一种隧道炮孔高精度定位结构及其施工工法

技术领域

本申请涉及隧道施工的技术领域，尤其是涉及一种隧道炮孔高精度定位结构及其施工工法。

背景技术

目前隧道被广泛应用于铁路、公路、水利水电、矿山、市政、人防等部门，在国民经济建设中起着重要的作用，其中，隧道爆破施工技术是隧道掘进的主要手段，主要适用于坚硬岩石隧道、破碎严实隧道及大量短隧道的施工，具有对地质条件适应性强、开挖成本低等优点。

现有的隧道爆破施工过程中，需要在掌子面处定位炮孔，随后在炮孔处进行爆破处理，而对于掌子面炮孔定位的传统方式是采取全站仪放样几个关键的周边眼孔位，由现场钻工和炮工按照自己以往的经验进行掏槽孔、辅助孔、周边孔的布置。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在有因布孔的随意性、位置不准确而导致爆破后洞渣粒径大小离散、爆破出现明显的超欠挖的现象的缺陷。

发明内容

为了能够减少爆破后洞渣粒径大小离散以及爆破出现明显的超欠挖的现象，本申请提供一种隧道炮孔高精度定位结构及其施工工法。

第一方面，本申请提供的一种隧道炮孔高精度定位结构，采用如下的技术方案：

一种隧道炮孔高精度定位结构，包括定位支架、设置于定位支架上的安装壳体、开设有炮孔的炮孔布设模板和用于将炮孔投影到掌子面处的红外线光源，所述红外线光源和炮孔布设模板均设置于安装壳体上，所述红外线光源和炮孔布设模板相对应设置。

通过采用上述技术方案，通过安装壳体的设置，将炮孔布设模板安装到安装壳体上，接着通过红外线光源发射红外线，红外线经过炮孔布设模板将炮孔投影到掌子面上，使炮孔的位置更加精确，能够减少爆破后洞渣粒径大小离散以及爆破出现明显的超欠挖的现象。

可选的，所述定位支架上设置有安装板，所述安装板上设置有安装杆，所述安装杆上开设有转动槽，所述安装壳体上设置有转动配合于转动槽内的转动球，所述定位支架上设置有用于带动安装壳体转动调节的调节装置。

通过采用上述技术方案，通过调节装置的设置，启动调节装置，能够带动安装壳体转动，进而带动转动球在转动槽内转动，实现安装壳体带动炮孔布设模板的转动调节，进而使炮孔在掌子面上的投影更加精确。

可选的，所述调节装置包括转动配合于安装板上的螺杆、用于驱动螺杆转动的转动组件、螺纹配合于螺杆上的滑块和用于对安装壳体的一端进行支撑的支撑杆，所述支撑杆的一端转动配合于安装壳体上，另一端转动配合于滑块上，所述安装板上设置有与滑块的竖向滑动相配合的限位板。

通过采用上述技术方案，启动转动组件，能够带动螺杆转动，带动滑块进行升降调节，从而能够带动支撑杆边转动边滑动，实现安装壳体的摆动调节，进而方便对安装壳体进行调节。

可选的，所述转动组件包括转动配合于安装板上的蜗杆和啮合于蜗杆上的蜗轮，所述蜗轮套设于螺杆上且用于带动螺杆转动。

通过采用上述技术方案，旋动蜗杆，能够带动蜗轮转动，进而实现螺杆的转动，操作便捷。

可选的，所述滑块上开设有与限位板相适配的限位槽，所述限位板与限位槽滑动配合。

通过采用上述技术方案，通过限位槽的设置，限位板位于限位槽内，能够对滑块的运动进行限位处理，进而使滑块只做沿着限位板的升降运动。

可选的，所述限位板的底端转动配合于安装板上，所述限位板转动到限位槽内，限位板与限位槽滑动配合，所述限位板从限位槽内转出时，限位板不再与限位槽滑动配合。

通过采用上述技术方案，限位板与限位槽滑动配合时，将螺杆转动，能够带动滑块进行升降，进而带动安装壳体进行摆动调节，当限位板不再与限位槽滑动配合时，将螺杆转动，能够带动滑块转动，并带动支撑杆转动，进而带动安装壳体进行转动，使安装壳体的调节更加方便。

可选的，所述安装杆设置于螺杆的顶端。

通过采用上述技术方案，使螺杆带动安装壳体转动时，安装壳体能够绕着螺杆的中心轴线进行转动，使安装壳体的安装更加稳定、便捷。

可选的，所述定位支架上设置有安装块，所述安装块内开设有滑槽，所述安装板上安装有滑动配合于滑槽的升降块，所述安装块内设置有用于推动升降块升降的推动装置。

通过采用上述技术方案，通过推动装置的设置，能够将升降块推动，进而使升降块在滑槽内进行升降调节，实现对安装壳体的升降调节。

可选的，所述推动装置包括转动配合于安装块内的丝杠和螺纹配合于丝杠上的挤压块，所述挤压块与滑槽滑动配合，所述挤压块上设置有用于对升降块挤压的挤压面，所述挤压面沿着竖直向下的方向上向下倾斜设置。

通过采用上述技术方案，将丝杠转动，能够带动挤压块朝靠近或是远离升降块处滑动，进而带动升降块进行升降调节，操作较为便捷。

第二方面，一种隧道炮孔施工工法，利用上述的一种隧道炮孔高精度定位结构，其包括如下：

S1：掌子面整平处理；

S2：定位结构定位；

S3：定位结构架设及调平；

S4：炮孔布设模板选型及投影；

S5：投影点油漆标记；

S6：钻孔施工、装药爆破；

S7：断面开挖效果检测。

通过采用上述技术方案，通过定位结构，将炮孔布设模板上的炮孔投影到掌子面后，对掌子面件施工，能够使炮孔的位置更加精确，并减少爆破后洞渣粒径大小离散以及爆破出现明显的超欠挖的现象。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1. 通过安装壳体的设置，将炮孔布设模板安装到安装壳体上，接着通过红外线光源发射红外线，红外线经过炮孔布设模板将炮孔投影到掌子面上，使炮孔的位置更加精确，能够减少爆破后洞渣粒径大小离散以及爆破出现明显的超欠挖的现象；

2. 通过调节装置的设置，启动调节装置，能够带动安装壳体转动，进而带动转动球在转动槽内转动，实现安装壳体带动炮孔布设模板的转动调节，进而使炮孔在掌子面上的投影更加精确。

附图说明

图1是本申请的局部剖视图；

图2是图1中A处的局部放大图；

图3是示出调节装置和安装壳体的连接关系的局部剖视图；

图4是图3中B处的局部放大图。

附图标记说明：1、定位支架；11、安装板；111、升降块；12、安装块；121、滑槽；2、安装壳体；21、转动球；22、滑动槽；23、卡接槽；3、炮孔布设模板；4、红外线光源；5、安装杆；51、转动槽；6、调节装置；61、螺杆；62、转动组件；621、蜗杆；622、蜗轮；63、滑块；631、限位槽；64、支撑杆；7、限位板；8、推动装置；81、丝杠；82、挤压块；821、挤压面；9、滑动装置；91、滑动架；92、转动板；93、卡接球。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种隧道炮孔高精度定位结构。参照图1和图2，包括定位支架1、设置于定位支架1上的安装壳体2、开设有炮孔的炮孔布设模板3和用于将炮孔投影到掌子面处的红外线光源4，定位支架1可直接采用伸缩式三角支架，定位支架1上设置有圆形气泡、条形气泡和调平螺栓（图中未示出），安装壳体2为中空的矩形结构，安装壳体2上开始有用于放置炮孔布设模板3的插槽，安装壳体2位于插槽处的一端为开口端，另一端为封口端。炮孔布设模板3为矩形板，且炮孔布设模板3插设于插槽内，红外线光源4安装于安装壳体2内，红外线光源4可直接采用红外线投影设备，红外线光源4和炮孔布设模板3相对应设置。需要在掌子面上定位炮孔位置时，先将定位支架1移动到待使用位置处，接着选好炮孔布设模板3，并插入安装壳体2内，随后开启红外线光源4，红外线光源4发射红外线，经过炮孔布设模板3上的炮孔投影到掌子面上，完成对炮孔的定位作业。

参照图1和图2，为了能够对红外线光源4与炮孔布设模板3之间的距离进行调节，进而方便对炮孔的投影点进行调节，在安装壳体2的侧面开设有三个滑动槽22，滑动槽22沿着安装壳体2的长度方向上设置，滑动槽22内设置有滑动装置9，滑动装置9包括滑动配合于滑动槽22内的滑动架91、转动配合于滑动架91上的转动板92和固定设置于转动板92上的卡接球93。

其中，参照图1和图2，滑动架91为T型架，滑动架91的顶端和底端均插入滑动槽22内，滑动架91的侧面上固定设置有支撑座，转动板92为T型板，转动板92通过转动配合于支撑座上而转动配合于滑动架91上。安装壳体2位于滑动槽22的顶端和底端处均匀开设有多个卡接槽23，卡接槽23为半球形槽，卡接球93为与卡接槽23相适配的半球形结构。将卡接球93转动到卡接槽23内时，卡接球93与卡接槽23相卡接，能够对滑动架91在滑动槽22内的滑动进行限位。将卡接球93转动，使卡接球93从卡接槽23内转出，卡接球93不再与卡接槽23卡接，接着拉动滑动架91在滑动槽22内进行滑动调节，对红外线光源4与炮孔布设模板3之间的距离进行调节，调节完成后，将转动板92转动，使卡接球93卡接到相对应的卡接槽23内。

参照图3和图4，为了方便对安装壳体2的高度进行调节，在定位支架1上设置有安装板11，安装板11为中空的矩形板，定位支架1上固定设置有安装块12，安装块12为矩形块，安装块12内开设有滑槽121，滑槽121为T型槽，安装板11上固定安装有滑动配合于滑槽121的升降块111，升降块111为T型结构，安装块12内设置有推动装置8，启动推动装置8，推动升降块111进行升降调节。

其中，参照图3和图4，推动装置8包括转动配合于安装块12内的丝杠81和螺纹配合于丝杠81上的挤压块82，丝杠81伸出安装块12内的一端固定设置有旋钮，挤压块82为T型块，挤压块82与滑槽121滑动配合，挤压块82靠近升降块111的一端设置有用于对升降块111挤压的挤压面821，挤压面821沿着竖直向下的方向上向下倾斜设置，升降块111靠近挤压面821的一端设置有与挤压面821相对应的倾斜面。

参照图3和图4，需要对升降块111进行升降调节时，先旋动旋钮，带动丝杠81转动，带动挤压块82沿着滑槽121朝靠近或是远离升降块111的方向上进行滑动，挤压块82朝靠近升降块111处滑动时，能够将升降块111挤压，并使升降块111上升，带动安装壳体2进行上升；当挤压块82朝远离升降块111处滑动时，挤压块82不再对升降块111挤压，升降块111下降，带动安装壳体2下降。

参照图3和图4，为了能够对安装壳体2进行转动调节，在安装板11上安装有用于带动安装壳体2转动调节的调节装置6，调节装置6包括转动配合于安装板11上的螺杆61、用于驱动螺杆61转动的转动组件62、螺纹配合于螺杆61上的滑块63和用于对安装壳体2的一端进行支撑的支撑杆64，螺杆61沿着定位支架1的高度方向上设置，滑块63为矩形块，支撑杆64为矩形杆，支撑杆64的一端转动配合于安装壳体2的下表面，另一端转动配合于滑块63上。

参照图3和图4，转动组件62包括转动配合于安装板11上的蜗杆621和啮合于蜗杆621上的蜗轮622，蜗杆621伸出安装板11的一端也固定设置有旋钮，蜗轮622固定套设于螺杆61上。将蜗杆621转动，能够带动蜗轮622和螺杆61依次转动。

参照图3和图4，螺杆61的顶端固定设置有安装杆5，安装杆5为圆柱杆，安装杆5的顶端上开设有转动槽51，转动槽51为球形槽，安装壳体2的下表面固定设置有转动配合于转动槽51内的转动球21，转动球21为与转动槽51相适配的球形结构。

参照图3和图4，安装板11上设置有固定座，固定座上转动配合有限位板7，限位板7为矩形板，限位板7的底端通过转动配合于固定座上而转动配合于安装板11上，滑块63的侧面上开设有与限位板7相适配的限位槽631，限位槽631为矩形槽，限位板7与限位槽631滑动配合，滑块63与限位板7沿着竖向方向滑动配合。

参照图3和图4，需要对安装壳体2进行转动调节时，将限位板7从限位槽631内转出时，限位板7不再与限位槽631滑动配合，接着将蜗杆621转动，依次带动蜗轮622、螺杆61转动，并带动滑块63转动，带动安装壳体2绕着螺杆61的中心轴线转动，同时带动转动球21在转动槽51内转动。需要对安装壳体2进行摆动调节时，将限位板7转动到限位槽631内，限位板7与限位槽631滑动配合，接着将蜗杆621转动，依次带动蜗轮622和螺杆61转动，带动滑块63沿着限位板7进行竖向升降，带动支撑杆64边滑动边转动，带动安装壳体2进行摆动运动。滑块63上升时，带动支撑杆64边滑动边转动，带动安装壳体2靠近支撑杆64的一端朝背离滑块63的方向上摆动，滑块63下降时，通过支撑杆64带动安装壳体2靠近支撑杆64的一端朝靠近滑块63的方向上摆动，完成对安装壳体2的调节作业。

本申请实施例一种隧道炮孔高精度定位结构的实施原理为：需要在掌子面处投影炮孔时，先将定位支架1放置到待使用位置处，接着将定位支架1的高度进行调节，需要对安装壳体2的高度进行调节时，通过推动装置8，对安装壳体2的高度进行调节，需要对安装壳体2进行转动调节时，使限位板7不再与限位槽631滑动配合，接着将螺杆61转动，并带动滑块63转动，带动安装壳体2绕着螺杆61的中心轴线转动。需要对安装壳体2进行摆动调节时，使限位板7与限位槽631滑动配合，接着将螺杆61转动，带动滑块63沿着限位板7进行竖向升降，带动支撑杆64边滑动边转动，带动安装壳体2进行摆动运动。调节完成后，将炮孔布设模板3插入到安装壳体2内，并将红外线光源4与炮孔布设模板3之间的距离进行调节，调节完成后，打开红外线光源4，经过炮孔布设模板3将炮孔投影到掌子面上，完成对炮孔的投影作业，随后对炮孔进行施工。

请参照图1和图2，本申请还提供了一种隧道炮孔施工工法，如图所示，本施工工法采用了上述结构，具体的，包括如下：S1：掌子面整平处理，整平采用履带式挖掘机配破碎锤对掌子面的突出岩块进行破碎处理，处理完成后测量人员对掌子面平整度进行检测，首先确保隧道开挖轮廓边线必须满足要求无欠挖，掌子面无明显突出块石，测量校核合格后，进行下一步施工；

S2：定位结构定位，根据本工程隧道掌子面断面尺寸、定位结构实际参数经试验确定定位结构放置于距离隧道15米处，此处投影的炮孔尺寸刚好适宜隧道断面尺寸大小，确定好与掌子面的距离后，安排测量人员根据隧道测量导线确定好定位结构的具体位置，并通过对掌子面中心点高程的测量来推算，对定位支架1的高度进行调整，调整定位结构的安装高程；

S3：定位结构架设及调平，利用全站仪确定好定位结构的架设位置及架设高程后，根据现场标记点进行定位结构的架设及高程调整，红外线光源4定点安装后，需对其进行初调平和精调平处理，初调平是由人工支撑定位支架1，通过视力初步整平定位支架1，然后将红外线光源4通过螺栓固定在滑动架91上；精调平则是通过定位支架1上的调平螺栓（三颗）进行调节，调节过程中，参考定位支架1的圆形气泡和条形气泡并确保气泡均居中，即达到精调平的效果，调平完成后，利用全站仪对定位结构的安装轴线位置及高程进行复核，复核满足要求后，进入下一步作业；

S4：炮孔布设模板3选型及投影，定位结构架设完成后，根据隧道围岩情况，选择合适的炮孔布设模板3，将炮孔布设模板3按要求定点、调平、安装于定位结构上，即可按相应的程序进行隧道爆破炮孔投影作业，通过光电作用将相应的炮孔参数通过红外射线投影至掌子面位置；

S5：投影点油漆标记，现场作业工人根据隧道断面炮孔投影点位置，采用撑杆油漆刷对红外投影点进行油漆打点标记，严格标记每个炮孔点的位置，达到对炮孔点的精准定位；

S6：钻孔施工、装药爆破，炮孔精准定位布设完成后，把定位结构拆移至洞外，装载机顶推钻爆台车至掌子面，待钻爆台车调整固定好后，采用YT-28手风钻根据定位结构精准定位的炮孔点进行钻孔施工，钻孔完成后利用空压机对炮孔进行吹孔、清孔处理，处理完成后在专业炮工的指挥下严格按照每段设计装药量进行装药，装药完成后由炮工进行引爆线整理归集，待现场所有无关人员退离至安全区域化，采用起爆器对断面进行分段爆破；

S7：断面开挖效果检测，爆破完成后，启用隧道通风机进行排烟，排烟完成后，炮工针对现场的断面爆破情况进行检查，确保无哑炮后安排装载机配合自卸汽车进行洞渣清运，待洞渣清运完成后，现场施工人员配合挖掘机进行洞顶危石排查清除作业，测量人员针对隧道断面爆破情况做相应检测，确保隧道轮廓线超欠挖满足设计要求。

本方法的具体实施原理上述实施例已详细描述，故在此不再详细赘述。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。