CN111827342B - 电磁粒子探测器支撑腿高海拔安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电磁粒子探测器支撑腿高海拔安装方法，包括制造定位装置，该定位装置包括定位架，定位架上设置有导向套，定位架的顶部设置有第一支撑件和第二支撑件，第一支撑件上设置有第一柔性吊绳，第一柔性吊绳的下端设置有第一配重，第一支撑件的下方设置有第一校准刻度；第二支撑件上设置有第二柔性吊绳，第二柔性吊绳的下端设置有第二配重，第二支撑件的下方设置有第二校准刻度；将定位架移动至施工位置并调平；将4根钢管分别放入4个导向套，交替敲打4根钢管。本发明通过第一校准件和第二校准件对定位架进行水平度检测，当定位架出现倾斜时可以及时进行调整，从而避免钢管倾斜程度越来越大，保证钢管的竖直度。

Description

电磁粒子探测器支撑腿高海拔安装方法

技术领域

本发明涉及电磁粒子探测器安装施工技术领域，尤其是一种电磁粒子探测器支撑腿高海拔安装方法。

背景技术

高海拔宇宙线观测站(英文简称LHAASO)由电磁粒子探测器(ED)阵列、缪子探测器(MD)阵列、水切伦科夫探测器阵列(WCDA)、广角切伦科夫望远镜阵列(WFCTA)等组成。其主要科学目标为，探索高能宇宙线起源，开展相关的宇宙演化、高能天体演化和暗物质的研究。该项目位于高海拔地区，平均海拔高度为4410米，需要在地面上布置5242个ED(电磁粒子探测器)设备。经考察，该地区为古冰体遗迹区域，处于高海拔断层破碎地带，土质为沙石地，现场砂石层较厚，岩石较多，积雪期长，气温偏低，高寒缺氧，冰冻期长，季节性冻土深度大(其冬季时的冻土深度达到1.67m)，且为8度地震设防区。同时，由于建设资金的限制，对于安设在湿地部位的电磁粒子探测器，无法采用先将其下方湿地淤泥挖出后，再设置砼支墩的常规处理方法。因为业主方为了控制投资资金，故电磁粒子探测器采取了如下极为简易的安设方式---在每个电磁粒子探测器下方，仅仅设置4根外直径Φ51镀锌钢管来做探测器“支撑腿”，然后将此4个“支撑腿”打入湿地等土壤中的简易生根安设方式。根据设计要求，4根钢管相互之间垂直中心点误差要求控制在3mm，且尽可能保持竖直。

目前的常规做法是采用建筑工程打桩基的方式---先用电动锤逐根将外直径Φ51的钢管下半截部分垂直打入地里面；随后再在探测器安设高度处，对4根管道进行水平切割，使得切割后管道顶部高度与探测器安设高度一致，然后将探测器底座安装到4根钢管上。但由于此“支撑腿”的工程常规打桩做法，是对每个桩独立进行打桩，每根桩的倾斜度不一致，打桩后的钢管(4根钢管为一组)相互之间的中心距误差，无法达到业主要求在3mm精度以内的控制要求。

申请号为201911007749.8的发明专利申请公开了一种负压筒式先桩法导管架打桩定位导向装置，包括定位架，定位架上固定4个导向桩套，打桩时，利用4个导向桩套对4根钢管进行定位，保证4根钢管的位置精度。但在打桩过程中，定位架可能会倾斜，导致钢管倾斜，影响施工质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电磁粒子探测器支撑腿高海拔安装方法，可保证钢管打桩的位置精度，且在施工过程中可以实时观测钢管是否倾斜，当钢管倾斜时可以及时进行调整，以保证钢管的竖直度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：电磁粒子探测器支撑腿高海拔安装方法，包括

制造定位装置：该定位装置包括定位架，所述定位架上设置有竖直的导向套，所述定位架的顶部设置有第一支撑件和第二支撑件，所述第一支撑件上设置有第一柔性吊绳，第一柔性吊绳的下端设置有第一配重，第一支撑件的下方设置有第一校准件，所述第一校准件的侧面设置有第一校准刻度；第二支撑件上设置有第二柔性吊绳，第二柔性吊绳的下端设置有第二配重，第二支撑件的下方设置有第二校准件，第二校准件的侧面设置有第二校准刻度，且第一校准刻度所在的侧面垂直于第二校准刻度所在的侧面；

安装定位装置：将定位架移动至施工位置，调整定位架的水平度，使第一柔性吊绳处于第一校准刻度的0刻度线，第二柔性吊绳处于第二校准刻度的0刻度线；

钢管施工：将4根钢管分别放入4个导向套，交替敲打4根钢管，直到4根钢管进入土壤中的深度达到要求，并在敲打钢管的过程中观察第一柔性吊绳是否偏离第一校准刻度的0刻度线，第二柔性吊绳是否偏离第二校准刻度的0刻度线，如果出现偏离，则将定位架调平后再继续敲打4根钢管。

进一步地，所述定位架的底部设置有多根长度可调的支撑脚，安装定位装置和钢管施工过程中，支撑脚的下端接触地面，观察第一柔性吊绳和第二柔性吊绳的位置，如果第一柔性吊绳偏离第一校准刻度的0刻度线，或者第二柔性吊绳偏离第二校准刻度的0刻度线，则根据第一柔性吊绳或第二柔性吊绳的偏离方向调整对应的支撑脚的高度，直到第一柔性吊绳对准第一校准刻度的0刻度线，第二柔性吊绳对准第二校准刻度的0刻度线。

进一步地，所述支撑脚的下端设置有垫板，所述支撑脚通过万向节与垫板相连；在倾斜的地面安装定位装置时，先通过万向节初步调节支撑脚的角度使垫板与地面贴合，再微调调节支撑脚的高度来调整定位架的水平度。

进一步地，所述定位架上设置有多个竖直的螺纹套，所述支撑脚为螺纹杆，所述螺纹杆的上端与螺纹套螺纹配合，下端设置有连接球，所述垫板的上表面设置有连接座，所述连接座上设置有球形槽，所述连接球位于球形槽中并与球形槽滑动配合，所述球形槽的槽口设置有压盖，所述连接球、连接座和压盖组成万向节；

在安装定位装置和钢管施工过程中，垫板贴在地面并保持固定，通过旋转螺纹杆的方式调节支撑脚的高度，通过拧紧压盖上的螺栓，以稳固调整好的支撑脚形态，并通过把4颗长钢钉从垫板外缘上的孔中穿过打入地面生根固定。

进一步地，钢管施工过程中，先在钢管的上端口插入一个T形的保护盖，再对钢管进行敲打。

进一步地，所述定位架包括上框架和下框架，所述上框架通过竖直的连接梁与下框架相连。

进一步地，所述上框架和下框架均包括由4根横梁围成的矩形框，相邻两横梁之间设置有加强梁。

进一步地，所述导向套包括4个上导向套和4个下导向套，4个上导向套固定于上框架，4个下导向套固定于下框架，且每个下导向套与一上导向套同轴设置。

进一步地，所述第一支撑件、第一校准件、第二支撑件和第二校准件均为焊接在定位架侧面的L形板。

进一步地，所述导向套包括固定压板和活动压板，所述固定压板和活动压板的断面均呈半圆环形，所述固定压板焊接在定位架上，所述活动压板的一侧与固定压板铰接，另一侧通过定位销与固定压板相连。

本发明的有益效果是：利用多个导向套对4根钢管进行定位，保证4根钢管之间的水平距离满足设计要求。在施工过程中，通过第一校准件和第二校准件对定位架进行水平度检测，当定位架出现倾斜时可以及时进行调整，从而避免钢管倾斜程度越来越大，保证钢管的竖直度。

附图说明

图1是定位装置的整体示意图；

图2是套筒的剖视示意图；

图3是支撑脚的剖视示意图；

附图标记：10—定位架；11—上框架；12—下框架；13—连接梁；14—加强梁；15—支撑脚；16—垫板；17—万向节；18—螺纹套；19—连接球；110—连接座；111—压盖；20—导向套；21—固定压板；22—活动压板；23—定位销；30—第一支撑件；31—第一柔性吊绳；32—第一校准件；33—第一配重；40—第二支撑件；41—第二柔性吊绳；42—第二校准件；43—第二配重。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明的电磁粒子探测器支撑腿高海拔安装方法，包括

制造定位装置：如图1、图2和图3所示，该定位装置包括定位架10，所述定位架10上设置有竖直的导向套20，所述定位架10的顶部设置有第一支撑件30和第二支撑件40，所述第一支撑件30上设置有第一柔性吊绳31，第一柔性吊绳31的下端设置有第一配重33，第一支撑件30的下方设置有第一校准件32，所述第一校准件32的侧面设置有第一校准刻度；第二支撑件40上设置有第二柔性吊绳41，第二柔性吊绳41的下端设置有第二配重43，第二支撑件40的下方设置有第二校准件42，第二校准件42的侧面设置有第二校准刻度，且第一校准刻度所在的侧面垂直于第二校准刻度所在的侧面。

定位架10采用具有较高强度的架体，用于固定导向套20，导向套20可焊接在定位架10上，也可以通过螺栓等安装在定位架10上。导向套20则用于对钢管进行导向以及定位，通过控制各个导向套20之间的位置和尺寸精度，即可保证施工时4根钢管的位置精度。

定位架10可采用现有各种结构的架体，优选的，所述定位架10包括上框架11和下框架12，所述上框架11通过竖直的连接梁13与下框架12相连。具体地，所述上框架11和下框架12均包括由4根横梁围成的矩形框，相邻两横梁之间设置有加强梁14。横梁、连接梁13和加强梁14可采用槽钢、工字钢、矩形钢等型材。这种结构的定位架10为结构力学中的超静定结构，强度高，结构稳定，有利于对钢管进行精确的定位。

导向套20可以是4个，也可以是8个，作为优选的实施方式，所述导向套20包括4个上导向套和4个下导向套，4个上导向套固定于上框架11，4个下导向套固定于下框架12，且每个下导向套与一上导向套同轴设置。同轴设置的下导向套和上导向套对一根钢管进行导向和定位。下导向套和上导向套的内径略大于钢管的外径，保证钢管能够在下导向套和上导向套中竖直移动。

第一支撑件30和第二支撑件40可以是上框架11的横梁，也可以是焊接在定位架10上的钢板、矩形钢等，第一校准件32和第二校准件42可以是下框架12的横梁，也可以是焊接在定位架10上的钢板、矩形钢、角钢等，优选的，所述第一支撑件30、第一校准件32、第二支撑件40和第二校准件42均为焊接在定位架10侧面的L形板。

安装定位装置：将定位架10移动至施工位置，调整定位架10的水平度，使第一柔性吊绳31处于第一校准刻度的0刻度线，第二柔性吊绳41处于第二校准刻度的0刻度线，以保证定位架10处于水平状态。

钢管施工：将4根钢管分别放入4个导向套20，交替敲打4根钢管，直到4根钢管进入土壤中的深度达到要求，并在敲打钢管的过程中观察第一柔性吊绳31是否偏离第一校准刻度的0刻度线，第二柔性吊绳41是否偏离第二校准刻度的0刻度线，如果出现偏离，则将定位架10调平后再继续敲打4根钢管，以保证钢管的竖直度。

交替敲打4根钢管，即先逐根敲击4根钢管，使4根钢管贯入土壤中，然后再逐根敲击4根钢管，使4根钢管贯入土壤的深度增加，重复多次，将4根钢管同步打入土壤中，可进一步保证4根钢管的竖直度以及位置精度。

为了在施工过程中实时监控定位架10是否出现倾斜，以保证钢管竖直地打入地下，本发明设置了两组实时监测组件，第一柔性吊绳31和第二柔性吊绳41可采用棉绳、麻绳等，第一配重33和第二配重43可采用铁球或者圆锥形的铁块等。具体的工作原理为：第一柔性吊绳31在第一配重33的作用下能够处于竖直状态，第二柔性吊绳41在第二配重43的作用下也能够处于竖直状态，当定位架10保持水平时，第一柔性吊绳31应当位于第一校准刻度的0刻度线处，同时，第二柔性吊绳41应当位于第二校准刻度的0刻度线处。第一校准刻度所在的侧面垂直于第二校准刻度所在的侧面，即可将第一支撑件30和第一校准件32设置在矩形框的一个侧面，第二支撑件40和第二校准件42设置在相邻的侧面，这样当第一柔性吊绳31应当位于第一校准刻度的0刻度线处，且第二柔性吊绳41应当位于第二校准刻度的0刻度线处时，定位架10处于水平状态，而当定位架10出现倾斜时，第一柔性吊绳31和第二柔性吊绳41中至少一个会偏离对应的0刻度线，根据偏离的距离以及方向可对定位架10进行调整，使定位架10重新处于水平状态。

由于施工地面经常是倾斜的，为了保证定位架10处于水平状态，需要对定位架10进行调节，具体可在定位架10底部垫一些石块、砖头等，但操作麻烦，为了方便调节，所述定位架10的底部设置有多根高度可调的支撑脚15。通过调节各个支撑脚15的高度，可使每根支撑脚15的下端接触地面，对定位架10进行稳定支撑，可适应倾斜的地面并且使定位架10保持水平。此外，还可以调节定位架10的高度。安装定位装置和钢管施工过程中，支撑脚15的下端接触地面，观察第一柔性吊绳31和第二柔性吊绳41的位置，如果第一柔性吊绳31偏离第一校准刻度的0刻度线，或者第二柔性吊绳41偏离第二校准刻度的0刻度线，则根据第一柔性吊绳31或第二柔性吊绳41的偏离方向调整对应的支撑脚15的高度，直到第一柔性吊绳31对准第一校准刻度的0刻度线，第二柔性吊绳41对准第二校准刻度的0刻度线。

为了提高支撑脚15的稳定性，所述支撑脚15的下端设置有垫板16，所述支撑脚15通过万向节17与垫板16相连。垫板16可增加与地面的接触面积，使整个定位架10更加稳定，支撑脚15通过万向节17与垫板16相连，即支撑脚15能够相对于垫板16进行转动，在倾斜的地面上，调整支撑脚15的高度时，支撑脚15相对于垫板16转动，而垫板16始终贴在地面上，保证对定位架10进行稳定地支撑。在倾斜的底面安装定位装置时，先通过万向节17初步调节支撑脚15的角度使垫板16与地面贴合，再微调调节支撑脚15的高度来调整定位架10的水平度，然后将压盖111上的螺栓拧紧，以稳固调整好的支撑脚15形态，并把4颗长钢钉从垫板16外缘上的孔中穿过打入地面生根固定。

支撑脚15可以是现有的各种伸缩杆结构，优选地，所述定位架10上设置有多个竖直的螺纹套18，所述支撑脚15为螺纹杆，所述螺纹杆的上端与螺纹套18螺纹配合，下端设置有连接球19，所述垫板16的上表面设置有连接座110，所述连接座110上设置有球形槽，所述连接球19位于球形槽中并与球形槽滑动配合，所述球形槽的槽口设置有压盖111，所述连接球19、连接座110和压盖111组成万向节17；

在安装定位装置和钢管施工过程中，垫板16贴在地面并保持固定，通过旋转螺纹杆的方式调节支撑脚15的高度。由于螺纹杆的上端与螺纹套18螺纹配合，下端的连接球19与球形槽滑动配合，当转动螺纹杆时，垫板16保持固定，连接球19在连接座110内转动，而螺纹套18在螺纹的作用下竖直移动，从而带动定位架10上下移动，完成定位架10水平度的调节。

钢管施工过程中，先在钢管的上端口插入一个T形的保护盖，再对钢管进行敲打。保护盖包括一体成型的圆盘和圆柱体，将圆柱体插入钢管的上端，圆盘覆盖钢管的端部，起到保护钢管的作用，可防止钢管上端受到敲击后变形、出现破口等。

导向套20可以是圆筒形的无缝钢管，优选的，所述导向套20包括固定压板21和活动压板22，所述固定压板21和活动压板22的断面均呈半圆环形，所述固定压板21焊接在定位架10上，所述活动压板22的一侧与固定压板21铰接，另一侧通过定位销23与固定压板21相连。施工时，打开活动压板22，将钢管放在活动压板22与固定压板21之间，再转动活动压板22，使活动压板22与固定压板21围成圆形的定位腔，最后利用定位销23将活动压板22与固定压板21固定连接。施工完成后，取下定位销23，打开活动压板22，即可方便地将整个定位架10移走。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.电磁粒子探测器支撑腿高海拔安装方法，其特征在于,包括

制造定位装置：该定位装置包括定位架(10)，所述定位架(10)上设置有竖直的导向套(20)，所述定位架(10)的顶部设置有第一支撑件(30)和第二支撑件(40)，所述第一支撑件(30)上设置有第一柔性吊绳(31)，第一柔性吊绳(31)的下端设置有第一配重(33)，第一支撑件(30)的下方设置有第一校准件(32)，所述第一校准件(32)的侧面设置有第一校准刻度；第二支撑件(40)上设置有第二柔性吊绳(41)，第二柔性吊绳(41)的下端设置有第二配重(43)，第二支撑件(40)的下方设置有第二校准件(42)，第二校准件(42)的侧面设置有第二校准刻度，且第一校准刻度所在的侧面垂直于第二校准刻度所在的侧面；

安装定位装置：将定位架(10)移动至施工位置，调整定位架(10)的水平度，使第一柔性吊绳(31)处于第一校准刻度的0刻度线，第二柔性吊绳(41)处于第二校准刻度的0刻度线；

钢管施工：将4根钢管分别放入4个导向套(20)，交替敲打4根钢管，直到4根钢管进入土壤中的深度达到要求，并在敲打钢管的过程中观察第一柔性吊绳(31)是否偏离第一校准刻度的0刻度线，第二柔性吊绳(41)是否偏离第二校准刻度的0刻度线，如果出现偏离，则将定位架(10)调平后再继续敲打4根钢管。

2.如权利要求1所述的电磁粒子探测器支撑腿高海拔安装方法，其特征在于,所述定位架(10)的底部设置有多根长度可调的支撑脚(15)，安装定位装置和钢管施工过程中，支撑脚(15)的下端接触地面，观察第一柔性吊绳(31)和第二柔性吊绳(41)的位置，如果第一柔性吊绳(31)偏离第一校准刻度的0刻度线，或者第二柔性吊绳(41)偏离第二校准刻度的0刻度线，则根据第一柔性吊绳(31)或第二柔性吊绳(41)的偏离方向调整对应的支撑脚(15)的高度，直到第一柔性吊绳(31)对准第一校准刻度的0刻度线，第二柔性吊绳(41)对准第二校准刻度的0刻度线。

3.如权利要求2所述的电磁粒子探测器支撑腿高海拔安装方法，其特征在于,所述支撑脚(15)的下端设置有垫板(16)，所述支撑脚(15)通过万向节(17)与垫板(16)相连；在倾斜的地面安装定位装置时，先通过万向节(17)初步调节支撑脚(15)的角度使垫板(16)与地面贴合，再微调调节支撑脚(15)的高度来调整定位架(10)的水平度。

4.如权利要求3所述的电磁粒子探测器支撑腿高海拔安装方法，其特征在于,

所述定位架(10)上设置有多个竖直的螺纹套(18)，所述支撑脚(15)为螺纹杆，所述螺纹杆的上端与螺纹套(18)螺纹配合，下端设置有连接球(19)，所述垫板(16)的上表面设置有连接座(110)，所述连接座(110)上设置有球形槽，所述连接球(19)位于球形槽中并与球形槽滑动配合，所述球形槽的槽口设置有压盖(111)，所述连接球(19)、连接座(110)和压盖(111)组成万向节(17)；

在安装定位装置和钢管施工过程中，垫板(16)贴在地面并保持固定，通过旋转螺纹杆的方式调节支撑脚(15)的高度，通过拧紧压盖(111)上的螺栓，以稳固调整好的支撑脚(15)形态，并通过把4颗长钢钉从垫板(16)外缘上的孔中穿过打入地面生根固定。

5.如权利要求1所述的电磁粒子探测器支撑腿高海拔安装方法，其特征在于,钢管施工过程中，先在钢管的上端口插入一个T形的保护盖，再对钢管进行敲打。

6.如权利要求1所述的电磁粒子探测器支撑腿高海拔安装方法，其特征在于,所述定位架(10)包括上框架(11)和下框架(12)，所述上框架(11)通过竖直的连接梁(13)与下框架(12)相连。

7.如权利要求6所述的电磁粒子探测器支撑腿高海拔安装方法，其特征在于,所述上框架(11)和下框架(12)均包括由4根横梁围成的矩形框，相邻两横梁之间设置有加强梁(14)。

8.如权利要求6所述的电磁粒子探测器支撑腿高海拔安装方法，其特征在于,所述导向套(20)包括4个上导向套和4个下导向套，4个上导向套固定于上框架(11)，4个下导向套固定于下框架(12)，且每个下导向套与一上导向套同轴设置。

9.如权利要求6所述的电磁粒子探测器支撑腿高海拔安装方法，其特征在于,所述第一支撑件(30)、第一校准件(32)、第二支撑件(40)和第二校准件(42)均为焊接在定位架(10)侧面的L形板。

10.如权利要求1所述的电磁粒子探测器支撑腿高海拔安装方法，其特征在于,所述导向套(20)包括固定压板(21)和活动压板(22)，所述固定压板(21)和活动压板(22)的断面均呈半圆环形，所述固定压板(21)焊接在定位架(10)上，所述活动压板(22)的一侧与固定压板(21)铰接，另一侧通过定位销(23)与固定压板(21)相连。

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