一种二维基准垂直传递装置及其测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型钢丝悬挂装置及测量方法，尤其涉及一种通过悬挂钢丝后张拉将二维基准垂直传递的测量装置及其应用。
【背景技术】
[0002]在精密工程测量或金属结构和机电设备安装测量中，经常会遇到一些垂直高差较大的金属结构分部安装时需要保证预埋件与安装件上下基准一致，如闸门结构、大型升降机、垂直升船机等结构。以三峡、向家坝垂直升船机金属结构安装为例，平面二维轴线竖向投测的精度要求S ±3mm，施工精度及技术要求非常高。施工过程中，每一个安装施工层的平面轴线放线、垂直度及尺寸控制等都需要将平面基准传递到位，以便施工放样及验收中进行精确定位。常规的平面基准垂直传递可采用全站仪极坐标法或交会法、悬挂钢丝法(挂线垂法)或激光(或光学)垂准仪投点法等。全站仪极坐标法或交会法在高差大的部位受现场施工条件限制难以满足施工要求，可操作性不强。安装中常用的测量方法是挂线垂法或者垂准仪投测法，线垂法即在高处挂一钢丝，钢丝底部挂一重锤，将重锤放入油桶保持稳定;垂准仪投测法即在底部基准位置处架设仪器将基准点投测当上部空间。
[0003]这两种方法都存在一定缺陷:挂线垂法虽然很直观，但悬挂锚固点一般采用全站仪放样的方式实施定位，定位精度难以保证，误差较大，且只能提供由上而下的基准，同时受风力影响大等外界气象因素影响大；垂准仪投测法能够提供由下而上的基准，但只能解决单次基准传递，无法在现场为安装技术人员提供实时基准，且受照明条件及投测高度影响，操作繁琐，垂准仪投点法设备昂贵，且不直观，投点测设时其他安装工序须停止施工，无法实时为安装现场提供基准，操作亦很繁琐。为此，通过实验，设计了一套可调节挂线装置和测量方法，可以将挂线垂法和激光垂准仪投测法的优点结合起来，有效解决高层建筑物内部基准点线投测误差较大的难题。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种二维基准垂直传递装置及其测量方法，采用此装置和测量方法避免了多次照准棱镜带来的找准误差，采用简易强制对中基座标墩可消除仪器对中误差，因此比传统的全站仪极坐标法、光学垂准仪法等测量精度高。
[0005]为了实现上述的技术特征，本发明所采用的技术特征是:一种二维基准垂直传递装置，它包括L型固定支架，所述L型固定支架包括竖直固定板和水平固定板，所述竖直固定板的两侧面焊接有多个固定耳板，每个固定耳板上都加工有安装孔，所述水平固定板焊接在竖直固定板的顶部，所述竖直固定板的顶部焊接有顶部耳板，顶部耳板上加工顶部安装孔;所述水平固定板上靠近其末端的位置加工有垂线安装孔，所述垂线安装孔上安装有垂线固定装置，所述垂线固定装置安装有垂线，垂线的底部安装有重锤，重锤设置在装有油液的油桶内部。
[0006]所述垂线固定装置包括顶部圆盘，顶部圆盘的下端面焊接有连接柱，连接柱的中间一段加工有外螺纹，连接柱的末端加工有一段锥形螺纹柱，在锥形螺纹柱的末端均布加工有三条伸缩缝，在顶部圆盘和连接柱的中心加工有通孔，垂线穿过通孔，所述锥形螺纹柱与锥形螺纹套相配合，所述连接柱穿过水平固定板的垂线安装孔;所述外螺纹与螺母相配合将连接柱固定在水平固定板上，在螺母和水平固定板之间设置有下圆盘。
[0007]所述垂线的顶部连接在顶部钢丝锚固块上，顶部钢丝锚固块支撑在顶部圆盘上。
[0008]所述固定耳板和顶部耳板通过膨胀螺栓固定在需要测量的建筑物侧壁上。
[0009]所述竖直固定板和水平固定板之间焊接有斜支撑板。
[0010]采用二维基准垂直传递装置进行测量的方法，它包括以下步骤:
1)建立高精度测量基准控制网。根据金属结构、机电设备及相应的埋件布局，在底部安装测量基准平台施测高精度专用控制网，布设微型控制基准，利用布设的平面控制点，一次性将安装基准轮廓点、关键轴线基准控制点采用简易强制归心标墩的形式布设底部基准平台。在主要构筑物设计轴线上埋设简易强制归心标墩过程中，采用高精度全站仪进行精密观测，基准控制网平差处理后相对点位中误差小于S2mm;
2)安装L型固定支架，搭建垂投测作业平台。采用激光垂准仪将平面基准控制点由底部施工面垂直投测至不同高程的安装施工作业平台，在不同高程作业平台上安装L型固定支架，架设可精确调整位置的垂线固定装置；
3)精确调整线垂悬挂装置。激光垂准仪垂直投测点与钢丝线悬挂中心重合后紧固垂线固定装置装置，然后通过悬挂重锤张拉垂线，即可为安装施工提供一个二维坐标基准和垂直基准。如张拉两根垂线，两个垂线之间可提供一条高精度平面轴线安装基准，可根据现场施工需要在不同部位和不同阶段灵活张拉悬挂多根垂线，满足保证施工质量和进度要求；
4)采用垂准仪进行平面二维基准点的垂直投测。先在底层简易强制归心标墩强制归心标盘上架设垂准仪，调整圆水准气泡使其处于中心位置，调校仪器到准直状态后，打开激光电源，即发射和该点铅垂的可见激光光束，调校可见光光斑直径，达到最佳状态时，取其圆心作为向上的投测点。然后在顶部L型固定支架的圆形观测孔上安装激光接收靶，打开两维激光接收靶的读数开关，移动调整光靶上的游标尺，将激光束的中心光斑对准接收靶，即该基准点的空间位置值；
5)精确调整线垂悬挂装置，悬挂张拉钢丝。先将垂线穿过锥形螺纹柱和顶部圆盘，通过锥形螺纹套将垂线紧紧固定垂线固定装置中心，在顶部钢丝锚固块可采用锚固和焊接的方式将垂线固定，缓慢调整L型固定支架上的垂线固定装置，将顶部圆盘上面的十字标志线与垂直投测后留在支架圆孔边缘方向标记移动完全重合，通过螺母将垂线固定装置与L型固定支架固定连接，再进行仔细检查，保证顶部圆盘中心与圆孔边缘方向线精确重合，否则重新拧松进行调整，将垂线底端悬挂1kg的重锤，并浸入油桶，可保证张拉的钢丝非常稳定；
6)重复3)、4)和5)步骤，按相同的原理进行另一安装基准点的投测及传递。两安装基准点通过钢丝拉张完毕后，对每一高程处的一对基准点用钢带尺量距，其距离与两点设计距离之差应小于1mm，否则应重新投测调整该高程处的点。
[0011]所述I)中简易强制归心标墩的设计依据现场施工情况而定，通常为一外观为四方锥体的混凝土标墩，离基础底板高度约40cm，标墩顶面埋设直径22cm的不锈钢强制归心标盘。
[0012]4)中为了消除观测误差，高精度垂直投测需要转动仪器主机进行360°对径测量，即利用仪器进行四次对径测量，分别在0°、90°、180°、270°四个位置，依次测量四组坐标，分别为(乂1、￥1)、(乂2、￥2)、(乂3、￥3)、(乂4、￥4)，利用四边形求重心的公式计算出四组坐标的重心坐标(X、Y)，公式如下:
假定:F=(Y3-Y1)/(X3-X1);
G=(Y1XX3-Y3XX1)/(X3-X1)；
H=(Y4-Y2)/(X4-X2)；
I=(Y2 X X4-Y4 X X2)/(X4-X2)；
则:X= (1-G)/(F-H), Y=FX(1-G)/(F-H)+G；
在两维激光接收靶上根据计算的重心坐标进行标定，即为投测的基准点位，再在L型固定支架的空心圆孔边缘刻画方向标记，当两维激光接收革G撤走，方向标记交会点即垂直投测的基准点位置。
[0013]本发明有如下有益效果:
(I)精度高。激光垂准仪垂直投测法主要依靠激光源发射激光束到接受光靶直接进行读数测量，避免了多次照准棱镜带来的照准误差，采用简易强制对中基座标墩可消除仪器对中误差，因此比传统的全站仪极坐标法、光学垂准仪法等测量精度高。如果激光垂准仪标称精度为1/200000，以投测高度10m计算，产生的投测误差为±0.5mm，考虑基准控制点本身的误差及悬挂拉张等误差，则基准点点位传递最终误差小于2mm。
[0014](2)操作简单便捷。直接用一条垂线为安装施工提供安装二维坐标基准和垂直基准，使得现场施工非常简便，通过悬挂多条钢丝线可以高效控制安装的三维形体质量。精度高且非常直观，作业步骤少，作业过程时间短，对施工干扰影响小。
[0015](3 )能更好地解决隐蔽部位的基准垂直传递测量。在电梯井、闸门井等很多隐蔽测量部位因其施工条件无法布设更多的控制网点来满足每个部位的测量，且因