锚杆钻孔深度自动监测装置设计及试用

文/孙波勇、庞媛媛、张璐璐、郑涛 重庆城建控股（集团）有限责任公司 重庆 400013

1、理论设计

在施工过程中，钻机钻进一定深度后将钻头拔出，然后将第一节套筒套在钻头上，调整好位置将第一节套筒随钻头顶进已钻的锚孔，继续施钻，钻入一定深度，再将钻头拔出，将第二节套筒套在钻头上，与第一节套筒进行连接，再将第二节套筒随钻头顶进已钻的锚孔，重复以上的施工工艺流程，直至将套筒顶至完整岩石界面[1]。

2、理论实验

图1 套餐长度检测原理示意图

如图1套餐长度检测原理示意图，绝缘探测杆1的头端设有金属片2作为主触头，金属片2通过导线3与副触头4连接，导线上设有电池5和电灯6，整个装置在工作时位于套筒7内。将预先制作好的绝缘探测杆与导线及指示灯按图示连接好，绝缘探测杆前端的金属片要接触套筒内壁，使导线、电源和指示灯构成电路回路，绝缘探测杆在套筒壁缓缓推进，如果片状金属在套筒内，则指示灯亮，探测杆仍需向前伸；指示灯灭则说明片状金属已超过套筒。找到指示灯由亮到灭的转折点，即确定了套筒的最末端，通过绝缘探测杆上标注的长度刻度读取即可检测出套筒埋置的长度。

3、硬件设计

经过分析评估，只要根据所述4点的实施方式，就可以进行套筒长度的检测。包括有可伸入套筒内的探测杆，探测杆的长度应当能够深入埋设的套筒最深处；探测杆的两端设有通过传导通路连接的主触头和副触头；传导通路上设有电源和导通检测装置；设置有对探测杆长度进行检测的器具。

本研究主要涉及机械结构部分有：探测杆、传导通路、主副触头、导通检测装置、电源、皮尺。

探测杆：选用加厚壁厚伸缩杆，其伸缩功能可以实现对不同长度检测的需要。

传导通路：传导通路选用RVS1.5MM^2电线，

电线卡子：粘固在探测杆的表面，用于固定电线避免电线随意晃动。

触头：包括主触头和副触头，均选用普通铜片，固定在在探测杆的头端，并与电线进行连通，为提高导通的稳定性，在触头前可以增加毛刷态的柔性铜丝。

电源：选用普通干电池及配套的干电池盒。

4、试用前的准备

将干电池装入电池盒，用电线将主触头、电池盒、灯泡和副触头依次连通，保证主触头和副触头导通后灯泡可发光提示。

5、试用过程

以一钢制的套筒为试用对象，该套筒已经整体埋设入土壤之中。把组装完成的锚杆钻孔深度自动监测装置移至套筒外端入口处，将副触头紧压在套筒外端并保持导通，副触头与套筒相接的是套筒露出土壤的部分。然后将探测杆头端的主触头与套筒体接触，以检测装置是否工作正常，若灯泡发光则说明正常，可以继续进行测量程序。

然后将探测杆拉伸至最长状态，检测人员手持探测杆的外端，使探测杆内端在套筒壁内缓缓伸长推进，在移动的过程中绝缘探测杆内端的主触头要保持接触套筒内壁，如果主触头与套筒发生导通，则灯泡亮，探测杆仍需向前伸；灯泡灭则说明副触头已超过套筒埋设在土壤中的部分。找到灯泡由亮到灭的转折点，也就是找到了套筒埋于土壤中的末端，通过探测杆上皮尺的读数即可检测出套筒埋置的长度。

由于套管存在电阻，为了检测套管过长后其电阻给检测带来的影响，我们还对不同长度套管进行试用以观测测量效果，另外选取了多根不同长度的套管，并按上述的步骤进行测试，套管的长度包括10米左右，20米左右，30米左右，其测试结果如表所示：

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根据上表可以看到，并未出现我们担心的电阻给检测带来的影响，制约本装置最大检测长度的反而是探测杆的长度而非电阻，从理论上说探测杆的长度也难以无限制的增加。

结论：

本研究成果能够直接应用到各种已埋设套筒的长度检测工作中，能显著提高施工的效率，可对施工中的状态进行准确的测量，进而提高边坡支护的工程质量，对保障人民的生命财产安全具有重要作用，也是提高建筑施工安全和实现十八大提出的“强化公共安全体系和企业安全生产基础建设，遏制重特大安全事故。”国家目标的重大需求。因此，本研究成果具有很大的经济价值和社会效益，可有效填补国内在锚杆钻孔深度测量方面的空白，实现锚杆钻孔深度的准确测量，而这也将必然能提高锚杆施工质量，推广应用价值广泛，由于市面上尚未有类似产品出现，故该锚杆钻孔深度测量装置研发出后将填补国内市场的空白，拥有广阔市场。