[发明专利]一种基于磁场原理的隧洞定位仪及其使用方法

说明书

本发明公开了一种基于磁场原理的隧洞定位仪及其使用方法。具体而言，本发明的隧洞定位仪包括坐标与磁场强度测量设备、磁性传感器，其中：在所述坐标与磁场强度测量设备的测量范围内设置有若干个测点，并且所述坐标与磁场强度测量设备用于测量所述测点的三维坐标和磁场强度。本发明开创性地利用测量磁场的方法来准确测量两个隧洞之间的错位程度，由于磁场不受岩石以及水等介质的影响，因此能够保证隧洞定位结果的准确性。本发明的隧洞定位方法几乎不受温度影响，可以在温差大、条件恶劣的地方长期监测，具有很强的实用性，操作方便、精度高、效率高，可以准确判断钻孔错位的程度，及时通过施工进行补救。

技术领域

本发明属于土木工程设备领域，涉及一种基于磁场原理的隧洞定位仪及其使用方法。

背景技术

在一些水利工程或隧洞工程中，经常需要开挖并连通多个隧洞。例如，在建造抽水蓄能电站时，水平隧洞挖好以后，通常直径会大于5米，经常需要从顶部向下打竖孔、斜孔(比如需要通压力钢管、通气孔等设施)。一般情况下，这些竖孔、斜孔会很长，通常会达到二三百米及以上，因此在实际钻孔过程中，会存在种种原因(例如：岩石介质不均匀性、施工误差等因素)导致竖孔、斜孔与底部的水平隧洞不相交，产生一定的偏离量。

由于岩石等介质可能有很大含水量，各种电信号都无法传递，所以基于电信号的传感器几乎无法找到竖孔、斜孔的偏离量和具体位置。对于基于弹性波等原理的方法，由于岩石存在节理、裂隙或饱水等问题，也会导致测量不准确。此外，由于全站仪不能做到既能看到竖孔、斜孔，也能看到水平隧洞的中间点，因此也无法确知隧洞的偏离量。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明利用磁体产生的磁场几乎不受岩石和水影响的特点，通过将磁体置于第二隧洞内来观察第一隧洞中各个点的磁场强度变化。当在第二隧洞中放置磁体之前，第一隧洞中各个点的磁场强度仅仅受到地磁场的影响；而当在第二隧洞中放置磁体之后，第一隧洞中各个点的磁场强度为磁体产生的磁场和地磁场叠加后的复合矢量场。另外，还可以在第一隧洞中设置若干个测点，在第二隧洞不放置磁体时，测量出第一隧洞中各个测点的地磁场强度，然后在第二隧洞中放置磁体，测量出第一隧洞中各个测点的复合磁场强度，再利用各个测点的三维坐标信息来准确计算磁体所在的位置，从而判断出第二隧洞的位置和相对第一隧洞的偏离量。

具体而言，本发明采用如下技术方案：

一种基于磁场原理的隧洞定位仪，包括坐标与磁场强度测量设备、磁性传感器，其中：在所述坐标与磁场强度测量设备的测量范围内设置有若干个测点，并且所述坐标与磁场强度测量设备用于测量所述测点的三维坐标和磁场强度；所述磁场强度为矢量或标量，所述矢量为所述磁场强度在三维坐标系下的分量，所述标量为所述磁场强度的模值。

作为优选，所述坐标与磁场强度测量设备包括坐标测量设备和磁场强度测量仪；所述坐标测量设备用于测量所述磁场强度测量仪所处的三维坐标，优选全站仪；所述磁场强度测量仪用于测量其所处三维坐标的磁场强度。

作为优选，所述坐标与磁场强度测量设备还包括单棱镜，所述单棱镜用于配合所述磁场强度测量仪来测量其所处的三维坐标。

作为优选，所述磁性传感器包括球壳，所述球壳的内部填充有非磁性固体填充物，所述非磁性固体填充物的内部固定有磁体。

作为优选，所述磁性传感器包括外球壳和位于所述外球壳内部的内球壳，所述外球壳和所述内球壳之间填充有液体，所述液体用于使所述内球壳漂浮，所述内球壳的内部设置有固定在所述内球壳上的磁体，所述内球壳的内部还设置有调平配重，在所述磁体平行或垂直于其轴线的表面上固定连接有水准泡；当在所述磁体平行于其轴线的表面上固定连接有所述水准泡时，通过移动所述调平配重使所述磁体的轴线在所述内球壳静止时指向地磁场的南北方向；当在所述磁体垂直于其轴线的表面上固定连接有所述水准泡时，通过移动所述调平配重使所述磁体的轴线在所述内球壳静止时平行于重力方向。