地下洞室開挖面表面應力解除裝置制造方法及圖紙

一種地下洞室開挖面表面應力解除裝置，包括：外殼體、應力解除切割機構(gòu)、多路應變測量裝置、測量控制單元和設置于工作壁面上的三分量直角應變花，其中：應力解除切割機構(gòu)設置于外殼體內(nèi)且分別與多路應變測量裝置和測量控制單元相連，多路應變測量裝置由連接導線與三分量直角應變花相連記錄應力解除切割機構(gòu)對巖壁實施應力解除過程中工作面上應變變化，由通信電纜與主控箱相連，測量控制單元由動力電纜與計算機相連。本發(fā)明專利技術(shù)設計合理，外殼體采用手提式箱型結(jié)構(gòu)，體積小、重量輕，安裝和拆卸操作簡單易行，具有野外攜帶方便，適應性好等特點。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及的是一種巖石工程領(lǐng)域巖體表面應力測量的裝置，具體是一種地下洞室開挖面表面應力解除裝置。
技術(shù)介紹
在水利水電、礦業(yè)開采等涉及地下洞室開挖施工的巖土工程領(lǐng)域，往往需要了解和確定洞室表面圍巖的應力狀態(tài)，以評估開挖圍巖本身的穩(wěn)定性，或者判別和預報頂板壓力，以便及時采取必要的工程措施預防事故發(fā)生。特別是在深埋地下洞室工程施工時，由于地應力水平較高，施工期間洞室開挖面由于高地應力環(huán)境引起的巖爆等事故時有發(fā)生，給工程施工帶來困難，嚴重時甚至造成重大的人身安全和生命財產(chǎn)損失。這種情況下，如能采用簡單、快速的地下洞室開挖面表面應力測量技術(shù)，準確地測定開挖面上表層巖體多個局部壁面的平面應力狀態(tài)，及時把握洞室施工期間開挖面表層巖面的局部應力狀態(tài)，從而為研究洞室表層巖體的穩(wěn)定狀況、支護結(jié)構(gòu)設計和計算提供基礎性數(shù)據(jù)資料就顯得特別重要。目前在洞室表面開展平面應力測量的技術(shù)還局限于通過在平整巖面向巖體鑿環(huán)形槽來實施對巖體表面的應力解除來進行，這類方法在實施起來需要大型的施工機械，設備笨重，操作起來占地面積也大，對工程施工也會帶來諸多不便，甚至由于現(xiàn)場試驗占用工時而影響工程進度。另一類測量巖體表面應力方法是表面應力恢復測量法，它是先在巖面鑿槽，并記錄鑿槽過程中其法向的局部變形值，然后再在槽中埋設壓力枕加壓，當壓力達到恢復鑿槽時所記錄的局部變形值時，就認為施加在壓力枕上的壓力就是所測巖壁表層的一個主應力。由于主應力的方向一般事先是無法知道的，這樣采用這類方法來測點巖體表層的表面應力的話，至少需要進行三次測量，效率較低。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN101240697，公開日2008813，記載了一種用于在垂直深孔中鉆切高質(zhì)量巖芯的微型井下側(cè)壁環(huán)形槽切割工具，所提出的微型井下側(cè)壁環(huán)形槽切割工具主要由提升機構(gòu)、密封電纜接頭、電子設備倉、冷卻泵倉、上封隔器、環(huán)形槽切割主工作部、推送機構(gòu)、內(nèi)缸套、下封隔器、下設備倉、外缸套、后工作窗、前工作窗，其中提升機構(gòu)與外缸套的上端部相連接，密封電纜接頭與電子設備倉相連，作為電子設備倉的輸出端口，電子設備倉位于提升機構(gòu)下方，電子設備倉下方設有冷卻泵倉，冷卻泵倉下方設有上封隔器，上封隔器通過封隔器上支架固定于外缸套內(nèi)，下封隔器通過封隔器下支架與外缸套下端部固定連接，環(huán)形槽切割主工作部與內(nèi)缸套、推送機構(gòu)裝配成一體，并置于上封隔器和下封隔器之間，在位于上封隔器、下封隔器之間的外缸套上設有前工作窗和后工作窗，下設備倉位于外缸套的尾部。該裝置主要是用于在垂直深孔孔壁上鉆切相對完整的巖樣，同時也可以完成對孔壁局部壁面的應力解除，但無法獲得孔壁上被解除局部壁面的實時變形數(shù)據(jù)；該裝置結(jié)構(gòu)復雜，無法適用于快速測定地下洞室開挖面平面應力的實際需要。另外，在巖石表面應力測量技術(shù)中多采用傳統(tǒng)的多通道應變儀來測量巖石應變，往往就需要有專門配置應變測量儀器，這對于相對復雜的地下洞室施工現(xiàn)場而言不可避免地會給測試工作帶來不利影響。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種地下洞室開挖面表面應力解除裝置，能夠快速獲得巖體表面的局部變形數(shù)據(jù)，進而計算確定巖體表面的局部平面應力狀態(tài)。本專利技術(shù)是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本專利技術(shù)包括外殼體、應力解除切割機構(gòu)、多路應變儀測量裝置、測量控制單元和設置于工作壁面上的三分量直角應變花，其中應力解除切割機構(gòu)設置于外殼體內(nèi)且分別與多路應變測量裝置和測量控制單元相連，多路應變儀由連接導線與三分量直角應變花相連記錄應力解除切割機構(gòu)對巖壁實施應力解除過程中工作面上應變變化，由通信電纜與主控箱相連，測量控制單元由動力電纜與計算機相連。所述的測量控制單元包括測量控制電源輸入和總線輸入接線端子、與計算機相連的控制處理器、驅(qū)動機構(gòu)輸出模塊、外部信號輸入模塊，其中外部信號輸入模塊和驅(qū)動機構(gòu)輸出模塊分別與應力解除切割機構(gòu)中的進給步進電機相連，控制處理器接收計算機指令由驅(qū)動機構(gòu)輸出模塊向應力解除切割機構(gòu)中的進給步進電機發(fā)出進給或回退指令后，使進給步進電機動作，外部信號輸入模塊接收應力解除切割機構(gòu)中的檢測元件反饋的進給步進電機位置信號，并將該信號送回控制處理器。測量控制單元是一個基于485總線的集成電路板，電源輸入電壓為直流24V。測量控制電源輸入和總線輸入接線端子位于集成電路板的右側(cè)，通過連接導線與外部電纜相連接作為集成電路板的電源和信號接口，控制處理器位于集成電路板的中部，驅(qū)動機構(gòu)輸出模塊和外部信號輸入模塊位于集成電路板的中上部。所述的多路應變儀包括應變電源輸入和總線輸入接線端子、應變處理器、失調(diào)補償單元、外部應變接入單元，其中應變電源輸入和總線輸入接線端子位于集成電路板的左偵牝通過連接導線與外部電纜相連接作為集成電路板的電源和信號接口，應變處理器位于集成電路板的中部，失調(diào)補償單元位于集成電路板的右側(cè)，外部應變接入單元位于集成電路板的中下側(cè)。外部應變接入單元是三個全橋電路，分別與粘貼在巖石壁面上的三分量直角應變花相連接；失調(diào)補償單元是三個可調(diào)電位器，分別用于調(diào)節(jié)外部應變接入單元中三個全橋電路的電路平衡。當應力解除機構(gòu)開始工作后，三分量直角應變花記錄的巖壁表面應變通過外部應變接入單元傳送至應變處理器處理和數(shù)據(jù)存儲，并經(jīng)信號處理后傳送至外部計算機實時顯示巖壁表面上被解除正應變的變化情況，多路應變儀被設計成微型集成電路模塊，直接內(nèi)嵌至表面應力解除裝置的內(nèi)部，其本身具有數(shù)據(jù)存儲功能，可避免信號傳輸損失，從而保證數(shù)據(jù)可靠性。所述的應力解除切割機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機、上基座、聯(lián)軸器、主軸箱、傘形齒輪副、薄壁金剛石取芯鉆頭、帶鍵齒鉆具套、與測量控制單元的驅(qū)動機構(gòu)輸出模塊相連的進給步進電機、進給機構(gòu)軸箱、進給推送絲桿、反力支撐機構(gòu)、鉆具座、進給機構(gòu)支座、下基座和檢測元件，其中旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機豎直固定于上基座上且由聯(lián)軸器與主軸箱的主動軸相連，主軸箱的主動軸通過傘形齒輪副與軸線處于水平位置的帶鍵齒鉆具套相連，帶鍵齒鉆具套與薄壁金剛石取芯鉆頭通過螺紋相連接且支撐于鉆具座上，鉆具座的楔形底部設置于進給機構(gòu)支座楔形槽內(nèi)，進給機構(gòu)支座與進給機構(gòu)軸箱固定連接，進給步進電機的軸線與薄壁金剛石取芯鉆頭軸線相平行，進給步進電機的主軸與進給機構(gòu)軸箱輸入端相連，進給機構(gòu)軸箱的輸出端與進給推送絲桿相連，進給推送絲桿與進給機構(gòu)軸箱可沿絲桿軸向作相對運動，反力支撐機構(gòu)位于帶鍵齒鉆具套后端部的下方且與進給推送絲桿相連，進給機構(gòu)軸箱和進給步進電機固定連接于下基座上，檢測元件設置在帶鍵齒鉆具套與薄壁金剛石取芯鉆頭的后端部且與測量控制單元的外部信號輸入模塊相連。所述的檢測元件用于實時檢測應力解除切割機構(gòu)在鉆進作業(yè)過程中進給步進電機和薄壁金剛石取芯鉆頭的工作狀態(tài)，并將鉆進深度、鉆壓、鉆速等參數(shù)通過測量控制單元和通信電纜傳輸?shù)皆O置于地下洞室開挖面附近底板的計算機，以便對鉆進過程進行實時控制。所述的外殼體由水管與冷卻水泵相連。所述的上基座和下基座之間設置有圓柱形支桿，上基座和下基座分別與外殼體固定連接。本專利技術(shù)設計合理，外殼體采用手提式箱型結(jié)構(gòu)，體積小、重量輕，安裝和拆卸操作簡單易行，具有野外攜帶方便，適應性好等特點。應用于地下洞室開挖面表面應力測量時，能夠適應于礦山法施工開挖過程中充分利用掌子面清理渣土的短暫時間內(nèi)進行開挖面表面應力測定工作本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種地下洞室開挖面表面應力解除裝置，其特征在于，包括：外殼體、應力解除切割機構(gòu)、多路應變測量裝置、測量控制單元和設置于工作壁面上的三分量直角應變花，其中：應力解除切割機構(gòu)設置于外殼體內(nèi)且分別與多路應變測量裝置和測量控制單元相連，多路應變測量裝置由連接導線與三分量直角應變花相連記錄應力解除切割機構(gòu)對巖壁實施應力解除過程中工作面上應變變化，由通信電纜與主控箱相連，測量控制單元由動力電纜與計算機相連；所述的測量控制單元包括：與計算機相連的控制處理器、驅(qū)動機構(gòu)輸出模塊、外部信號輸入模塊，其中：外部信號輸入模塊和驅(qū)動機構(gòu)輸出模塊分別與接收應力解除切割機構(gòu)中的進給步進電機相連，控制處理器接收計算機指令由驅(qū)動機構(gòu)輸出模塊向應力解除切割機構(gòu)中的進給步進電機發(fā)出進給或回退指令后使進給步進電機動作，外部信號輸入模塊接收應力解除切割機構(gòu)中的檢測元件反饋的進給步進電機位置信號并將該信號送回控制處理器,外部信號輸入模塊和驅(qū)動機構(gòu)輸出模塊分別與接收應力解除切割機構(gòu)相連，控制處理器接收計算機指令由驅(qū)動機構(gòu)輸出模塊接收，外部信號輸入模塊接收機構(gòu)反饋的信號，并將該信號送回控制處理器。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種地下洞室開挖面表面應力解除裝置，其特征在于，包括:外殼體、應力解除切割機構(gòu)、多路應變測量裝置、測量控制單元和設置于工作壁面上的三分量直角應變花，其中:應力解除切割機構(gòu)設置于外殼體內(nèi)且分別與多路應變測量裝置和測量控制單元相連，多路應變測量裝置由連接導線與三分量直角應變花相連記錄應力解除切割機構(gòu)對巖壁實施應力解除過程中工作面上應變變化，由通信電纜與主控箱相連，測量控制單元由動力電纜與計算機相連； 所述的測量控制單元包括:與計算機相連的控制處理器、驅(qū)動機構(gòu)輸出模塊、外部信號輸入模塊，其中:外部信號輸入模塊和驅(qū)動機構(gòu)輸出模塊分別與接收應力解除切割機構(gòu)中的進給步進電機相連，控制處理器接收計算機指令由驅(qū)動機構(gòu)輸出模塊向應力解除切割機構(gòu)中的進給步進電機發(fā)出進給或回退指令后使進給步進電機動作，外部信號輸入模塊接收應力解除切割機構(gòu)中的檢測元件反饋的進給步進電機位置信號并將該信號送回控制處理器，外部信號輸入模塊和驅(qū)動機構(gòu)輸出模塊分別與接收應力解除切割機構(gòu)相連，控制處理器接收計算機指令由驅(qū)動機構(gòu)輸出模塊接收，外部信號輸入模塊接收機構(gòu)反饋的信號，并將該信號送回控制處理器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下洞室開挖面表面應力解除裝置，其特征是，所述的多路應變儀包括:應變處理器、失調(diào)補償單元、外部應變接入單元，其中:外部應變接入單元是三個全橋電路，分別與粘貼在巖石壁面上的三分量直角應變花相連接；失調(diào)補償單元是三個可調(diào)電位器，用于調(diào)節(jié)外部應變接入單元中三個全橋電路的電路平衡，當應力解除機構(gòu)開始工作后，三分量直角應變花記錄的巖壁表面應...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：侯明勛，葛修潤，
申請(專利權(quán))人：上海交通大學，
類型：發(fā)明
國別省市：