一種建立動態基準平面的測量方法與流程

2023-04-23 20:39:52 1

本發明涉及水上工程施工技術領域，具體涉及一種建立動態基準平面的測量方法。

背景技術：

在江河湖海水上動態環境中進行大型鋼沉井等高聳結構拼裝接高安裝測量、大型海底隧道沉管管節測量塔水上標定及大型鋼索塔水上吊裝定位等測量工程施工如下：1)沉井基礎是橋梁深水基礎中的常見類型，施工工藝多為下部採用鋼沉井結構，上部為鋼筋砼沉井結構，由於整個鋼沉井尺寸大、重量重，不方便整體運輸，一般在工廠分節分塊加工後，運輸到橋位處進行拼裝接高，沉井的中心位置及傾斜度一直處於變化狀態，無法採用常規的測量方法進行施工放樣；2)大型海底隧道沉管管節在工廠預製後，需要對安裝在管節頂面上的gnss測量塔進行標定，精確測定塔頂gnss天線及稜鏡中心在管節坐標系中的三維空間坐標，但是管節浮於水面上，無法採用常規的測量方法進行測量；3)在海中橋梁鋼索塔吊裝時，兩浮吊與安放鋼索塔的駁船在一條直線上，起吊時必須保證兩浮吊的中軸線在一條直線上，需要計算兩個平臺軸線之間的坐標偏差來調整兩個平臺的相對位置以保持兩中軸線共線，兩浮吊平臺在水面上一直處於變化狀態，無法採用常規方法進行測量。

上述施工案例中，施工作業平臺均處於非靜止的水面上，由於施工作業平臺始終處於不停的晃動之中，無法完成儀器精確整平，即使能夠完成儀器整平，也無法使儀器豎軸垂直於施工作業平臺。因此，無法採用常規測量方法在水中浮動平臺上正確安置水準儀、經緯儀或全站儀進行測量，無法為動態平臺上拼裝鋼沉井等測量放樣提供所需的平行於施工作業平臺平面的基準面。

現有技術中為解決上述技術問題，一般選擇在風平浪靜、平潮期、平臺晃動量較小的時段，採用反覆多次整平對中的方法在水上動態平臺上安置水準儀、經緯儀或全站儀，以獲取近似平行於平臺基準面的動態基準平面。但由於施工作業平臺不可能完全靜止，因此這種方法的精度在很大程度上依靠儀器操作員的經驗，存在明顯的近似性，通常只能獲得與平臺基準面近似平行的動態基準平面，而且需反覆多次趨近，作業效率低。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在於提供一種建立動態基準平面的測量方法，能夠獲得與動態平臺初始基準面平行的動態基準平面，實現精確測量，提高作業效率。

為達到以上目的，本發明採取的技術方案是：

一種建立動態基準平面的測量方法，具體步驟如下：

s1，以第1動態平臺的中心點o1為中心建立參照體系，所述參照體系包括位於第1動態平臺的四軸線點分別為a1、b1、c1、d1和設置於所述軸線點上的基準點標誌，所述四軸線點位於同一菱形的四個頂點上，所述菱形的中心點與所述第1動態平臺的中心點o1重合；

s2，在所述第1動態平臺的中心點o1處安置水準儀，調整所述水準儀的三腳基座至所述三腳基座的其中兩腳螺旋所在的直線平行於所述菱形的一對角線，且第三腳螺旋位於所述菱形的另一對角線上；

s3，在所述基準點標誌上豎立標尺，所述水準儀照準所述標尺對四所述基準點標誌進行觀測讀數，調整四所述基準點標誌的高度至所述水準儀的讀數相等，調整後的四所述基準點標誌作為第1動態平臺的基準點分別為a1、b1、c1、d1，四所述第1動態平臺的基準點所在的平面即第1動態平臺的初始基準平面；

s4，所述第1動態平臺的中心點o1處安置測量儀，按照s2的調整方法調整所述測量儀的三腳基座後，調整所述三腳基座的腳螺旋的高度，直至所述測量儀的豎軸與所述第1動態平臺的初始基準平面正交的位置，所述測量儀的望遠鏡繞豎軸旋轉一周望遠鏡視準軸掃過的平面與所述第1動態平臺的初始基準平面平行，即為第一動態基準平面。

在上述技術方案的基礎上，還包括s5，在水上鋼沉井拼裝和接高測量中，第n-1動態平臺施工完成後，n不小於2，第n動態平臺的動態基準平面的測量方法，具體步驟如下：

s51，將位於第n-1動態平臺的四軸線點向上投射至所述鋼沉井頂平面即第n動態平臺，第n-1動態平臺的四軸線點an-1、bn-1、cn-1、dn-1投射在第n動態平臺上的四軸線點分別為an、bn、cn、dn，四所述第n動態平臺上的四軸線點分別位於同一菱形的四個頂點上，該菱形的中心點為第n動態平臺的中心點on；

s52，將第n-1動態平臺的基準點an-1、bn-1、cn-1、dn-1投影至所述鋼沉井外壁並沿所述鋼沉井外壁垂直向上移動相同距離得到第n動態平臺的基準點分別為an、bn、cn、dn；

s53，四第n動態平臺的基準點所在平面為所述第n動態平臺的初始基準平面，檢測所述第n動態平臺的初始基準平面的平面度；

s54，在所述第n動態平臺的中心點on處安置測量儀，並按照s2的調整方法調整所述測量儀的三腳基座後，調整所述三腳基座的腳螺旋的高度，直至所述測量儀的豎軸與所述第n動態平臺的初始基準平面正交的位置，所述測量儀的望遠鏡繞豎軸旋轉一周望遠鏡視準軸掃過的平面與所述第n動態平臺的初始基準平面平行，即為所述第n動態基準平面；

s6，重複步驟s5，完成水上鋼沉井拼裝和接高測量。

在上述技術方案的基礎上，所述s1中，所述第1動態平臺的四軸線點分別為a1、b1、c1、d1的相對位置關係滿足：a1b1與c1d1的交點為所述第1動態平臺的中心點o1，且a1o1＝o1b1，c1o1＝o1d1。

在上述技術方案的基礎上，所述s1中，所述第1動態平臺的四軸線點a1、b1、c1、d1的相對位置關係滿足：a1b1與c1d1的交點為所述第1動態平臺的中心點o1，且a1o1＝o1b1＝c1o1＝o1d1。

在上述技術方案的基礎上，所述s3中獲得初始基準平面的步驟包括：

s31，在中心點o1處安置水準儀，所述水準儀讀取四所述基準點上標尺的讀數分別為la1、lb1、lc1、ld1，計算四所述基準點上標尺讀數的平均值作為基準標尺讀數值l1＝(la1+lb1+lc1+ld1)/4；

s32，設定初始基準平面的高度值l＝l1-δ，其中l為初始基準平面的高度值，δ為初始基準平面相對於第1動態平臺的抬高值；

s34，調整所述基準點標誌的高度，至所述水準儀的標尺讀數等於設定的初始基準平面的高度值l，所述基準點標誌的位置作為基準點，四所述基準點所在的平面即為初始基準平面。

在上述技術方案的基礎上，若s4中的測量儀為水準儀或經緯儀，則s4中三腳基座的高度的調整方法包括：

s411，在中心點安置水準儀或經緯儀，在所述基準點上豎立標尺，且經緯儀的豎盤讀數為(90°+i)或(270°-i)，其中，i為豎盤指標差；

s412，水準儀或經緯儀依次讀取四所述標尺的讀數，分別記為la、lb、lc、ld；

s413，判斷標尺的讀數是否滿足第一公式：

la+lb＝lc+ld；

若不滿足第一公式，則重複s3的步驟測量設置四所述基準點；

若滿足第一公式，則判斷測量結果是否滿足第二公式：

la＝lb＝lc＝ld；

若不滿足第二公式，則調整所述水準儀或經緯儀的三腳基座的腳螺旋的高度至滿足第二公式。

在上述技術方案的基礎上，若s4中的測量儀為全站儀，則s4中三腳基座的高度的調整方法包括：

s421，在四所述基準點上架設稜鏡並量取稜鏡高分別記為la、lb、lc、ld；

s422，在中心點安置全站儀，得到全站儀中心至各所述基準點稜鏡中心的水平距離分別記為sa、sb、sc、sd，豎角分別記為ɑa、ɑb、ɑc、ɑd和高差分別記為ha、hb、hc、hd；

s423，判斷測量值是否滿足第三公式：

(la-satanαa)+(lb-sbtanαb)＝(lc-sctanαc)+(ld-sdtanαd)

若不滿足第三公式，則重複s3的步驟測量設置四所述基準點；

若滿足第三公式，則判斷測量結果是否滿足第四公式：

la-satanαa＝lb-sbtanαb＝lc-sctanαc＝ld-sdtanαd；

若不滿足第四公式，則調整所述全站儀的三腳基座的腳螺旋的高度，至滿足第四公式。

與現有技術相比，本發明的優點在於：

本發明的一種建立動態基準平面的測量方法通過調整測量儀的豎軸傾斜度使得測量儀豎軸垂直於初始基準平面，測量儀望遠鏡旋轉一周望遠鏡視準軸掃過的平面即獲得動態基準平面，適用於水上鋼沉井拼裝和接高測量、大型沉管頂面測量塔標定測量及大型鋼索塔水上吊裝定位等特殊測量工程，具有理論嚴密、原理簡單、受外界風浪等不穩定因素影響小、可選擇的有效作業時段多、測量精度高、現場操作簡便、速度快和易於實施等顯著優點。

附圖說明

圖1為本發明實施例的方法流程圖；

圖2為本發明實施例中步驟s5的流程圖；

圖3為本發明實施例中安置測量儀的示意圖；

圖4為本發明實施例中測量儀的三腳基座的安置方位示意圖；

圖5為本發明實施例中測量儀的三腳基座的安置方位示意圖；

圖6為本發明實施例中水準儀或經緯儀的測量狀態示意圖；

圖7為本發明實施例中水準儀或經緯儀的測量狀態示意圖；

圖8為本發明實施例中全站儀的測量狀態示意圖；

圖9為本發明實施例中全站儀的測量狀態示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。

參見圖1所示，本發明實施例提供一種建立動態基準平面的測量方法，具體步驟如下：

s1，以第1動態平臺的中心點o1為中心建立參照體系，參照體系包括位於第1動態平臺的四軸線點分別為a1、b1、c1、d1和設置於軸線點上的基準點標誌，四軸線點位於同一菱形的頂點上，菱形的中心點與第1動態平臺的中心點o1重合，在第1動態平臺的四軸線點分別為a1、b1、c1、d1的相對位置關係滿足：a1b1與c1d1的交點為第1動態平臺的中心點o1，且a1o1＝o1b1，c1o1＝o1d1，也可以根據工程應用需求，設計第1動態平臺的四軸線點a1、b1、c1、d1的相對位置關係滿足：a1b1與c1d1的交點為第1動態平臺的中心點o1，且a1o1＝o1b1＝c1o1＝o1d1，使得現場測量更加方便和快捷，本實施例中在軸線點上焊接基準點標誌杆，其中基準點標誌可以是焊接在平臺頂面上的半球形頂面，也可以是標誌杆需要高度處使用油漆繪製的標誌線或者標誌杆截斷後打磨成的球形頂面；

s2，參見圖3在第1動態平臺的中心點o1處安裝水準儀，參見圖4和圖5所示，調整水準儀的三腳基座至三腳基座的其中兩腳螺旋的連線平行於菱形的一對角線，三腳基座的第三腳螺旋位於菱形的另一對角線上；

s3，在基準點標誌上豎立標尺，調整四個基準點標誌的高度，直至水準儀的望遠鏡掃視一周讀取的四基準點上標尺上的讀數相等，調整後的基準點標誌作為第1動態平臺的基準點，四第1動態平臺的基準點分別為a1、b1、c1、d1，四第1動態平臺的基準點所在的平面即第1動態平臺的初始基準平面；

s31，參見圖6和圖7所示，水準儀讀取四基準點上標尺的讀數分別為la1、lb1、lc1、ld1，計算四標尺讀數的平均值作為基準標尺讀數值l1＝(la1+lb1+lc1+ld1)/4；

s32，設定初始基準平面的高度值l＝l1-δ，其中l為初始基準平面的高度值，δ為初始基準平面相對於第1動態平臺的抬高值，結合現場條件及實際需要，δ的取值為1～10cm；

s34，調整四基準點標誌的高度值至水準儀的讀數等於設定的初始基準平面的高度值，四基準點所在的平面即為初始基準平面；

s4，在第1動態平臺的中心點o1處安置測量儀，並參照s2的三腳基座調整方法調整測量儀的三腳基座，調整所述三腳基座的腳螺旋的高度，直至測量儀的豎軸與第1動態平臺的初始基準平面正交的位置，測量儀的望遠鏡繞豎軸旋轉一周望遠鏡視準軸掃過的平面與第1動態平臺的初始基準平面平行，即為第一動態基準平面。

若s4中的測量儀為水準儀或經緯儀，則s4中三腳基座的高度的調整方法包括：

s411，在中心點安置水準儀或經緯儀，在基準點上豎立標尺，且經緯儀的豎盤讀數為(90°+i)或(270°-i)，其中，i為豎盤指標差；

s412，水準儀或經緯儀依次讀取四標尺的讀數，分別記為la、lb、lc、ld；

s413，判斷標尺的讀數是否滿足第一公式：

la+lb＝lc+ld；

若不滿足第一公式，則重複s3的步驟測量設置四基準點，直至滿足第一公式為止；

若滿足第一公式，則判斷測量結果是否滿足第二公式：

la＝lb＝lc＝ld；

若不滿足第二公式，則調整水準儀或經緯儀的三腳基座的腳螺旋的高度至滿足第二公式。

參見圖8和圖9所示，若s4中的測量儀為全站儀，則s4中三腳基座的高度的調整方法包括：

s421，在四基準點上架設稜鏡並量取稜鏡高分別記為la、lb、lc、ld；

s422，在中心點安置全站儀，得到全站儀中心至各基準點稜鏡中心的水平距離分別記為sa、sb、sc、sd，豎角分別記為ɑa、ɑb、ɑc、ɑd和高差分別記為ha、hb、hc、hd；

s423，判斷測量值是否滿足第三公式：

(la-satanαa)+(lb-sbtanαb)＝(lc-sctanαc)+(ld-sdtanαd)

若不滿足第三公式，則重複s3的步驟測量設置四基準點，直至滿足第三公式為止；

若滿足第三公式，則判斷測量結果是否滿足第四公式：

la-satanαa＝lb-sbtanαb＝lc-sctanαc＝ld-sdtanαd；

若不滿足第四公式，則調整全站儀的三腳基座的腳螺旋的高度，至滿足第四公式。

對於不需要進行接高拼裝的使用環境下，可以使用s1至s4的方法確定動態基準平面，在施工過程中減少受外界風浪等不確定因素的影響，測量精度高，現場操作簡便，速度快且易於實施。

參見圖2所示，在需要進行接高拼裝施工的環境下，以大型、特大型橋梁工程水上鋼沉井拼接接高測量為例，還包括以下步驟：

s5，在水上鋼沉井拼裝和接高測量中，第n-1動態平臺施工完成後，n不小於2，第n動態平臺的動態基準平面的測量方法，具體步驟如下：

s51，將位於第n-1動態平臺的四軸線點向上投射至鋼沉井頂平面即第n動態平臺，得到第n-1動態平臺的四軸線點an-1、bn-1、cn-1、dn-1投射在第n動態平臺上的四軸線點分別為an、bn、cn、dn，四第n動態平臺上的四軸線點位於同一菱形的四個頂點上，該菱形的中心點為第n動態平臺的中心點on；

s52，將第n-1動態平臺的基準點an-1、bn-1、cn-1、dn-1投影至鋼沉井外壁並沿鋼沉井外壁垂直向上移動相同距離得到第n動態平臺的基準點分別為an、bn、cn、dn；

s53，四基準點所在平面為第n動態平臺的初始基準平面，檢測第n動態平臺的初始基準平面的平面度；

s54，在第n動態平臺的中心點on處安置測量儀，並參照s2的三腳基座調整方法調整測量儀的三腳基座，按照s4的步驟調整三腳基座的腳螺旋的高度，直至測量儀的豎軸與第n動態平臺的初始基準平面正交的位置，測量儀的望遠鏡繞豎軸旋轉一周望遠鏡視準軸掃過的平面與第n動態平臺的初始基準平面平行，即為第n動態基準平面；

s6，重複步驟s5，完成水上鋼沉井拼裝和接高測量。

本發明不局限於上述實施方式，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍之內。本說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。