【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及爆破，具体涉及一种爆破钻孔空间状态测试装置及测试方法。
技术介绍
1、
2、对于钻爆法施工的隧道工程，爆破钻孔的空间形态是隧道洞室超欠挖程度的决定性因素之一，因此对爆破钻孔的准确检测对于隧道超欠挖控制和爆破设计参数动态调整尤为重要。就爆破钻孔的检测技术现状而言，对于钻孔的三维空间状态的检测方法仍显空白。常规的爆破钻孔检测设备的技术原理主要为：在已知钻孔孔口三维空间坐标的前提下，利用加速度测试装置、磁场测试装置或角度测试装置推定或直接获取炮孔初始段的倾向角和方位角；利用卷尺等长度测试装置测试炮孔的长度；将炮孔视作直线线段，利用炮孔初始段的倾向角和方位角代替炮孔整体的倾向角和方位角，综合钻孔孔口的三维坐标、炮孔的倾向角和方位角，推定炮孔的三维空间状态。
3、但实际工程表明，由于钻杆的长度长、柔性较大以及施工工艺的限制，爆破钻孔的空间状态通常呈复杂的曲线形，因此采用直线线段描述炮孔会存在较大的误差，给隧道超欠挖控制措施的实施、隧道爆破设计以及设计参数的动态调整提供错误的引导。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题为：目前爆破钻孔钻杆的长度长、柔性较大以及施工工艺的限制，爆破钻孔的空间状态通常呈复杂的曲线形，因此采用直线线段描述炮孔会存在较大的误差，给隧道超欠挖控制措施的实施、隧道爆破设计以及设计参数的动态调整提供错误的引导。
2、本专利技术的第一目的在于提供一种爆破钻孔空间状态测试装置，包括爆破钻孔检测杆，所述爆破钻孔检测杆被分
3、面向钻孔钻进方向，以重力反方向为0°方向，角度沿逆时针旋转为正，4组应变片在同一截面的圆心角分别为0°、90°、180°、270°。
4、爆破钻孔空间状态测试装置由至少两节段组成，并且在每一节段内设置4组应力片，用于反馈在测试过程中该节段所受到的应力情况。根据应力计算得到每节段的偏离角度，根据偏离角度获得每节段的三维坐标，将每一节段的三维坐标连接起来即可得到表征爆破钻孔检测杆的三维空间状态。该爆破钻孔空间状态测试装置能够准确反应各爆破钻孔检测杆所受到的应力，从而有利于得到准确的三维坐标。
5、作为一种可能的设计，所述4组应力片设置于每一节段的中部。更为准确反映变形杆体变形的情况。
6、作为一种可能的设计，每一节段的长度为0.1～0.2m，爆破钻孔检测杆的内径为0.01～0.05m。
7、作为一种可能的设计，所述爆破钻孔检测杆的材质为高密度聚乙烯。
8、本专利技术的第二目的在于提供一种爆破钻孔空间状态测试装置的测试方法，测试装置中节段的数量为m，m为大于或等于2的正整数；
9、测试方法包括：
10、s1.构建三维空间直角坐标系oxyz；其中，x轴以隧道轴线沿掘进为正，以背离掘进方向洞口处为0点，z轴以重力反方向为正，以绝对高程0点为0点，以x轴、z轴为基准，采用右手螺旋法则确定y轴正方向，以当前掌子面中轴线为0点；
11、s2.对于任意爆破钻孔检测杆延其径向的截面，若该截面轴线沿钻进方向的法向量则θ表示在xoy平面的投影与x轴正方向的夹角，当与x轴正方向重合时取0°，与y轴正方向夹角为锐角时取正值，夹角为钝角时取负值。由x轴转向y轴方向为正，表示和的夹角，当在xoy平面时取0°，当与z轴正方向夹角为锐角时取正值，夹角为钝角时取负值。
12、s3.测试炮孔口处爆破检测杆轴线点的位置坐标信息(x0，y0，z0)；
13、s4.沿炮孔插入爆破钻孔检测杆，并保证应变片任意第i节段上圆心角为0°和180°的两个应变片的连线与z轴对齐，且圆心角为0°的应力片在圆心角为180°的应力片上方，测试爆破钻孔检测杆在孔口处的初始偏转角θ0和俯仰角1≤i≤m，i为正整数；
14、s5.依次测试并记录第1～m个节段上4个应变片的应变测试数据；
15、s6.依次计算第1～m个节段的偏转角增量δθ、偏转角θ、俯仰角增量以及俯仰角
16、s7.根据已知截面0与爆破钻孔检测杆轴线的坐标(x0，y0，z0)、偏转角θ0、偏转角θ1、俯仰角以及俯仰角计算截面1与爆破钻孔检测杆轴线交点的三维坐标(x1，y1，z1)；
17、s8.根据已知截面i-1爆破钻孔检测杆轴线交点的三维坐标坐标(xi-1，yi-1，zi-1)、偏转角θi、偏转角θi-1、俯仰角以及俯仰角计算截面i与爆破钻孔检测杆轴线交点的三维坐标方法(xi，yi，zi)；
18、s9.根据s8和s7依次递归得出截面1～m与爆破钻孔检测杆轴线交点的三维坐标；
19、s10.将截面1～m与爆破钻孔检测杆轴线交点的三维坐标连接起来，得到爆破钻孔检测杆轴线处的三维空间状态，用于表征爆破钻孔检测杆的三维空间状态。
20、作为一种可能的设计，第i节段的偏转角增量δθi和俯仰角增量计算如下：
21、
22、
23、式中，li表示第i个节段的轴向长度，m；
24、d表示爆破钻孔检测杆的内径，m；
25、ai1、ai2、bi1、bi2应变片的读数分别为εai1、εai2、εbi1、εbi2，ai1在ai2上方。
26、作为一种可能的设计，第i节段的偏转角θi和俯仰角计算如下：
27、
28、
29、作为一种可能的设计，截面1与爆破钻孔检测杆轴线交点的三维坐标(x1，y1，z1)的具体计算如下：
30、将第1节段等分为n份，则：
31、
32、
33、
34、作为一种可能的设计，截面i与爆破钻孔检测杆轴线交点的三维坐标方法(xi，yi，zi)的具体计算如下：
35、
36、
37、
38、作为一种可能的设计，在步骤s6至s9中，定义爆破钻孔检测杆第i节段和第i+1节段的交界面的截面编号为i，孔口位置处爆破钻孔检测杆截面编号为0。
39、本专利技术的有益效果为：
40、本专利技术采用多节段组成钻杆，通过计算每节段的三维坐标，且将这些三维坐标连接起来作为空间状态，替代现有的直线线段描述，从而减小误差，有利于指导隧道的实际施工。
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1.一种爆破钻孔空间状态测试装置，其特征在于：包括爆破钻孔检测杆，所述爆破钻孔检测杆被分成至少2个节段，每一个节段内均设置有4组应力片，4组应力片在垂直于爆破钻孔检测杆轴线方向的同一横截面上。
2.根据权利要求1所述的爆破钻孔空间状态测试装置，其特征在于：所述4组应力片设置于每一节段的中部。
3.根据权利要求1所述的爆破钻孔空间状态测试装置，其特征在于：每一节段的长度为0.1～0.2m，爆破钻孔检测杆的内径为0.01～0.05m。
4.根据权利要求1所述的爆破钻孔空间状态测试装置，其特征在于：所述爆破钻孔检测杆的材质为高密度聚乙烯。
5.一种基于权利要求1-4任一项所述爆破钻孔空间状态测试装置的测试方法，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于：第i节爆破钻孔检测杆的偏转角增量Δθi和俯仰角增量计算如下：
7.根据权利要求5或6所述的测试方法，其特征在于：第i节段的偏转角θi和俯仰角计算如下：
8.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于：截面1与爆破钻孔检测杆轴线交点的三维坐标
9.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于：截面i与爆破钻孔检测杆轴线交点的三维坐标方法(xi，yi，zi)的具体计算如下：
10.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于：在步骤S6至S9中，定义爆破钻孔检测杆第i个节段和第i+1节段的交界面的截面编号为i，孔口位置处节段截面编号为0。
...【技术特征摘要】
1.一种爆破钻孔空间状态测试装置，其特征在于：包括爆破钻孔检测杆，所述爆破钻孔检测杆被分成至少2个节段，每一个节段内均设置有4组应力片，4组应力片在垂直于爆破钻孔检测杆轴线方向的同一横截面上。
2.根据权利要求1所述的爆破钻孔空间状态测试装置，其特征在于：所述4组应力片设置于每一节段的中部。
3.根据权利要求1所述的爆破钻孔空间状态测试装置，其特征在于：每一节段的长度为0.1～0.2m，爆破钻孔检测杆的内径为0.01～0.05m。
4.根据权利要求1所述的爆破钻孔空间状态测试装置，其特征在于：所述爆破钻孔检测杆的材质为高密度聚乙烯。
5.一种基于权利要求1-4任一项所述爆破钻孔空间状态测试装置的测试方法，其特征在于：<...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈鹏，何晓勇，欧小强，刘万林，许召强，汤振山，刘凯，和振海，陈洋宏，郑明辉，谭立伟，孙印国，
申请(专利权)人：中铁西南科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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