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陀螺垂直仪随钻测量成孔垂直度的可行性探讨

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陀螺垂直仪随钻测量成孔垂直度的可行性探讨旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械,其在中国的发展至今已经超过 10 年了,检测装置组成由最初的压力传感器+倾角传感器+ 限位开关发展到现在的压力传感器+倾角传感器+ 限位开关+拉力传感器+ 超声波传感器… …检测技术在旋挖钻机上的应用已经非常广泛,但是仍然不够,很多的功能有待进一步借助检测技术来实现,随钻测量成孔垂直度就是需要借助于检测技术实现的功能之一。根据国家标准,桩基础施工要求成孔的倾斜度小于 现有的测量方式为成孔后测量,一般采用超声波探头垂直连续测量各深度不同方向的孔径,根据记录仪同步绘制各方向孔壁形态的记录图,判定孔径、孔深、孔壁垂直度。成孔后测量的检测技术成熟、检测成本低、操作简单且精度较高。但是,由于成孔后测量属于事后测量,存在一旦检测不合格,需要将成孔填平压实,然后重新钻孔的缺点。为掌握施工钻进过程中成孔质量,避免交检后才被检测出垂直度不合格,造成严重浪费,一般的施工人员采取分段检测的方式,比如施工要求成孔深度为 60 米,施工人员会在钻进 10 米、 20 米、30 米、40 米、50米、60 米时分别检测其成孔的垂直度,一旦发现垂直度不合格便进行及时修正,有效避免交捡后不合格、重新填埋后再次钻孔的严重浪费。上述方法能在一定程度上提高成孔垂直度、提高成孔质量,但是其检测方式为人工检测,且需要停工后才可检测,智能化程度低且对于施工效率有较大影响。为解决这一难题,在这里探讨提出一种在钻进过程中实时检测成孔(钻进)垂直度的方法。钻进过程中实时检测成孔(钻进)垂直度的方法拟采用的传感器为陀螺垂直仪,陀螺垂直仪是利用摆式敏感元件对三自由度陀螺仪施加修正力矩以指示地垂线的仪表,又称陀螺水平仪。由于钻孔属于地下施工,难以将电线电缆连接至陀螺垂直仪,故考虑采用无线检测技术,同时考虑无线检测在地下泥浆介质内远距离传输的不稳定性,此处考虑将无线检测技术优化为地下检测、地上传输的方式进行。旋挖钻机钻进部分主要由钻杆和钻斗组成,将陀螺垂直仪安装于钻杆方头内,方头为钻杆与钻斗的连接位置,钻杆和钻斗通过法兰轴连接。在钻杆带动钻斗钻进过程中,陀螺垂直仪按设定时间间隔检测钻杆本身的垂直度,间接反应成孔的垂直度。当钻进至钻斗内进入适量岩土时,按照正常操作流程需将钻斗提出地面倒土,在提出地面时,与陀螺垂直仪相连的无限发射机构将存储的数据发送至主机控制器,主机控制器接收到数据后,对数据进行处理分析,得出成孔垂直度并在显示器界面显示,一旦垂直度不符合要求,报警并提示建议操作手应采取的合理钻进方式,实现对成孔垂直度的智能监控与修正,极大提高成孔质量。上述方法一定程度上实现了旋挖钻机成孔垂直度的智能实时监控,具有一定先进性。但是上述方法也存在几点问题:一是陀螺垂直仪、无线发射机构是否能经受泥浆、水等的污染,是否能经受旋挖钻机强振动(振动加速度有可能在 5G 以上)的恶劣工况;二是无线发射装置的电池耐受性怎样,如要经常更换电池,其便利性也是值得商酌的。但是,尽管上述方法还存在缺陷,但其创新性是存在的,并且其可行性也通过了试验,如能通过耐久性试验,则上述检测方法必将使得旋挖钻机的智能化施工技术向前迈进重要的一步。钻杆钻斗钻斗与钻杆连接处,也即陀螺垂直仪与无线发射装置安装处
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