引言

在10 kv線路鐵塔建設(shè)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(jīng)常發(fā)生坑位方向挖錯導(dǎo)致需重新挖掘的情況,嚴(yán)重影響了工程進(jìn)度。因此,著力研制一種簡易分坑裝置,結(jié)構(gòu)簡單,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對控制樁要求非常嚴(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,應(yīng)先根據(jù)技術(shù)指標(biāo)和現(xiàn)場情況明確基礎(chǔ)根開、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,再通過光學(xué)儀表進(jìn)行檢驗、校正、對中和整平,使儀器能夠準(zhǔn)確測數(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)正面根開為x,側(cè)面根開為y,坑口尺寸為a,則以基礎(chǔ)根開為依據(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(xué)經(jīng)緯儀置于。點,對光、調(diào)平、校驗,保證儀表參數(shù)與現(xiàn)場測試需求一致。檢查無誤后,將前置望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)標(biāo)桿對焦,并將十字絲精密對準(zhǔn)標(biāo)桿,瞄準(zhǔn)前后儀器控制方向,用卷尺測量參數(shù),確認(rèn)其與初始參數(shù)(x+y)/2是否一致。若測量結(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(xì)繩,將其兩個端點分別置于L1和L2長度處,向內(nèi)(或外)拉直細(xì)繩中點,達(dá)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(dá)到分坑定位的效果[3]。

2設(shè)計方案

本次設(shè)計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個基準(zhǔn)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(qiáng)測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

2.1裝置設(shè)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(jī)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(jìn)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(zhì)制成,設(shè)計成傘狀結(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu),不用時可折疊,減少占用的空間,小巧輕便[4]。

(1)主機(jī)體。設(shè)置角度尺和對中儀。角度尺在測量時通過圓規(guī)法畫出準(zhǔn)確的角平分線,再根據(jù)紅外對中儀中的參數(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)計算結(jié)果的合理性和有效性。同時,主機(jī)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(jī)體的固定,包括主體架、轉(zhuǎn)動元件、鎖緊元件等。為增強(qiáng)分坑裝置的實用效果,本次設(shè)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(shù)。

(3)對中組件。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,從而滿足多場景作業(yè)需求。該夾板中均設(shè)置驅(qū)動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),可在拉伸或轉(zhuǎn)動中腔體時形成聯(lián)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(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,采取相序角階梯計算的方法使其GF1=GF2=GF3=GF4=2Lj=L(L為基礎(chǔ)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(jìn)一步提升鐵塔塔腳分坑裝置的可靠性和便捷性,在設(shè)計時還可加裝微處理器,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(yīng)裝置自動測距,配合角度尺和卷尺測量結(jié)果,獲取鐵塔基礎(chǔ)中心樁位置以及分坑相對于中心樁的目標(biāo)角度和目標(biāo)距離[6]。(2)根據(jù)中心樁位置對應(yīng)放置鐵塔塔腳分坑裝置,并操作對中組件使主機(jī)體與中心樁對中,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)計方向一致。調(diào)整測量定位組件到目標(biāo)角度,對不同角度桿的就位情況進(jìn)行智能檢查。確定無誤后'通過紅外感應(yīng)裝置自動測距'將其傳輸?shù)轿⑻幚砥髦?同時采集元件將角度桿就位參數(shù)上傳,自動計算目標(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位并進(jìn)行驗證,滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場指標(biāo)后,將其在移動平臺中可視化顯示,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)用評估

適用于鐵塔塔腳定位的分坑裝置質(zhì)量輕,結(jié)構(gòu)簡單,攜帶方便;操作簡單易懂,能大幅縮短測量鐵塔基礎(chǔ)坑位的時間;測量準(zhǔn)確,避免了工作人員測量坑位不準(zhǔn)確導(dǎo)致鐵塔基礎(chǔ)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(jīng)開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)場測試,本實用新型裝置可將鐵塔基礎(chǔ)分坑定位的平均工作時間由4.5 h縮短到1 h以內(nèi)。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(jìn)行光學(xué)經(jīng)緯儀的用前校準(zhǔn)和測試調(diào)整,時效性顯著。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'可直接通過手提工具箱攜帶到現(xiàn)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(yīng)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(dān)方向。(2)以橫擔(dān)方向為原點'將傘狀角度桿的0O桿對準(zhǔn)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(chǔ)的四個塔腳方向標(biāo)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(dá)到固定使用的目的。(4)固定完成后沿著塔腳方向測出相應(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(fù)到初始狀態(tài)'關(guān)閉裝置電源'裝置檢查無誤后放回工具箱中。

4結(jié)束語

鐵塔基礎(chǔ)施工過程中要根據(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(shè)備調(diào)試耗時'從根本上改善了鐵塔基礎(chǔ)施工質(zhì)量和施工效益'為我國輸電線路安全、可靠、穩(wěn)定運行打下了堅實基礎(chǔ)。