CN107747934B - 顶管轴线测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种顶管轴线测量装置及顶管轴线测量方法，该装置包括：全站仪，设置于始发井内且对准于顶管轴线；定位框，通过等长的多个支脚架设于顶管轴线位置，多个所述支脚等间距设置，所述定位框上形成有对准于所述顶管轴线的定位孔，多个所述支脚的第一端可拆卸地安装于所述定位框，多个所述支脚的第二端抵顶于顶管的内壁；以及前视棱镜，固定于所述定位孔中。本发明解决了常规顶管轴线测量时，测量装置影响作业人员正常出入及影响测量数据的准确的问题。

Description

顶管轴线测量方法
技术领域
本发明涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种顶管轴线测量方法。
背景技术
顶管顶进过程中，顶管的轴线轨迹的误差直接影响地表沉降与进洞姿态，而且在顶进过程中误差累计到一定程度时，必然会影响管道的整体姿态，甚至不能保证顺利进洞。控制顶管轴线的偏转、偏移是顶管施工的难点之一，为保证顶管轴线施工质量要求，必须在顶管顶进过程中实时跟踪测量。
常规方法是将前视棱镜直接设置在顶管机的机头上，前视棱镜通过支架预先固定于顶管机的机头上，然后在始发井内加设全站仪，通过全站仪获得前视棱镜的三维坐标，通过连续测量进而得到顶管的轴线运行轨迹。这种轴线测量方式存在占据狭小的顶管的管道空间，对于人工手掘作业的小直径顶管顶进施工时，将影响作业人员的正常出入且因机具频繁的挪动碰撞易造成前视棱镜的偏移，从而影响监测数据的精确性。
发明内容
为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种顶管轴线测量方法，以解决常规顶管轴线测量时，测量装置影响作业人员正常出入及影响测量数据的准确的问题。
为实现上述目的，提供一种顶管轴线测量装置，包括：
全站仪，设置于始发井内且对准于顶管轴线；
定位框，通过等长的多个支脚架设于顶管轴线位置，多个所述支脚等间距设置，所述定位框上形成有对准于所述顶管轴线的定位孔，多个所述支脚的第一端可拆卸地安装于所述定位框，多个所述支脚的第二端抵顶于顶管的内壁；以及
前视棱镜，固定于所述定位孔中。
进一步的，所述支脚为伸缩式支脚。
进一步的，所述支脚包括：
支杆，所述支杆可拆卸地安装于所述定位框；
套管，套设于所述支杆，所述套管抵顶于所述顶管的内壁，所述套管的管壁上开设有限位孔；以及
限位件，活动安装于所述限位孔中，并通过抵顶于所述支杆来固定所述支杆和所述套管。
进一步的，所述定位框上开设有连接孔，所述连接孔具有内螺纹，所述支杆设有与所述内螺纹相适配的外螺纹，所述支杆螺接于所述连接孔。
进一步的，所述定位框上设有水平仪。
进一步的，所述定位框包括：
框体，所述定位孔形成于所述框体上，所述框体上开设有多个禁锢孔；
用于固定所述前视棱镜的禁锢件，插设于所述禁锢孔中，所述前视棱镜形成有凹槽，所述禁锢件卡合于所述凹槽中。
本发明提供了一种使用上述的顶管轴线测量装置的顶管轴线测量方法，包括以下步骤：
确定顶管的起始端的圆心的设计坐标；
将全站仪架设于始发井内，使得全站仪位于所述顶管的顶进方向的纵断面上；
于所述全站仪中输入所述顶管的起始端的圆心的设计坐标建立以所述圆心为原点的坐标系，所述坐标系的X轴为所述顶进方向，所述坐标系的Y 轴为与所述顶进方向的横向垂直方向；
将固定有前视棱镜的定位框通过等长的多个支脚架设于顶管轴线位置；
将所述全站仪对准所述前视棱镜，测量所述前视棱镜的坐标，所述前视棱镜的坐标点与所述坐标系的原点的连线为所述顶管轴线。
进一步的，还包括步骤：将测量得到的所述前视棱镜的坐标与所述前视棱镜的设计坐标对比得到所述顶管轴线的偏位值。
本发明的有益效果在于，本发明顶管轴线测量装置安装方便快捷，拆卸简单，随时用随时拆，不会妨碍作用人员正常进入顶管。本发明顶管轴线测量装置结构稳定，通过定位框固定前视棱镜，利用对称设置的多个支脚将定位框稳定的安装于顶管的内管壁，使得前视棱镜位于顶管的轴线上，进而确保全站仪测量的数据准确性。
附图说明
图1为本发明顶管轴线测量装置的示意图。
图2为本发明顶管轴线测量装置的侧视图。
图3为本发明顶管轴线测量装置的定位框的示意图。
图4为图3中A-A处的剖视图。
图5为本发明顶管轴线测量装置的支脚的分解示意图。
图6为本发明顶管轴线测量装置的前视棱镜的示意图。
图7为本发明顶管轴线测量装置的使用示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
图1为本发明顶管轴线测量装置的示意图、图2为本发明顶管轴线测量装置的侧视图、图3为本发明顶管轴线测量装置的定位框的示意图、图4 为图3中A-A处的剖视图、图5为本发明顶管轴线测量装置的支脚的分解示意图、图6为本发明顶管轴线测量装置的前视棱镜的示意图、图7为本发明顶管轴线测量装置的使用示意图。
参照图1至图7所示，本发明提供了一种顶管轴线测量装置，包括全站仪1、安装架2和前视棱镜3。
全站仪1设置于始发井6内，全站仪1对准顶管5的轴线方向上。安装架2设置于顶管5的内管壁上。安装架2包括定位框21和支脚22。支脚22 的数量为多个，多个支脚22的长度相等。定位框21通过多个支脚22架设于顶管5的轴线上。定位框21形成有沿顶管5的轴线方向设置的定位孔。支脚22沿顶管5的径向方向设置。多个支脚22分别与定位框21之间的夹角的角度大小一致，且多个支脚22设置于定位框21的外侧，多个支脚22 等间距设置。支脚22的第一端可拆卸地安装于定位框21的侧壁，支脚22 的第二端抵顶于顶管5的内管壁。前视棱镜3固定于定位框21的定位孔中且对准顶管5的轴线。
本发明顶管轴线测量装置安装方便快捷，拆卸简单，随时用随时拆，不会妨碍作用人员正常进入顶管。本发明顶管轴线测量装置结构稳定，通过定位框固定前视棱镜，利用对称设置的多个支脚将定位框稳定的安装于顶管的内管壁，使得前视棱镜位于顶管的轴线上，进而确保全站仪测量的数据准确性。
对于人工手掘作业的小直径顶管的施工，为了方便携带顶管轴线测量装置进入小直径的顶管，支脚22为伸缩式支脚。
具体的，参阅图1、图2和图5所示，支脚22包括支杆221、套管222 和限位件223。
支杆221可拆卸地安装于定位框21的外侧壁。套管222套设于支杆221，套管222抵顶于顶管5的内管壁上。套管222的管壁上开设有限位孔。限位件223插设于套管222的限位孔中，而且限位件223的端部抵顶于支杆221 的外侧壁上以固定支脚22的长度。
在本实施例中，限位件223为螺钉。
多个支脚22的长度是相等的以便于将前视棱镜安装于顶管5的轴线位置上。
为了便于调节支脚22的长度，支杆221上设有刻度线。
参阅图1、图3和图4，定位框21包括框体211和禁锢件。框体211形成有所述定位孔，框体211的侧壁上开设有供所述支脚安装的多个禁锢孔。多个禁锢孔对称排布。禁锢件主要用于固定前视棱镜3。参阅图1和图6，前视棱镜3的面向框体211的内侧壁的侧面上形成有凹槽31。凹槽31为两个。禁锢件插设于禁锢孔并卡合于凹槽31中以锁附前视棱镜3。在本实施例中，禁锢件为螺钉。
如图4所示，框体211的侧壁上开设有连接孔，连接孔具有内螺纹，支杆221的第一端设有与所述内螺纹相适配的外螺纹，支杆221的第一端螺纹连接于框体211的连接孔。
在本实施例中，框体211呈正六棱柱结构。支脚22的数量为3个，相应的，连接孔的数量为3个。在本实施例中，如图4所示，框体211的侧壁上的一个禁锢孔和一个连接孔是重合的，所以，3个支脚22其中的一个支脚的第一端插入凹槽31与对称设置的另一个凹槽31中的禁锢件同时抵顶于前视棱镜3以锁附前视棱镜3。
作为一种较佳的实施方式，当顶管5的设计轴线为水平状态时，框体 211上还设有水平仪4。水平仪4为气泡水平仪，可以辅助检测定位框21是否处于水平状态。
本发明的顶管轴线测量装置通过以下几个措施来确保前视棱镜安装于顶管的内管壁时能位于顶管的轴线上：
措施一：通过将支脚的长度设置为统一长度。
措施二：定位框为对称结构，前视棱镜位于定位框的中心位置。较佳的，前视棱镜的形状与定位孔的形状相匹配。
措施三：通过禁锢件对称顶紧前视棱镜，确保前视棱镜稳固的位于定位孔的中心位置。
措施四：在安装时，检查每一个支脚是否都抵顶于顶管的内管壁。如果有支脚未顶紧顶管的内管壁，即前视棱镜的位置未设置到位。调整安装架，使得每一个支脚都顶紧顶管的内管壁，即前视棱镜位于顶管的轴线上。
本发明的顶管轴线测量装置的安装架一般安装在靠近顶管机的机头的首节管内，亦可以将安装架架设于首节管和第二节管的接缝处。
再结合图1至图7，本发明提供了一种使用上述顶管轴线测量装置的测量方法。该方法包括以下步骤：
S1：确定顶管的起始端的圆心O点的设计坐标。
具体的，根据顶管顶进施工图纸坐标确定顶管5的起始端的圆心O点的设计坐标。
S2：将全站仪1架设于始发井6内，使得全站仪1位于顶管5的顶进方向的纵断面上。
在本实施例中，如图7所示，顶管5均为直线顶管，顶管5被向上倾斜顶进，顶管5与水平面之间形成夹角。在始发井内，能与机头直接通视，顶管顶进施工时，使用顶管轴线测量装置进行顶管轴线和高程测量。
顶管5开始顶进前，通过地面控制网和顶管顶进施工图纸坐标，放样出顶管顶进方向控制点，则控制点A、控制点B、控制点C三个点(ABC三个点均在顶管5的顶进方向的纵断面上，三个点可以不测定其具体的三维坐标，只需要保证ABC三个点位于顶管顶进方向的纵断面所在位面上)。在始发井6内的顶管顶进方向上设置的控制点C点上架设全站仪1
S3：于全站仪1 中输入顶管5的起始端的圆心的设计坐标建立以圆心O 点为原点的坐标系，坐标系的X轴为顶管5的顶进方向，坐标系的Y轴为与顶管5的顶进方向的横向垂直方向。
在始发井6内的顶管顶进方向上设置的控制点C点上架设全站仪1 后，后视控制点B点(控制点A用以校核)，方位角置零，以顶管5的起始端的圆心O点的设计坐标作为独立坐标系的坐标原点，以顶管的顶进方向为X 轴，以顶进方向的横向垂直方向为Y轴，建立顶管的独立坐标系。根据顶管顶进施工图纸确定顶管5的起始端的圆心O点的设计高程h0，则独立坐标系的原点的坐标为(0，0，h0)。
S4：将固定有前视棱镜3的定位框通过等长的多个支脚架设于顶管轴线位置。
S5：将全站仪1 对准前视棱镜3，测量前视棱镜3的实际坐标，前视棱镜3的实际坐标点与坐标系的原点的连线为顶管轴线。
S6：将测量得到的前视棱镜3的实际坐标与前视棱镜3的设计坐标对比得到顶管轴线的偏位值。
在独立坐标系中，C点的坐标为(-Soc,0,Hc)(Soc是O、C两点之间的水平距离，Hc是C点的高程)。根据极坐标法：x1＝x0+S×Cosα,y1＝y0+S×Sinα, 其中S为两点之间的水平距离，α为两点之间的方位角。
全站仪1 的方位角置零后，利用全站仪1 和坐标系直接测量得到前视棱镜3的实际坐标(x1,y1,h1)，前视棱镜3的实际坐标点与坐标系的原点的连线即顶管轴线。
当顶管5的实际顶进方向完全跟设计的顶进方向重合时，方位角α仍然为0，Cosα＝0,Sinα＝0，则x1＝x0+S×Cosα＝S，y1＝y0+S×Sinα＝0。
当顶管5的实际顶进方向在顶进方向的横向垂直方向上有偏位时，则α不为0，则x1＝S×Cosα,y1＝S×Sinα。
进一步的，前视棱镜3的设计坐标(x设,y设,h设)，其中y设＝0。顶管5 在顶进方向的横向垂直方向上的偏位值为y1-y设，y设＝0,所以顶管5在顶进方向的横向垂直方向上的偏位值的大小为y1。
当测得前视棱镜3的实际坐标时，无需对照顶管顶进施工图纸就可以直观的、直接的了解到顶管5在顶进方向的横向垂直方向上的是否发生偏位以及偏位值。
在现场施工以及测量自动化程度不高的情况下，这样建立独立的坐标系的优点是只要测出前视棱镜的实际坐标，根据测出来的前视棱镜的实际坐标的y1的数值大小就可以直接的、直观的判断顶管的在顶进方向的左右方向上的偏位，根据x1的值的大小可以了解顶管的实际顶进里程，从而避免需要再次利用计算机等其他辅助工具来计算顶管轴线的偏位偏差。
前视棱镜3的实际坐标点与该坐标系的原点的连接即为顶管的轴线。x1即为顶管的实际顶进里程；y1即为顶管的靠近顶管机的机头的一端在横向垂直于预设顶进方向上(即预设顶进方向的左右方向上)的偏位值；h1即为前视棱镜的实际高程。
如此在顶管的顶进过程中反复测量，根据多次测量的前视棱镜3的三维坐标数据，绘制顶管5的实际顶进轨迹，且可以随时了解顶管5的顶进里程及其在顶进方向的横向垂直方向上的位置偏差，掌握偏差发展趋势，及时纠偏，把偏差值控制在允许范围，保证顶管施工质量。
需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为保护范围。

Claims (2)

1.一种顶管轴线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供顶管轴线测量装置，所述顶管轴线测量装置包括全站仪、定位框和前视棱镜，所述定位框等间距地安装有多个支脚，所述定位框上形成有定位孔，所述前视棱镜固定于所述定位孔中；
确定顶管的起始端的圆心的设计坐标；
将全站仪架设于始发井内，使得全站仪位于所述顶管的顶进方向的纵断面上；
于所述全站仪中输入所述顶管的起始端的圆心的设计坐标建立以所述圆心为原点的坐标系，所述坐标系的X轴为所述顶进方向，所述坐标系的Y轴为与所述顶进方向的横向垂直方向；
将固定有前视棱镜的定位框通过等长的多个支脚架设于顶管轴线位置；
将所述全站仪对准所述前视棱镜，测量所述前视棱镜的坐标，所述前视棱镜的坐标点与所述坐标系的原点的连线为所述顶管轴线。
2.根据权利要求1所述的顶管轴线测量方法，其特征在于，还包括步骤：将测量得到的所述前视棱镜的坐标与所述前视棱镜的设计坐标对比得到所述顶管轴线的偏位值。
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