CN112161615A - 一种桥塔墩墩身模板无接触测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种桥塔墩墩身模板无接触测量装置及测量方法，涉及桥梁施工测量技术领域，该无接触测量装置包括：四个测量机构，分别设置于墩身模板顶部的四角，每个测量机构均包括相互垂直设置的两个伸缩杆，墩身模板包括四个首尾相连的围板，每个测量机构的两个伸缩杆分别设置在相连两个围板的顶端，且与所在围板位于同一平面，并由围板向外延伸，每个伸缩杆延伸出围板外的端部连接有棱镜，位于同一围板两端的两个棱镜关于围板的中心对称设置；两个全站仪，分别设置于墩身模板的两侧，每个全站仪分别用于测量该全站仪朝向的四个棱镜的坐标。本申请，可实现测量人员与墩身模板的无接触测量，降低测量的安全风险，简化测量工序，提高测量效率。

Description

一种桥塔墩墩身模板无接触测量装置及测量方法

技术领域

本申请涉及桥梁施工测量技术领域，具体涉及一种桥塔墩墩身模板无接触测量装置及测量方法。

背景技术

目前，大型斜拉桥桥塔墩高度一般在100-200m之间，部分甚至超过300m。桥塔墩是大型斜拉桥的主体结构，一般采用钢筋混凝土结构。桥塔墩墩身施工采用爬模分节段逐节施工，每节段高度4至6m，一般桥塔墩分20至50节段施工。爬模包括施工爬架和模板，施工爬架是模板的支承架和桥塔墩墩身施工脚手架，施工爬架位于模板外侧且比模板高，易遮挡模板测量的视线通视，或者影响GNSS(Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统)接收机的卫星信号接收。

相关技术中，采用全站仪坐标测量法或GNSS静态测量法测量桥塔墩的模板位置。采用全站仪坐标测量法测量时，至少需要1至3名测量专业人员爬到桥塔墩上部施工区，在桥塔墩墩身模板处竖立棱镜杆并进行对中整平棱镜作业或者安置仪器进行测量作业。由于施工爬架位于模板外侧且比模板高，测量时需要将棱镜杆竖立1.5m高，甚至2m高以上，以高于施工爬架，保证测量视线通视。采用GNSS静态测量时，需要1至3名测量人员携带GNSS接收机，爬到桥塔墩上部施工区，安置GNSS接收机进行测量作业。同样由于施工爬架位于模板外侧且比模板高，需要在桥塔墩施工区的狭小空间中，将GNSS接收机架设在不受施工爬架影响的高处，以避免影响GNSS接收机对卫星信号的接收。

但是，由于上述GNSS接收机的安置、棱镜的对中整平等操作，属于专业测量作业，须有专业的测量人员承担，在进行塔墩墩身模板测量时，测量人员必须密切接触桥塔墩墩身模板，才能完成墩身模板测量，且棱镜杆竖立的越高测量误差越大，测量精度越低，而GNSS接收机架设位置越高，架设作业越困难，也会影响测量精度。因此，上述两种方法不仅会占用较多测量人员，费时费力，测量效率低，同时也存在较大的安全风险。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷之一，本申请的目的在于提供一种桥塔墩墩身模板无接触测量装置及测量方法，以解决相关技术中测量过程占用较多测量人员、费时费力、测量效率低、且安全风险大的问题。

本申请第一方面提供一种桥塔墩墩身模板无接触测量装置，其包括：

四个测量机构，分别设置于墩身模板顶部的四角，每个测量机构均包括相互垂直设置的两个伸缩杆，上述墩身模板包括四个首尾相连的围板，每个测量机构的两个伸缩杆分别设置在相连两个围板的顶端，且与所在围板位于同一平面，并由围板向外延伸，每个伸缩杆延伸出围板外的端部连接有棱镜，位于同一围板两端的两个棱镜关于上述围板的中心对称设置；

两个全站仪，分别设置于上述墩身模板的两侧，每个全站仪分别用于测量该全站仪朝向的四个棱镜的坐标。

一些实施例中，相连两个围板的顶面不在同一平面内，且两个顶面的高度差为测量机构中位于下方的伸缩杆的高度。

一些实施例中，上述测量机构还包括连接件，上述连接件包括：

U形板，形成供位于下方的伸缩杆穿过并搁置的U形槽；

卡板，其设有四个，两两对称设置于上述U形板的开口端面，形成与上述U形槽连通的十字空腔，上述十字空腔中与U形槽垂直的腔体供位于上方的伸缩杆穿过，且该伸缩杆搁置于位于下方的伸缩杆上。

一些实施例中，上述U形板包括两个平行设置的臂板和连接两个臂板的横板，上述卡板与上述臂板相互垂直设置。

一些实施例中，上述卡板底面未连接臂板的部分通过加强筋与上述臂板连接。

一些实施例中，上述测量机构还包括支撑杆，上述支撑杆的两端分别设有一个铰接环，其中一个铰接环与墩身模板的侧壁铰接，另一个铰接环与上述U形板铰接。

一些实施例中，上述支撑杆为可伸缩结构。

本申请第二方面提供一种基于上述桥塔墩墩身模板无接触测量装置的测量方法，其包括步骤：

将四个测量机构分别安装在上述墩身模板顶部的四角；

在墩身模板两侧分别设置一个控制点，并在两个上述控制点处分别安装全站仪，使一个控制点处的全站仪后视另一个控制点；

通过两个全站仪分别测量该全站仪朝向的四个棱镜的坐标；

计算连接于同一围板上的两个棱镜的坐标平均值，作为该围板中心的实测坐标，得到四个围板中心的实测坐标；

分别计算四个围板中心的实测坐标与其理论坐标的差值，作为四个围板的偏位值，并调整四个围板的位置，直至上述偏位值为零。

一些实施例中，将四个测量机构分别安装在上述墩身模板顶部的四角，具体包括：

将每个测量机构的两个伸缩杆分别设置在相连两个围板的顶端，且与所在围板位于同一平面，并在每个伸缩杆延伸出围板外的端部安装棱镜，并使位于同一围板两端的两个棱镜关于上述围板的中心对称。

一些实施例中，上述测量装置还包括连接件，上述连接件包括形成有U形槽的U形板和四个卡板，四个卡板两两对称设置于上述U形板的开口端面，形成与上述U形槽连通的十字空腔；

上述将八个伸缩杆的一端分别平行连接在一个围板顶面的一端之后，还包括：

将连接件由下至上卡设在两个垂直设置的伸缩管上，使位于下方的伸缩管穿过并搁置在U形槽内，位于上方的伸缩管穿过十字空腔中与U形槽垂直的腔体，并搁置在下方的伸缩杆上；

将支撑杆一端连接在U形板底端，另一端连接在一个围板的侧壁上。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请的桥塔墩墩身模板无接触测量装置及测量方法，由于每个围板的上端面两侧分别通过一个伸缩杆连接一个棱镜，且位于同一围板两端的两个棱镜关于该围板的中心对称设置，利用墩身模板两侧的全站仪可测量每个全站仪朝向的四个棱镜的坐标，对得到的八个坐标进行处理，即可得到四个围板的实测坐标，因此，不仅可实现测量人员与墩身模板的无接触测量，避免测量人员在墩身模板上下攀爬，降低测量的安全风险，还可简化测量工序，减少测量人员配置，提高测量效率。

附图说明

图1为本申请实施例的四个测量机构的第一种安装示意图；

图2为本申请实施例的连接件的结构示意图；

图3为图2的侧视图；

图4为本申请实施例的支撑杆的结构示意图；

图5为本申请实施例的四个测量机构的第二种安装示意图；

图6为本申请实施例的测量方法的流程图；

图7为本申请实施例的桥塔墩墩身模板无接触测量装置的安装示意图。

附图标记：

1、墩身模板；11、第一围板；12、第二围板；13、第三围板；14、第四围板；

2、伸缩杆；21、第一伸缩杆；22、第二伸缩杆；23、第三伸缩杆；24、第四伸缩杆；25、第五伸缩杆；26、第六伸缩杆；27、第七伸缩杆；28、第八伸缩杆；

3、棱镜；31、第一棱镜；32、第二棱镜；33、第三棱镜；34、第四棱镜；35、第五棱镜；36、第六棱镜；37、第七棱镜；38、第八棱镜；

4、连接件；41、U形板；42、卡板；43、加强筋；44、铰接座；

5、支撑杆；51、铰接环；

6、第一全站仪；7、第二全站仪；8、塔墩墩身。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本申请实施例提供了一种桥塔墩墩身模板无接触测量装置及测量方法，其能解决相关技术中测量过程占用较多测量人员、费时费力、测量效率低、且安全风险大的问题。

如图1所示，本申请实施例提供一种桥塔墩墩身模板无接触测量装置，其包括四个测量机构和两个全站仪。

四个测量机构分别设置于墩身模板1顶部的四角，每个测量机构均包括相互垂直设置的两个伸缩杆2，上述墩身模板1包括四个首尾相连的围板，每个测量机构的两个伸缩杆2分别设置在相连两个围板的顶端，且与所在围板位于同一平面，并由围板向外延伸，每个伸缩杆2延伸出围板外的端部连接有棱镜3，位于同一围板两端的两个棱镜3关于所述围板的中心对称设置。

其中，每个伸缩杆2的端部中心均设有一个用于安装棱镜的棱镜凸头，每个棱镜分别安装在一个伸缩杆的棱镜凸头上。每个伸缩杆2的规格尺寸均相同。

两个全站仪分别设置于上述墩身模板1的两侧，每个全站仪分别用于测量该全站仪朝向的四个棱镜3的坐标。

本申请实施例的桥塔墩墩身模板无接触测量装置，由于每个围板的上端面两侧分别通过一个伸缩杆2连接一个棱镜3，且位于同一围板两端的两个棱镜3关于该围板的中心对称设置，利用墩身模板1两侧的全站仪可测量每个全站仪朝向的四个棱镜的坐标，对得到的八个坐标进行处理，即可得到四个围板的实测坐标，因此，该测量装置不仅结构简单，可实现测量人员与墩身模板的无接触测量，避免测量人员在墩身模板上下攀爬，降低测量的安全风险，还可简化测量工序，减少测量人员配置，提高测量效率。

本实施例中，相连两个围板的顶面不在同一平面内，且两个顶面的高度差为测量机构中位于下方的伸缩杆2的高度，进而可保证测量机构中的两个伸缩杆2相互密贴。

如图2和图3所示，优选地，每个测量机构还包括一个连接件4，每个上述连接件4均包括U形板41和卡板42。每个测量机构的两个伸缩杆2分别为位于上方的伸缩杆和位于下方的伸缩杆。

U形板41形成供位于下方的伸缩杆2穿过并搁置的U形槽。

卡板42设有四个，两两对称设置在上述U形板41的开口端面，四个卡板42形成与上述U形槽连通的十字空腔，上述十字空腔中与U形槽垂直的腔体供位于上方的伸缩杆2穿过，且该伸缩杆2搁置于位于下方的伸缩杆2上。

本实施例中，上述U形板41包括两个平行设置的臂板和连接两个臂板的横板，上述卡板42与上述臂板相互垂直设置。本实施例中，臂板的高度不超过伸缩杆的高度，以便于位于上方的伸缩杆可搁置在位于下方的伸缩杆上。

可选地，上述卡板42底面未连接臂板的部分通过加强筋43与上述臂板连接。通过加强筋43可增加卡板42与U形板41的连接强度。

如图4所示，进一步地，每个测量机构还包括一个支撑杆5，每个支撑杆5的两端分别设有一个铰接环51，其中一个铰接环与墩身模板1的侧壁铰接，具体地，该铰接环铰接于该支撑杆5邻近的两个围板的连接处。另一个铰接环与上述U形板41铰接。可选地，U形板41远离卡板42的端面设有与铰接环51铰接的铰接座44。

可选地，上述支撑杆5为可伸缩结构，以便于根据U形板41和围板侧壁的铰接的位置进行调节长度。

如图5所示，可选地，为了桥塔墩的塔柱美观，相邻两个围板之间可通过抹角板连接，支撑杆5的一个铰接环与该支撑杆5邻近的抹角板侧壁铰接，另一个铰接环与U形板41铰接。

如图6所示，本申请实施例还提供一种基于上述桥塔墩墩身模板无接触测量装置的测量方法，其包括步骤：

S1.将四个测量机构分别安装在上述墩身模板1顶部的四角。

S2.在墩身模板1两侧分别设置一个控制点，并在两个上述控制点处分别安装全站仪，使一个控制点处的全站仪后视另一个控制点。

其中，墩身模板1两侧的控制点均为已知坐标的控制点。

S3.通过两个全站仪分别测量该全站仪朝向的四个棱镜3的坐标。

S4.计算连接于同一围板上的两个棱镜3的坐标平均值，作为该围板中心的实测坐标，得到四个围板中心的实测坐标。

S5.分别计算四个围板中心的实测坐标与其理论坐标的差值，作为四个围板的偏位值，调整四个围板的位置，直至上述偏位值为零。

本实施例中，通过观测水平对称安置在同一个围板上的两个棱镜的实测坐标并取平均值，即可获得各围板中心的实测坐标。

本实施例中，上述步骤S1中，将四个测量机构分别安装在上述墩身模板1顶部的四角，具体包括：

将每个测量机构的两个伸缩杆2分别设置在相连两个围板的顶端，且与所在围板位于同一平面，并在每个伸缩杆2延伸出围板外的端部安装棱镜3，再通过调节伸缩杆2的长度，使位于同一围板两端的两个棱镜3关于上述围板的中心对称。

其中，采用水平对称安置的伸缩杆2，无需对中整平操作又便于将棱镜3伸出施工爬架外，可克服施工爬架对测量视线的遮挡，方便测量工作顺利开展。

进一步地，上述测量装置还包括连接件4，上述连接件4包括形成有U形槽的U形板41和四个卡板42，四个卡板42两两对称设置于上述U形板41的开口端面，形成与上述U形槽连通的十字空腔；

上述将八个伸缩杆2的一端分别平行连接在一个围板顶面的一端之后，还包括：

首先，将连接件4由下至上卡设在两个垂直设置的伸缩管上，使位于下方的伸缩管穿过并搁置在U形槽内，位于上方的伸缩管穿过十字空腔中与U形槽垂直的腔体，并搁置在下方的伸缩杆2上；

然后，将支撑杆5一端连接在U形板41底端，另一端连接在一个围板的侧壁上，以增加伸缩杆2的稳定性。

以墩身模板的顶面中心为坐标原点，以横桥向为X轴，以顺桥向为Y轴，并设定X轴和Y轴的正向，则墩身模板被划分为四个象限。其中，X轴的正向和Y轴的正向所围成的象限区域为第一象限，X轴的正向和Y轴的负向所围成的象限区域为第二象限，X轴的负向和Y轴的负向所围成的象限区域为第三象限，X轴的负向和Y轴的正向所围成的象限区域为第四象限。

第一象限中，沿X轴设置的伸缩杆为第一伸缩杆21，第一伸缩杆21上安装第一棱镜31，沿Y轴设置的伸缩杆为第二伸缩杆22，第二伸缩杆22上安装第二棱镜32。其中，第二伸缩杆22位于第一伸缩杆21上方且二者垂直交叉密贴。

第二象限中，沿X轴设置的伸缩杆为第三伸缩杆23，第三伸缩杆23上安装第三棱镜33，沿Y轴设置的伸缩杆为第四伸缩杆24，第四伸缩杆24上安装第四棱镜34。其中，第四伸缩杆24位于第三伸缩杆23上方且二者垂直交叉密贴。

第三象限中，沿X轴设置的伸缩杆为第五伸缩杆25，第五伸缩杆25上安装第五棱镜35，沿Y轴设置的伸缩杆为第六伸缩杆26，第六伸缩杆26上安装第六棱镜36。其中，第六伸缩杆26位于第五伸缩杆25上方且二者垂直交叉密贴。

第四象限中，沿X轴设置的伸缩杆为第七伸缩杆27，第七伸缩杆27上安装第七棱镜37，沿Y轴设置的伸缩杆为第八伸缩杆28，第八伸缩杆28上安装第八棱镜38。其中，第八伸缩杆28位于第七伸缩杆27上方且二者垂直交叉密贴。

如图7所示，两个全站仪分别为第一全站仪6和第二全站仪7。第一全站仪6位于第一控制点上且后视第二控制点，第一全站仪6可照准位于第二象限和第三象限的四个棱镜，并采用极坐标测量方法，以采集第三棱镜33、第四棱镜34、第五棱镜35和第六棱镜36的坐标。第二全站仪位于第二控制点上且后视第一控制点，第二全站仪7可照准位于第一象限和第四象限的四个棱镜，并采用极坐标测量方法，以采集第一棱镜31、第二棱镜32、第七棱镜37和第八棱镜38的坐标。

以位于第一象限和第二象限的围板为第一围板11，以位于第二象限和第三象限的围板为第二围板12，以位于第三象限和第四象限的围板为第三围板13，以位于第四象限和第一象限的围板为第四围板14。

计算第二棱镜32和第四棱镜34的坐标平均值，作为第一围板11中心的实测坐标。

计算第三棱镜33和第五棱镜35的坐标平均值，作为第二围板12中心的实测坐标。

计算第六棱镜36和第八棱镜38的坐标平均值，作为第三围板13中心的实测坐标。

计算第七棱镜37和第一棱镜31的坐标平均值，作为第四围板14中心的实测坐标。

在得到四个围板中心的实测坐标后，可计算四个围板中心的实测坐标与其理论坐标的差值，然后以此差值指导调整各围板就位。

本实施例的测量方法，适用于上述各测量装置，不仅测量过程简单，只需在地面控制点上安置全站仪即可进行桥塔墩的高大墩身的模板测量，无需专业测量人员再费时费力上下桥塔墩墩身进行作业，，实现了测量人员与墩身模板无接触测量，且相对于现有的通过全站仪坐标法测量竖立的棱镜坐标，测量精度更高。

本申请不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种桥塔墩墩身模板无接触测量装置，其特征在于，其包括：

四个测量机构，分别设置于墩身模板(1)顶部的四角，每个测量机构均包括相互垂直设置的两个伸缩杆(2)，所述墩身模板(1)包括四个首尾相连的围板，每个测量机构的两个伸缩杆(2)分别设置在相连两个围板的顶端，且与所在围板位于同一平面，并由围板向外延伸，每个伸缩杆(2)延伸出围板外的端部连接有棱镜(3)，位于同一围板两端的两个棱镜(3)关于所述围板的中心对称设置；

两个全站仪，分别设置于所述墩身模板(1)的两侧，每个全站仪分别用于测量该全站仪朝向的四个棱镜(3)的坐标。

2.如权利要求1所述的桥塔墩墩身模板无接触测量装置，其特征在于：相连两个围板的顶面不在同一平面内，且两个顶面的高度差为测量机构中位于下方的伸缩杆(2)的高度。

3.如权利要求1所述的桥塔墩墩身模板无接触测量装置，其特征在于，所述测量机构还包括连接件(4)，所述连接件(4)包括：

U形板(41)，形成供位于下方的伸缩杆(2)穿过并搁置的U形槽；

卡板(42)，其设有四个，两两对称设置于所述U形板(41)的开口端面，形成与所述U形槽连通的十字空腔，所述十字空腔中与U形槽垂直的腔体供位于上方的伸缩杆(2)穿过，且该伸缩杆(2)搁置于位于下方的伸缩杆(2)上。

4.如权利要求3所述的桥塔墩墩身模板无接触测量装置，其特征在于：所述U形板(41)包括两个平行设置的臂板和连接两个臂板的横板，所述卡板(42)与所述臂板相互垂直设置。

5.如权利要求4所述的桥塔墩墩身模板无接触测量装置，其特征在于：所述卡板(42)底面未连接臂板的部分通过加强筋(43)与所述臂板连接。

6.如权利要求3所述的桥塔墩墩身模板无接触测量装置，其特征在于：所述测量机构还包括支撑杆(5)，所述支撑杆(5)的两端分别设有一个铰接环(51)，其中一个铰接环与墩身模板(1)的侧壁铰接，另一个铰接环与所述U形板(41)铰接。

7.如权利要求6所述的桥塔墩墩身模板无接触测量装置，其特征在于：所述支撑杆(5)为可伸缩结构。

8.一种基于权利要求1所述桥塔墩墩身模板无接触测量装置的测量方法，其特征在于，其包括步骤：

将四个测量机构分别安装在所述墩身模板(1)顶部的四角；

在墩身模板(1)两侧分别设置一个控制点，并在两个所述控制点处分别安装全站仪，使一个控制点处的全站仪后视另一个控制点；

通过两个全站仪分别测量该全站仪朝向的四个棱镜(3)的坐标；

计算连接于同一围板上的两个棱镜(3)的坐标平均值，作为该围板中心的实测坐标，得到四个围板中心的实测坐标；

分别计算四个围板中心的实测坐标与其理论坐标的差值，作为四个围板的偏位值，并调整四个围板的位置，直至所述偏位值为零。

9.如权利要求8所述的测量方法，其特征在于，将四个测量机构分别安装在所述墩身模板(1)顶部的四角，具体包括：

将每个测量机构的两个伸缩杆(2)分别设置在相连两个围板的顶端，且与所在围板位于同一平面，并在每个伸缩杆(2)延伸出围板外的端部安装棱镜(3)，并使位于同一围板两端的两个棱镜(3)关于所述围板的中心对称。

10.如权利要求9所述的测量方法，其特征在于，所述测量装置还包括连接件(4)，所述连接件(4)包括形成有U形槽的U形板(41)和四个卡板(42)，四个卡板(42)两两对称设置于所述U形板(41)的开口端面，形成与所述U形槽连通的十字空腔；

所述将八个伸缩杆(2)的一端分别平行连接在一个围板顶面的一端之后，还包括：

将连接件(4)由下至上卡设在两个垂直设置的伸缩管上，使位于下方的伸缩管穿过并搁置在U形槽内，位于上方的伸缩管穿过十字空腔中与U形槽垂直的腔体，并搁置在下方的伸缩杆(2)上；

将支撑杆(5)一端连接在U形板(41)底端，另一端连接在一个围板的侧壁上。

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