一种隧道初支钢拱架锚杆钻孔的定位装置及定位方法

技术领域

本申请属于隧道技术领域，特别涉及一种隧道初支钢拱架锚杆钻孔的定位装置及定位方法。

背景技术

在现有的隧道初期支护钢拱架施工方法中，存在以下问题：

当无钻孔定位装置时，直接按照相对位置进行钻孔，钢拱架安装完成后在钢架两侧采用气腿式风钻按照设计角度钻锁脚锚杆或锚管孔，后施作锁脚锚杆（锚管），采用U型钢筋或L型钢筋将锚杆或锚管焊接到钢拱架上。

此种方法钻孔位置、钻孔角度不好掌握，容易造成钻孔角度与设计不相符，钻孔位置不准确，L型或U型钢筋焊接困难，下料长度不好控制，连接质量差，安全风险高。

当采用焊接定位板进行定位钻孔时，在钢拱架上焊接钻孔定位板，钢板上带定位孔。钻机通过定位孔进行钻进，完成后将锚杆或锚杆与定位板进行焊接。此种方法虽能够有效控制钻孔位置，但钻孔角度不能准确控制。

现有的锚杆钻孔定位方法中，均存在角度偏差，角度偏差使锁脚锚杆的作用大大减弱，严重时可导致隧道初期支护作用失效，极易造成重大质量、安全事故。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本申请的目的在于提供一种隧道初支钢拱架锚杆钻孔的定位装置及定位方法，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请提供了一种隧道初支钢拱架锚杆钻孔的定位装置，所述定位装置包括：

定位机构，所述定位机构包括两个定位板，在两个所述定位板的连接处的上下侧分别设有一个固定板，两个所述定位板沿两个所述固定板间隙分别向左右两侧滑动，在所述定位板的底面向下伸出两个导向管，两个所述导向管分别设于所述定位板的左右两侧，所述导向管用于安装锚杆，在所述定位板上设有多个导向槽，所述导向槽沿左右方向布置；

紧固机构，所述紧固机构包括多个连接杆，所述连接杆设于所述导向槽内，所述连接杆将所述定位板与工字钢翼缘板紧固连接，在调节所述定位板时，所述定位板在所述连接杆的限制下沿所述导向槽向左右两侧滑动，以调节两个所述导向管之间的间距，所述连接杆为折杆，所述连接杆的一端与工字钢翼缘板的底面抵接，所述连接杆的另一端向上伸出后在末端设有紧固件。

优选地，所述紧固件包括交叉设置的第一连接板和第二连接板，所述第一连接板和所述第二连接板通过紧固螺栓铰接，所述紧固螺栓的一端向下依次穿过伸出第一连接板和第二连接板后与所述固定板抵接，在所述第一连接板和所述第二连接板的端点处均设通孔，所述连接杆依次穿过所述导向槽和所述通孔，在所述连接杆的顶端设有限位挡片。

优选地，所述紧固螺栓的底部设有压板，在所述压板的底面设有一层橡胶垫。

优选地，所述连接杆与工字钢翼缘板的底面连接的一端为支座滑轮，所述支座滑轮的支座部与所述连接杆连接，所述支座滑轮的滑轮部在工字钢翼缘板的底面上滚动。

优选地，在所述定位机构与工字钢翼缘板之间设有角度调节机构，所述角度调节机构调节导向管在前后方向上的倾斜角度，所述导向管的倾斜角度为锚杆安装角度，导向管的倾斜角度调节范围为-60°至60°。

优选地，所述角度调节机构包括铰接件和调节件，所述铰接件和所述调节件分别设于所述定位机构下部的前后两端，所述铰接件的上部与位于下层的所述固定板固定连接，所述铰接件的下部与工字钢翼缘板的上表面抵接，所述调节件通过调整其所在端的高度从而调节所述导向管在前后方向上的倾斜角度。

优选地，所述调节件的底部设有转动球体，在所述转动球体的上部套设有转动套，在所述转动套上部连接有螺纹杆，在两个所述固定板上均设有与所述调节件对应的螺纹孔，所述螺纹杆与所述固定板螺纹连接，所述螺纹杆通过所述转动套与所述转动球体转动连接。

优选地，在所述螺纹杆的顶部设有转动手柄，在所述固定板与所述转动手柄对应处上表面设有刻度盘，通过所述刻度盘确定所述导向管的倾斜角度。

优选地，在所述连接杆上端设置螺纹段，所述紧固件为与所述螺纹段螺纹连接的紧固螺母，通过旋紧所述紧固螺母将所述定位机构与工字钢翼缘板进行紧固连接。

本申请还提供了一种隧道初支钢拱架锚杆钻孔的定位方法，通过上述的隧道初支钢拱架锚杆钻孔的定位装置进行定位，包括以下步骤：

步骤S1，安装钢拱架：

在开挖隧道内安装钢拱架，钢拱架用于支撑隧道外的土方，所述钢拱架包括多个工字钢。

步骤S2，安装定位装置：

将隧道初支钢拱架锚杆钻孔的定位装置的两个导向管之间的间距根据工字钢的宽度进行调整，调整完成后将定位装置安装于工字钢翼缘板上，并通过紧固机构将定位机构与工字钢翼缘板固定连接。

具体的，将两个定位板分别向左右两侧沿导向槽进行滑动调节，从而调节两个导向管之间的间距满足工字钢翼缘板的宽度要求，通过旋紧紧固螺栓，使压板与固定板之间压紧后，紧固螺栓继续转动，使第一连接板和第二连接板同时向上移动，在连接杆的限位挡片的作用下，连接杆向上移动，连接杆的支座滑轮与工字钢翼缘板的底面进一步压紧。

当对导向管的倾斜角度进行调节时，在将定位机构与紧固机构安装完毕后，将铰接件与工字钢翼缘板的上表面接触点作为转动调节的支点，通过顺时针或者逆时针转动调节件，通过调整调节件所在端的高度调节导向管的倾斜角度。

步骤S3，钻孔，将导向管作为锚杆定位孔，钻机通过定位孔进行钻孔；

步骤S4，安装锚杆，钻孔结束后将该装置进行拆除，将锚杆插入锚杆定位孔内，随后对锚杆进行注浆，将锚杆与钢拱架进行固定连接。

有益效果：

本申请提供了一种隧道初支钢拱架锚杆钻孔的定位装置及定位方法，能够在锚杆钻孔时，满足不同工字钢的宽度要求，并且能精确的控制钻孔角度，从而精确控制锚杆的安装角度。

通过定位机构的设置，使该装置能满足不同宽度工字钢的要求进行调节，定位机构中导向槽的长度为宽度调节范围；

通过紧固机构的设置，将定位机构与工字钢紧固连接，防止施工中出现移动；

通过第一连接板和第二连接板的设置，使四个连接杆在紧固时能均匀受力，提高该装置在施工中的稳定性，并且第一连接板和第二连接板通过交叉铰接，在两个定位板向左右两侧进行移动时，该紧固件也能随之进行调整；

通过调节件的设置，能更加精确及方便的对螺纹杆控制转动，结合刻度盘能更加精确控制定位机构的抬起或者降低的高度，从而调整导向管的倾斜角度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：

图1为本发明实施例中定位装置的俯视图；

图2为本发明实施例中定位装置的主视图；

图3是图1中定位板的结构示意图；

图4是图1中定位板与固定板的结构示意图；

图5是图1中调节件的结构详图；

图6是图5的主视图；

图7是图2中连接杆的结构详图。

附图标记说明：

1-定位板；2-固定板；3-导向管；4-工字钢翼缘板；5-连接杆；51-支座滑轮51；6-导向槽；71-第一连接板；72-第二连接板；8-紧固螺栓；81-压板；9-铰接件；10-调节件；101-转动套；102-螺纹杆；103-转动手柄；104-刻度盘。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本申请的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请而不是要求本申请必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。本申请中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1至图6所示，本发明公开了一种隧道初支钢拱架锚杆钻孔的定位装置，该定位装置包括：

定位机构，定位机构包括两个定位板1，在两个定位板1的连接处的上下侧均设有固定板2，定位板1及固定板2均为钢板，两个定位板1沿两个固定板2间隙分别向左右两侧滑动，在定位板1的两侧分别设有向下伸出的导向管3，两个导向管3分别位于工字钢翼缘板4的左右两侧，导向管3的轴线垂直设于钢拱架的工字钢翼缘板4，导向管3用于导向安装锚杆，在定位板1上设有多个导向槽6，导向槽6沿工字钢翼缘板4的宽度方向布置，导向槽6为四个，导向槽6的长度为宽度调节范围，导向槽6的宽度大于连接杆5的直径。

紧固机构，紧固机构包括多个连接杆5，连接杆5设于导向槽6内，当定位板1在水平方向的位置调整好后通过连接杆5将定位板1与工字钢翼缘板4进行紧固连接。在调节定位板1时，定位板1在连接杆5的限制下沿导向槽6向左右两侧滑动，从而控制调节两个导向管3之间的间距。连接杆5为折杆，连接杆5的一端与工字钢翼缘板4的底面抵接，连接杆5的另一端向上伸出后在末端设有紧固件。

进一步的，为了将定位板1与工字钢翼缘板4进行紧固连接，紧固件包括交叉设置的第一连接板71和第二连接板72，第一连接板71和第二连接板72的中部通过紧固螺栓8铰接，紧固螺栓8的一端向下依次穿过伸出第一连接板71和第二连接板72后与固定板2的中心处抵接，在第一连接板71和第二连接板72端点处均设通孔，连接杆5依次穿过导向槽6和通孔，连接杆5的顶端设有限位挡片。第一连接板71和第二连接板72的设置，使四个连接杆5在紧固时能均匀受力，提高该装置在施工中的稳定性，并且第一连接板71和第二连接板72通过交叉铰接，在两个定位板1向左右两侧进行移动时，该紧固件也能随之进行调整。

优选的，紧固螺栓8的底部转动连接有压板81，压板81能增加紧固螺栓8与固定板2之间的挤压面积，在压板81的底面设有一层橡胶垫，增大紧固螺栓8与固定板2之间的摩擦力。

如图7所示，优选的，连接杆5与工字钢翼缘板4的底面连接的一端为支座滑轮51，支座滑轮51的支座部与连接杆5连接，支座滑轮51的滑轮部在工字钢翼缘板4的底面上滚动，滑轮部滚动连接于支座部内部，滑轮部的四分之三均被支座部罩设覆盖。

进一步的，为了使该装置满足不同的使用场景，在定位机构与工字钢翼缘板4之间设有角度调节机构，角度调节机构可调节导向管3在前后方向上的倾斜角度。

优选地，在一具体实施例中，导向管3的倾斜角度为锚杆的安装角度，导向管3的倾斜角度调节范围为-60°至60°，在实际施工中常用倾斜角度为0°、20°和40°。

优选的，导向管3向工字钢一侧伸出，两个导向管3之间的间距大于工字钢的宽度，在进行角度调节时，导向管3的底部沿前后方向进行调节。

进一步的，角度调节机构包括铰接件9和调节件10，铰接件9和调节件10分别设于定位机构下部的前后两端，铰接件9的上部与位于下层的固定板2固定连接，铰接件9的下部与工字钢翼缘板4的上表面抵接，调节件10通过调整其所在端的高度从而调节导向管3的倾斜角度。

在一具体实施例中，铰接件9包括与工字钢翼缘板4顶面接触的滚轮以及套设在滚轮上的轮套，轮套通过支座与位于下层的固定板2固定连接。

优选地 ，铰接件9设为两组，两组铰接件9沿左右方向布置。

进一步的，调节件10的底部设有转动球体，在转动球体的上部套设有转动套101，在转动套101上部连接有螺纹杆102，在两个固定板2上均设有与调节件10对应的螺纹孔。螺纹杆102与固定板2螺纹连接，螺纹杆102通过转动套101与转动球体转动连接。当定位机构处于水平状态时，也即定位板1平行于工字钢翼缘板4时，固定板2螺纹连接于螺纹杆102的中部。

进一步的，为了更加精确及方便的对螺纹杆102控制转动，在螺纹杆102的顶部设有转动手柄103，在固定板2与转动手柄103对应处上表面设有刻度盘104，通过刻度盘104确定定位机构与水平面之间的夹角。

进一步的，在另一具体实施例中，在连接杆5上端设置螺纹段，紧固件为与螺纹段螺纹连接的紧固螺母，通过紧固螺母将定位机构与工字钢翼缘板4进行紧固连接。

本发明还公开了一种隧道初支钢拱架锚杆钻孔的定位方法，包括以下步骤：

步骤S1，安装钢拱架：

钢拱架作为初期支护主要受力结构，掌子面开挖完成后及时安装钢拱架，钢拱架采用具有一定刚度和强度的工字钢加工而成，安设后能够承受一定的围岩压力。工字钢采用冷弯法制造成形，工字钢对接接头焊缝两侧增加钢板骑缝焊接。加工时将工字钢分成多个节段，节段间通过连接钢板进行栓接。

步骤S2，安装定位装置：

将隧道初支钢拱架锚杆钻孔的定位装置的两个导向管3之间的间距根据工字钢的宽度进行调整，调整完成后将定位装置安装于工字钢翼缘板4上，并通过紧固机构将定位机构与工字钢翼缘板4固定连接。

具体的，将两个定位板1分别向左右两侧沿导向槽6进行滑动调节，从而调节两个导向管3之间的间距满足工字钢翼缘板4的宽度要求，通过旋紧紧固螺栓8，使压板81与固定板2之间压紧后，紧固螺栓8继续转动，使第一连接板71和第二连接板72同时向上移动，在连接杆5的限位挡片的作用下，连接杆5也同时向上移动，此时，连接杆5的支座滑轮51与工字钢翼缘板4的底面压紧，在连接杆5的作用下，保证铰接件9的滚轮与调节件10的转动球体始终与工字钢翼缘板4之间保持点接触，从而实现将该定位装置与工字钢翼缘板4紧固连接。

在具体施工中，为了满足不同角度的钻孔要求，该定位装置还可以对导向管5的倾斜角度进行调节。

具体的，在将定位机构与紧固机构安装完毕后，将铰接件9与工字钢翼缘板4的上表面接触点作为转动调节的支点，通过顺时针或者逆时针转动调节件10，调整调节件10所在端的高度从而调节导向管3的倾斜角度，在连接杆5的支座滑轮51的作用下，调节件10的转动球体始终与工字钢翼缘板4之间保持点接触，只有螺纹杆102与固定板2之间的相对位置发生改变，使固定板2的调节件10所在侧发生高度改变，从而改变导向管3的倾斜角度。

转动过程中，由于连接杆5与工字钢翼缘板4之间、铰接件9与工字钢翼缘板4之间均为点接触，因此满足转动需求，具体的，连接杆5的支座滑轮51的支座部在滑轮部外侧发生转动，铰接件9的轮套在其滚轮发生转动，调节件10的转动套101在转动球体外侧发生转动，从而带动整个定位装置发生角度改变。

进一步的，当定位机构处于水平状态时，固定板2螺纹连接于螺纹杆102的中部，转动手柄103指向刻度盘104的0刻度处；当顺时针转动转动手柄103至某一刻度时，调节件10所在端的高度进行升高，导向管3向后侧倾斜该刻度对应的角度。

进一步的，在另一具体实施例中，在定位机构的自身重力作用下，调节件10的下端始终与工字钢翼缘板4接触，此时逆时针转动转动手柄103至某一刻度，调节件10所在端的高度进行降低，导向管3向前侧倾斜该刻度对应的角度。

步骤S3，钻孔，将导向管3作为锚杆定位孔，钻机通过定位孔进行钻孔。

步骤S4，安装锚杆，钻孔结束后将该装置进行拆除，将锚杆插入锚杆定位孔内，随后对锚杆进行注浆，注浆完成后，利用U型或L型钢筋将锚杆连接到钢拱架上，防止初期支护下沉。一般情况下，锚杆与钢拱架之间采用焊接。

优选地，在步骤S4中，通过高压注浆泵向锚杆内注浆，注浆完成后在锚杆上安装止浆阀。

综上所述，本发明提供了一种隧道初支钢拱架锚杆钻孔的定位装置及定位方法，能够在锚杆钻孔时，满足不同工字钢的宽度要求，并且能精确的控制钻孔角度，从而精确控制锚杆的安装角度。

通过定位机构的设置，使该装置能满足不同宽度工字钢的要求进行调节，定位机构中导向槽的长度为宽度调节范围。

通过紧固机构的设置，将定位机构与工字钢紧固连接，防止施工中出现移动。

通过第一连接板和第二连接板的设置，使四个连接杆在紧固时能均匀受力，提高该装置在施工中的稳定性，并且第一连接板和第二连接板通过交叉铰接，在两个定位板向左右两侧进行移动时，该紧固件也能随之进行调整。

通过调节件的设置，能更加精确及方便的对螺纹杆控制转动，结合刻度盘能更加精确控制定位机构的抬起或者降低的高度，从而调整导向管的倾斜角度。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。