引言

在10 kv線路鐵塔建設(shè)過(guò)程中,工作人員大多采用圓規(guī)法確定線路的角平分線,再通過(guò)找垂直線確定坑位方向[1]。由于土建工程人員流動(dòng)大,工作人員常常不熟悉確定鐵塔坑位挖掘方向的方法,經(jīng)常發(fā)生坑位方向挖錯(cuò)導(dǎo)致需重新挖掘的情況,嚴(yán)重影響了工程進(jìn)度。因此,著力研制一種簡(jiǎn)易分坑裝置,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于操作,可為鐵塔基礎(chǔ)建設(shè)提供較大的便利性,極大地提升工作人員的工作效率,該裝置一旦獲得廣泛推廣,必將助推相關(guān)工作效率的提升。

1技術(shù)原理

鐵塔塔腳分坑定位時(shí)對(duì)控制樁要求非常嚴(yán)格,需根據(jù)作業(yè)情況設(shè)置中心樁、輔助樁、轉(zhuǎn)角位移樁、控制樁等。尤其是在中心樁和輔助樁設(shè)置時(shí),應(yīng)先根據(jù)技術(shù)指標(biāo)和現(xiàn)場(chǎng)情況明確基礎(chǔ)根開(kāi)、基礎(chǔ)底座寬和坑深等數(shù)據(jù),按照安全系數(shù)及操作裕度設(shè)置科學(xué)的坑口放樣操作[2]。然后,再通過(guò)光學(xué)儀表進(jìn)行檢驗(yàn)、校正、對(duì)中和整平,使儀器能夠準(zhǔn)確測(cè)數(shù),獲取鐵塔塔腳的位置參數(shù)。

以矩形鐵塔為例,鐵塔基礎(chǔ)正面根開(kāi)為x,側(cè)面根開(kāi)為y,坑口尺寸為a,則以基礎(chǔ)根開(kāi)為依據(jù)建立橫縱方向標(biāo),將標(biāo)桿分別置于x軸和y軸上,距各腳間距應(yīng)分別為(x+y)/2,標(biāo)桿點(diǎn)間連線過(guò)矩形鐵塔的4個(gè)塔腳,如圖1所示。

確定矩形鐵塔中心樁后,將光學(xué)經(jīng)緯儀置于。點(diǎn),對(duì)光、調(diào)平、校驗(yàn),保證儀表參數(shù)與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試需求一致。檢查無(wú)誤后,將前置望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)標(biāo)桿對(duì)焦,并將十字絲精密對(duì)準(zhǔn)標(biāo)桿,瞄準(zhǔn)前后儀器控制方向,用卷尺測(cè)量參數(shù),確認(rèn)其與初始參數(shù)(x+y)/2是否一致。若測(cè)量結(jié)果與設(shè)定參數(shù)相同,則將光學(xué)經(jīng)緯儀換相手輪轉(zhuǎn)至水平,打開(kāi)水平度照明反光鏡,使其鏡頭旋轉(zhuǎn)90度,重復(fù)上述檢查。

確認(rèn)A、B、C、D中輔助樁位置無(wú)問(wèn)題,將相鄰輔助樁連接,可以A、B、C、D任意一點(diǎn)取線段L1和線段L2,其長(zhǎng)度分別為:

此時(shí),找一根長(zhǎng)度為2a的細(xì)繩,將其兩個(gè)端點(diǎn)分別置于L1和L2長(zhǎng)度處,向內(nèi)(或外)拉直細(xì)繩中點(diǎn),達(dá)到最大距離后則可確定鐵塔塔腳的位置,同時(shí)畫(huà)出鐵塔塔腳基坑輪廓,達(dá)到分坑定位的效果[3]。

2設(shè)計(jì)方案

本次設(shè)計(jì)的鐵塔塔腳分坑裝置在光學(xué)經(jīng)緯儀分坑定位原理基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整,設(shè)置5個(gè)基準(zhǔn)角度,分別用于中心點(diǎn)。和A、B、C、D輔助樁的快速定向;配置對(duì)中組件用于儀表的檢查和自動(dòng)校驗(yàn),其可保證裝置始終處于水平狀態(tài),增強(qiáng)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

2.1裝置設(shè)計(jì)

如圖2所示,適用于鐵塔塔腳定位的分坑裝置主要包括主機(jī)體、支架組件、對(duì)中組件和測(cè)量定位組件等,選用角度尺和角度桿進(jìn)行角度測(cè)量。其中,角度尺采用圓規(guī)法確定線路的角平分線;傘狀角度桿由金屬材質(zhì)制成,設(shè)計(jì)成傘狀結(jié)構(gòu),打開(kāi)時(shí)有5根可折疊桿延伸而出,采用固定5個(gè)角度,即0O、45O、135O、225O、315O,打開(kāi)時(shí)為傘狀結(jié)構(gòu),不用時(shí)可折疊,減少占用的空間,小巧輕便[4]。

(1)主機(jī)體。設(shè)置角度尺和對(duì)中儀。角度尺在測(cè)量時(shí)通過(guò)圓規(guī)法畫(huà)出準(zhǔn)確的角平分線,再根據(jù)紅外對(duì)中儀中的參數(shù)調(diào)整分坑裝置的位置,使其在x方向

和y方向上均處于正中狀態(tài),從而保障后續(xù)計(jì)算結(jié)果的合理性和有效性。同時(shí),主機(jī)體還安裝多類(lèi)型鎖緊件,可在移動(dòng)過(guò)程中與支架組件牢固連接鎖緊。

(2)支架組件。主要用于主機(jī)體的固定,包括主體架、轉(zhuǎn)動(dòng)元件、鎖緊元件等。為增強(qiáng)分坑裝置的實(shí)用效果,本次設(shè)計(jì)中在支架組件上安裝角度顯示器,直接置于分坑裝置的正前方,便于讀數(shù)。

(3)對(duì)中組件。連接主機(jī)體與傘狀角度桿,設(shè)置多層夾板,可根據(jù)使用要求向不同高度和不同角度延伸,從而滿足多場(chǎng)景作業(yè)需求。該夾板中均設(shè)置驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),可在拉伸或轉(zhuǎn)動(dòng)中腔體時(shí)形成聯(lián)動(dòng),從而保證各個(gè)傘狀角度桿始終處于0O、45O、135O、225O、315O。同時(shí),夾板中還設(shè)置升降調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),可在套緊中心樁后在垂直方向上多相調(diào)高、固定、讀數(shù),操作非常便捷。

(4)測(cè)量定位組件。適用于鐵塔塔腳定位的分坑裝置可根據(jù)各傘角的位置關(guān)系,采取相序角階梯計(jì)算的方法使其GF1=GF2=GF3=GF4=2Lj=L(L為基礎(chǔ)根開(kāi)),依次放角樁A、B、C、D,即兩條對(duì)角線互相垂直[5],則此時(shí):

上述傘狀角度桿可按照定位要求依次展開(kāi),形成穩(wěn)固的正方形。在輔助桿定位時(shí)可將裝置直接置于中心點(diǎn),然后按照不同方向延展角度桿,配合卷尺將A、B、C、D輔助桿依次就位;在鐵塔塔腳定位時(shí)可將裝置置于L的中間點(diǎn),然后按照不同方向延展,配合卷尺確定塔腳輪廓。

2.2優(yōu)化方案

為進(jìn)一步提升鐵塔塔腳分坑裝置的可靠性和便捷性,在設(shè)計(jì)時(shí)還可加裝微處理器,將其置于主機(jī)體中;加裝紅外感應(yīng)裝置,置于測(cè)量定位組件區(qū);加裝采集元件,置于角度尺、角度桿中,形成智能化鐵塔塔腳定位系統(tǒng)'即:(1)通過(guò)紅外感應(yīng)裝置自動(dòng)測(cè)距,配合角度尺和卷尺測(cè)量結(jié)果,獲取鐵塔基礎(chǔ)中心樁位置以及分坑相對(duì)于中心樁的目標(biāo)角度和目標(biāo)距離[6]。(2)根據(jù)中心樁位置對(duì)應(yīng)放置鐵塔塔腳分坑裝置,并操作對(duì)中組件使主機(jī)體與中心樁對(duì)中,調(diào)整支架組件以使水平儀保持水平狀態(tài)[7]。(3)調(diào)整主機(jī)體方位,直至與線路設(shè)計(jì)方向一致。調(diào)整測(cè)量定位組件到目標(biāo)角度,對(duì)不同角度桿的就位情況進(jìn)行智能檢查。確定無(wú)誤后'通過(guò)紅外感應(yīng)裝置自動(dòng)測(cè)距'將其傳輸?shù)轿⑻幚砥髦?同時(shí)采集元件將角度桿就位參數(shù)上傳,自動(dòng)計(jì)算目標(biāo)角度方向上的目標(biāo)距離。(4)根據(jù)目標(biāo)角度和目標(biāo)距離得出鐵塔塔腳分坑中心點(diǎn)位并進(jìn)行驗(yàn)證,滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)指標(biāo)后,將其在移動(dòng)平臺(tái)中可視化顯示,為鐵塔基礎(chǔ)施工操作提供有效參考依據(jù)。

3應(yīng)用效益

3.1應(yīng)用評(píng)估

適用于鐵塔塔腳定位的分坑裝置質(zhì)量輕,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,攜帶方便;操作簡(jiǎn)單易懂,能大幅縮短測(cè)量鐵塔基礎(chǔ)坑位的時(shí)間;測(cè)量準(zhǔn)確,避免了工作人員測(cè)量坑位不準(zhǔn)確導(dǎo)致鐵塔基礎(chǔ)坑位重挖,浪費(fèi)人力、物力。

適用于鐵塔塔腳定位的分坑裝置已經(jīng)開(kāi)始在本單位鐵塔基礎(chǔ)施工中推廣應(yīng)用,且取得了良好成效。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,本實(shí)用新型裝置可將鐵塔基礎(chǔ)分坑定位的平均工作時(shí)間由4.5 h縮短到1 h以內(nèi)。操作過(guò)程中人員只需在中心點(diǎn)通過(guò)傘狀角度桿定位即可,不需要再進(jìn)行光學(xué)經(jīng)緯儀的用前校準(zhǔn)和測(cè)試調(diào)整,時(shí)效性顯著。該裝置整體重量較輕,桿體采用新型復(fù)合材料,既滿足戶外便攜需求,又具備定位固定強(qiáng)度'可直接通過(guò)手提工具箱攜帶到現(xiàn)場(chǎng)'單個(gè)測(cè)試人員就可以完成所有的鐵塔塔腳分坑定位工作'從根本上降低了人工成本。

3.2注意事項(xiàng)

適用于鐵塔塔腳定位的分坑裝置在操作過(guò)程中'應(yīng)注意:(1)基于兩邊與對(duì)角線距離相同的原理'由固定在傘狀角度桿上方的角度尺確定線路方向的對(duì)角線為橫擔(dān)方向。(2)以橫擔(dān)方向?yàn)樵c(diǎn)'將傘狀角度桿的0O桿對(duì)準(zhǔn)對(duì)角線'向右打開(kāi)四條固定角度的邊'分別為45O、135O、225O、315O'在上述方向上量取同樣的距離'并在各點(diǎn)釘立輔助樁'這四點(diǎn)即為鐵塔基礎(chǔ)的四個(gè)塔腳方向標(biāo)識(shí)。(3)確定無(wú)問(wèn)題后'將分坑裝置穩(wěn)固。該裝置底部裝支架撐'可直接將支架臺(tái)向上推動(dòng)'再將該裝置錘入泥土中以達(dá)到固定使用的目的。(4)固定完成后沿著塔腳方向測(cè)出相應(yīng)塔型的塔腳距離'確定塔腳位置后拆下分坑裝置'按照?qǐng)D紙順序依次測(cè)量其他鐵塔塔腳。(5)全部測(cè)量完畢后'清理鐵塔塔腳定位分坑裝置'將角度尺和角度桿恢復(fù)到初始狀態(tài)'關(guān)閉裝置電源'裝置檢查無(wú)誤后放回工具箱中。

4結(jié)束語(yǔ)

鐵塔基礎(chǔ)施工過(guò)程中要根據(jù)施工環(huán)境合理選擇塔腳分坑定位裝置'按照可靠性指標(biāo)適當(dāng)優(yōu)化和調(diào)整'使分坑定位裝置能夠可靠固定、精準(zhǔn)定位、有效分坑。本次設(shè)計(jì)的適用于鐵塔塔腳定位的分坑裝置通過(guò)角度尺定角平分線'利用角度桿定時(shí)序點(diǎn)位'減少了傳統(tǒng)測(cè)試時(shí)的設(shè)備調(diào)試耗時(shí)'從根本上改善了鐵塔基礎(chǔ)施工質(zhì)量和施工效益'為我國(guó)輸電線路安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。