CN109715887B

CN109715887B - 基础工程装置和基础工程方法

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Publication number: CN109715887B
Application number: CN201780050153.9A
Authority: CN
Inventors: K.贝克豪斯
Original assignee: Bauer Spezialtiefbau GmbH
Current assignee: Bauer Spezialtiefbau GmbH
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2017-07-03
Publication date: 2021-07-13
Anticipated expiration: 2037-07-03
Also published as: EP3296467A1; EP3296467B1; US20190204440A1; WO2018054568A1; CN109715887A; US10989812B2

Abstract

本发明涉及一种基础工程装置和一种用于使用基础工程装置的基础工程方法。所述装置具有支承装置、在作业位置处对地面进行作业的地面作业工具和布置在支承装置上并且被设计成确定作业位置的位置的至少一个GPS单元，其中，GPS单元布置在距地面作业位置的一定距离处。所述基础工程装置的特征在于，除了GPS单元，还提供测量装置，所述测量装置被设计成确定GPS单元与作业工具之间的距离。

Description

基础工程装置和基础工程方法

技术领域

本发明涉及基础工程装置和基础工程方法。

背景技术

此类基础工程装置具有支承装置、在作业位置处对地面进行作业的地面作业工具和布置在支承装置上并且被设计成确定作业位置的位置的至少一个GPS单元，其中，GPS单元布置在距地面作业位置的一定距离处。

在此类使用基础工程装置的基础工程方法中，利用布置在支承装置上的地面作业工具而对地面作业位置处的地面进行作业，并且地面作业位置的位置通过至少一个GPS单元确定，所述至少一个GPS单元与作业位置间隔开。

当执行基础工程作业（特别是将在精确位置处执行的那些）时，存在对于尽可能精确地确定地面作业工具在待作业区域中的位置的需要。例如，位置数据被传送到远程控制中心，使得可产生施工地点作业的虚拟图像。

为此，已知的是GPS单元布置在施工装置的后部区域中。当计算地面作业工具的位置时，可以以限定距离的形式将GPS单元相对于地面作业工具的偏移考虑在内。这样做时，所假设的是地面作业工具相对于GPS单元具有恒定距离。然而，在原则上，可发生偏差，例如装置的部件中的轴承间隙、不同形状或尺寸的地面作业工具对地面工具的更换、以及立杆（mast）调整、倾斜和转换。

此外，已知的是GPS单元布置成相对靠近作业位置，例如在立杆头上。然而，当定位在立杆头上时，易损的GPS单元日益增加地暴露于天气条件。此外，维护变得相当更加困难。此外，还可发生偏差，例如轴承间隙或立杆弯曲，其导致地面作业工具的所确定位置的篡改。

从GB 2422389A已知一种基础工程装置，其中GPS接收器布置在立杆头上以接收相应的位置信息信号并且确定施工装置相对于预定钻探位置的相对偏差。

US 2012/0200452A1描述了通过传感器测量位于作为将被引入到地面中的基础元件的钻孔桩上的反射器，从而确定钻孔桩的位置。

然而，特别是当提供大量的协调基础工程作业时，在确定所执行的地面作业的位置中的高度精确性是至关重要的。

发明内容

因此，本发明基于的目的是提供一种基础工程装置和一种使用基础工程装置的基础工程方法，即使在变化的条件下，其也允许在确定所执行的地面作业的位置中的特别高的精确性。

根据本发明，该目的一方面通过本发明的基础工程装置实现，并且通过本发明的基础工程方法实现。

有利的实施例在说明书和附图中陈述。

根据本发明的基础工程装置的特征在于，除了GPS单元之外，还提供测量装置，所述测量装置被设计成确定GPS单元与地面作业工具之间的距离。

本发明的基本构思在于，不是存储相对于给定GPS单元的固定距离值，而是通过测量提供地面作业工具相对于GPS单元的位置确定，所述测量可通过测量装置每当需要时（asoften as desired）执行。GPS信号由测量信号补充，从而始终确定作业位置的精确位置。

GPS单元可在合适并且受保护的位置中提供。

根据从GPS单元接收的位置数据和GPS单元到地面作业工具的所确定距离，测量装置能够以特别精确的方式确定地面作业工具的位置。

从GPS单元接收的位置数据可特别地是GPS单元的位置，如通过至少四个（优选地为五个）卫星的三角测量而确定并且传送到GPS单元的那样。

测量装置被设计成特别地在下部区域中或在地面作业工具上地面附近的区域中确定地面作业工具到GPS单元的距离。此外，测量装置与地面作业工具之间的距离测量可在优选地延伸穿过测量装置的水平面中实现。测量装置与地面作业工具之间的距离确定可特别地以规则的时间间隔而重复任何次数。此外，测量装置可被设计成特别地在测量的时候基于测量装置与地面作业工具之间的距离测量和测量装置与GPS单元之间的所存储距离而确定GPS单元到地面作业工具的距离。

以此方式，在地面作业工具的定位中，可特别地将GPS单元与地面作业工具之间的距离变化考虑在内，所述距离变化例如从立杆调整、轴承间隙、转换（其可对GPS单元与地面作业工具之间的距离产生影响）或工具的变化中产生。

通过适当数量的测量（例如每秒1次测量或更多），地面作业工具在待作业区域中的位置可在任何时间点特别是实时地被确定。特别地，这可允许在其使用期间校正地面作业工具的对准并且随后验证变化的位置。

基本上，测量装置可布置在GPS单元上。因此，测量装置到地面作业工具的距离可对应于GPS单元到地面作业工具的距离。测量装置和GPS单元可被设计为整体模块，所述整体模块可根据要求而布置在基础工程装置的一部分上，或也可布置在基础工程装置周围的区域中，特别是独立式地作为单个元件。

根据本发明，特别优选的是测量装置与GPS单元间隔开。测量装置可布置在特别适合于距离或里程测量的位置处。可包括计算单元的测量装置通过计算而根据测量装置与作业工具之间的所测量部分距离和测量装置与GPS单元之间的固定部分距离而确定GPS单元与作业工具之间的总距离。这允许在测量装置特别是测量单元的布置中的高度灵活性。

根据本发明的进一步扩展，特别有利的是在基础工程装置的上部载架上提供GPS单元。基本上，基础工程装置可被设计成一件式。然而，基础工程装置也可由上部载架和底载架构成，在此情况下，上部载架可至少在大约水平面中相对于底载架枢转。优选地，具有地面作业工具的支承装置也布置在上部载架上。通过将GPS单元布置在上部载架上，GPS单元相对于地面作业工具的位置可设置在第一近似值中。对于与确定位置的卫星的直接视觉接触而言，GPS单元的该设置是特别有利的，因此对于在基础工程装置上进行的转换而言，其也要求较少的转换工作。

本发明的有利的进一步扩展在于，测量装置被设计为无接触式操作测量装置。此类测量装置可以特别低维护的方式提供在相应的壳体中，所述壳体保护测量装置免受灰尘或损坏。此外，无接触式测量可允许特别低维护的操作，具有测量装置的低磨损程度。

特别优选的是测量装置具有激光器，特别是扇形激光器。通过扫描地面作业工具，激光器可以特别准确的方式测量地面作业工具相对于测量装置的位置。因此，使得可能以特别精确的方式确定地面作业工具相对于GPS单元的距离。为此，激光器可被设计成在距离测量中将先前所确定的在地面作业工具上的相关参考点或区域考虑在内，特别是作为优先信息（priority）。为此目的，此类相关点或区域可通过激光器而在先前被固定，或也可提供有标记，更具体地是用于激光器光的反射器。激光器可被设计成即使在位置竖直变化的情况下（例如在钻孔下沉期间）也遵循预定区域或点，并且通过（例如在水平面与激光器测量光束之间的）角度确定而确定地面作业工具上的测量点或测量区域到GPS单元的实际水平距离。

取代激光器，测量装置也可由雷达单元、超声波单元和/或用于测量测量装置与地面作业工具之间的距离以及用于确定GPS单元与地面作业装置之间的距离的任何其它/进一步的合适装置形成。

优选地，根据本发明的基础工程装置被设计为钻探装置。此类钻探装置可具有例如钻机旋翼（drill flight），所述钻机旋翼围绕中心钻机旋翼轴线旋转。在此情况下，GPS单元到地面作业工具的距离可特别地通过从旋转轴线出发而被确定。

根据进一步的扩展，根据本发明的基础工程装置可被设计为隔墙切割机（diaphragm wall cutter）。其可具有至少一个（优选地为两个）轮或滚筒，所述轮或滚筒围绕水平延伸的旋转轴线旋转，并且在其外部周界上具有用于对地面进行作业的工具。滚筒或轮可固定在基础主体上，隔墙切割机的至少一个滚筒/轮可经由所述基础主体连接到基础工程装置的支承装置。优选地，当通过测量装置确定隔墙切割机的位置时，GPS单元到基础主体的距离得到确定。

根据本发明的优选的进一步扩展，基础工程装置被设计为振动器或打桩机。其可布置在基础工程装置的支承装置上，并且为了将桩或墙驱动到地面中，其可特别地以可移动的方式布置在支承装置上。测量装置优选地被设计成使得当确定地面作业工具的位置（角度-水平面）时以上文描述的方式在将桩或墙竖直驱动到地面中期间将振动器或打桩机到测量装置的变化距离考虑在内。振动器或打桩机也可被设计成在所期望的区域中压紧地面。在此类情况下，不需要将振动器或打桩机相对于测量装置的竖直位置的变化考虑在内。

使用根据本发明的基础工程装置的基础工程方法的特征在于，利用测量装置而确定地面作业工具与GPS单元之间的距离。

本发明的另一基本构思在于，通过测量装置，地面作业工具相对于所提供的GPS单元的位置以灵活的方式调整并且根据情况适当地确定。为此，GPS单元可优选地以固定的方式提供在基础工程装置上，在此情况下，地面作业工具到GPS单元的实际距离可由测量装置确定。优选地，为了确定地面作业工具的距离，设置中心旋转轴线，或如果需要，则在工具上设置面向测量装置的固定点或区域。

本发明的优选的进一步扩展在于，通过测量装置无接触式地确定距离。此类无接触式测量可利用技术人员已知的任何选定的测量方法而执行。通过测量的适当高的重复率，例如每秒一次或多次测量，可实时确定地面作业工具的位置。

根据本发明的进一步扩展，特别优选的是使用至少一个激光器特别是扇形激光器作为测量装置而确定距离。地面作业工具的位置确定可优选地在地面作业操作开始时执行，其可助于工具的定位。然而，地面作业工具的位置可在任何给定的时间点基于所确定位置而被验证、确定和校正。

优选地，根据依照本发明的基础工程方法，产生钻孔或切割沟槽。为此，测量装置可特别地确定旋转轴线（钻机旋翼）的距离或钻机旋翼在旋转的旋翼叶片边缘上的外部区域的距离或隔墙切割机的基础主体的位置。

根据本发明的进一步扩展，特别优选的是产生基础元件，特别是钻孔桩或隔墙部段。其可例如在下沉期间或在其完成之后通过利用合适的材料（优选为凝固材料）填充地面凹陷而形成。

附图说明

本发明将在下文通过示意性附图被进一步解释，附图显示：

图1：根据本发明的基础工程装置的示意性侧视图。

具体实施方式

在图1中示出了根据本发明的基础工程装置10的优选实施例。基础工程装置10可具有底载架12，上部载架11可布置在所述底载架12上。此外，基础工程装置10可具有支承装置13，所述支承装置13优选地布置在上部载架11上。在支承装置13上可布置钻机驱动件14，所述钻机驱动件14能可移动地连接到支承装置13并且可驱动地面作业工具15，特别是以钻机旋翼的形式。取代钻探装置，也可设置隔墙切割机、振动器或打桩机或其它基础工程装置。

在上部载架11上，特别是在其后部区域中，可提供GPS单元20，所述GPS单元20被设计成传送和/或接收位置信号（经由GPS卫星）。此外，测量装置30可特别地提供在上部载架11上，所述测量装置30被设计成确定GPS单元20与地面作业工具15之间的距离。为此，测量装置30可优选地执行测量装置30与地面作业工具15之间的距离测量。基于GPS单元20到测量装置30的预定距离和地面作业工具15与测量装置30之间的测量距离，测量装置30可确定或计算GPS单元20距地面作业工具15的距离。优选地，测量装置30布置在基础工程装置10的面向地面作业工具的前下部区域中，并且特别地被设计成在地面作业工具15的下部区域中执行测量。在地面作业工具15的下部区域中的测量可优选地在地面表面上方执行。由于GPS单元20距地面作业工具15的距离在地面附近被确定，因此可以特别精确的方式确定地面作业工具15与待作业地面表面的实际接触点。GPS单元20也可与测量装置30一起提供在共同的位置中。由此，由测量装置30测量的地面作业工具15到GPS单元20的距离可被直接转换成地面作业工具15相对于GPS单元20的位置。

作为在上部载架11上或在基础工程装置的上部区域中提供GPS单元20和/或测量装置30的替代实施例，也可在基础工程装置10的支承装置13上提供GPS单元20和/或测量装置30。由此，可减小GPS单元20、测量装置30与地面作业工具15之间的距离，其可对确定地面作业工具15的位置的准确性具有积极影响。测量装置30可被设计成以重复或永久的方式确定地面作业工具15上的先前所限定的参考点到测量装置30的距离。此类参考点可特别地特征在于，基于延伸穿过测量装置30的水平面，所述参考点位于相对于测量装置30优选为0°的恒定角度处。可选地，还可确定动态参考点，所述动态参考点可例如在地面作业工具沿着支承装置13移动期间改变其相对于测量装置30的位置。例如，其可为钻机驱动件14，所述钻机驱动件14在产生钻孔期间通过地面作业工具15从图1中示出的测量装置30上方的升高第一位置缓慢地移动到下部位置或在地面附近的位置。在此情况下，测量装置30可在任何时间点确定钻机驱动件14到测量装置30的（水平）距离，并且确定钻机驱动件14与优选地延伸穿过测量装置30的水平面之间的测量线（例如激光器）的角度（所述角度在钻孔下沉期间变化），并且因而确定钻机驱动件14到测量装置30的距离，并且因此确定GPS单元20到地面作业工具15或可到布置在地面作业工具15上方的钻机驱动件14的距离。

基本上，根据本发明，测量装置30和/或GPS单元20可提供在基础工程装置的前部区域中，由此，可特别地在地面附近的区域中执行测量。

Claims

1.用于在地面中产生基础元件的基础工程装置（10），具有

- 支承装置（13），

- 地面作业工具（15），所述地面作业工具（15）在作业位置处对地面进行作业，其中，产生钻孔或切割沟槽作为地面凹陷，所述地面凹陷在下沉期间或在其完成之后能够利用合适的材料填充，用于产生基础元件，和

- 至少一个GPS单元（20），其布置在所述支承装置（13）上并且被设计成确定所述作业位置的位置，

- 其中，所述GPS单元（20）布置在距地面作业位置的一定距离处，

- 其中，除了所述GPS单元（20），还在所述支承装置（13）上提供测量装置（30），测量装置（30）布置在距地面作业位置的另一距离处，

其特征在于，

所述测量装置（30）被设计成利用所述测量装置（30）到所述地面作业工具（15）的距离测量而确定所述GPS单元（20）与地面作业工具（15）之间的距离，其中，所述测量装置（30）包括扇形激光器。

2.根据权利要求1所述的基础工程装置，

其特征在于，

所述测量装置（30）与所述GPS单元（20）间隔开。

3.根据权利要求1所述的基础工程装置，

其特征在于，

所述GPS单元（20）提供在所述基础工程装置（10）的上部载架（11）上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的基础工程装置，

其特征在于，

所述测量装置（30）被设计为无接触式操作测量装置。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的基础工程装置，

其特征在于，

所述基础工程装置（10）被设计为钻探装置。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的基础工程装置，

其特征在于，

所述基础工程装置（10）被设计为隔墙切割机。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的基础工程装置，

其特征在于，

所述基础工程装置（10）被设计为振动器或打桩机。

8.使用根据权利要求1至4中任一项所述的基础工程装置（10）的基础工程方法，其中，

- 利用布置在支承装置（13）上的地面作业工具（15）对地面作业位置处的地面进行作业，和

- 通过与作业位置间隔开的至少一个GPS单元（20）而确定地面作业位置的位置，

其特征在于，

利用测量装置（30）通过所述测量装置（30）到所述地面作业工具（15）的距离测量而确定所述地面作业工具（15）和所述GPS单元（20）之间的距离。

9.根据权利要求8所述的基础工程方法，

其特征在于，

通过所述测量装置（30）无接触式地确定距离。

10.根据权利要求8所述的基础工程方法，

其特征在于，

使用扇形激光器作为测量装置（30）而确定距离。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的基础工程方法，

其特征在于，

产生钻孔或切割沟槽。

12.根据权利要求8至10中任一项所述的基础工程方法，

其特征在于，

产生基础元件，钻孔桩或隔墙部段。