地下工程模型试验中系统锚杆施作的定位装置与定位方法

摘要

本发明涉及地下工程模型试验中系统锚杆施作的定位装置与定位方法，装置包括两个由钢带弯成的闭合结构，一个为弓形的上台阶系统锚杆定位装置，另一个为近椭圆形的下台阶及全断面系统锚杆定位装置；上台阶系统锚杆定位装置和下台阶及全断面系统锚杆定位装置上设有多个定位孔。本发明使用方便、定位准确，能够有效改善模型试验的试验手段，提高试验结果的可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种地下工程模型试验中系统锚杆施作的定位方法与定位装置，属于试验模 型领域。

背景技术

地下工程模型试验是对地下工程进行仿真模拟，指导地下工程设计和施工的一种有效的 方法和手段。地下工程模型试验是按照相似比和相似理论将实际工程按照一定的比例缩小成 一个模型，并对模型体进行相应的操作以模拟实际工程。因此，在按照相似理论进行缩小时， 应尽量保重实际工程中的技术手段，例如：喷射混凝土、打锚杆等能够在模型试验中得到体 现。

在地下工程模型试验中施作系统锚杆时，将系统锚杆准确的插入到设计好的位置是试验 结果准确可靠的前提，但是由于模型的尺寸的限制以及进行模型试验时的工具的限制，对系 统锚杆的定位有一定的难度。

发明内容

本发明为克服上述现有技术的不足，提供了一种地下工程模型试验中系统锚杆施作的定 位装置与方法，结构简单、定位准确、操作方便、价格便宜，能够准确高效的完成系统锚杆 的梅花形布设。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

地下工程模型试验中系统锚杆施作的定位装置，包括两个由钢带弯成的闭合结构，一个 为弓形的上台阶系统锚杆定位装置，另一个为近椭圆形的下台阶及全断面系统锚杆定位装置； 上台阶系统锚杆定位装置和下台阶及全断面系统锚杆定位装置根据试验设计要求可加工数量 不等的系统锚杆钻孔，本发明中上台阶系统锚杆定位装置优选加工制作5个定位孔，下台阶及 全断面系统锚杆定位装置优选共加工制作7个定位孔。

所述定位孔的直径略大于钻头的直径。

所述的定位孔均匀布设，且在钢带的中心线上。

用上述装置实现地下工程模型试验中系统锚杆施作的定位方法，其中模型试验中隧道的 开挖采用两台阶加落底的开挖方法，上下台阶先后开挖或上下台阶同时开挖，

系统锚杆定位步骤为：

1)上台阶第一循环开挖(为现有技术)完毕后，将上台阶系统锚杆定位装置放入到隧道 内部，选择奇数次循环定位孔采用DS134弯角气钻，以垂直于钢片的角度在每个定位孔处钻 孔，钻孔完毕后将上台阶系统锚杆定位装置取出，将锚杆插入到钻好的定位孔内，开始上台 阶第二循环开挖；

2)当上台阶第二循环开挖完毕后，将上台阶系统锚杆定位装置放入到隧道内刚开挖好的 部分，选择偶数次循环定位孔采用DS134弯角气钻，以垂直于钢片的角度在每个定位孔处钻 孔，钻孔完毕后将上台阶系统锚杆定位装置取出，将锚杆插入到钻好的定位孔内，并开始下 一循环的开挖；

3)步骤1)和步骤2)交替循环进行，直到上台阶的长度达到设计的要求；

4)步骤3)完成后，上下台阶同时开挖，上台阶开挖一步，下台阶同时也开挖一步，直 到隧道开挖结束；上台阶每开挖完一步即将上台阶系统锚杆定位装置放入到隧道内部，选择 锚杆定位孔采用DS134弯角气钻，以垂直于钢片的角度在每个定位孔处钻孔，钻孔完毕后将 上台阶系统锚杆定位装置取出，将锚杆插入到钻好的定位孔内，其中奇数次循环定位孔和偶 数次循环定位孔交替进行选择，以保证施作的系统锚杆成梅花状；下台阶每开挖完一步，即 将下台阶及全断面系统锚杆定位装置选择下台阶定位孔(不分奇偶)采用DS134弯角气钻， 以垂直于钢片的角度在每个定位孔处钻孔，钻孔完毕后将上台阶系统锚杆定位装置取出，将 锚杆插入到钻好的定位孔内。

钢带的宽度与每一个开挖进尺的距离相等为2cm。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)制作简单、造价低廉，适合批量生产。

2)使用方便、定位准确，能够有效改善模型试验的试验手段，提高试验结果的可靠性。

3)在开挖过程中，该装置还能起到防止隧道轮廓以及掌子面超挖和欠挖的作用。

附图说明

图1上台阶系统锚杆定位装置主视图；

图2下台阶及全断面系统锚杆定位装置主视图；

图3上台阶系统锚杆定位装置三维图；

图4下台阶及全断面系统锚杆定位装置三维图；

其中，图1中1号、3号、5号定位孔为奇数次循环定位孔，2号、4号定位孔为偶数次 循环定位孔；图2中的a和g定位孔为下台阶定位孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

地下工程模型试验中系统锚杆施作的定位装置，包括两个由钢带弯成的闭合结构，一个 为弓形的上台阶系统锚杆定位装置，另一个为近椭圆形的下台阶及全断面系统锚杆定位装置； 上台阶系统锚杆定位装置和下台阶及全断面系统锚杆定位装置根据试验设计要求可加工数量 不等的系统锚杆钻孔。

实施例

地下工程模型试验中系统锚杆施作的定位装置，包括上台阶系统锚杆定位装置和下台阶 及全断面系统锚杆定位装置。上台阶系统锚杆定位装置上布设有5个定位孔，1号、3号、5 号定位孔为奇数次循环定位孔，相邻定位孔之间的距离为9.6cm，2号、4号定位孔为偶数次 循环定位孔，两个定位孔之间的距离为9.6cm，上台阶系统锚杆定位装置轮廓尺寸与上台阶 的轮廓相同；下台阶及全断面系统锚杆定位装置上布设有7个定位孔，轮廓尺寸与整个隧道 的轮廓尺寸相同，a号、g号定位孔为下台阶定位孔，位于下台阶的中线位置。

所述上台阶系统锚杆定位装置和下台阶及全断面系统锚杆定位装置由2cm宽的钢片制 成。

所述各定位孔的直径略大于钻头的直径，定位孔布设在钢片的中心位置。

地下工程模型试验中系统锚杆施作的定位方法，包括以下步骤：

1)模型试验中隧道的开挖采用两台阶加落底的开挖方法，台阶长度10cm，每一循环进 尺2cm，上台阶第一循环开挖完毕后，将上台阶系统锚杆定位装置放入到隧道内部，选择奇 数次循环定位孔，1号、3号、5号定位孔采用DS134弯角气钻，以垂直于钢片的角度在每个 定位孔处钻孔，钻孔完毕后将定位装置取出，将锚杆插入到钻好的定位孔内，开始上台阶第 二循环开挖；

2)当上台阶第二循环开挖完毕后，将定位装置放入到隧道内刚开挖好的部分选择偶数次 循环定位，2号和4号定位孔采用DS134弯角气钻，以垂直于钢片的角度在每个定位孔处钻 孔，钻孔完毕后将上台阶系统锚杆定位装置取出，将锚杆插入到钻好的定位孔内，并开始下 一循环的开挖；

3)按照步骤1)和步骤2)所述的方法循环交替，共进行5个循环进尺，进行上台阶系统 锚杆的施作，直到上台阶的长度达到设计的要求。

4)步骤3)完成后，上下台阶同时开挖，上台阶开挖一步，下台阶同时也开挖一步直到 隧道开挖结束。上台阶每开挖完一步即将上台阶系统锚杆定位装置放入到隧道内部，选择锚 杆定位孔采用DS134弯角气钻，以垂直于钢片的角度在每个定位孔处钻孔，钻孔完毕后将上 台阶系统锚杆定位装置取出，将锚杆插入到钻好的定位孔内，其中1号、3号、5号定位孔和 2号、4号定位孔交替进行选择，以保证施作的系统锚杆成梅花状；下台阶每开挖完一步，即 将下台阶及全断面系统锚杆定位装置选择a和g定位孔，采用DS134弯角气钻，以垂直于钢 片的角度在每个定位孔处钻孔，钻孔完毕后将上台阶系统锚杆定位装置取出，将锚杆插入到 钻好的定位孔内。