可见激光施工放样仪的研制与应用

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  摘 要:为满足水利工程维修养护施工需要,通过激光在同种介质下直线传播的原理,研制出可见激光施工放样仪在复杂地形条件下的便捷、精确放样,保证了在人员安全的前提下,提高工作效率,控制工程质量,使工程达到预期效益。
  关键词:维修养护;激光;准确;效率
  1 概述
  (1)研发背景。近年来,郑州惠金辖区工程维修养护以及新建、改建防洪工程,年均投入超过了2000万元。2016年以来,惠金河务局辖区东大坝下延与马渡下延两处控导工程新修潜坝共计1000米。在一次夜间施工过程中,因作业面狭窄及施工车辆交叉影响,现场管理人员无法辨清采用传统控制桩标记的坝轴线方向,导致水中进占进度缓慢,施工效率低下,不能及时解决此问题将可能导致主体工程无法在汛前完成,因而造成不必要的损失。通过可见激光在同种介质下直线传播的光学原理,可以用来定位坝轴线,控制边线、坡度等工程外观尺寸,适应复杂施工条件,提高施工效率。(2)国内现状。据有关资料查询,国内、外均有类似测量辅助工具,如激光找平仪、激光直角仪等,但正如其名,此类工具功能单一,且是定向开发,适用范围小,多为满足室内工程、物品加工等行业需求,不适用于水利工程建设领域的复杂环境和技术要求。(3)研发意义。针对上述情况,结合水利工程施工现场实际,研发一个操作简便,适用于各种复杂条件和施工环境的可见激光测量仪器,用来满足施工过程中对工程外观质量控制的需求,力求彻底解决工程施工中传统控制桩布设空间受限、易损坏、存在误差等问题。保证防汛抢险、基建施工、维修养护中对工程外观尺寸的精准控制,提高工程施工质量,避免生产安全事故发生,提高工程建设与管理和维修养护工作水平。
  2 研发的主要内容
  2.1 研究依据和原则
  保障施工人员基本人身安全,实现对坝轴线、边线、坡度等外观尺寸进行精确控制,确保工程质量,是研制该仪器的指导思想。通过项目的研制,切实解决了传统利用白灰、线绳控制边线误差大的问题,提高了控制精度,保证了施工质量。在防洪工程水边作业时,无需人员到达的危险部位也可进行实时控制,避免人员在水边作业时发生危险。
  2.2 研究方法与技术路线
  仪器在研制中经过多次试验和改进,确定主要原理是:通过调整仪器的高度、水平角度、垂直角度,结合工程设计外观质量标准,在空间上提供一条可见激光束,达到对工程外观尺寸控制的效果。该仪器主要结构由四大模块组成,(1)基座整平模块;(2)水平角度控制模块;(3)垂直角度控制模块;(4)轴制动模块;各组模块经过精密计算单独加工成型后,再经刨铣、打孔、焊接、锚固组装,然后采用全站仪对各项技术指标及精度进行校验,满足应用要求后,最终确定成品。
  使用该仪器快捷、直观、准确的控制坡度。在垂直于坡顶处架设仪器,对中整平后将垂直角度盘指针调整到需要的坡度数值,拧紧制动模块。打开中部激光射灯,将射线平行于坝顶,旋转水平刻度盘使射线与坡顶线垂直。打开两侧激光射灯即可射出所需坡度可视射线。如果坡面低于射线即坡度未达到设计坡度;高于射线即坡度大于设计坡度。可以在施工时以此作为基准进行质量控制,也可以对完工的工程进行质量检查。
  2.3 结论验证及评价
  该仪器研制成功后,经过在多个单位实际应用,达到了研制目的,可以对工程施工中轴线、边线、坡度等外观尺寸进行准确控制,满足测量放样及施工质量评定规范相关标准。降低了人力成本,并适用于夜间涉水施工条件,到达了研制与应用目的。
  3 主要创新点
  (1)提高了施工放样的便捷性,应用范围广。仪器单人操作就可满足不同施工需求,并且操作简便。传统放样至少需要3人协同操作,并且由于施工机械或人为因素,控制桩经常遭到破坏,需要测量放样人员反复放样。该仪器通过调整角度,根据工程实际情况,对同一个技术参数可随时快速进行校验、测放和定位,比传统仪器提高3倍效率,有效避免了返工现象发生。目前该项目已应用于防洪工程维修养护、河道整治工程建设。应用的范围包括水中进占、根石加固、堤坡整修、备防石码放、修筑土牛、道路翻修、场地平整等。(2)安全高效的实现了测放控制线的可视化。采用可见激光,安全高效。将可见激光投射到不同施工部位,能够清晰、直观的反映出工程外观质量控制线。可见激光代替了采用传统控制桩、撒灰线、挂绳线的老办法,方便、快捷、精准、快速。可适用夜间作业、靠河施工等复杂环境;不受类似仪器对架设场地、架设位置的约束,有效控制距离200米;(3)提高施工放样精准度。该仪器能够达到水平角360°、竖直角180°旋转可调,满足施工中全方位角度应用需求,角度控制精准;通过已知点对中整平,消除人为误差,可满足水利施工质量评定规范对工程外观质量的要求;用可见激光作为控制线,可以保证水平面绝对平整,提高了控制精度,避免受风力、线长下垂等因素的影响。
  4 推广应用及效益
  (1)推广应用前景。本项目在郑州、焦作河务局范围内工程建设、工程维修养护等工作中进行了多次应用。能根据不同施工项目要求,快速提供一条可见激光束,方便实用,精度、辨识度高,保证了施工质量。在惠金河务局2016-2018年水利工程維修养护、根石加固、“十三五”黄河下游防洪工程(河南段)郑州东大坝、马渡下延500m潜坝等工程建设中进行应用,提高了工程管理效率,得以很好的实践应用。本项目研究适用于特殊地形施工类项目(如水中进占,靠河工程根石加固等),此仪器通过可见激光提供准确的基准线、点,使施工人员能够对施工部位有直观的判断,从而达到对施工过程和工程外观质量精准控制的目标,同时也提高了施工人员的安全保障,是具有普遍推广条件的研究与应用。(2)效益分析。我国水利工程建设与维修类项目数量繁多,而这些项目中安全、质量、效益是永不过时的主题。所以怎样在施工过程中能够保证人员的安全,提高施工的质量,达到预期的工程效益是我们不停在思考的问题。在我局实际工作应用中,以马渡险工52垛~66垛加固为例,由于此段工程靠河,采用传统方式测量控制抛石部位困难,且难以精准控制坡比,采用可见激光可以直观看到设计坦坡线,从而精准控制抛石部位及坡比,减少重复施工作业。此外,马渡险工料场石料距抛石地点平均运距约为2公里,每车每天可调运6车石料。而在靠河地段技术人员难以对根石坡加固新增石量进行控制,经过此仪器的实时控制可合理调度车辆进行定点定量抛石,施工时间就节约了一半。此类维修养护工程施工每年估计需要4个月时间,减少一半施工时间后,以减少现场施工人员10人为例,人工工资约150元/天,则节约劳动力成本约为90000元(10人×60天×150元)。本项目应用于东大坝、马渡下延500米潜坝工程修建中,初步估计,节省测量及数据校核成本约为15.3万元。
  参考文献:
  [1]张以谟.现代应用光学[M].电子工业出版社,2018.01.
  [2]卢锷,焦岩.光学仪器结构动态分析设计方法探讨[J].光学精密工程,1997.5(6):49-53.
  [3]任荣妍,张鹏.论测量放线时常遇问题的几种解决方法探究[J].资源信息与工程,2016,31(2):134.
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