[实用新型]一种物理模拟极小隧洞内钻锚杆孔的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及岩体力学模型试验装备技术领域，特别涉及一种物理模拟极小隧洞内钻锚杆孔的装置。

背景技术

随着国民经济与社会的高速发展，国内外出现了许多前所未有的大工程及超大工程以满足社会飞速发展的需要，如水利、交通、隧道、以及各种国防工程。在城市基础建设中，可利用的土地资源日趋减少，越来越多的基础设施向地下转移。地下隧洞是一种复杂的工程，其围岩处于一种复杂的地质环境中，同时地下洞室的尺寸越来越大，因此对地下洞室的稳定性研究尤为重要。研究隧洞不同支护系统下的围岩的变形破坏特征与围岩控制机理，并提出科学的支护方案，具有重要的理论意义和工程价值。

物理模拟试验在相似材料研制配比的基础上，通过研制室内物理模拟试验系统实现对概化的地质模型从加载、开挖、支护等的相似模拟。相比于室内岩石力学试验、数值模拟和现场监测研究方法，室内物理模拟试验可以通过相似理论将主要影响因素反映到模拟试验中，可以方便的设定不同的影响条件，可预先布设相关检测仪器，从而合理揭示隧洞围岩的应力分布特征、应力演化规律、变形破坏形态等，以便实现对支护效果的实时监测。

在隧道工程开挖的过程中，需要大量的钻孔操作，如钻爆法开挖、锚杆支护、围岩变形监测、岩爆防护等。隧道的物理模型试验也需要模拟这些施工工艺，锚杆钻孔是不可或缺的技术环节，其中锚杆钻孔的深度，锚杆钻孔位置的精确控制等是锚杆钻孔模拟的技术难点。

目前，在物理模拟试验中，主要有相似材料的配置、模型试件加载、隧洞开挖、开挖后隧洞内“围岩”的支护(包括钻锚孔、安装锚杆、喷浆等)、监测等相似模拟过程。模型的材料性质、模型的尺寸、开挖隧洞的直径、加载方法、开挖方法、支护方法等与原型越相似，模拟试验的结果越可靠，可供借鉴性就越大。

模型试验中，在已开挖隧洞内钻锚孔主要方法有：

(1)试件制作时在指定位置预埋与原型相似的“锚杆”，无需钻锚孔。

(2)隧洞开挖完毕后，在隧洞内预定位置手动或利用钻机开挖出一定形状的锚孔。

这两种方法的分别具有如下的缺点：

(1)预埋“锚杆”的方式与实际过程不相符，现场施工过程是打锚孔，孔内注锚固剂，再安装锚杆。该方法不能模拟孔内注锚固剂的过程。

(2)手动或利用钻机开挖的方法对简单的试验过程是可行的。但是，现有的标准模型的尺寸不大(如0.5m×0.5m×0.5m)、开挖模拟隧洞的直径也较小(如50mm)，特别是当模拟隧洞较长、模拟隧洞直径较小或存在隐蔽开挖时，在狭长的模拟隧洞内几乎无法用手工或钻机开挖锚杆孔。而且，手工或钻机开挖几乎无法做到钻孔位置、钻孔深度的准确定位。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种物理模拟极小隧洞内钻锚杆孔的装置，可实现在极小隧洞内(如直径50mm)内钻传动杆孔操作有效的克服了现有技术的缺陷。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种物理模拟极小隧洞内钻锚杆孔的装置，包括直线驱动机构、角度旋转调节机构、升降进给驱动机构、旋转驱动装置、传动杆和钻头组件；

上述直线驱动机构水平设置，上述角度旋转调节机构安装在上述直线驱动机构的驱动端，上述直线驱动机构可通过驱动端驱动角度旋转调节机构直线移动；

上述升降进给驱动机构安装在上述角度旋转调节机构的驱动端，上述角度旋转调节机构可通过驱动端驱动升降进给驱动机构在竖直平面内转动；

上述升降进给驱动机构的驱动端安装有固定架，上述传动杆与上述直线驱动机构驱动端的行进方向平行设置，且其一端与上述固定架连接固定，另一端朝向远离固定架的一侧延伸，上述钻头组件设置在上述传动杆上，上述旋转驱动装置安装在上述固定架上，上述升降进给驱动机构可通过驱动端驱动固定架、传动杆、旋转驱动装置及钻头组件在竖直平面内直线往复移动；

上述钻头组件内具有钻头，上述钻头垂直于上述传动杆设置，上述旋转驱动装置的驱动端与上述钻头组件传动连接，并可驱动钻头转动。

本实用新型的有益效果是：结构简单，操作简单，钻孔精准，保证隧洞模拟试验结果准确可靠，可实现在极小隧洞内钻锚杆孔操作。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。