长距离水平冻结孔光纤陀螺测斜仪姿态稳定装置及测斜方法与流程

1.本发明涉及冻结孔检测技术领域。具体地说是长距离水平冻结孔光纤陀螺测斜仪姿态稳定装置及测斜方法。


背景技术：

2.现代地下工程中，冻结法广泛应用于地铁的联络通道及盾构进出洞工程中，这类工程的冻结孔钻孔距离较短，通常小于20m，采用传统的灯光测斜法便能够满足冻结孔测斜的需求。但随着交叉穿越冻结工程的出现，水平冻结孔长度接近80m，传统的灯光测斜方法已无法满足；而采用光纤陀螺测斜仪在水平冻结孔中测斜存在以下问题：一方面水平光纤陀螺测斜仪的平稳下放需要一定的驱动力，驱动力随着冻结孔的长度而加大，驱动力不断增加给后续下放光纤陀螺测斜仪带来一定的不便；另一方面，光纤陀螺测斜仪的外径与冻结管的内径不匹配，存在较大的空间，导致在实际的检测中，光纤陀螺测斜仪的姿态难以稳定，导致测量误差，影响测量精度。


技术实现要素：

3.为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种提高光纤陀螺测斜仪检测时姿态稳定性并减少前进阻力的长距离水平冻结孔光纤陀螺测斜仪姿态稳定装置及测斜方法。
4.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：长距离水平冻结孔光纤陀螺测斜仪姿态稳定装置，包括光纤陀螺测斜仪、自调节姿态稳定组件和固定组件，所述自调节姿态稳定组件套在所述光纤陀螺测斜仪的端部，所述自调节姿态稳定组件的支撑端抵顶在冻结管的内壁上，所述自调节姿态稳定组件的两端均设置有所述固定组件，所述自调节姿态稳定组件通过其两端的所述固定组件与所述光纤陀螺测斜仪固定连接。
5.上述长距离水平冻结孔光纤陀螺测斜仪姿态稳定装置，所述自调节姿态稳定组件包括波珠螺丝和套环，所述套环的侧壁沿其周向均匀开设有三个或三个以上螺纹孔，所述波珠螺丝螺纹连接在所述螺纹孔内，且所述波珠螺丝的端部突出所述套环的侧壁；所述套环套在所述光纤陀螺测斜仪上，且所述套环的内径与所述光纤陀螺测斜仪的外径相匹配，所述波珠螺丝远离所述套环轴线的一端抵顶在所述冻结管的内壁上。
6.上述长距离水平冻结孔光纤陀螺测斜仪姿态稳定装置，所述套环的材质为尼龙。
7.上述长距离水平冻结孔光纤陀螺测斜仪姿态稳定装置，所述波珠螺丝包括螺丝本体，所述螺丝本体的一端沿其轴线开设有盲孔，所述盲孔内设置有钢珠和弹簧，所述弹簧的一端与所述盲孔的孔底搭接，所述弹簧的另一端与所述钢珠的表面搭接，且所述盲孔的开口端直径小于所述钢珠的直径；所述螺丝本体与盲孔相对的一端螺纹连接在套环侧壁的螺纹孔内，所述钢珠抵顶在所述冻结管的内壁上。
8.上述长距离水平冻结孔光纤陀螺测斜仪姿态稳定装置，所述固定组件为卡箍，两个所述卡箍分别固定在所述自调节姿态稳定组件两端的光纤陀螺测斜仪上，且所述卡箍的侧壁与所述自调节姿态稳定组件的侧壁搭接。
9.上述长距离水平冻结孔光纤陀螺测斜仪姿态稳定装置，所述卡箍包括开口环、夹紧臂和螺栓，所述开口环的两端均固定连接有所述夹紧臂，一个所述夹紧臂的侧壁开设有通孔，另一个所述夹紧臂的侧壁开设有螺纹孔，所述螺栓穿过一个所述夹紧臂侧壁的通孔并螺纹连接另一个所述夹紧臂侧壁的螺纹孔内；所述开口环套在所述光纤陀螺测斜仪上，且所述开口环的侧壁与所述自调节姿态稳定组件的侧壁搭接。
10.长距离水平冻结孔光纤陀螺测斜仪测斜方法，包括以下步骤：
11.步骤a：在光纤陀螺测斜仪上安装长距离水平冻结孔光纤陀螺测斜仪姿态稳定装置，将装有长距离水平冻结孔光纤陀螺测斜仪姿态稳定装置的光纤陀螺测斜仪放在水平冻结孔孔口处；所述长距离水平冻结孔光纤陀螺测斜仪姿态稳定装置包括光纤陀螺测斜仪、自调节姿态稳定组件和固定组件，所述自调节姿态稳定组件套在所述光纤陀螺测斜仪的端部，所述自调节姿态稳定组件的支撑端抵顶在所述冻结管的内壁上，所述自调节姿态稳定组件的两端均设置有所述固定组件，所述自调节姿态稳定组件通过其两端的所述固定组件与所述光纤陀螺测斜仪固定连接；
12.步骤b：将光纤陀螺测斜仪插入冻结管内，使光纤陀螺测斜仪的尾端与冻结孔孔口处平齐，进行第一点数据采集；
13.步骤c：利用pvc管推动光纤陀螺测斜仪前进，使pvc管的后端部与冻结孔孔口处平齐，进行第二点数据采集。
14.上述长距离水平冻结孔光纤陀螺测斜仪测斜方法，测量点应避开冻结管连接处，当测量点数据存在奇异点时，做加测处理；每次测量取点时，保持陀螺仪信号线处于松弛状态；固定点取点时，等待陀螺静止1～2s后再取点测量；剔除奇异点之后，每个点的稳定数据至少为3个。
15.上述长距离水平冻结孔光纤陀螺测斜仪测斜方法，在步骤a中，光纤陀螺测斜仪姿态稳定装置安装在距光纤陀螺测斜仪端部4ocm处；在步骤b中，第一点采集3～5次；在步骤c中，每节pvc管的长度为4m，每次采点以每节pvc管长度为准。
16.上述长距离水平冻结孔光纤陀螺测斜仪测斜方法，所述自调节姿态稳定组件包括波珠螺丝和套环，所述套环的侧壁沿其周向均匀开设有有三个或三个以上螺纹孔，所述波珠螺丝螺纹连接在所述螺纹孔内，且所述波珠螺丝的端部突出所述套环的侧壁；所述套环套在所述光纤陀螺测斜仪上，且所述套环的内径与所述光纤陀螺测斜仪的外径相匹配，所述波珠螺丝远离所述套环轴线的一端抵顶在所述冻结管的内壁上；所述套环的材质为尼龙；所述波珠螺丝包括螺丝本体，所述螺丝本体的一端沿其轴线开设有盲孔，所述盲孔内设置有钢珠和弹簧，所述弹簧的一端与所述盲孔的孔底搭接，所述弹簧的另一端与所述钢珠的表面搭接，且所述盲孔的开口端直径小于所述钢珠的直径；所述螺丝本体与盲孔相对的一端螺纹连接在套环侧壁的螺纹孔内，所述钢珠抵顶在所述冻结管的内壁上；所述固定组件为卡箍，两个所述卡箍分别固定在所述自调节姿态稳定组件两端的光纤陀螺测斜仪上，且所述卡箍的侧壁与所述自调节姿态稳定组件的侧壁搭接；所述卡箍包括开口环、夹紧臂和螺栓，所述开口环的两端均固定连接有所述夹紧臂，一个所述夹紧臂的侧壁开设有通孔，另一个所述夹紧臂的侧壁开设有螺纹孔，所述螺栓穿过一个所述夹紧臂侧壁的通孔并螺纹连接另一个所述夹紧臂侧壁的螺纹孔内；所述开口环套在所述光纤陀螺测斜仪上，且所述开口环的侧壁与所述自调节姿态稳定组件的侧壁搭接。
17.本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
18.1、本发明，通过在套环的周围均匀设置波珠螺丝，在波珠螺丝的支撑下，使光纤陀螺测斜仪位于冻结管的中心，克服了陀螺姿态难以稳定的难题；通过卡箍，能够避免在推送光纤陀螺测斜仪时，套环发生轴向移动，实现了光纤陀螺测斜仪推送及测斜过程中的稳定。
19.2、本发明，通过设置波珠螺丝，波珠螺丝的钢珠在弹簧的顶动下抵顶在冻结管的内壁上，在推送时，钢珠能够进行滚动，从而减少了长距离测斜过程中的推送阻力；波珠螺丝安装在尼龙套环上，在前进的过程中，能够起到减振的作用，并配合波珠螺丝的弹簧，钢珠能够进行一定的伸缩，进一步提高减振效果；同时，可自由伸缩的钢珠能够起到支撑光纤陀螺测斜仪的作用，在冻结管出现部分变形时，可自由伸缩的钢珠能够保证良好的通过能力；在上述结构的配合下，使测斜精度控制在5
‰
以内，满足了长距离水平冻结孔现场对精度的要求。
附图说明
20.图1本发明的立体结构示意图；
21.图2本发明下放至冻结管后的剖面示意图；
22.图3本发明下放至冻结管后的截面示意图。
23.图中附图标记表示为：1
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波珠螺丝；101
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螺丝本体；102
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弹簧；103
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钢珠；2
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套环；3
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光纤陀螺测斜仪；4
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卡箍；401
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开口环；402
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夹紧臂；403
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螺栓；5
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冻结管；6
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公母扣。
具体实施方式
24.本实施例中，在某市轨道交通某区间段进行试验，冻结管5为φ127*10mm无缝钢管，冻结管5的连接采用公母扣6连接，光纤陀螺测斜仪3外径为40mm。
25.请参阅图1
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3，长距离水平冻结孔光纤陀螺测斜仪姿态稳定装置，包括光纤陀螺测斜仪3、自调节姿态稳定组件和固定组件，所述自调节姿态稳定组件套在所述光纤陀螺测斜仪3的端部，所述自调节姿态稳定组件的支撑端抵顶在冻结管5的内壁上，所述自调节姿态稳定组件的两端均设置有所述固定组件，所述自调节姿态稳定组件通过其两端的所述固定组件与所述光纤陀螺测斜仪3固定连接。
26.如图3所示，所述自调节姿态稳定组件包括波珠螺丝1和套环2，所述套环2的侧壁沿其周向均匀开设有六个螺纹孔，所述波珠螺丝1螺纹连接在所述螺纹孔内，且所述波珠螺丝1的端部突出所述套环2的侧壁；所述套环2套在所述光纤陀螺测斜仪3上，且所述套环2的内径与所述光纤陀螺测斜仪3的外径间隙配合，所述波珠螺丝1包括螺丝本体101，所述螺丝本体101的一端沿其轴线开设有盲孔，所述盲孔内设置有钢珠103和弹簧102，所述弹簧102的一端与所述盲孔的孔底搭接，所述弹簧102的另一端与所述钢珠103的表面搭接，且所述盲孔的开口端直径小于所述钢珠103的直径；所述螺丝本体101与盲孔相对的一端螺纹连接在套环侧壁的螺纹孔内，所述钢珠103抵顶在所述冻结管5的内壁上，所述套环2的材质为尼龙，尼龙棒的材质为pa6，外径尺寸为φ70mm，内径尺寸为42mm；螺纹孔深度为10mm；波珠螺丝1长度为24mm，最大承担荷重为55n，通过在套环2的周围均匀设置波珠螺丝1，在波珠螺丝1的支撑下，使光纤陀螺测斜仪3位于冻结管5的中心，克服了陀螺姿态难以稳定的难题；通过设置波珠螺丝1，波珠螺丝1的钢珠103在弹簧102的顶动下抵顶在冻结管5的内壁上，在推
送时，钢珠103能够进行滚动，从而减少了长距离测斜过程中的推送阻力；波珠螺丝1安装在尼龙套环2上，在前进的过程中，能够起到减振的作用，并配合波珠螺丝1的弹簧102，钢珠103能够进行一定的伸缩，进一步提高减振效果；同时，可自由伸缩的钢珠103能够起到支撑光纤陀螺测斜仪3的作用，在冻结管5出现部分变形时，可自由伸缩的钢珠103能够保证良好的通过能力。
27.所述固定组件为卡箍4，两个所述卡箍4分别固定在所述自调节姿态稳定组件两端的光纤陀螺测斜仪3上，所述卡箍包括开口环401、夹紧臂402和螺栓403，所述开口环401的两端均固定连接有所述夹紧臂402，一个所述夹紧臂402的侧壁开设有通孔，另一个所述夹紧臂402的侧壁开设有螺纹孔，所述螺栓403穿过一个所述夹紧臂402侧壁的通孔并螺纹连接另一个所述夹紧臂402侧壁的螺纹孔内；所述开口环401套在所述光纤陀螺测斜仪3上，且所述开口环401的侧壁与所述自调节姿态稳定组件的侧壁搭接，卡箍4的材质为304不锈钢，厚度为5mm，通过卡箍4，能够避免在推送光纤陀螺测斜仪3时，套环2发生轴向移动，实现了光纤陀螺测斜仪3推送及测斜过程中的稳定。
28.长距离水平冻结孔光纤陀螺测斜仪测斜方法，包括以下步骤：
29.步骤a：在光纤陀螺测斜仪3上安装长距离水平冻结孔光纤陀螺测斜仪姿态稳定装置，将装有长距离水平冻结孔光纤陀螺测斜仪姿态稳定装置的光纤陀螺测斜仪3放在水平冻结孔孔口处；所述长距离水平冻结孔光纤陀螺测斜仪姿态稳定装置包括光纤陀螺测斜仪3、自调节姿态稳定组件和固定组件，所述自调节姿态稳定组件套在所述光纤陀螺测斜仪3的端部，所述自调节姿态稳定组件的支撑端抵顶在所述冻结管5的内壁上，所述自调节姿态稳定组件的两端均设置有所述固定组件，所述自调节姿态稳定组件通过其两端的所述固定组件与所述光纤陀螺测斜仪3固定连接；
30.步骤b：将光纤陀螺测斜仪3插入冻结管5内，使光纤陀螺测斜仪3的尾端与冻结孔孔口处平齐，进行第一点数据采集；
31.步骤c：利用pvc管推动光纤陀螺测斜仪3前进，使pvc管的后端部与冻结孔孔口处平齐，进行第二点数据采集。
32.测量点应避开冻结管5连接处，当测量点数据存在奇异点时，做加测处理；每次测量取点时，保持陀螺仪信号线处于松弛状态；固定点取点时，等待陀螺静止1～2s后再取点测量，剔除奇异点之后，每个点的稳定数据至少为3个；在步骤a中，光纤陀螺测斜仪姿态稳定装置安装在距光纤陀螺测斜仪3端部4ocm处；在步骤b中，第一点采集3～5次；在步骤c中，每节pvc管的长度为4m，每次采点以每节pvc管长度为准。
33.所述自调节姿态稳定组件包括波珠螺丝1和套环2，所述套环2的侧壁沿其周向均匀开设有六个螺纹孔，所述波珠螺丝1螺纹连接在所述螺纹孔内，且所述波珠螺丝1的端部突出所述套环2的侧壁；所述套环2套在所述光纤陀螺测斜仪3上，且所述套环2的内径与所述光纤陀螺测斜仪3的外径相匹配，所述波珠螺丝1远离所述套环2轴线的一端抵顶在所述冻结管5的内壁上；所述套环2的材质为尼龙；所述波珠螺丝1包括螺丝本体101，所述螺丝本体101的一端沿其轴线开设有盲孔，所述盲孔内设置有钢珠103和弹簧102，所述弹簧102的一端与所述盲孔的孔底搭接，所述弹簧102的另一端与所述钢珠103的表面搭接，且所述盲孔的开口端直径小于所述钢珠103的直径；所述螺丝本体101与盲孔相对的一端螺纹连接在套环侧壁的螺纹孔内，所述钢珠103抵顶在所述冻结管5的内壁上；所述固定组件为卡箍4，
两个所述卡箍4分别固定在所述自调节姿态稳定组件两端的光纤陀螺测斜仪3上，且所述卡箍4的侧壁与所述自调节姿态稳定组件的侧壁搭接；所述卡箍包括开口环401、夹紧臂402和螺栓403，所述开口环401的两端均固定连接有所述夹紧臂402，一个所述夹紧臂402的侧壁开设有通孔，另一个所述夹紧臂402的侧壁开设有螺纹孔，所述螺栓403穿过一个所述夹紧臂402侧壁的通孔并螺纹连接另一个所述夹紧臂402侧壁的螺纹孔内；所述开口环401套在所述光纤陀螺测斜仪3上，且所述开口环401的侧壁与所述自调节姿态稳定组件的侧壁搭接。
34.利用长距离水平冻结孔光纤陀螺测斜仪姿态稳定装置进行测斜后，克服了长距离水平冻结孔中陀螺测斜仪的姿态稳定难题，在本段水平冻结孔施工测斜中，使测斜精度控制在5
‰
以内，满足了长距离水平冻结孔现场对精度的要求。
35.工作流程：实际使用中，首先将波珠螺丝1拧入套环2侧壁的螺纹孔内，在光纤陀螺测斜仪3的两端套上姿态稳定装置，并通过卡箍4对姿态稳定装置进行固定；然后将装有姿态稳定装置的光纤陀螺测斜仪3推送入冻结管5内，进行测斜。
36.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。