CN114184163B - 用于大下俯坡度顶管的高差测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于大下俯坡度顶管的高差测量装置及方法，水位观测装置中的水位观测窗口、进水阀门、排水阀门、通水阀门安装于水箱下部；压力装置中的压力泵安装于工作井水箱前方位置，压力表安装于压力泵前方，高差测量装置中的快速接头安装于压力表前方洞门圈附近，智能压差仪安装于顶管机头处，用于测量水箱水位与机头中心水位之间的高差；数据传输装置中的无线数据传输模块安装于前方机头连接智能压差仪，电脑控制端通过程序接收、读取、处理智能压差仪所测的高差值。本发明能够解决使用三角高程测量时的遮挡，和遇到下俯坡度大无法使用水平管连通管测量法问题，并且该装置精度高、安装便捷、结构简单、能重复使用、可连续实时测量。

Description

用于大下俯坡度顶管的高差测量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种地下管网顶管工程导线测量技术领域，具体是一种用于大下俯坡度顶管的高差测量装置及方法。

背景技术

顶管施工属于暗挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管法施工是将管道按设计的曲线顶入土体中。随着国内各大城市发展建设需求，越来越多的地下管道用于顶管施工如燃气、电力、供水、供暖、排水等工程不断增多，随着城市建设发展速度，不破坏地面建设和地下原有的管网对顶管要求越来越高，设计出复杂的线型如长距离竖曲线顶管工程不断涌现，顶管管道的设计坡度也各不相同，为了满足顶管掘进按时设计贯通，工程测量的工作难度不断加大，研究提高测量技术达到够满足工程所需势在必行，顶管施工高程测量包括：三角高程测量法、水平连通管测量法，较现有的两种测量技术而言，当顶管的设计轴线出现下坡度大时，上述两种方法就难以实施精准率。但随着顶管设计复杂长距离竖曲线越来越多，对地下管网、桩基、不名物体不造成破坏的前提下，顶管施工中高程测量提出了更高的要求。因此，如何控制好顶管设计竖曲线出现下坡度大时的高程测量成为关键。

目前顶管施工高程测量的两种方法：三角高程测量是将仪器安置在顶管发射架后方测站点，棱镜固定在顶管机头中心位置，通过测站点测得测站点至照准点机头中心棱镜的高度角，量取测站点仪器高和照准点棱镜标高，再通过测距测得两点间的水平距离，根据三角学原理即可求得两点间的高差。在顶管实际施工过程中，随着顶进时设计长距离竖轴线坡度不断增大，就会造成两点间不通视，从而无法直接观测到机头中心位置的棱镜。在通视情况下由于顶管空间有限容易被工作人员遮挡、为保证精度测回数较多、读取数据工作量大、测量时间长、并且人力物力投入较大、计算成果公布缓慢，严重影响顶管下一步施工。水平连通管测量法先在顶管发射架后方合适位置选择一个点，并测得该点标高，将透明连通管一端固定在所选择的点位上并垂直于该点的水平方向，另一端固定在机头中心位置同样垂直于中心点水平方向，打开通水阀排除透明连通管中的空气，等待空气完全排除后，调节机头透明管中的水位与机头中心点位置处于同一水平，稳定后观察固定在发射架后方透明管的水位，测得透明管到固定点位之间的高差，由此得到机头中心点位的高程；当顶管轴线出现较大下坡时，固定点和机头中心位置高差较大，无法将透明管的水位调节到机头中心点位置，由此暴露出该方法缺陷和弊端；虽然水平连通管测量法简单便捷易于操作，但是顶管施工是一个不断变化的过程，对高差控制要求高，水平连通管测量法不能进行连续实时测量，投入人力大，不利于控制测量。因此，如何提供一种能应用于下俯坡度大的顶管工程，能解决遮挡难题、连续测量、安装操作简单的智能高差测量系统也成为本领域刻不容缓的技术问题。

发明内容

本发明为了解决上述测量技术的不足，提供一种用于大下俯坡度顶管的高差测量装置及方法，可以解决使用三角高程测量时大气垂直折射误差及遮挡问题，和遇到下俯坡度大无法使用水平管连通管测量法问题，该装置精度高、安装便捷、结构简单、能重复使用、可连续实时测量的智能操作系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于大下俯坡度顶管的高差测量装置，包括水位观测装置、压力装置、高差测量装置、数据传输装置、连通管，所述水位观测装置包括水箱、水位观测窗口、进水阀门、排水阀门、通水阀门，所述水位观测窗口、进水阀门、排水阀门、通水阀门安装于水箱下部；所述水箱通过透明连通管连接智能压差仪；所述水位观测窗口为透明管，用于观测水箱中的水位高程，下端与水箱连通；所述压力装置包括压力泵、压力表；所述压力泵安装于工作井水箱前方位置，用于施加压力将透明管中的气泡从前方压力排水阀排出；所述压力表安装于压力泵前方，用于观察压力泵的压力值；所述高差测量装置包括快速接头、智能压差仪、压力排水阀；所述快速接头安装于压力表前方洞门圈附近，用于水箱观测装置和压力装置与前方智能压差仪装置的快速连接、拆卸；所述智能压差仪安装于顶管机头处，用于测量水箱水位与机头中心水位之间的高差；所述数据传输装置包括无线数据传输模块、电脑控制端；所述无线数据传输模块安装于前方机头连接智能压差仪，用于将智能压差仪转换的数据传输到电脑控制端，所述电脑控制端安放于中控室，通过程序接收、读取、处理智能压差仪所测的高差值；所述连通管为透明连通软管，将通水阀门、压力泵、压力表、快速接头、压力排水阀门、智能压差仪依次串联并固定，智能压差仪另一端与透明连通管连接并将连通管竖直固定到机头中心。

进一步，所述进水阀门和排水阀门用于控制水箱水位高度；所述通水阀门用于将水箱中的水通入透明连通管，控制排出水箱到智能压差仪间透明管连通管中的气体。

进一步，所述压力排水阀连接于智能压差仪后方，用于排除透明连通管中的气体。

进一步，当距离变长后无线模块传输信号变弱，顶管中部增加若干个无线中继模块进行数据传输。

一种采用用于大下俯坡度顶管的高差测量装置的测量方法，其步骤如下：

步骤一，将透明连通管竖直固定到机头中心并连接智能压差仪，通入水保证水位高度与机头中心水平；

步骤二，打开进水阀门、通水阀门，关闭排水阀门，水源接通进水阀门流经通水阀门、压力泵、压力表、快速接头、压力排水阀、最后到达智能压差仪；

步骤三，检查透明连通管是否有破损、堵塞、气泡，当出现气泡后关闭通水阀启动压力泵通过压力排水阀排出透明管中的气泡；

步骤四，排气完成后关闭压力泵打开通水阀，接通智能压差仪电源，启动连接智能压差仪的电脑控制端读取所测高差，水箱水位高程减去所测高差即得机头中心高程。

本发明的有益效果是：

本发明能够解决使用三角高程测量时大气垂直折射误差及遮挡问题，和遇到下俯坡度大无法使用水平管连通管测量法问题，并且该装置精度高、安装便捷、结构简单、能重复使用、可连续实时测量。

附图说明

图1是本发明用于大下俯坡度顶管高差测量的装置示意图；

图2是水箱观测装置示意图；

图3是压力增压装置示意图；

图4是智能压差仪数据传输装置示意图；

图5是本发明的用于大下俯坡度顶管高差测量的方法流程图；

图中：1.水箱，2.水位观测窗口，3.进水阀门，4.排水阀门，5.通水阀门，6.压力泵，7.压力表，8.快速接头，9.压力排水阀，10.智能压差仪，11.透明连通管，12.无线数据传输模块，13.电脑控制端。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施方法作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的用于大下俯坡度顶管的高差测量装置，包括:水位观测装置、压力装置、高差测量装置、数据传输装置、连通管。

如图2所示，水位观测装置包括水箱1、水位观测窗口2、进水阀门3、排水阀门4、通水阀门5。水位观测窗口2、进水阀门3、排水阀门4、通水阀门5安装于水箱1下部；水箱1用于蓄水，并通过透明连通管11连接至智能压差仪10；水位观测窗口2为透明管，用于观测水箱11中的水位高程，下端与水箱连通；进水阀门3和排水阀门4用于控制水箱1水位高度；通水阀门5用于将水箱1中的水通入透明连通管11，控制排出水箱1到智能压差仪10间透明管连通管11中的气体。

如图3所示，压力装置包括压力泵6、压力表7。压力泵6安装于工作井水箱前方位置，施加压力将透明管中的气泡从前方压力排水阀9排出；压力表7安装于压力泵6前方，用于观察压力泵6的压力值。

如图4所示。智能压差仪数据传输装置由高差测量装置和数据传输装置组成。

高差测量装置包括快速接头8、智能压差仪10、压力排水阀9.快速接头8安装于压力表前方洞门圈附近，用于水箱观测装置和压力装置与前方智能压差仪10装置的快速连接、拆卸；智能压差仪10安装于顶管机头处，用于测量水箱1水位与机头中心水位之间的高差；压力排水阀9连接于智能压差仪10后方，用于排除透明连通管11中的气体。

数据传输装置包括：无线数据传输模块12、电脑控制端13.无线数据传输模块2安装于前方机头，并连接智能压差仪10，用于将智能压差仪10转换的数据传输到电脑端控制端13，当距离变长后无线模块传输信号变弱，可在顶管中部增加若干个无线数据传输模块12传输数据；电脑控制端13安放于中控室，通过程序接收、读取、处理智能压差仪10所测的高差值。

连通管为透明连通软管11，将通水阀门5、压力泵6、压力表7、快速接头8、压力排水阀门9、智能压差仪10依次串联并固定，智能压差仪10另一端与透明连通管11连接并将连通管竖直固定到机头中心。

如图1所示，智能压差仪10测量大下俯坡度顶管的高差过程，打开进水阀门3将水源通入水箱1，打开通水阀门5通过透明连通管11流经压力泵6、压力表7、快速接头8、压力排水阀9、到达智能压差仪10，透明连通管11为透明软管，进水阀门3、排水阀门4用于控制水箱1水位处于固定高度且大于智能压差仪10高度，测得水位高程为h，观测窗口2用于观测水箱1水位高度；智能压差仪10的另一端连接竖直固定在机头中心的透明连通管11，向机头端透明连通管11中通入水并保证水中无气泡，水位与机头中心处于同一水平且始终保持不变，智能压差仪10测得水箱1水位与机头透明连通管水位高差为△h,由此计算出机头中心高程H＝h-△h。

一种用于大下俯坡度顶管的高差测量的方法，本方法所述方向为顶管顶进方向，其步骤如下：

步骤一，如图2、图5所示，将水箱1安置在顶管发射架后方，水箱1下端安装水位观测窗口2、进水阀门3、排水阀门4、通水阀门5；观测窗口2便于测量人员观察水箱1水位高程，进水阀门3、排水阀门4控制观测窗口2水位在固定高度，当测量人员开始测量工作后，保证透明连通管11处于满水状态，此时进水阀门3、排水阀门4关闭，通水阀门5打开，透明连通管11与水箱1连通处于同一大气压，当水箱1水位过高或过低时通过进水阀门3或排水阀门4进行控制保证水箱1水位高度。

步骤二，如图3、图5所示，检查透明连通管11是否被水灌满、有无气泡。若透明管连通管11中有气体产生，关闭通水阀门5，开启压力泵6将透明管连通管11中的气泡从压力排气阀9排出，压力泵6压强大小由压力表7观察；当压强达到压力排水阀9的压力值后排出透明连通管11中的气泡，直到将透明连通管11的气泡全部排出，关闭压力泵6打开通水阀门5使智能压差仪10压力与水箱1压力保持一致处于同一大气压。

步骤三，如图5所示快速接头8连接压力表7和压力排气阀门9，当测量工作完成后快速接头8拔出，快速接头8便于水箱1跟智能压差仪10的快速连通与中断，同时防止在拔出后空气进入透明连通管11，如不慎将空气通入透明连通管11后通过压力泵6将空气从压力排气阀门9排出；

步骤四，如图4、图5所示，智能压差仪10通过无线数据传输模块12由电脑控制端13操控，电脑控制端13操控智能压差仪13实时测量、数据收集、控制顶管导向施工。通过所测高程数据的变化来控制顶推，保证顶管机头向设计轴线掘进，通过大量有效数据得到最接近真值的高程成果，其精度完全满足施工设计要求。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于大下俯坡度顶管的高差测量装置，其特征在于：包括水位观测装置、压力装置、高差测量装置、数据传输装置、连通管，所述水位观测装置包括水箱、水位观测窗口、进水阀门、排水阀门、通水阀门，所述水位观测窗口、进水阀门、排水阀门、通水阀门安装于水箱下部；所述水箱通过透明连通管连接智能压差仪；所述水位观测窗口为透明管，用于观测水箱中的水位高程，下端与水箱连通；所述压力装置包括压力泵、压力表；所述压力泵安装于工作井水箱前方位置，用于施加压力将透明管中的气泡从前方压力排水阀排出；所述压力表安装于压力泵前方，用于观察压力泵的压力值；所述高差测量装置包括快速接头、智能压差仪、压力排水阀；所述快速接头安装于压力表前方洞门圈附近，用于水箱观测装置和压力装置与前方智能压差仪装置的快速连接、拆卸；所述智能压差仪安装于顶管机头处，用于测量水箱水位与机头中心水位之间的高差；所述数据传输装置包括无线数据传输模块、电脑控制端；所述无线数据传输模块安装于前方机头连接智能压差仪，用于将智能压差仪转换的数据传输到电脑控制端，所述电脑控制端安放于中控室，通过程序接收、读取、处理智能压差仪所测的高差值；所述连通管为透明连通软管，将通水阀门、压力泵、压力表、快速接头、压力排水阀门、智能压差仪依次串联并固定，智能压差仪另一端与透明连通管连接并将连通管竖直固定到机头中心。

2.根据权利要求1所述的用于大下俯坡度顶管的高差测量装置，其特征在于：所述进水阀门和排水阀门用于控制水箱水位高度；所述通水阀门用于将水箱中的水通入透明连通管，控制排出水箱到智能压差仪间透明管连通管中的气体。

3.根据权利要求1所述的用于大下俯坡度顶管的高差测量装置，其特征在于：所述压力排水阀连接于智能压差仪后方，用于排除透明连通管中的气体。

4.根据权利要求1所述的用于大下俯坡度顶管的高差测量装置，其特征在于：当距离变长后无线模块传输信号变弱，顶管中部增加若干个无线中继模块进行数据传输。

5.一种采用权利要求1-4任一所述的用于大下俯坡度顶管的高差测量装置的测量方法，其特征在于，其步骤如下：

步骤一，将透明连通管竖直固定到机头中心并连接智能压差仪，通入水保证水位高度与机头中心水平；

步骤二，打开进水阀门、通水阀门，关闭排水阀门，水源接通进水阀门流经通水阀门、压力泵、压力表、快速接头、压力排水阀、最后到达智能压差仪；

步骤三，检查透明连通管是否有破损、堵塞、气泡，当出现气泡后关闭通水阀启动压力泵通过压力排水阀排出透明管中的气泡；

步骤四，排气完成后关闭压力泵打开通水阀，接通智能压差仪电源，启动连接智能压差仪的电脑控制端读取所测高差，水箱水位高程减去所测高差即得机头中心高程。