一种钢护筒导向环的同心度及椭圆度的测量方法与流程

本发明涉及钢护筒导向环的同心度及椭圆度测量领域，尤其是涉及一种适用于钢护筒的多层导向环相互之间同心度和各层导向环椭圆度的测量方法。

背景技术：

1、随着桥梁建造技术的发展，桥梁的建设正逐渐向深海延伸，截止目前，世界上直径最大的在建桥梁钻孔桩基础的直径已达6.3m，该位置水深超过60m，面对如此大直径的桩基础施工，钢护筒的插桩精度直接影响着后续桩基础的施工，因此需要制作精度更高的导向装置来限制大直径钢护筒，从而保证大直径桩基础钢护筒的施工定位精度。

2、导向环作为钢护筒导向装置的一种结构形式，它的突出优点在于：钢护筒下放及插打过程中受力面积更大不易使钢护筒发生变形；它的缺点也十分明显，导向环加工和转运过程中容易发生变形，影响导向环的椭圆度。椭圆度测量的常规方法是钢卷尺直接丈量导向环直径，该方法不仅存在较大的测量误差，而且还无法判断具体是哪个位置发生了变形。钢护筒施工时的导向环一般设置有多层，多层导向环间的同心度直接影响钢护筒的插桩精度，同心度的测量常规方法是吊锤线进行测量，该方法不仅需临边作业，存在极大的安全风险，而且极易受风的影响，很难保证导向环与导向环之间同心度的精度要求。可见常规的椭圆度和同心度测量方法不仅测量精度低，还存在缺陷，急待改善。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种能保证上层导向环和下层导向环测量精度、操作简单的钢护筒导向环的同心度及椭圆度的测量方法，以解决克服上述背景技术存在安全风险高、测量精度低等不足。

2、本发明的目是这样实现的：

3、一种钢护筒导向环的同心度及椭圆度的测量方法，特征是：具体步骤如下：

4、(1)待测点布置：钢护筒导向环分上层导向环和下层导向环，待测点布置是在钢护筒导向环定位前完成的，在相互分离的上层导向环和下层导向环的内边缘上间隔45°分别制作八个待测点，待测点采用“⊕”和“☉”两种形状间隔制作标记，并进行统一编号，采用“⊕”形状制作标记的待测点作为上层导向环和下层导向环十字线上的点；

5、(2)钢护筒导向环安装和定位：用全站仪分别放样待定位的钢护筒导向环的上层导向环和下层导向环的纵横十字线，分别调整待定位的钢护筒导向环的上层导向环和下层导向环的位置，使步骤(1)所述上层导向环和下层导向环的十字线上的点分别与放样的待定位的钢护筒导向环的上层导向环和下层导向环的纵横十字线的投影重合，完成待定位的钢护筒导向环的安装和定位；

6、(3)待测点数据采集：用全站仪依次测量步骤(1)所述已定位的钢护筒导向环的上层导向环和下层导向环所有待测点的坐标，完成外业数据采集工作；

7、(4)完成已定位的钢护筒导向环的上层导向环的圆心坐标计算及椭圆度计算；

8、(5)完成已定位的钢护筒导向环的下层导向环的圆心坐标计算及椭圆度计算；

9、(6)完成已定位的钢护筒导向环的上层导向环和下层导向环之间的同心度计算；

10、(7)调整椭圆度及同心度：根据步骤(4)、步骤(5)的椭圆度计算结果，分别对已定位的钢护筒导向环的上层导向环和下层导向环的椭圆度进行调整，直至满足椭圆度不大于0.1％，根据步骤(6)的同心度计算结果调整上层导向环和下层导向环之间的同心度不大于0.3％。

11、在步骤(1)中，待测点布置是在钢护筒导向环定位前完成的，待测点的编号规则为a(b)+测点序号i(i＝1,2……,8)，ai为上层导向环待测点，bi为下层导向环待测点，安装时，待测点ai在待测点bi的正上方；

12、上层导向环和下层导向环中各自的八个待测点均制作在每层导向环内的边缘上，每层两待测点间的间隔角度均为45°，待测点采用“⊕”和“☉”两种形状间隔制作标记，其中采用“⊕”形状制作标记的待测点作为上层导向环和下层导向环十字线上的点；

13、按照编号规则，选取任意一个标记为“⊕”形状的待测点作为第一个点，即编号为a(b)1，剩余待测点按顺时针方向编号依次为a(b)2、a(b)3、a(b)4、a(b)5、a(b)6、a(b)7、a(b)8。

14、在步骤(2)中，首先在测量塔上架设全站仪后视定向，完成测站设置，然后用全站仪分别放样待定位的钢护筒导向环的上层导向环和下层导向环的纵横十字线，以分别放样的待定位的钢护筒导向环的上层导向环和下层导向环的纵横十字线为基准，分别调整上层导向环和下层导向环的位置，使步骤(1)所述的上层导向环和下层导向环的十字线上的点分别与放样的上层导向环和下层导向环的纵横十字线的投影重合，最后进行临时固定，完成待定位的钢护筒导向环的安装和定位。

15、在步骤(3)中，上层导向环和下层导向环待测点的数据采集是将全站仪架设在下层导向环内任意位置按顺序依次测量步骤(1)所述待测点的坐标，上层导向环上的八个待测点的二维平面坐标分别为a1(xa1，ya1)、a2(xa2，ya2)、a3(xa3，ya3)、a4(xa4，ya4)、a5(xa5，ya5)、a6(xa6，ya6)、a7(xa7，ya7)、a8(xa8，ya8)，下层导向环八个待测点的二维平面坐标分别为b1(xb1，yb1)、b2(xb2，yb2)、b3(xb3，yb3)、b4(xb4，yb4)、b5(xb5，yb5)、b6(xb6，yb6)、b7(xb7，yb7)、b8(xb8，yb8)，完成外业数据采集工作。

16、在步骤(4)中，上层导向环圆心坐标计算是采用求解步骤(3)所述待测点ai-2～ai、ai～ai+2之间垂直平分线的交点均值实现，其中：当测点序号i-2小于零时，令i-2等于i-2+8；当测点序号i+2大于8时，令i+2等于i+2-8；

17、当i＝1时，求解a7--a1、a1--a3垂直平分线的交点坐标p1(xp1，yp1)，采用相同的方法，求解当i＝2时a8--a2，a2--a4垂直平分线的交点坐标p2(xp2，yp2)，当i＝3时a1--a3、a3--a5垂直平分线的交点坐标p3(xp3，yp3)，当i＝4时a2--a4、a4--a6垂直平分线的交点坐标p4(xp4，yp4)，当i＝5时a3--a5、a5--a7垂直平分线的交点坐标p5(xp5，yp5)，当i＝6时a4--a6、a6--a8垂直平分线的交点坐标p6(xp6，yp6)，当i＝7时a5--a7、a7--a1垂直平分线的交点坐标p7(xp7，yp7)，当i＝8时a6--a8、a8--a2垂直平分线的交点坐标p8(xp8，yp8)，再通过公式1计算出上层导向环圆心坐标p0(xp0，yp0)：

18、xp0＝(xp1+xp2+xp3+xp4+xp5+xp6+xp7+xp8)÷8

19、yp0＝(yp1+yp2+yp3+yp4+yp5+yp6+yp7+yp8)÷8 (公式1)

20、上层导向环的椭圆度计算首先是根据公式2分别计算步骤(3)所述待测点a1--a8与计算的上层导向环的圆心坐标p0的距离l1--l8，再根据公式3计算得出上层导向环的椭圆度fa：

21、

22、fa＝2×[max(li)-min(li)]÷ra×100％(i＝1,2……,8) (公式3)

23、式中，ra为上层导向环的设计半径，max(li)表示在l1--l8中最大的一个数，min(li)表示在l1--l8中最小的一个数。

24、在步骤(5)中，下层导向环的圆心坐标计算，同样是通过求解bi-2～bi、bi～bi+2之间垂直平分线的交点均值实现，与步骤(4)所述的计算方法相同，先分别计算出各垂直平分线的交点q1(xq1，yq1)、q2(xq2，yq2)、q3(xq3，yq3)q4(xq4，yq4)、q5(xq5，yq5)、q6(xq6，yq6)、q7(xq7，yq7)、q8(xq8，yq8)，在根据公式4计算下层导向环圆心坐标q0(xq0，yq0)：

25、xq0＝(xq1+xq2+xq3+xq4+xq5+xq6+xq7+xq8)÷8

26、yq0＝(yq1+yq2+yq3+yq4+yq5+yq6+yq7+yq8)÷8 (公式4)

27、根据公式5分别计算待测点b1--b8与计算的下层导向环的圆心坐标q0的距离m1--m8，再根据公式6计算下层导向环的椭圆度fb：

28、

29、fb＝2×[max(mi)-min(mi)]÷rb×100％(i＝1,2……,8) (公式6)

30、式中，rb为下层导向环的设计半径，max(mi)表示在m1--m8中最大的一个数，min(mi)表示在m1--m8中最小的一个数。

31、在步骤(6)中，已知上层导向环和下层导向环的竖向距离为h，根据公式7计算上层导向环和下层导向环之间的同心度◎：

32、

33、式中，(xp0，yp0)为步骤(4)所述上层导向环圆心p0的坐标，(xq0，yq0)为步骤(5)所述下层导向环圆心q0的坐标。

34、在步骤(7)中，椭圆度的调整是通过将步骤(4)和步骤(5)中所述的各待测点与各层导向环圆心坐标的距离调整至各层导向环的设计半径实现的，调整后，再根据公式3和公式6分别计算上层导向环和下层导向环的椭圆度，判断椭圆度是否满足不大于0.1％，如若满足则无需再调整，如若不满足，需继续调整直至满足要求；同心度调整时，采用下层导向环固定不动，将上层导向环纵向调整xp0-xq0的距离、横向调整yp0-yq0的距离来实现，调整后再根据公式7计算上层导向环和下层导向环之间的同心度，判断椭圆度是否满足不大于0.3％。

35、本发明的有益效果是：

36、本发明较传统吊垂线法具有明显优势，能保证上层导向环和下层导向环之间同心度的精度要求，定位测量精度高，操作简单，还能减小临边作业的安全风险，也极大地简化了同心度的测量方法。

37、本发明不仅能准确测量出椭圆度，并能找出各层导向环具体的变形位置。

38、本发明不局限于应用在导向环施工测量中，任何与本发明类似的筒状结构施工测量也同样适用。

39、本发明不仅适用于上、下两层导向的导向环椭圆度及同心度的测量，而且也适用于更多层数导向的导向环椭圆度及同心度的测量。