用于盾构区间地表沉降监测的可移动式微波钻孔装置及方法

摘要

本发明公开了一种用于盾构区间地表沉降监测的可移动式微波钻孔装置及方法，包括微波钻孔设备、搭载工程车和路面环保装置；所述微波钻孔设备包括微波源、环形器、钻孔机、微波抑制器、钻杆、定向耦合器、波导同轴转换器、钻头，其中定向耦合器、环形器和微波源依次连接；所述波导同轴转换器安装在钻孔机上，钻杆贯穿设置在波导同轴转换器上，钻杆下端与钻头连接，上端与定向耦合器连接；所述钻头外部设置微波抑制器，微波抑制器通过固定装置固定在搭载工程车上用于与地面相连接。本发明提供的可移动式微波钻孔装置，将新型微波破碎技术与传统钻孔设备相结合，在钻孔完毕后可及时清扫除尘，是一种安全可控、绿色、高效的新型钻孔技术。

说明书

技术领域

本发明涉及岩石及混凝土钻孔装置技术领域，具体涉及一种用于盾构区间地表沉降监测的可移动式微波钻孔装置。

背景技术

地铁区段施工是一个动态过程，与之相关联的影响因素较多，加强施工过程中的监控量测，有助于快速反馈由于施工所带来的信息，以便及时发现问题并采取相应的措施调整施工方法。通过对盾构区间地表沉降的监测，指导施工，确保地铁区间施工和地铁车站基坑施工以及周边既有建(构)筑物的安全，保障地下管线及周围环境的安全。

传统地表沉降监测点的钻孔方法诸如水钻法、电钻法等不仅耗费大量的人力物力，钻孔速度慢，钻头更换频繁，钻孔质量难以控制，容易造成卡孔，经济效益低，而且容易对环境造成二次污染。

施工现场的复杂性以及传统钻孔方式的繁琐低效性决定了必须采取高效、易于施工操作、能量利用率高的方法对盾构区间地表沉降监测点进行钻孔，因此一种安全可控、低噪音、低扬尘的盾构区间地表沉降监测的可移动式微波钻孔装置是未来研究的重点。

发明内容

本发明旨在解决传统钻孔方法的难题，提出一种高效、安全、绿色的盾构区间地表沉降监测的可移动式微波钻孔装置，将微波技术引入钻孔过程中，提高钻孔效率，节约成本。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种用于盾构区间地表沉降监测的可移动式微波钻孔装置，包括微波钻孔设备和搭载工程车；微波钻孔设备安装在搭载工程车上；

所述微波钻孔设备包括微波源、环形器、钻孔机、微波抑制器、钻杆、定向耦合器、波导同轴转换器、钻头；

所述导同轴转换器安装在钻孔机上，钻杆贯穿设置在波导同轴转换器上，钻杆下端与钻头连接，上端与定向耦合器连接；定向耦合器、环形器和微波源依次连接；

所述钻头外部设置微波抑制器，微波抑制器通过固定装置固定在搭载工程车上用于与地面相连接。

作为本发明的进一步改进，所述搭载工程车还设置有路面环保装置，路面环保装置包括洒水装置和清扫装置，洒水装置和清扫装置设置在搭载工程车底部。

作为本发明的进一步改进，所述搭载工程车上还具有冷却系统、供电系统、控制系统和供水设备，所述供电系统为设备提供电能；所述供水设备与洒水装置与冷却系统管路连接；

所述冷却系统与钻头连接。

作为本发明的进一步改进，所述路面环保装置设置在搭载工程车车头底部，微波钻孔设备设置在搭载工程车车尾底部。

作为本发明的进一步改进，所述钻头两测安装的有定位传感器。

作为本发明的进一步改进，所述钻头为圆柱形筒壁；所述钻头顶部通过旋转螺丝与钻杆连接。

作为本发明的进一步改进，所述微波钻孔设备通过横向伸缩装置固定在搭载工程车上的底座上；横向伸缩装置与钻孔机连接。

作为本发明的进一步改进，所述固定装置两侧有螺栓对应的螺孔，当进行钻孔时，通过螺孔将微波抑制器固定在固定装置上。

作为本发明的进一步改进，所述微波源分别与供电系统和控制系统电连接；所述微波源采用可更换磁控管的结构。为可更换结构，可根据实际需求调整其内部磁控管类型及数量。

一种用于盾构区间地表沉降监测的可移动式微波钻孔方法，包括如下步骤：

将整个微波钻孔设备定位到地表沉降监测点孔位的中心；

调整微波发生装置对地表进行微波加热破碎；

通过钻孔机与钻杆进行辅助破碎；

通过冷却系统对破碎部分迅速冷却，降低其强度或使其直接破碎；

循环微波加热和冷却步骤，直至孔位成型；

通过搭载工程车上的环保装置进行交通路面的清扫除尘工作。

与传统技术对比，本申请提出的技术方案具有如下优点：

本发明可移动式微波钻孔装置通过将微波技术与传统钻孔设备相结合，应用微波辐射产生的热量，使沥青混凝土、岩石路面温度升高，再喷射水使其冷却，反复操作降低其强度再通过钻孔机辅助钻孔，提高地表钻孔效率，节约钻孔成本，实现地表沉降监测点的安全高效绿色钻孔。

优选地，本发明中将微波钻孔设备、搭载工程车、路面环保装置一体化，减少了劳动力与工作时间，实现了绿色环保钻孔。

进一步地，针对不同作业环境可以选择合适的钻头形状与尺寸，来实现多环境下地表沉降点的钻孔。

进一步地，本发明提供的洒水装置和清扫装置，有效的减少了施工中的噪音、粉尘等二次污染。

附图说明

此处说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明可移动式微波钻孔装置整体结构示意图；

图2为本发明微波钻孔设备示意图；

图3为本发明钻头结构示意图；

图中标号：1-钻头，2-波导同轴转换器，3-定向耦合器，4-钻杆，5-固定装置，6-微波抑制器，7-钻孔机，8-横向伸缩装置，9-冷却系统，10-环形器，11-微波源，12-供电系统，13-控制系统，14-搭载工程车，15-洒水装置，16-清扫装置，17-底座，18-供水设备，19-定位传感器，20-旋转螺丝。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的另一个元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中另一个元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明做任何限制的依据。

如图1所示，本发明一种用于盾构区间地表沉降监测的可移动式微波钻孔设备，包括微波钻孔设备、搭载工程车14和路面环保装置。

所述微波钻孔设备包括微波源11、环形器10、钻孔机7、微波抑制器6、钻杆4、定向耦合器3、波导同轴转换器2、钻头1；所述微波源11分别与供电系统12和控制系统13电连接。

所述搭载工程车14上具有冷却系统9、供电系统12、控制系统13和供水设备18，所述供电系统12为设备提供电能；所述供水设备18与洒水装置15、冷却系统9管路连接；所述微波钻孔设备通过横向伸缩装置8固定在底座17上，进行钻孔设备的横向移动。

所述路面环保装置包括洒水装置15和清扫装置16，用来及时处理钻孔完毕后路面的清理工作，降低道路扬尘污染。

所述微波钻孔设备的钻头1两测安装的有定位传感器19，用来进行地表沉降监测孔位的定位工作。

如图2所示，本发明微波钻孔设备，所述微波源11依次连接环形器10、定向耦合器3、波导同轴转换器2、钻头1；钻孔时，所述钻头1和微波抑制器6通过固定装置5固定在搭载工程车14上与地面相连接；所述微波抑制器6安装在钻头1的外侧，形成封闭层，用来防止微波泄露。所述钻孔机7与钻杆4搭配微波设备进一步破碎地表混凝土、岩石。

所述微波钻孔设备通过横向伸缩装置8固定在底座17上，进行钻孔设备的横向移动。

如图3所示，本发明钻头结构，所述钻头1上部包含旋转螺丝20；所述钻头1为直径100mm,长度100cm圆柱形筒壁；所述钻头1可以通过旋转螺丝20从钻杆4上便捷式安装与拆卸，可根据实际要求进行更换。

钻孔时，所述钻头1和微波抑制器6通过固定装置5固定在搭载工程车14上与地面相连接；所述微波抑制器6安装在钻头1的外侧，形成封闭层，用来防止微波泄露。

所述固定装置5两侧有螺栓对应的螺孔，当进行钻孔时，将微波抑制器6固定在固定装置5上。

作为优选地实施例，所述微波源产生微波的工作频率为5.8GHz，微波功率为12kW；所述微波源的磁控管为可更换结构，可根据实际需求进行更换。

所述钻孔机7与钻杆4与微波装置搭配使用，提高钻孔设备的高效性。

本发明还提供了所述装置的微波破除大直径桩头的方法，包括以下步骤：

S101：通过定位传感器19驾驶搭载工程车14到达盾构区间地表沉降监测点位置，通过控制系统13来操作底座17与横向伸缩平台8，使钻头中心与沉降监测点中心对应，通过固定装置5与螺栓将钻头1与微波抑制器6固定。

S102：针对地表混凝土、岩石不同的强度等级，通过控制系统13调整微波源11的功率源来切换微波功率，对地表进行微波破碎。

S103：通过控制系统13控制冷却系统9，对微波加热过的地表结构进行迅速冷却，降低其强度，再通过钻杆4辅助破碎。

S104:循环步骤S102-S103操作，反复加热与冷却直至监测点钻孔完成。

S105：关闭电源，拆除固定装置5，通过驾驶搭载工程车14，操作洒水装置15和清扫装置16对路面进行清扫、除尘；

S106：进入下一个工作循环。

本发明提供的可移动式微波钻孔装置，将新型微波破碎技术与传统钻孔设备相结合，还可以利用5G技术搭载定位传感器进行精准定位，设备移动方便，在钻孔完毕后可及时清扫除尘，是一种安全可控、绿色、高效的新型钻孔技术。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。