引言

在10 kv線路鐵塔建設過程中,工作人員大多采用圓規(guī)法確定線路的角平分線,再通過找垂直線確定坑位方向[1]。由于土建工程人員流動大,工作人員常常不熟悉確定鐵塔坑位挖掘方向的方法,經常發(fā)生坑位方向挖錯導致需重新挖掘的情況,嚴重影響了工程進度。因此,著力研制一種簡易分坑裝置,結構簡單,易于操作,可為鐵塔基礎建設提供較大的便利性,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,必將助推相關工作效率的提升。

1技術原理

鐵塔塔腳分坑定位時對控制樁要求非常嚴格,需根據作業(yè)情況設置中心樁、輔助樁、轉角位移樁、控制樁等。尤其是在中心樁和輔助樁設置時,應先根據技術指標和現場情況明確基礎根開、基礎底座寬和坑深等數據,按照安全系數及操作裕度設置科學的坑口放樣操作[2]。然后,再通過光學儀表進行檢驗、校正、對中和整平,使儀器能夠準確測數,獲取鐵塔塔腳的位置參數。

以矩形鐵塔為例,鐵塔基礎正面根開為x,側面根開為y,坑口尺寸為a,則以基礎根開為依據建立橫縱方向標,將標桿分別置于x軸和y軸上,距各腳間距應分別為(x+y)/2,標桿點間連線過矩形鐵塔的4個塔腳,如圖1所示。

確定矩形鐵塔中心樁后,將光學經緯儀置于。點,對光、調平、校驗,保證儀表參數與現場測試需求一致。檢查無誤后,將前置望遠鏡瞄準標桿對焦,并將十字絲精密對準標桿,瞄準前后儀器控制方向,用卷尺測量參數,確認其與初始參數(x+y)/2是否一致。若測量結果與設定參數相同,則將光學經緯儀換相手輪轉至水平,打開水平度照明反光鏡,使其鏡頭旋轉90度,重復上述檢查。

確認A、B、C、D中輔助樁位置無問題,將相鄰輔助樁連接,可以A、B、C、D任意一點取線段L1和線段L2,其長度分別為:

此時,找一根長度為2a的細繩,將其兩個端點分別置于L1和L2長度處,向內(或外)拉直細繩中點,達到最大距離后則可確定鐵塔塔腳的位置,同時畫出鐵塔塔腳基坑輪廓,達到分坑定位的效果[3]。

2設計方案

本次設計的鐵塔塔腳分坑裝置在光學經緯儀分坑定位原理基礎上進行調整,設置5個基準角度,分別用于中心點。和A、B、C、D輔助樁的快速定向;配置對中組件用于儀表的檢查和自動校驗,其可保證裝置始終處于水平狀態(tài),增強測量數據的準確性和可靠性。

2.1裝置設計

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體、支架組件、對中組件和測量定位組件等,選用角度尺和角度桿進行角度測量。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制成,設計成傘狀結構,打開時有5根可折疊桿延伸而出,采用固定5個角度,即0O、45O、135O、225O、315O,打開時為傘狀結構,不用時可折疊,減少占用的空間,小巧輕便[4]。

(1)主機體。設置角度尺和對中儀。角度尺在測量時通過圓規(guī)法畫出準確的角平分線,再根據紅外對中儀中的參數調整分坑裝置的位置,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)計算結果的合理性和有效性。同時,主機體還安裝多類型鎖緊件,可在移動過程中與支架組件牢固連接鎖緊。

(2)支架組件。主要用于主機體的固定,包括主體架、轉動元件、鎖緊元件等。為增強分坑裝置的實用效果,本次設計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。

(3)對中組件。連接主機體與傘狀角度桿,設置多層夾板,可根據使用要求向不同高度和不同角度延伸,從而滿足多場景作業(yè)需求。該夾板中均設置驅動調節(jié)機構,可在拉伸或轉動中腔體時形成聯動,從而保證各個傘狀角度桿始終處于0O、45O、135O、225O、315O。同時,夾板中還設置升降調節(jié)機構,可在套緊中心樁后在垂直方向上多相調高、固定、讀數,操作非常便捷。

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

上述傘狀角度桿可按照定位要求依次展開,形成穩(wěn)固的正方形。在輔助桿定位時可將裝置直接置于中心點,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;在鐵塔塔腳定位時可將裝置置于L的中間點,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

為進一步提升鐵塔塔腳分坑裝置的可靠性和便捷性,在設計時還可加裝微處理器,將其置于主機體中;加裝紅外感應裝置,置于測量定位組件區(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)通過紅外感應裝置自動測距,配合角度尺和卷尺測量結果,獲取鐵塔基礎中心樁位置以及分坑相對于中心樁的目標角度和目標距離[6]。(2)根據中心樁位置對應放置鐵塔塔腳分坑裝置,并操作對中組件使主機體與中心樁對中,調整支架組件以使水平儀保持水平狀態(tài)[7]。(3)調整主機體方位,直至與線路設計方向一致。調整測量定位組件到目標角度,對不同角度桿的就位情況進行智能檢查。確定無誤后'通過紅外感應裝置自動測距'將其傳輸到微處理器中,同時采集元件將角度桿就位參數上傳,自動計算目標角度方向上的目標距離。(4)根據目標角度和目標距離得出鐵塔塔腳分坑中心點位并進行驗證,滿足技術標準和現場指標后,將其在移動平臺中可視化顯示,為鐵塔基礎施工操作提供有效參考依據。

3應用效益

3.1應用評估

適用于鐵塔塔腳定位的分坑裝置質量輕,結構簡單,攜帶方便;操作簡單易懂,能大幅縮短測量鐵塔基礎坑位的時間;測量準確,避免了工作人員測量坑位不準確導致鐵塔基礎坑位重挖,浪費人力、物力。

適用于鐵塔塔腳定位的分坑裝置已經開始在本單位鐵塔基礎施工中推廣應用,且取得了良好成效。經現場測試,本實用新型裝置可將鐵塔基礎分坑定位的平均工作時間由4.5 h縮短到1 h以內。操作過程中人員只需在中心點通過傘狀角度桿定位即可,不需要再進行光學經緯儀的用前校準和測試調整,時效性顯著。該裝置整體重量較輕,桿體采用新型復合材料,既滿足戶外便攜需求,又具備定位固定強度'可直接通過手提工具箱攜帶到現場'單個測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

適用于鐵塔塔腳定位的分坑裝置在操作過程中'應注意:(1)基于兩邊與對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角線為橫擔方向。(2)以橫擔方向為原點'將傘狀角度桿的0O桿對準對角線'向右打開四條固定角度的邊'分別為45O、135O、225O、315O'在上述方向上量取同樣的距離'并在各點釘立輔助樁'這四點即為鐵塔基礎的四個塔腳方向標識。(3)確定無問題后'將分坑裝置穩(wěn)固。該裝置底部裝支架撐'可直接將支架臺向上推動'再將該裝置錘入泥土中以達到固定使用的目的。(4)固定完成后沿著塔腳方向測出相應塔型的塔腳距離'確定塔腳位置后拆下分坑裝置'按照圖紙順序依次測量其他鐵塔塔腳。(5)全部測量完畢后'清理鐵塔塔腳定位分坑裝置'將角度尺和角度桿恢復到初始狀態(tài)'關閉裝置電源'裝置檢查無誤后放回工具箱中。

4結束語

鐵塔基礎施工過程中要根據施工環(huán)境合理選擇塔腳分坑定位裝置'按照可靠性指標適當優(yōu)化和調整'使分坑定位裝置能夠可靠固定、精準定位、有效分坑。本次設計的適用于鐵塔塔腳定位的分坑裝置通過角度尺定角平分線'利用角度桿定時序點位'減少了傳統(tǒng)測試時的設備調試耗時'從根本上改善了鐵塔基礎施工質量和施工效益'為我國輸電線路安全、可靠、穩(wěn)定運行打下了堅實基礎。