[发明专利]一种采用预埋多组传感器的导向钻孔方法及装置

说明书

技术领域

 本发明涉及一种应用在钻孔施工中的导向钻孔方法及装置。

背景技术

目前采用的一般导向钻孔(定向钻孔)方法为：使用锲形钻头，钻头内装有特制的倾角传感器（也叫定位传感器），倾角传感器通过有线或无线连接孔外的导向仪，导向仪显示钻头的倾角、工具角等参数。钻进过程中，如果需要调整钻进方向，可先将钻头锲形板大斜面旋转到调向目标方向的对面，然后不旋转钻杆直接顶进，钻头锲形板大斜面受力合力方向为调向目标方向，钻头轨迹向目标方向移动。概括的说，就是一般导向钻孔是通过调整与钻杆相连的钻头锲形板的朝向和受力来控制钻进方向，使钻头的钻进轨迹接近设计轨迹的。但是，这种导向钻孔(定向钻孔)方法导向距离较短，导向精度较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用预埋多组传感器的导向钻孔方法及装置，要解决传统的导向钻孔方法及装置导向距离短、导向精度低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种采用预埋多组传感器的导向钻孔方法，其特征在于步骤如下：

步骤一、在隧道钻孔施工前，在隧道轮廓内预埋至少一根与隧道轴线平行的传感器安放管，传感器安放管中轴向间隔设置一组信号传感器，并用信号线将这组信号传感器与导向仪相连。

步骤二、钻机就位，钻机的钻头中装有与信号传感器无线信号连接的信号发生器，信号发生器内置有倾角传感器。

步骤三、钻机钻孔，在钻孔的过程中，倾角传感器采集角度信息，信号发生器将采集到的角度信息调制成电磁波信号发送出去，每一个信号传感器均通过信号传感器线圈接收该电磁波信号并解调该电磁波信号，由于各信号传感器与信号发生器距离不同，因此它们接收到的电磁波信号的场强也不相同，每一个信号传感器均将接收和解调出来的信息传给导向仪，导向仪根据公式                                                、和求出一组H的值并将这组H的值取成一个加权平均值，然后根据H的加权平均值实时监测并确定钻头所处的具体位置，并在导向仪的显示屏上直观显示钻头的具体位置，给钻孔纠偏提供信息。

上述公式中，E为信号传感器所接收到的电磁波信号的场强，即量测信号场强，K为量测系统常数，H为信号发生器到接受电磁波信号的信号传感器的纵向距离，L为信号发生器到接受电磁波信号的信号传感器的轴向距离，R为信号发生器到接受电磁波信号的信号传感器的直线距离。

所述步骤一中，可在隧道轮廓内预埋两根传感器安放管。

一种采用预埋多组传感器的导向钻孔装置，包括有钻机和导向仪，所述钻机的钻头中装有信号发生器，信号发生器内置有倾角传感器，其特征在于：还包括预埋在隧道轮廓内的至少一根传感器安放管和轴向间隔设置在传感器安放管中的一组信号传感器，所述信号传感器通过信号线与导向仪相连，并且信号传感器上设置有可感应到信号发生器发出的信号的场强大小的信号传感器线圈。

所述隧道轮廓内可预埋有两根传感器安放管。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：本发明涉及了一种简单的用量测信号场强E（磁场总强度）来计算信号发生器到传感器安放管的距离H，并由此确定钻头位置的方法及装置，具有导向距离长、导向精度高的特点。

本发明的主要应用场合：1、水平旋喷施工；本发明可实现精确定位，并且量测精度与打钻长度无关，因此能使水平旋喷桩咬合质量大大提高，施工中结合钻杆内排泥和压力测量手段，使一次性施工长度达到50米以上成为可能，导向距离非常长。2、长距离管棚施工；长距离管棚施工由于外插角较大，存在侵限或超挖问题，采用本发明可让这个问题得以解决，并且可能实现初支与管棚成为整体。3、垂直精确钻孔施工；本发明让超深度精确钻孔成为可能，可应用于超深基坑封水帷幕，煤矿的竖井或斜井的超前加固。

本发明采用了系列固定点信号接收，解决了地面跟踪导向问题。

本发明不仅能用角度计算钻头位置，还可直接定位，定位精度与打钻长度无关。

本发明解决了大埋深隧道的高效钻孔测量问题。

本发明多点同时测量，有平均效应，弥补局部干扰，精度高。

本发明大幅节省了测量时间，全面提升了工程量测工作效率。

本发明可实现钻孔远程施工控制和监督。

本发明是针对隧道超前支护（如水平旋喷方法）需要在同一掌子面上大量高精度的钻孔的特点而设计的。本发明参考了地面跟踪导向方法原理，将地面跟踪测量改为地下系列固定点连续测量，将地面多位置定位改为多传感器同时测量定位。

附图说明