CN108955495A - 隧道吊柱法兰角度测量工具及角度测量方法 - Google Patents

Abstract

一种隧道吊柱法兰角度测量工具及角度测量方法，测量工具包括角度测量尺和法兰模拟板；所述法兰模拟板为刚性平面板状，与所要测量的隧道端面吊柱法兰的板面形状和大小一致，所述角度测量尺设于法兰模拟板的中部，角度测量尺的固定臂的外侧边与法兰模拟板贴合固定，角度测量尺的固定臂与法兰模拟板的底边垂直。在测量时测量工具直接对齐贴合在吊柱法兰的表面，测量尺的测量臂垂直即可直接读数。本发明彻底打破传统施工工法对吊柱法兰偏角的确定仍处在个别技术人员测算的层面上，使法兰角度测量能够推广至广大施工人员这一层面上，力求测量过程简单、快速、方便且测量精度高。

Description

隧道吊柱法兰角度测量工具及角度测量方法

技术领域

本发明涉及铁路隧道工程施工技术，具体说是一种隧道吊柱法兰角度测量工具及利用该工具的吊柱法兰角度测量方法。

背景技术

铁路隧道施工地形复杂，所面临的不同具体情况超出了理论设定，例如兰渝铁路兰州至广元段途经甘、陕、川三省13个县(区)，正线长度501公里(其中桥梁126座/长74公里，长大隧道67座/长350公里)，隧道占比约70％。本线隧道断面主要有三大类：双线隧道断面、单线隧道椭洞断面、单线隧道TBM(全断面隧道掘进机)断面，在此基础上，又有细分，如西秦岭单线隧道断面就有28种之多。单线隧道接触网吊柱受净空及断面影响，不像双线隧道接触网吊柱布置在隧顶，吊柱法兰角度偏角较小，即使不合格调整工作量也较小；而单线隧道接触网吊柱则全部布置在隧道侧壁，致使法兰角度偏角较大，单线隧道断面如图5所示，下锚锚臂偏角亦是如此。另外，吊柱法兰底板在生产制作过程中为一次性焊接定型产品，不可改动，如果法兰角度测量不准确，将给施工安装及后续调整造成极大的困难和浪费。

在传统施工过程中，对吊柱法兰底板的偏角确定主要采用下列方法：

(1)激光测距仪测量法

利用激光测距仪进行数据测量并三角函数换算，隧道吊柱法兰倾斜角度由垂直线路方向和顺线路方向的最外侧两个螺栓中心距离来确定的。假设单线隧道断面为椭圆形结构，因吊柱侧面限界及净空的规范要求，接触网吊柱只能安装在隧道侧壁，则吊柱法兰必定有一倾斜角度才能装在椭圆斜面上，即吊柱法兰靠近隧道侧壁侧的应略低，靠近腕臂侧的应略高。利用激光测距仪先测出上排某一螺栓至轨面的垂直距离，如测量距离为7452mm；再测出下排某一螺栓至轨面的垂直距离，如测量距离为7158mm。吊柱法兰安装在隧道侧壁两螺栓的距离为350mm，上下排螺栓之间的高差为7452-7158＝294mm。由此可算出，法兰倾斜的角度为：θ＝acrcos(294/350)≈32.8°。

(2)标准断面图纸测量法

与设计单位(或站前单位)沟通并获取隧道断面的标准二衬断面图，并根据接触网相关设计参数，如侧面限界、导线高度、结构高度等参数，利用CAD断面图进行尺寸标准，进而确定理论参数的吊柱法兰倾斜角度。

例举的上述2种方法的相对测量误差都较大且适用性不高，第1种方法采用激光测距仪测量角度的适用性不高，需要专业技术人员去测绘计算，占用了技术人员大量的时间，效率低且数据采集误差率大，受钢轨调整限制极大；第2种方法采用标准断面图、理论参数等数据在CAD图上模拟测量出角度，因施工参数的随机性大，造成标准倾斜角度的误差率大且仅有技术人员知道算法，达不到全员参与施工的目的，法兰倾斜角度型号过多时，也无法快速复查，造成施工现场安装一片混乱，返工率极高。

综上所述，传统方法中对于吊柱法兰倾斜角度的确定仅停留在统一型上，比如单线隧道椭圆洞断面吊柱法兰倾斜角度统一为33°，单线隧道TBM断面吊柱法兰倾斜角度统一为25°，双线隧道断面吊柱法兰倾斜角度统一为5°等。施工现场一旦出现断面变化或施工参数误差，原先的标准吊柱法兰倾斜角度就不再合适，要么采用垫片填塞，要么重新采购，费时费料费成本。为此，创新发明一种便于施工人员测量且推广适用性高的角度测量工具势在必行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决上述问题，提供一种隧道吊柱法兰角度测量工具及吊柱法兰的角度测量方法，彻底打破传统施工工法对吊柱法兰偏角的确定仍处在个别技术人员测算的层面上，使法兰角度测量能够推广至广大施工人员这一层面上，力求测量过程简单、快速、方便且测量精度高。

所述隧道吊柱法兰角度测量工具，其特征在于：包括角度测量尺和法兰模拟板；

所述法兰模拟板为刚性平面板状，与所要测量的隧道端面吊柱法兰的板面形状和大小一致，在对应的隧道端面吊柱法兰预埋锚栓位置设有法兰锚栓孔；

所述角度测量尺设有由转轴连接的固定臂和测量臂，在测量臂设有用于显示固定臂和测量臂之间夹角的角度显示装置，以及水平度检测器和/或垂直度检测器；

所述角度测量尺设于法兰模拟板的中部，角度测量尺的固定臂的外侧边与法兰模拟板贴合固定，角度测量尺的固定臂与法兰模拟板的底边垂直，所述法兰模拟板的底边对应隧道端面吊柱法兰高度较低的底边。

进一步地，所述法兰模拟板根据隧道端面吊柱法兰的板面形状和大小设有对应的多种结构形状，在法兰模拟板的表面设有角度测量尺的固定标示线层，角度测量尺在法兰模拟板的固定标示线层所示出的位置与法兰模拟板可拆卸地贴合固定。

进一步地，所述角度显示装置为内设微处理器的数显装置，角度测量尺内设有数据通信接口、表面还设有包括确定按钮在内的功能按钮组，确定按钮用于触发将当前时间和角度数值记录存储，功能按钮组还用于将数据显示和通过数据通信接口发送。

更进一步地，角度测量尺内设有无线通信模块，用于将所记录存储的测量数据通过无线通信模块发送到配对设备上。

优选地，对应吊柱法兰预埋锚栓设有相应数量的多个法兰锚栓孔，其中设置一个或两个法兰锚栓孔比对应位置的预埋锚栓直径大1～8mm，其余法兰锚栓孔设为腰圆孔，且腰圆孔的长度方向中线与法兰模拟板的底边垂直设置。

一种利用上述的测量工具完成的隧道吊柱法兰角度测量方法，其特征在于：按照下述步骤顺序进行：

第一步、根据所要测量的吊柱法兰形状，制作同样形状大小的法兰模拟板，对应吊柱法兰上预埋锚栓的位置在法兰模拟板上开设法兰锚栓孔，在法兰模拟板的中部垂直于底边贴合固定安装角度测量尺的固定臂，制作成法兰角度测量工具；

第二步、操作者通过攀高工具直接将法兰角度测量工具的背面对齐吊柱法兰的轮廓贴合到吊柱法兰外侧，吊柱法兰上的预埋锚栓穿出法兰锚栓孔；

第三步、保持法兰模拟板的稳定，将角度测量尺的测量臂张开，通过角度测量尺上的垂直度检测器或水平度检测器检测并保持测量臂垂直或者水平，直接读取角度显示装置所显示的角度读数并记录。

优选地，在法兰模拟板的背面通过沉孔螺钉与角度测量尺贴合固定，针对不同形状或尺寸的吊柱法兰更换相对应的法兰模拟板。

进一步地，所述角度测量尺内置非易失存储器和无线通信模块，表面设置功能按钮组，在测量稳定时按下功能按钮组的按钮，角度测量尺内设的处理器被触发存储实时测量值和时间数据到非易失存储器内，通过按钮控制将相应数据进行显示或通过无线通信模块发送到其他设备。

本发明适用于铁路隧道内任一种断面的安装接触网吊柱、下锚锚臂等需确定吊柱、锚臂法兰偏角的所有类型。

与现有技术相比，本发明所公开的方法打破了传统固有的角度测量思维模式，简单直观，但是有效快捷，易于推广，可全员参与。而现有的角度测量方法繁琐、效率低且误差大。本发明具有以下优点：

①栓预埋完毕后，施工人员就可以依靠本发明工具进行现场的吊柱法兰角度一一测量；使用上简单易懂，实用性高，测量快速准确，当时就可以出数据结果，达到了全员参与的目的。

②施工测量效率高，大大降低了占用技术人员的时间，数据汇总及成片化统一采购、分配具有可操作性。

③施工交叉干扰小，也可以直接做到对上一锚栓预埋流程进行验证，使得返工率降低。

④吊柱法兰倾斜角度依据技术人员提供的数据，生产厂家一次成型焊接在吊柱柱体上，之后便不可再修改。角度数据采集的准确性大大减少了安装后的二次调整量，节约了大量的人力、物力，安全度高。

⑤新型工具结构简单、轻便，易于二次加工，节约了制造和使用成本，保护了环境。

附图说明

图1是法兰角度测量工具结构示意图，

图2是图1的左视图，

图3是图1的俯视图，

图4是测量臂张开状态示意图，

图5是单线隧道断面接触网安装结构示意图。

图中：1—法兰锚栓孔，2—法兰模拟板，3—角度测量尺，4—法兰角度测量工具，5—水平度检测器，6—垂直度检测器，7—转轴，8—固定臂，9—测量臂，10—确定按钮，11—功能按钮组，12—数据通信接口，13—隧道断面，14—衬砌面，15—腕臂，16—吊柱法兰，17—吊柱，18—角度显示装置，19—固定标示线层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：所述隧道吊柱法兰角度测量工具，包括角度测量尺3和法兰模拟板2，其中，法兰模拟板2与所要测量角度的法兰形状尺寸一致或制作一致，角度测量尺可以使用通用的数显角度尺。

具体的，如图1～4所示，所述法兰模拟板2为刚性平面板状，优选为轻质而易于加工的铝合金板制作，与所要测量的隧道端面吊柱法兰16的板面形状和大小一致，由于隧道侧壁为弧形，安装在不同的位置、法兰的形状和大小不同都会使实际安装的法兰角度不同，由于现有技术中的测量技术在现场会面临许多实际问题，导致测量结果偏差很大，通过本发明所实现的测量方式直接在现场模拟实际使用的法兰，与所要测量的隧道端面吊柱法兰16的板面形状和大小完全一致才能够方便、准确地测量实际的法兰角度。

法兰模拟板直接模拟实际所测量的法兰，考虑实际法兰结构与安装状态。为了避免预埋锚栓的影响，与实际法兰直接拼合，并且形状一致、位置对齐，在对应的隧道端面吊柱法兰16预埋锚栓位置设有法兰锚栓孔1，以使现场的预埋锚栓穿过法兰锚栓孔1。法兰模拟板模拟的关键在于与实际法兰的轮廓尺寸一致，与实际安装法兰贴合平齐模拟实际法兰的倾角，为了避免预埋锚栓和障碍物，对应吊柱法兰16预埋锚栓设有相应数量的多个法兰锚栓孔1，其中设置一个或两个法兰锚栓孔1比对应位置的预埋锚栓直径大1～8mm，其余法兰锚栓孔1设为腰圆孔，且腰圆孔的长度方向中线与法兰模拟板2的底边垂直设置。因此，对制作法兰模拟板的法兰锚栓孔的精度要求降低了。

所述角度测量尺3设有由转轴7连接的固定臂8和测量臂9，在测量臂设有用于显示固定臂8和测量臂9之间夹角的角度显示装置18，以及水平度检测器5和/或垂直度检测器6，基本要求可以直接使用现有的数显角度尺。

针对隧道吊柱法兰的角度测量，可以进一步改进角度测量尺，以方便使用和管理、提高工作效率并有利于数据管理。

几乎所有的数显角度尺都具有微处理器和存储器，本发明设置非易失存储器，例如flash rom、eeprom，随时存储测量数据，防止掉电，角度测量尺3内设有数据通信接口12或者无线数据通信模块，表面还设有包括确定按钮10在内的功能按钮组11，存储器、通信模块和功能按钮组均与处理器连接，确定按钮10用于触发将当前时间和角度数值记录存储，功能按钮组11还用于将数据通过角度显示装置显示和通过数据通信接口12或无线通信模块发送。虽然处理器与存储器、通信模块和功能按钮组的连接，以及相应程序控制是现有技术，但是用于数显角度尺的应用还没有应用先例，且可以明显提高使用效果，在现场施工测量过程中提高工作的效率，并进行记录便于数据收集和管理。

所述角度测量尺3设于法兰模拟板2的中部，角度测量尺3的固定臂8的外侧边与法兰模拟板2贴合固定，角度测量尺3的固定臂8与法兰模拟板2的底边垂直，所述法兰模拟板2的底边对应隧道端面吊柱法兰16高度较低的底边，角度测量尺3的转轴设于法兰模拟板2的上部，角度测量尺3的转轴也可设于法兰模拟板2的下部。

为了适应于不同的吊柱法兰16，可将角度测量尺3和法兰模拟板2可拆卸连接。在法兰模拟板2的表面设有角度测量尺3的固定标示线层19，预备或临时制作符合现场情况的法兰模拟板，用紧固螺钉或铆钉固定安装，角度测量尺3在法兰模拟板2的固定标示线层19所示出的位置与法兰模拟板2可拆卸地贴合固定。

一种利用上述的测量工具完成的隧道吊柱法兰角度测量方法，按照下述步骤顺序进行：

第一步、由于不同的隧道施工中所使用的吊柱法兰形状种类各不相同，需要根据所要测量的吊柱法兰16形状，制作同样形状大小的法兰模拟板2，目的是用法兰模拟板平行贴合吊柱法兰，直接现场测量吊柱法兰的倾角，直观易于操作，对测量人员技术要求不高。方法虽然简单直观，但是有效快捷，且在本发明提出之前，该测量方式并没有公开文献公示过，而所使用的角度测量方法繁琐、效率低且误差大。

对应吊柱法兰16上预埋锚栓的位置在法兰模拟板2上开设法兰锚栓孔1，用于直接套设在吊柱法兰的预埋锚栓外，为降低加工精度要求，可开设腰圆孔，在使用时将法兰模拟板2与吊柱法兰的边缘重合即可。

在法兰模拟板2的中部垂直于底边贴合固定安装角度测量尺3的固定臂8，制作成法兰角度测量工具。

可以将法兰模拟板2和角度测量尺3固定铆接，如果需要更换不同形状的法兰模拟板2，可以在法兰模拟板2的背面通过沉孔螺钉与角度测量尺3贴合固定，针对不同形状或尺寸的吊柱法兰17更换相对应的法兰模拟板2。

为了加强测量数据管理，增强角度测量尺的功能，在角度测量尺3内置非易失存储器和无线通信模块，表面设置功能按钮组11，非易失存储器、无线通信模块和功能按钮组11与处理器接口连接，用于通过常见的接口管理程序对数据进行存储、显示和通信即可。

第二步、操作者通过攀高工具直接将法兰角度测量工具的背面对齐吊柱法兰16的轮廓贴合到吊柱法兰16外侧，吊柱法兰上的预埋锚栓穿出法兰锚栓孔1，保持法兰模拟板2与吊柱法兰的平行。通常，只需对法兰模拟板2垂直施加压力即可。

第三步、保持法兰模拟板2的稳定，将角度测量尺3的测量臂9张开，通过角度测量尺3上的垂直度检测器6或水平度检测器5检测并保持测量臂垂直或者水平，直接读取角度显示装置18所显示的角度读数并记录。

对于测量集采的工具，在测量稳定时按下功能按钮组的按钮，角度测量尺3内设的处理器被触发存储实时测量值和时间数据到非易失存储器内，之后就可以通过按钮控制将相应数据进行显示或通过无线通信模块发送到其他设备。

整个操作过程简单直观、易于推广使用而不局限于技术人员耗费时间、预算和昂贵的专业测量工具进行测量，但是测量结果高效而精确。简单有效的创意正是值得施工工程和技术领域所推广的。

Claims (8)

1.一种隧道吊柱法兰角度测量工具，其特征在于：包括角度测量尺(3)和法兰模拟板(2)；

所述法兰模拟板(2)为刚性平面板状，与所要测量的隧道端面吊柱法兰(16)的板面形状和大小一致，在对应的隧道端面吊柱法兰(16)预埋锚栓位置设有法兰锚栓孔(1)；

所述角度测量尺(3)设有由转轴(7)连接的固定臂(8)和测量臂(9)，在测量臂设有用于显示固定臂(8)和测量臂(9)之间夹角的角度显示装置(18)，以及水平度检测器(5)和/或垂直度检测器(6)；

所述角度测量尺(3)设于法兰模拟板(2)的中部，角度测量尺(3)的固定臂(8)的外侧边与法兰模拟板(2)贴合固定，角度测量尺(3)的固定臂(8)与法兰模拟板(2)的底边垂直，所述法兰模拟板(2)的底边对应隧道端面吊柱法兰(16)高度较低的底边。

2.根据权利要求1所述的测量工具，其特征在于：所述法兰模拟板(2)根据隧道端面吊柱法兰(16)的板面形状和大小设有对应的多种结构形状，在法兰模拟板(2)的表面设有角度测量尺(3)的固定标示线层(19)，角度测量尺(3)在法兰模拟板(2)的固定标示线层(19)所示出的位置与法兰模拟板(2)可拆卸地贴合固定。

3.根据权利要求1所述的测量工具，其特征在于：所述角度显示装置(18)为内设微处理器的数显装置，角度测量尺(3)内设有数据通信接口(12)、表面还设有包括确定按钮(10)在内的功能按钮组(11)，确定按钮(10)用于触发将当前时间和角度数值记录存储，功能按钮组(11)还用于将数据显示和通过数据通信接口(12)发送。

4.根据权利要求3所述的测量工具，其特征在于：角度测量尺(3)内设有无线通信模块，用于将所记录存储的测量数据通过无线通信模块发送到配对设备上。

5.根据权利要求1所述的测量工具，其特征在于：对应吊柱法兰(16)预埋锚栓设有相应数量的多个法兰锚栓孔(1)，其中设置一个或两个法兰锚栓孔(1)比对应位置的预埋锚栓直径大1～8mm，其余法兰锚栓孔(1)设为腰圆孔，且腰圆孔的长度方向中线与法兰模拟板(2)的底边垂直设置。

6.一种利用权利要求1～5之任一所述的测量工具完成的隧道吊柱法兰角度测量方法，其特征在于：按照下述步骤顺序进行：

第一步、根据所要测量的吊柱法兰(16)形状，制作同样形状大小的法兰模拟板(2)，对应吊柱法兰(16)上预埋锚栓的位置在法兰模拟板(2)上开设法兰锚栓孔(1)，在法兰模拟板(2)的中部垂直于底边贴合固定安装角度测量尺(3)的固定臂(8)，制作成法兰角度测量工具；

第二步、操作者通过攀高工具直接将法兰角度测量工具的背面对齐吊柱法兰(16)的轮廓贴合到吊柱法兰(16)外侧，吊柱法兰上的预埋锚栓穿出法兰锚栓孔(1)；

第三步、保持法兰模拟板(2)的稳定，将角度测量尺(3)的测量臂(9)张开，通过角度测量尺(3)上的垂直度检测器(6)或水平度检测器(5)检测并保持测量臂垂直或者水平，直接读取角度显示装置(18)所显示的角度读数并记录。

7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于：在法兰模拟板(2)的背面通过沉孔螺钉与角度测量尺(3)贴合固定，针对不同形状或尺寸的吊柱法兰(17)更换相对应的法兰模拟板(2)。

8.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于：所述角度测量尺(3)内置非易失存储器和无线通信模块，表面设置功能按钮组(11)，在测量稳定时按下功能按钮组的按钮，角度测量尺(3)内设的处理器被触发存储实时测量值和时间数据到非易失存储器内，通过按钮控制将相应数据进行显示或通过无线通信模块发送到其他设备。