適用于鐵塔塔腳定位的分坑裝置設(shè)計(jì)

摘要：鐵塔塔腳定位的準(zhǔn)確度直接影響鐵塔組立的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。現(xiàn)從鐵塔塔腳定位中的關(guān)鍵問(wèn)題出發(fā)，設(shè)計(jì)便攜式傘狀分坑裝置。該工器具由角度尺確定線(xiàn)路的角平分線(xiàn)，配合傘狀角度桿，按0°、45°、135°、225°、315°依次延展，實(shí)現(xiàn)鐵塔塔腳的快速定位，其質(zhì)量輕便，易于攜帶，操作簡(jiǎn)單，使用便捷，大幅縮短了鐵塔塔腳測(cè)量耗時(shí)。

關(guān)鍵詞：塔腳定位；分坑裝置；支架組件；應(yīng)用效果

中圖分類(lèi)號(hào)：TH122? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2024）07-0046-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.07.012

0? ? 引言

在10 kV線(xiàn)路鐵塔建設(shè)過(guò)程中，工作人員大多采用圓規(guī)法確定線(xiàn)路的角平分線(xiàn)，再通過(guò)找垂直線(xiàn)確定坑位方向[1]。由于土建工程人員流動(dòng)大，工作人員常常不熟悉確定鐵塔坑位挖掘方向的方法，經(jīng)常發(fā)生坑位方向挖錯(cuò)導(dǎo)致需重新挖掘的情況，嚴(yán)重影響了工程進(jìn)度。因此，著力研制一種簡(jiǎn)易分坑裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，可為鐵塔基礎(chǔ)建設(shè)提供較大的便利性，極大地提升工作人員的工作效率，該裝置一旦獲得廣泛推廣，必將助推相關(guān)工作效率的提升。

1? ? 技術(shù)原理

鐵塔塔腳分坑定位時(shí)對(duì)控制樁要求非常嚴(yán)格，需根據(jù)作業(yè)情況設(shè)置中心樁、輔助樁、轉(zhuǎn)角位移樁、控制樁等。尤其是在中心樁和輔助樁設(shè)置時(shí)，應(yīng)先根據(jù)技術(shù)指標(biāo)和現(xiàn)場(chǎng)情況明確基礎(chǔ)根開(kāi)、基礎(chǔ)底座寬和坑深等數(shù)據(jù)，按照安全系數(shù)及操作裕度設(shè)置科學(xué)的坑口放樣操作[2]。然后，再通過(guò)光學(xué)儀表進(jìn)行檢驗(yàn)、校正、對(duì)中和整平，使儀器能夠準(zhǔn)確測(cè)數(shù)，獲取鐵塔塔腳的位置參數(shù)。

以矩形鐵塔為例，鐵塔基礎(chǔ)正面根開(kāi)為x，側(cè)面根開(kāi)為y，坑口尺寸為a，則以基礎(chǔ)根開(kāi)為依據(jù)建立橫縱方向標(biāo)，將標(biāo)桿分別置于x軸和y軸上，距各腳間距應(yīng)分別為（x+y）/2，標(biāo)桿點(diǎn)間連線(xiàn)過(guò)矩形鐵塔的4個(gè)塔腳，如圖1所示。

確定矩形鐵塔中心樁后，將光學(xué)經(jīng)緯儀置于O點(diǎn)，對(duì)光、調(diào)平、校驗(yàn)，保證儀表參數(shù)與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試需求一致。檢查無(wú)誤后，將前置望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)標(biāo)桿對(duì)焦，并將十字絲精密對(duì)準(zhǔn)標(biāo)桿，瞄準(zhǔn)前后儀器控制方向，用卷尺測(cè)量參數(shù)，確認(rèn)其與初始參數(shù)（x+y）/2是否一致。若測(cè)量結(jié)果與設(shè)定參數(shù)相同，則將光學(xué)經(jīng)緯儀換相手輪轉(zhuǎn)至水平，打開(kāi)水平度照明反光鏡，使其鏡頭旋轉(zhuǎn)90°，重復(fù)上述檢查。

確認(rèn)A、B、C、D中輔助樁位置無(wú)問(wèn)題，將相鄰輔助樁連接，可以A、B、C、D任意一點(diǎn)取線(xiàn)段L1和線(xiàn)段L2，其長(zhǎng)度分別為：

L1=■（y-a）

L2=■（y+a）

此時(shí)，找一根長(zhǎng)度為2a的細(xì)繩，將其兩個(gè)端點(diǎn)分別置于L1和L2長(zhǎng)度處，向內(nèi)（或外）拉直細(xì)繩中點(diǎn)，達(dá)到最大距離后則可確定鐵塔塔腳的位置，同時(shí)畫(huà)出鐵塔塔腳基坑輪廓，達(dá)到分坑定位的效果[3]。

2? ? 設(shè)計(jì)方案

本次設(shè)計(jì)的鐵塔塔腳分坑裝置在光學(xué)經(jīng)緯儀分坑定位原理基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，設(shè)置5個(gè)基準(zhǔn)角度，分別用于中心點(diǎn)O和A、B、C、D輔助樁的快速定向；配置對(duì)中組件用于儀表的檢查和自動(dòng)校驗(yàn)，其可保證裝置始終處于水平狀態(tài)，增強(qiáng)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

2.1? ? 裝置設(shè)計(jì)

如圖2所示，適用于鐵塔塔腳定位的分坑裝置主要包括主機(jī)體、支架組件、對(duì)中組件和測(cè)量定位組件等，選用角度尺和角度桿進(jìn)行角度測(cè)量。其中，角度尺采用圓規(guī)法確定線(xiàn)路的角平分線(xiàn)；傘狀角度桿由金屬材質(zhì)制成，設(shè)計(jì)成傘狀結(jié)構(gòu)，打開(kāi)時(shí)有5根可折疊桿延伸而出，采用固定5個(gè)角度，即0°、45°、135°、225°、315°，打開(kāi)時(shí)為傘狀結(jié)構(gòu)，不用時(shí)可折疊，減少占用的空間，小巧輕便[4]。

（1）主機(jī)體。設(shè)置角度尺和對(duì)中儀。角度尺在測(cè)量時(shí)通過(guò)圓規(guī)法畫(huà)出準(zhǔn)確的角平分線(xiàn)，再根據(jù)紅外對(duì)中儀中的參數(shù)調(diào)整分坑裝置的位置，使其在x方向和y方向上均處于正中狀態(tài)，從而保障后續(xù)計(jì)算結(jié)果的合理性和有效性。同時(shí)，主機(jī)體還安裝多類(lèi)型鎖緊件，可在移動(dòng)過(guò)程中與支架組件牢固連接鎖緊。

（2）支架組件。主要用于主機(jī)體的固定，包括主體架、轉(zhuǎn)動(dòng)元件、鎖緊元件等。為增強(qiáng)分坑裝置的實(shí)用效果，本次設(shè)計(jì)中在支架組件上安裝角度顯示器，直接置于分坑裝置的正前方，便于讀數(shù)。

（3）對(duì)中組件。連接主機(jī)體與傘狀角度桿，設(shè)置多層夾板，可根據(jù)使用要求向不同高度和不同角度延伸，從而滿(mǎn)足多場(chǎng)景作業(yè)需求。該夾板中均設(shè)置驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可在拉伸或轉(zhuǎn)動(dòng)中腔體時(shí)形成聯(lián)動(dòng)，從而保證各個(gè)傘狀角度桿始終處于0°、45°、135°、225°、315°。同時(shí)，夾板中還設(shè)置升降調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可在套緊中心樁后在垂直方向上多相調(diào)高、固定、讀數(shù)，操作非常便捷。

（4）測(cè)量定位組件。適用于鐵塔塔腳定位的分坑裝置可根據(jù)各傘角的位置關(guān)系，采取相序角階梯計(jì)算的方法使其GF1=GF2=GF3=GF4=2Lj=L（L為基礎(chǔ)根開(kāi)），依次放角樁A、B、C、D，即兩條對(duì)角線(xiàn)互相垂直[5]，則此時(shí)：

式中：L近為塔位中心樁G至基礎(chǔ)坑內(nèi)對(duì)角線(xiàn)頂點(diǎn)的距離；L中為塔位中心樁G至基礎(chǔ)坑中心的距離；L遠(yuǎn)為塔位中心樁G至基礎(chǔ)坑外對(duì)角線(xiàn)頂點(diǎn)的距離；Lj為基礎(chǔ)半根開(kāi)，Lj=L/2；a為坑口尺寸。

上述傘狀角度桿可按照定位要求依次展開(kāi)，形成穩(wěn)固的正方形。在輔助桿定位時(shí)可將裝置直接置于中心點(diǎn)，然后按照不同方向延展角度桿，配合卷尺將A、B、C、D輔助桿依次就位；在鐵塔塔腳定位時(shí)可將裝置置于L的中間點(diǎn)，然后按照不同方向延展，配合卷尺確定塔腳輪廓。

2.2? ? 優(yōu)化方案

為進(jìn)一步提升鐵塔塔腳分坑裝置的可靠性和便捷性，在設(shè)計(jì)時(shí)還可加裝微處理器，將其置于主機(jī)體中；加裝紅外感應(yīng)裝置，置于測(cè)量定位組件區(qū)；加裝采集元件，置于角度尺、角度桿中，形成智能化鐵塔塔腳定位系統(tǒng)，即：（1）通過(guò)紅外感應(yīng)裝置自動(dòng)測(cè)距，配合角度尺和卷尺測(cè)量結(jié)果，獲取鐵塔基礎(chǔ)中心樁位置以及分坑相對(duì)于中心樁的目標(biāo)角度和目標(biāo)距離[6]。（2）根據(jù)中心樁位置對(duì)應(yīng)放置鐵塔塔腳分坑裝置，并操作對(duì)中組件使主機(jī)體與中心樁對(duì)中，調(diào)整支架組件以使水平儀保持水平狀態(tài)[7]。（3）調(diào)整主機(jī)體方位，直至與線(xiàn)路設(shè)計(jì)方向一致。調(diào)整測(cè)量定位組件到目標(biāo)角度，對(duì)不同角度桿的就位情況進(jìn)行智能檢查。確定無(wú)誤后，通過(guò)紅外感應(yīng)裝置自動(dòng)測(cè)距，將其傳輸?shù)轿⑻幚砥髦校瑫r(shí)采集元件將角度桿就位參數(shù)上傳，自動(dòng)計(jì)算目標(biāo)角度方向上的目標(biāo)距離。（4）根據(jù)目標(biāo)角度和目標(biāo)距離得出鐵塔塔腳分坑中心點(diǎn)位并進(jìn)行驗(yàn)證，滿(mǎn)足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)指標(biāo)后，將其在移動(dòng)平臺(tái)中可視化顯示，為鐵塔基礎(chǔ)施工操作提供有效參考依據(jù)。

3? ? 應(yīng)用效益

3.1? ? 應(yīng)用評(píng)估

適用于鐵塔塔腳定位的分坑裝置質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，攜帶方便；操作簡(jiǎn)單易懂，能大幅縮短測(cè)量鐵塔基礎(chǔ)坑位的時(shí)間；測(cè)量準(zhǔn)確，避免了工作人員測(cè)量坑位不準(zhǔn)確導(dǎo)致鐵塔基礎(chǔ)坑位重挖，浪費(fèi)人力、物力。

適用于鐵塔塔腳定位的分坑裝置已經(jīng)開(kāi)始在本單位鐵塔基礎(chǔ)施工中推廣應(yīng)用，且取得了良好成效。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，本實(shí)用新型裝置可將鐵塔基礎(chǔ)分坑定位的平均工作時(shí)間由4.5 h縮短到1 h以?xún)?nèi)。操作過(guò)程中人員只需在中心點(diǎn)通過(guò)傘狀角度桿定位即可，不需要再進(jìn)行光學(xué)經(jīng)緯儀的用前校準(zhǔn)和測(cè)試調(diào)整，時(shí)效性顯著。該裝置整體重量較輕，桿體采用新型復(fù)合材料，既滿(mǎn)足戶(hù)外便攜需求，又具備定位固定強(qiáng)度，可直接通過(guò)手提工具箱攜帶到現(xiàn)場(chǎng)，單個(gè)測(cè)試人員就可以完成所有的鐵塔塔腳分坑定位工作，從根本上降低了人工成本。

3.2? ? 注意事項(xiàng)

適用于鐵塔塔腳定位的分坑裝置在操作過(guò)程中，應(yīng)注意：（1）基于兩邊與對(duì)角線(xiàn)距離相同的原理，由固定在傘狀角度桿上方的角度尺確定線(xiàn)路方向的對(duì)角線(xiàn)為橫擔(dān)方向。（2）以橫擔(dān)方向?yàn)樵c(diǎn)，將傘狀角度桿的0°桿對(duì)準(zhǔn)對(duì)角線(xiàn)，向右打開(kāi)四條固定角度的邊，分別為45°、135°、225°、315°，在上述方向上量取同樣的距離，并在各點(diǎn)釘立輔助樁，這四點(diǎn)即為鐵塔基礎(chǔ)的四個(gè)塔腳方向標(biāo)識(shí)。（3）確定無(wú)問(wèn)題后，將分坑裝置穩(wěn)固。該裝置底部裝支架撐，可直接將支架臺(tái)向上推動(dòng)，再將該裝置錘入泥土中以達(dá)到固定使用的目的。（4）固定完成后沿著塔腳方向測(cè)出相應(yīng)塔型的塔腳距離，確定塔腳位置后拆下分坑裝置，按照?qǐng)D紙順序依次測(cè)量其他鐵塔塔腳。（5）全部測(cè)量完畢后，清理鐵塔塔腳定位分坑裝置，將角度尺和角度桿恢復(fù)到初始狀態(tài)，關(guān)閉裝置電源，裝置檢查無(wú)誤后放回工具箱中。

4? ? 結(jié)束語(yǔ)

鐵塔基礎(chǔ)施工過(guò)程中要根據(jù)施工環(huán)境合理選擇塔腳分坑定位裝置，按照可靠性指標(biāo)適當(dāng)優(yōu)化和調(diào)整，使分坑定位裝置能夠可靠固定、精準(zhǔn)定位、有效分坑。本次設(shè)計(jì)的適用于鐵塔塔腳定位的分坑裝置通過(guò)角度尺定角平分線(xiàn)，利用角度桿定時(shí)序點(diǎn)位，減少了傳統(tǒng)測(cè)試時(shí)的設(shè)備調(diào)試耗時(shí)，從根本上改善了鐵塔基礎(chǔ)施工質(zhì)量和施工效益，為我國(guó)輸電線(xiàn)路安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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收稿日期：2023-11-28

作者簡(jiǎn)介：何秋宇（1995—），女，廣東茂名人，工程師，工程建設(shè)部倉(cāng)儲(chǔ)配送班班組技術(shù)員，研究方向：電力系統(tǒng)。