CN111854715A - 一种基于全站仪的管环平整度测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于全站仪的管环平整度测量方法。本发明的管环平整度测量方法，通过预先选定两个强制对中点并在该两点利用全站仪检测管环端面的多个测量点的坐标，随后利用平面公式和点到面的距离公式即可计算出每个测量点的平整度偏差，步骤简单，操作方便，且能够灵活快速的计算出管环端面的平整度，测量精度高且测量成本低。
Description
技术领域
本发明涉及盾构施工领域，具体涉及一种基于全站仪的管环平整度测量方法。
背景技术
随着社会的发展，盾构法施工被广泛应用于地铁、公路隧道、南水北调、综合管廊等工程中，有着对城市交通和居民生活的干扰小、受天气影响小、施工速度快、精度高等优点。在盾构隧道的掘进过程中，管片的拼装质量极为重要，关系到隧道成品质量的好坏，而其中又以管环的平整度最为重要。
在盾构法施工中，盾构机内的预制内衬结构称为管片，多块管片能够拼装成一个完整的管环，管环朝向掘进方向的端面平整程度称为管环平整度。在盾构施工中，影响管环平整度的因素有很多，比如：(1)在管片预制过程中，管片模具的精度较差；(2)在管片运输过程中，管片因碰撞而导致磕楞、掉角；(3)在管片拼装过程中，多个管片之间发生错台或角部堆积，或者管片螺栓未拧紧；(4)在盾构推进过程中，盾构姿态调整导致油缸推力不均，使得多个管片的拼装位置不统一。以上种种因素导致现场施工的成型管环平整度较差，对螺栓连接、姿态调整、盾尾间隙、管环真圆度的控制造成困难，影响隧道的外观和质量。因此需要对管环的平整度进行测量，以结合测量结果对管片进行调整。
目前常用的管环平整度测量方法有API测量法、VMT导向系统测量法等。其中API测量法是使用激光跟踪仪对管环平整度进行测量，虽然该方法的测量精度尚可，但是激光跟踪仪价格昂贵，成本较高，且在测量过程中，激光跟踪仪开机或换站均需预热30分钟，换站时不能断电，测量的灵活性较差；而VMT导向系统测量法是使用油缸行程进行管环平整度计算，其中行程传感器的精度和标定误差会严重影响对管环平整度的计算精度，同时油缸的顶靴不能完全顶紧管环端面也会对平整度的计算产生较大影响，使得该方法的测量精度较差。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种测量灵活性好且精度高的基于全站仪的管环平整度测量方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于全站仪的管环平整度测量方法，所述管环由多个管片围合而成，每两个所述管片之间具有拼缝，所述测量方法包括：
(1)在盾构机前部选取两个强制对中点作为安装全站仪的第一安装点和第二安装点，并确保所述第一安装点和所述第二安装点所在位置稳定且保证所述第一安装点和所述第二安装点之间通视；
(2)所述管环包括内环和外环，所述内环由所述的多个管片的内管面围合而成，所述外环由所述的多个管片的外管面围合而成，分别在所述内环的端面和所述外环的端面上一一对应的选取多个测量点，所述内环端面上的多个所述测量点和所述外环端面上的多个所述测量点分别两两对称的设于所述拼缝的两侧；
(3)在所述第一安装点处安装所述全站仪，并分别测量所述第二安装点和所述的多个测量点，随后将所述全站仪移动至所述第二安装点，并再次测量所述的多个测量点，对所述第一安装点测量的多个所述测量点和所述第二安装点测量的多个所述测量点进行整合，剔除重复的测量点；
(4)在所述的多个测量点中选取两两距离最远的三个测量点作为基准点，所述的三个基准点所在的平面作为基准面，计算每个所述的测量点与所述基准面之间的距离，所述的距离即为对应的所述测量点与所述基准面之间的平整度偏差。
优选地，在所述步骤(1)中，利用全站仪检测所述第一安装点和所述第二安装点的稳定性，具体为：将所述全站仪架设于所述第一安装点和所述第二安装点处，若所述全站仪的电子水平气泡稳定，则表示所述第一安装点和所述第二安装点符合稳定性要求。
优选地，在所述步骤(1)中，利用全站仪检测所述第一安装点和所述第二安装点之间的通视性，具体为：将所述全站仪架设于所述第一安装点或所述第二安装点处，利用所述全站仪观察所述第一安装点和所述第二安装点之间的通视情况，若无障碍物遮挡且视野良好，则表示所述第一安装点和所述第二安装点符合通视性要求。
优选地，在所述步骤(2)中，每个所述拼缝两侧的所述测量点与所述拼缝之间的距离为m，其中0＜m≤5cm。
优选地，在所述步骤(3)中，在所述第一安装点处安装所述全站仪后，随机选取一个坐标数值作为所述第一安装点的坐标，随后在所述第一安装点通过所述全站仪分别测量所述第二安装点和所述的多个测量点的坐标。
进一步优选地，在所述步骤(3)中，将所述全站仪移动至所述第二安装点后，在所述第二安装点通过所述全站仪再次测量所述的多个测量点的坐标，随后对两次测得的多个所述测量点的坐标进行整合，剔除重复的坐标。
更进一步优选地，在所述第二安装点测量所述的多个测量点的坐标之前，还包括：将所述第一安装点作为后视点，并在所述第二安装点通过所述全站仪测量所述后视点的坐标。
优选地，在所述步骤(4)中，所述的三个基准点能够配合的组合成三角形，所述的三角形能够配合的内切于所述管环的径向截面中。
优选地，在所述步骤(4)中，利用平面公式AX+BY+CZ+D＝0计算出平面参数A、B、C、D，其中X、Y、Z分别为所述的三个基准点的坐标，随后利用点到面的距离公式
计算出每个所述测量点与所述基准面之间的距离，其中X0、Y0、Z0分别为每个所述测量点的坐标。
优选地，在所述步骤(4)中，所述平整度偏差为n，若|n|≤4mm，则表明对应的所述测量点的平整度符合要求；若|n|＞4mm，则表明对应的所述测量点的平整度不符合要求。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的管环平整度测量方法，通过预先选定两个强制对中点并在该两点利用全站仪检测管环端面的多个测量点的坐标，随后利用平面公式和点到面的距离公式即可计算出每个测量点的平整度偏差，步骤简单，操作方便，且能够灵活快速的计算出管环端面的平整度，测量精度高且测量成本低。
附图说明
附图1为本发明的具体实施例中的管环端面示意图。
其中：1、管环；11、内环；12、外环；2、拼缝；3、测量点；4、基准点；5、基准面。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
本发明涉及对多个管片的管环平整度的测量方法的改进，以解决目前的测量方法，灵活性差、精度差且成本高的问题。改进的管环平整度测量方法，通过预先选定两个强制对中点并在该两点利用全站仪检测管环端面的多个测量点的坐标，随后利用平面公式和点到面的距离公式即可计算出每个测量点的平整度偏差，步骤简单，操作方便，且能够灵活快速的计算出管环端面的平整度，测量精度高且测量成本低。
具体地，本发明的一种基于全站仪的管环平整度测量方法，如图1所示，其中管环1由多个管片两两相接的围合而成，管环1包括内环11和外环12，内环11由多个管片的内管面围合而成，外环12由多个管片的外管面围合而成，每两个管片之间具有拼缝2。本实施例的测量方法包括：
(1)在盾构机前部选取两个强制对中点作为安装全站仪的第一安装点和第二安装点，并确保第一安装点和第二安装点所在位置稳定且保证第一安装点和第二安装点之间通视。这里，强制对中点为经过测量选取的两个位于盾构机内部盾中位置的安装点，该两点在安装全站仪后，不需要再次进行对中，具体的强制对中点的测量选取为现有技术，在此不赘述。
在本实施例中，利用全站仪检测第一安装点和第二安装点的稳定性，具体为：将全站仪架设于第一安装点和第二安装点处，若全站仪的电子水平气泡稳定，则表示第一安装点和第二安装点符合稳定性要求。
利用全站仪检测第一安装点和第二安装点之间的通视性，具体为：将全站仪架设于第一安装点或第二安装点处，利用全站仪观察第一安装点和第二安装点之间的通视情况，若无障碍物遮挡且视野良好，则表示第一安装点和第二安装点符合通视性要求。
(2)如图1所示，分别在内环11的端面和外环12的端面上一一对应的选取多个测量点3，内环11端面上的多个测量点3和外环12端面上的多个测量点3分别两两对称的设于拼缝2的两侧。
在这里，每个管片端面上选取四个测量点3，分别位于内管面和外管面的两侧。其中，每个拼缝2两侧的测量点3与拼缝2之间的距离为m，0＜m≤5cm。
(3)在第一安装点处安装全站仪，随机选取一个坐标数值作为第一安装点的坐标，在第一安装点通过全站仪分别测量第二安装点和多个测量点3的坐标。随后将全站仪移动至第二安装点，将第一安装点作为后视点，并在第二安装点通过全站仪测量后视点的坐标，随后在第二安装点通过全站仪再次测量多个测量点3的坐标，随后对两次测得的多个测量点3的坐标进行整合，剔除重复的坐标。
这里，在第一安装点测量时，选取的随机坐标输入全站仪中，并随机输入全站仪的仪器高，即可测出第二安装点的相对坐标。而在第二安装点处将第一安装点作为后视点并测量其坐标的目的是获取确定的方向坐标，以保证后续测得的测量点3的坐标的精确度。本实施例中，利用全站仪测量点位坐标时，需要在被测点安装棱镜，通过全站仪和棱镜的配合实现测量，具体的测量原理为现有技术，在此不赘述。
(4)如图1所示，在多个测量点3中选取两两距离最远的三个测量点3作为基准点4，其中三个基准点4能够配合的组合成三角形，三角形能够配合的内切于管环1的径向截面中。以三个基准点所在的平面作为基准面5，计算每个测量点3与基准面5之间的距离，距离即为对应的测量点3与基准面5之间的平整度偏差。
在本实施例中，利用平面公式AX+BY+CZ+D＝0计算出平面参数A、B、C、D，其中X、Y、Z分别为三个基准点4的坐标，随后利用点到面的距离公式
计算出每个测量点3与基准面5之间的距离，其中X0、Y0、Z0分别为每个测量点3的坐标。
在这里，平整度偏差为n，若|n|≤4mm，则表明对应的测量点3的平整度符合要求，不需要对其进行调整；若|n|＞4mm，则表明对应的测量点3的平整度不符合要求，需要对其进行调整。其中，若n为正数，则表明该测量点3位于基准面5的一侧，若n为负数，则表明该测量点3位于基准面5的另一侧，根据该结论能够准确的知晓测量点3的偏差方向并相应的做出调整。具体的调整方法为现有技术，在此不赘述。
本实施例的管环平整度测量方法，能够充分利用施工单位已有仪器设备解决施工中的难题，测量和计算过程简单、灵活、精度高、速度快，突破API和VMT的限制，在盾构法施工中具有重要的指导意义，在大直径盾构中尤为重要。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于全站仪的管环平整度测量方法，所述管环由多个管片围合而成，每两个所述管片之间具有拼缝，其特征在于：所述测量方法包括：
(1)在盾构机前部选取两个强制对中点作为安装全站仪的第一安装点和第二安装点，并确保所述第一安装点和所述第二安装点所在位置稳定且保证所述第一安装点和所述第二安装点之间通视；
(2)所述管环包括内环和外环，所述内环由所述的多个管片的内管面围合而成，所述外环由所述的多个管片的外管面围合而成，分别在所述内环的端面和所述外环的端面上一一对应的选取多个测量点，所述内环端面上的多个所述测量点和所述外环端面上的多个所述测量点分别两两对称的设于所述拼缝的两侧；
(3)在所述第一安装点处安装所述全站仪，并分别测量所述第二安装点和所述的多个测量点，随后将所述全站仪移动至所述第二安装点，并再次测量所述的多个测量点，对所述第一安装点测量的多个所述测量点和所述第二安装点测量的多个所述测量点进行整合，剔除重复的测量点；
(4)在所述的多个测量点中选取两两距离最远的三个测量点作为基准点，所述的三个基准点所在的平面作为基准面，计算每个所述的测量点与所述基准面之间的距离，所述的距离即为对应的所述测量点与所述基准面之间的平整度偏差。
2.根据权利要求1所述的一种基于全站仪的管环平整度测量方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，利用全站仪检测所述第一安装点和所述第二安装点的稳定性，具体为：将所述全站仪架设于所述第一安装点和所述第二安装点处，若所述全站仪的电子水平气泡稳定，则表示所述第一安装点和所述第二安装点符合稳定性要求。
3.根据权利要求1所述的一种基于全站仪的管环平整度测量方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，利用全站仪检测所述第一安装点和所述第二安装点之间的通视性，具体为：将所述全站仪架设于所述第一安装点或所述第二安装点处，利用所述全站仪观察所述第一安装点和所述第二安装点之间的通视情况，若无障碍物遮挡且视野良好，则表示所述第一安装点和所述第二安装点符合通视性要求。
4.根据权利要求1所述的一种基于全站仪的管环平整度测量方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，每个所述拼缝两侧的所述测量点与所述拼缝之间的距离为m，其中0＜m≤5cm。
5.根据权利要求1所述的一种基于全站仪的管环平整度测量方法，其特征在于：在所述步骤(3)中，在所述第一安装点处安装所述全站仪后，随机选取一个坐标数值作为所述第一安装点的坐标，随后在所述第一安装点通过所述全站仪分别测量所述第二安装点和所述的多个测量点的坐标。
6.根据权利要求5所述的一种基于全站仪的管环平整度测量方法，其特征在于：在所述步骤(3)中，将所述全站仪移动至所述第二安装点后，在所述第二安装点通过所述全站仪再次测量所述的多个测量点的坐标，随后对两次测得的多个所述测量点的坐标进行整合，剔除重复的坐标。
7.根据权利要求6所述的一种基于全站仪的管环平整度测量方法，其特征在于：在所述第二安装点测量所述的多个测量点的坐标之前，还包括：将所述第一安装点作为后视点，并在所述第二安装点通过所述全站仪测量所述后视点的坐标。
8.根据权利要求1所述的一种基于全站仪的管环平整度测量方法，其特征在于：在所述步骤(4)中，所述的三个基准点能够配合的组合成三角形，所述的三角形能够配合的内切于所述管环的径向截面中。
9.根据权利要求1所述的一种基于全站仪的管环平整度测量方法，其特征在于：在所述步骤(4)中，利用平面公式AX+BY+CZ+D＝0计算出平面参数A、B、C、D，其中X、Y、Z分别为所述的三个基准点的坐标，随后利用点到面的距离公式
计算出每个所述测量点与所述基准面之间的距离，其中X0、Y0、Z0分别为每个所述测量点的坐标。
10.根据权利要求1所述的一种基于全站仪的管环平整度测量方法，其特征在于：在所述步骤(4)中，所述平整度偏差为n，若|n|≤4mm，则表明对应的所述测量点的平整度符合要求；若|n|＞4mm，则表明对应的所述测量点的平整度不符合要求。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wang Yisheng Inventor after: Zhang Wenchao Inventor after: Shi Guoqing Inventor after: Xia Chengyang Inventor after: Liang Yuqiang Inventor after: Wang Yunpeng Inventor after: Li Ruochen Inventor after: Zhang Runying Inventor after: Zhao Xiaopeng Inventor after: Song Changbing Inventor after: Xu Wenli Inventor after: Cai Yundong Inventor after: Li Yandong Inventor after: Cui Shizheng Inventor after: Sun Yubin Inventor after: Chi Mingzhe Inventor before: Zhao Xiaopeng Inventor before: Wang Yisheng Inventor before: Liang Yuqiang Inventor before: Sun Yubin |
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| CB03 | Change of inventor or designer information |