适用于铁塔塔脚定位的分坑装置设计

摘要：铁塔塔脚定位的准确度直接影响铁塔组立的安全性、可靠性和稳定性。现从铁塔塔脚定位中的关键问题出发，设计便携式伞状分坑装置。该工器具由角度尺确定线路的角平分线，配合伞状角度杆，按0°、45°、135°、225°、315°依次延展，实现铁塔塔脚的快速定位，其质量轻便，易于携带，操作简单，使用便捷，大幅缩短了铁塔塔脚测量耗时。

关键词：塔脚定位；分坑装置；支架组件；应用效果

中图分类号：TH122    文献标志码：A    文章编号：1671-0797（2024）07-0046-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.07.012

0    引言

在10 kV线路铁塔建设过程中，工作人员大多采用圆规法确定线路的角平分线，再通过找垂直线确定坑位方向[1]。由于土建工程人员流动大，工作人员常常不熟悉确定铁塔坑位挖掘方向的方法，经常发生坑位方向挖错导致需重新挖掘的情况，严重影响了工程进度。因此，着力研制一种简易分坑装置，结构简单，易于操作，可为铁塔基础建设提供较大的便利性，极大地提升工作人员的工作效率，该装置一旦获得广泛推广，必将助推相关工作效率的提升。

1    技术原理

铁塔塔脚分坑定位时对控制桩要求非常严格，需根据作业情况设置中心桩、辅助桩、转角位移桩、控制桩等。尤其是在中心桩和辅助桩设置时，应先根据技术指标和现场情况明确基础根开、基础底座宽和坑深等数据，按照安全系数及操作裕度设置科学的坑口放样操作[2]。然后，再通过光学仪表进行检验、校正、对中和整平，使仪器能够准确测数，获取铁塔塔脚的位置参数。

以矩形铁塔为例，铁塔基础正面根开为x，侧面根开为y，坑口尺寸为a，则以基础根开为依据建立横纵方向标，将标杆分别置于x轴和y轴上，距各脚间距应分别为（x+y）/2，标杆点间连线过矩形铁塔的4个塔脚，如图1所示。

确定矩形铁塔中心桩后，将光学经纬仪置于O点，对光、调平、校验，保证仪表参数与现场测试需求一致。检查无误后，将前置望远镜瞄准标杆对焦，并将十字丝精密对准标杆，瞄准前后仪器控制方向，用卷尺测量参数，确认其与初始参数（x+y）/2是否一致。若测量结果与设定参数相同，则将光学经纬仪换相手轮转至水平，打开水平度照明反光镜，使其镜头旋转90°，重复上述检查。

确认A、B、C、D中辅助桩位置无问题，将相邻辅助桩连接，可以A、B、C、D任意一点取线段L1和线段L2，其长度分别为：

L1=■（y-a）

L2=■（y+a）

此时，找一根长度为2a的细绳，将其两个端点分别置于L1和L2长度处，向内（或外）拉直细绳中点，达到最大距离后则可确定铁塔塔脚的位置，同时画出铁塔塔脚基坑轮廓，达到分坑定位的效果[3]。

2    设计方案

本次设计的铁塔塔脚分坑装置在光学经纬仪分坑定位原理基础上进行调整，设置5个基准角度，分别用于中心点O和A、B、C、D辅助桩的快速定向；配置对中组件用于仪表的检查和自动校验，其可保证装置始终处于水平状态，增强测量数据的准确性和可靠性。

2.1    装置设计

如图2所示，适用于铁塔塔脚定位的分坑装置主要包括主机体、支架组件、对中组件和测量定位组件等，选用角度尺和角度杆进行角度测量。其中，角度尺采用圆规法确定线路的角平分线；伞状角度杆由金属材质制成，设计成伞状结构，打开时有5根可折叠杆延伸而出，采用固定5个角度，即0°、45°、135°、225°、315°，打开时为伞状结构，不用時可折叠，减少占用的空间，小巧轻便[4]。

（1）主机体。设置角度尺和对中仪。角度尺在测量时通过圆规法画出准确的角平分线，再根据红外对中仪中的参数调整分坑装置的位置，使其在x方向和y方向上均处于正中状态，从而保障后续计算结果的合理性和有效性。同时，主机体还安装多类型锁紧件，可在移动过程中与支架组件牢固连接锁紧。

（2）支架组件。主要用于主机体的固定，包括主体架、转动元件、锁紧元件等。为增强分坑装置的实用效果，本次设计中在支架组件上安装角度显示器，直接置于分坑装置的正前方，便于读数。

（3）对中组件。连接主机体与伞状角度杆，设置多层夹板，可根据使用要求向不同高度和不同角度延伸，从而满足多场景作业需求。该夹板中均设置驱动调节机构，可在拉伸或转动中腔体时形成联动，从而保证各个伞状角度杆始终处于0°、45°、135°、225°、315°。同时，夹板中还设置升降调节机构，可在套紧中心桩后在垂直方向上多相调高、固定、读数，操作非常便捷。

（4）测量定位组件。适用于铁塔塔脚定位的分坑装置可根据各伞角的位置关系，采取相序角阶梯计算的方法使其GF1=GF2=GF3=GF4=2Lj=L（L为基础根开），依次放角桩A、B、C、D，即两条对角线互相垂直[5]，则此时：

式中：L近为塔位中心桩G至基础坑内对角线顶点的距离；L中为塔位中心桩G至基础坑中心的距离；L远为塔位中心桩G至基础坑外对角线顶点的距离；Lj为基础半根开，Lj=L/2；a为坑口尺寸。

上述伞状角度杆可按照定位要求依次展开，形成稳固的正方形。在辅助杆定位时可将装置直接置于中心点，然后按照不同方向延展角度杆，配合卷尺将A、B、C、D辅助杆依次就位；在铁塔塔脚定位时可将装置置于L的中间点，然后按照不同方向延展，配合卷尺确定塔脚轮廓。

2.2    优化方案

为进一步提升铁塔塔脚分坑装置的可靠性和便捷性，在设计时还可加装微处理器，将其置于主机体中；加装红外感应装置，置于测量定位组件区；加装采集元件，置于角度尺、角度杆中，形成智能化铁塔塔脚定位系统，即：（1）通过红外感应装置自动测距，配合角度尺和卷尺测量结果，获取铁塔基础中心桩位置以及分坑相对于中心桩的目标角度和目标距离[6]。（2）根据中心桩位置对应放置铁塔塔脚分坑装置，并操作对中组件使主机体与中心桩对中，调整支架组件以使水平仪保持水平状态[7]。（3）调整主机体方位，直至与线路设计方向一致。调整测量定位组件到目标角度，对不同角度杆的就位情况进行智能检查。确定无误后，通过红外感应装置自动测距，将其传输到微处理器中，同时采集元件将角度杆就位参数上传，自动计算目标角度方向上的目标距离。（4）根据目标角度和目标距离得出铁塔塔脚分坑中心点位并进行验证，满足技术标准和现场指标后，将其在移动平台中可视化显示，为铁塔基础施工操作提供有效参考依据。

3    应用效益

3.1    应用评估

适用于铁塔塔脚定位的分坑装置质量轻，结构简单，携带方便；操作简单易懂，能大幅缩短测量铁塔基础坑位的时间；测量准确，避免了工作人员测量坑位不准确导致铁塔基础坑位重挖，浪费人力、物力。

适用于铁塔塔脚定位的分坑装置已经开始在本单位铁塔基础施工中推广应用，且取得了良好成效。经现场测试，本实用新型装置可将铁塔基础分坑定位的平均工作时间由4.5 h缩短到1 h以内。操作过程中人员只需在中心点通过伞状角度杆定位即可，不需要再进行光学经纬仪的用前校准和测试调整，时效性显著。该装置整体重量较轻，杆体采用新型复合材料，既满足户外便携需求，又具备定位固定强度，可直接通过手提工具箱携带到现场，单个测试人员就可以完成所有的铁塔塔脚分坑定位工作，从根本上降低了人工成本。

3.2    注意事项

适用于铁塔塔脚定位的分坑装置在操作过程中，应注意：（1）基于两边与对角线距离相同的原理，由固定在伞状角度杆上方的角度尺确定线路方向的对角线为横担方向。（2）以横担方向为原点，将伞状角度杆的0°杆对准对角线，向右打开四条固定角度的边，分别为45°、135°、225°、315°，在上述方向上量取同样的距离，并在各点钉立辅助桩，这四点即为铁塔基础的四个塔脚方向标识。（3）确定无问题后，将分坑装置稳固。该装置底部装支架撑，可直接将支架台向上推动，再将该装置锤入泥土中以达到固定使用的目的。（4）固定完成后沿着塔脚方向测出相应塔型的塔脚距离，确定塔脚位置后拆下分坑装置，按照图纸顺序依次测量其他铁塔塔脚。（5）全部测量完毕后，清理铁塔塔脚定位分坑装置，将角度尺和角度杆恢复到初始状态，关闭装置电源，装置检查无误后放回工具箱中。

4    结束语

铁塔基础施工过程中要根据施工环境合理选择塔脚分坑定位装置，按照可靠性指标适当优化和调整，使分坑定位装置能够可靠固定、精准定位、有效分坑。本次設计的适用于铁塔塔脚定位的分坑装置通过角度尺定角平分线，利用角度杆定时序点位，减少了传统测试时的设备调试耗时，从根本上改善了铁塔基础施工质量和施工效益，为我国输电线路安全、可靠、稳定运行打下了坚实基础。

[参考文献]

[1] 赵有鸿.钢管塔基础八支地脚螺栓的精确定位[J].青海电力，2008，27（增刊1）：62-64.

[2] 庄会云，杨振东，韩朋，等.超高层贯穿双层柱脚底板的巨型锚栓群精确预埋技术[J].建筑技术，2022，53（4）：428-430.

[3] 利小兵.角度法分坑在输电线路矩形铁塔基础施工中的应用[J].四川建材，2007，33（5）：129-130.

[4] 陈兵.铁塔基础复测分坑方法探讨[J].华东科技（学术版），2014（11）：246.

[5] 张继强，黄向开，李遵达.耐张转角塔基础分坑原则的探讨[J].广东输电与变电技术，2004（2）：31-33.

[6] 陈红涛，陈丹.输电线路大开挖基础施工中长方形分坑解析[J].建材与装饰，2021，17（18）：223-224.

[7] 张京超.杆塔基础中心有碍时的分坑测量方法[J].黑龙江科技信息，2016（5）：88-89.

收稿日期：2023-11-28

作者简介：何秋宇（1995—），女，广东茂名人，工程师，工程建设部仓储配送班班组技术员，研究方向：电力系统。