑽孔在相關地點之位置。

當使用組合或整合鑽掘工具及測量體時，較佳的是，將鑽掘工具自鑽孔抽出，且隨後將測量繩索固定在鑽掘工具上，且將固定有測量繩索之鑽掘工具再次降低至鑽孔中以測量鑽孔。因此，在第一方法步驟中鑽掘工具用於製造鑽孔，且在第二方法步驟中鑽掘工具充當用於測量鑽孔之測量體。在第二方法步驟中，鑽掘工具較佳地不以旋轉方式驅動。較佳地，當鑽掘工具靜止時鑽掘工具在鑽孔中之位置之測定發生。

較佳的是，在鑽掘過程期間，將測量繩索自同時構成測量體之鑽掘工具拆卸且存放在運載單元上。在自鑽孔抽出鑽掘工具之後，將測量繩索固定在鑽掘工具上，將鑽掘工具再次降低至鑽孔中，且將測量繩索拉緊。

根據另一較佳實施例，鑽孔充滿可硬化媒體以在地面中製造樁。為製造鑽掘樁壁，若干鑽孔可以彼此重疊方式並列製造且充滿可硬化 媒體。

關於根據本發明之系統，較佳的是，測量體具有一體，該體具有對應於鑽孔之直徑。此確保測量體在鑽孔中之準確裝配插入及對準。測量體在鑽孔中之準確裝配位置或界定位置具體而言理解為一系統，在該系統中測量體藉由與鑽孔壁接觸而以界定方式系統，更具體而言，在鑽孔橫截面中置於中心，以使測量體之位置允許關於對應鑽孔區段之直接結論。

測量繩索可經拉緊，例如，因為運載單元具有桅桿及大錘，該大錘以可移動方式支撐在桅桿上，且因為測量繩索之鏈接點系統在大錘上，該大錘以沿桅桿可移動方支撐。因此，例如經由大錘沿桅桿之向上移動，測量繩索可在大錘上之鏈接點與測量體上之對立鏈接點之間經拉緊。大錘上之鏈接點可由例如固定點、偏轉滑輪或繩索絞車構成。

較佳地，沿桅桿可移動之大錘具有用於以旋轉方式驅動鑽桿之鑽頭驅動器。測量繩索之鏈接點較佳提供在大錘之非旋轉部分上，例如在大錘之底座體上或鑽頭驅動器之外殼上。

根據本發明，可便於測量體至鑽孔中之插入，因為運載單元具有桅桿，桅桿以可樞轉方式支撐在底座上，且因為經由桅桿之樞轉，用於製造鑽孔之鑽掘工具或分離測量體可視需要系統在鑽孔之鑽孔軸線中。運載單元之底座可為例如在地表面上可移動之運載車輛。

在根據本發明的系統之又一較佳實施例中，測量體係由以旋轉方式可驅動的鑽掘工具構成。測量繩索可因此直接固定在以旋轉方式可驅動的鑽掘工具上，其中鑽孔之測量較佳在鑽掘工具靜止時執行。為測量鑽孔，最初可將鑽掘工具自鑽孔抽出。此後，可將測量繩索固定在鑽掘工 具上且可將該鑽掘工具再次降低至鑽孔中以執行測量。為達到此目的，測量繩索可較佳以可拆卸方式，即，暫時固定在鑽掘工具上。

根據另一較佳實施例，提供絞車以用於接收測量繩索。絞車可系統在運載單元上，尤其在運載單元之底座或桅桿上，或在靠近運載單元之分離單元上。在桅桿上，絞車可藉由橫樑固定。除允許測量繩索之緊固接收之外，尤其在鑽孔之單個測量中間或在鑽掘過程期間，絞車亦藉由將測量繩索纏繞在繩索絞車上來允許測量繩索之可靠拉緊。

在又一較佳實施例中，測量繩索經由具體而言位於大錘上之偏轉滑輪引導。以此方式，測量繩索可例如經由大錘上之偏轉滑輪而自運載單元之底座上之繩索絞車引導至鑽孔軸線中。在此，大錘上之偏轉滑輪構成大錘上之測量繩索之鏈接點。

在本發明之有利實施例中，測量裝置係系統在具有測量繩索之無阻擋視野之地表面上。測量裝置定位測量繩索，且藉由使用至少兩個測量值來確定繩索之空間位置。兩個測量點位於地表面上的不同高度處。

根據本發明，較佳的是，對於角度測量及距離測量，使用測量裝置，該測量裝置允許垂直方向及水平方向上之角度測量，此外，允許距離測量。較佳地，將視距儀用作測量裝置。測量繩索係藉由視距儀光學觀測。

為測定所定位繩索點之位置，測量裝置發射電磁束，例如，由所定位繩索點反射之光束。基本上，繩索點可為測量繩索上之任何選擇的點。繩索點至測量裝置的距離之測量係藉由例如運轉時間測量或移相來執行。此外，導引至繩索點上之光束之角度係相對於給定參考軸線來測定。 作為因此執行的距離測量及角度測量之結果，可能測定所定位繩索點之空間位置。以相同方式執行至少一個進一步繩索點之位置的確定。

較佳地，光束係紅外線範圍中之光且較佳為雷射束。為定位繩索點，例如，可使用例如視距儀之十字絲來觀測繩索中心。較佳地，直至繩索穩定才執行觀測，即，較佳地當繩索處於靜止時。

10‧‧‧系統

12‧‧‧運載單元

14‧‧‧底座

16‧‧‧車盤

18‧‧‧上載運器

20‧‧‧桅桿

22‧‧‧樞轉桅桿軸線/桅桿軸線

24‧‧‧導軌

26‧‧‧偏轉滑輪

28‧‧‧絞車

30‧‧‧大錘

31‧‧‧上鏈接點/鏈接點

32‧‧‧鑽頭驅動器

34‧‧‧外殼

36‧‧‧鑽桿

38‧‧‧鑽掘工具

39‧‧‧下鏈接點/鏈接點

40‧‧‧測量繩索

42‧‧‧繩索點/測量點

44‧‧‧測量檢查點

46‧‧‧向量

48‧‧‧測量體/分離的測量體

50‧‧‧測量裝置

58‧‧‧地表面

60‧‧‧鑽孔

62‧‧‧鑽孔壁

70‧‧‧評估裝置

以下，藉由在隨附示意性圖式中所示之較佳實施例進一步描述本發明，在隨附示意性圖式中展示：圖1：根據本發明之系統之第一實施例，及圖2：根據本發明之系統之第二實施例。

在所有圖中，相同構件或具有相同效應之構件係以相同參考符號表示。

圖1中展示根據本發明之用於製造及測量鑽孔60之系統10的第一實施例。系統10包括具有底座14、桅桿20及大錘30之運載單元12，具體而言鑽掘裝置。在所示之實施例中，底座14係由運載車輛構成，該運載車輛包括車盤16及上載運器18，上載運器18以圍繞旋轉之垂直軸線在車盤16上可旋轉方式支撐。

桅桿20可樞轉地支撐在底座14上。沿桅桿軸線22提供導軌24，在導軌24上以可移動方式引導大錘30。大錘30包括具有外殼34之鑽頭驅動器32。鑽桿36係可由鑽頭驅動器32以旋轉方式驅動的，鑽掘工具38系統在鑽桿36之下端。

在運載單元12與鑽掘工具38之間，測量繩索40經拉緊。自運載單元12之底座14上的絞車28開始，測量繩索40經由大錘30上偏轉滑輪26引導至鑽掘工具38。偏轉滑輪26位於鑽頭驅動器32上，具體而言，鑽頭驅動器32為旋轉驅動頭，且偏轉滑輪26構成用於測量繩索40之上鏈接點31。在鑽掘工具38上提供下鏈接點39。自偏轉滑輪26將測量繩索40向下引導。上鏈接點31與下鏈接點39之間的直連接線平行於鑽柱或鑽桿36延伸。具體而言，測量繩索40可為鋼繩索。原則上，亦可提供若干測量繩索40，尤其兩個測量繩索40，如圖1中鑽桿之右側示意性所示。

測量裝置50係系統在地表面58上距運載單元12之一距離處，具體而言，測量裝置50可為視距儀。藉由測量裝置50，可具體而言光學觀測繩索點42，且可將繩索點42之空間位置測定為測量值。測量點或繩索點42位於地表面上，或實情為在鑽孔60之外或之上。

藉由測定測量繩索40上的至少兩個繩索點42之空間位置，可計算向量46，鑽掘工具38上的測量繩索40之鏈接點39位於向量46之延伸中。若鑽掘工具38之深度位置係已知的，則與所確定的繩索點42一起，可能確定鑽掘工具38之精確位置。

在根據圖1之實施例中，鑽掘工具38構成用於測量鑽孔60之測量體48。鑽掘工具38或測量體48抵靠鑽孔60之鑽孔壁62。因此，鑽掘工具38或測量體48以準確裝配方式系統，即，在鑽孔60之橫截面中之界定位置處。知道鑽掘工具38或測量體48之位置，因此可得出關於相關鑽孔區段之位置之結論。

為測量檢查，可將又一繩索點42測定為兩個繩索點42之間 的測量檢查點44，繩索點42亦被稱為測量點。若所有繩索點42位於直線上，則可假設測量繩索40完全以直立方式延伸。

在工事現場，可安裝固定的工事現場坐標系作為參考系。較佳地，測量裝置50相對於工事現場坐標系之位置係已知的。工事現場坐標系可具有一個或若干固定點作為參考點。較佳地，可相對於工事現場坐標系確定測量繩索40之繩索點42之位置。經由此舉，可能相對於工事現場坐標系計算鑽掘工具38或測量體48之空間位置。此允許精確測量製造之鑽孔60。

為製造及測量鑽孔60，可在根據圖1之實施例中執行以下方法步驟：

1.藉由以旋轉方式驅動鑽桿36來製造鑽孔60之至少一部分區域，鑽掘工具38位於鑽桿36上。

2.鑽掘過程終止。

3.將測量繩索40固定在鑽掘工具38上，例如鑽頭刮板(drill flight)或鑽掘斗上。

4.將鑽掘工具38移動至鑽孔60中直至所需測量深度。

5.除非已完成，否則測量繩索40經拉緊。

6.經由藉由測量裝置50之角度測量及距離測量，測定測量繩索40之至少兩個間隔的繩索點42之位置。

7.將鑽掘工具38自鑽孔60抽出。

8.將測量繩索40自鑽掘工具38上之固定點或鏈接點39移除。

9.鑽掘過程可繼續。

總之，至少一個測量繩索40之測量因此在鑽孔60上至少兩個點上實現。將形成於此等繩索點42之間的向量46傳送至當前鑽掘深度。以此方式，可能獲取自鑽掘起點直至測量深度之偏離。將沿向下方向自偏轉滑輪26引導之測量繩索40固定在鑽掘工具38上，僅在止動點或鏈接點39上，以用於測量鑽掘工具38之測量行進。

圖2中展示根據本發明之系統之第二實施例。與前述實施例相反，在此實施例中，除鑽掘工具38之外亦使用分離的測量體48，分離的測量體48具體而言可為圓柱體。測量體48經設計以作為測量炸彈，以便將測量繩索40至少系統在所要測量深度處之幾乎鑽孔60之中心。測量繩索40之鏈接點39位於測量體48之中心。鑽頭驅動器32可樞轉出鑽孔軸線以使分離的測量體48可取代鑽掘工具38插入鑽孔60中。

圖2展示樞轉桅桿軸線22及鑽頭驅動器32樞轉出鑽孔軸線之狀態。測量體48藉由鏈接點31上之測量繩索40而懸掛在桅桿20上。鏈接點31緊鄰鑽桿36之旋轉軸線或與該旋轉軸線偏離。

在根據圖2之實施例中，可執行以下方法步驟以用於製造及測量鑽孔60：

1.藉由以旋轉方式驅動鑽桿36來製造鑽孔60之至少一部分區域，鑽掘工具38位於鑽桿36上。

2.鑽掘過程終止，且將鑽掘工具38自鑽孔60抽出。

3.將鑽頭驅動器32樞轉出鑽孔軸線。

4.將懸掛在測量繩索40上之測量體48樞轉至鑽孔軸線中。

5.將測量體48移動至鑽孔60中直至所需測量深度。

6.經由藉由測量裝置50執行之角度測量及距離測量，測定測量繩索40之至少兩個間隔的繩索點42之位置。

7.將測量體48自鑽孔60抽出且樞轉出鑽孔軸線。

8.將鑽頭驅動器32樞轉至鑽孔軸線中。

9.鑽掘過程可繼續。

為測量若干鑽孔區段，可在測量體48之不同測量深度處重複以上步驟。藉由測量鑽孔60在不同深度之至少兩個點，可測定鑽孔60之路線，且具體而言，可偵測鑽孔60與垂直的偏差。較佳地，上測量深度位於鑽頭開始之區域中，即，在接近地表面58之鑽孔60上區域中。

為基於繩索點42計算測量體48或鑽掘工具38之位置，提供評估裝置70。

10‧‧‧系統

12‧‧‧運載單元

14‧‧‧底座

16‧‧‧車盤

18‧‧‧上載運器

20‧‧‧桅桿

22‧‧‧樞轉桅桿軸線/桅桿軸線

24‧‧‧導軌

26‧‧‧偏轉滑輪

28‧‧‧絞車

30‧‧‧大錘

31‧‧‧上鏈接點/鏈接點

32‧‧‧鑽頭驅動器

34‧‧‧外殼

36‧‧‧鑽桿

38‧‧‧鑽掘工具

39‧‧‧下鏈接點/鏈接點

40‧‧‧測量繩索

42‧‧‧測定繩索點/間隔繩索點

44‧‧‧測量檢查點

46‧‧‧向量

48‧‧‧測量體/分離的測量體

50‧‧‧測量裝置

58‧‧‧地表面

60‧‧‧鑽孔

62‧‧‧鑽孔壁

70‧‧‧評估裝置

Claims (15)

1. 一種用於在地面中製造及測量一鑽孔之方法，其中該鑽孔係藉由鑽掘製造，在一地表面上之一運載單元與一測量體之間，至少有一個測量繩索經拉緊，該測量體被插入以便裝配至地面中之該鑽孔中且該測量體被降低，藉由角度測量及距離測量，確定該拉緊的測量繩索之至少兩個垂直間隔的繩索點之位置，且基於該等繩索點之該等確定的位置，將該測量體在該鑽孔中之位置測定為該鑽孔之位置的一量度。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在該測量體與該運載單元之間，至少有兩個測量繩索經拉緊。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中為了要測定該鑽孔之一路線，在該鑽孔中之不同深度測定該測量體之至少兩個位置。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中除該等繩索點之該等位置之外，測定該測量體之一深度位置。
5. 如申請專利範圍第1項之方法， 其中將用於製造該鑽孔之一鑽掘工具自該鑽孔抽出，且在自該鑽孔抽出之後，該鑽掘工具被樞轉出一鑽孔軸線，且將該分離的測量體樞轉至該鑽孔軸線中。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該測量體係由用於製造該鑽孔之一鑽掘工具構成。
7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中將該鑽掘工具自該鑽孔抽出，且隨後將該測量繩索固定在該鑽掘工具上，且將固定有該測量繩索之該鑽掘工具再次降低至該鑽孔中以測量該鑽孔。
8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該鑽孔充滿一可硬化媒體以在地面中製造一樁。
9. 一種用於在地面中製造及測量一鑽孔之系統，具體而言用於執行如申請專利範圍第1項之方法，其中設有以一旋轉方式可驅動的一鑽掘工具以用於製造該鑽孔，設有一測量體，該測量體可插入以便裝配至該鑽孔中且可被降低，其中該測量體與一鑽孔壁接觸，設有一測量繩索，該測量繩索可在一地表面上之一運載單元上之一鏈接 點與該鑽孔中之該測量體之間拉緊，設有一測量裝置，經由該測量裝置，該拉緊的測量繩索之至少兩個垂直間隔的繩索點之位置可藉由角度測量及距離測量確定，且設有一評估裝置，使用該評估裝置，可基於該等繩索點之該等確定的位置，將該測量體在該鑽孔中之位置測定為該鑽孔之位置的一量度。
10. 如申請專利範圍第9項之系統，其中該測量體具有一體，該體具有對應於該鑽孔之一直徑。
11. 如申請專利範圍第9項之系統，其中該運載單元具有一桅桿及一大錘，該大錘以一可移動方式支撐在該桅桿上，且該測量繩索之該鏈接點系統在該大錘上，該大錘以沿該桅桿之一可移動方式支撐。
12. 如申請專利範圍第9項之系統，其中該運載單元具有一桅桿，該桅桿係以一可樞轉方式支撐在一底座上，且經由該桅桿之一樞轉，用於製造該鑽孔之該鑽掘工具或該分離的測量體可視需要系統在該鑽孔之一鑽孔軸線中。
13. 如申請專利範圍第9項之系統，其中 該測量體係由以一旋轉方式可驅動的該鑽掘工具構成。
14. 如申請專利範圍第9項之系統，其中設有一絞車以用於接收該測量繩索。
15. 如申請專利範圍第9項之系統，其中該測量繩索經由一偏轉滑輪引導。