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激光平面（水准）仪在工程建设中的应用 |
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| 激光平面（水准）仪在工程建设中的应用 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 9:28:11  |
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罗三虎
陕西省水电工程局黑河水利枢纽施工指挥部，陕西西安710401
激光平面（水准）仪在工程控制测量和工程施工中的应用，为加快工程进度，实现机械自动化，提高工程质量开拓出一条新的路子，是当今工程建设中控制测量的一种先进的技术设备。
1 激光平面（水准）仪及其附属设备
激光平面（水准）仪由仪器发射端和接收端两部分组成。发射端由仪器本身设置的旋转激光发射器、大三角架、12V蓄电池组成。接收端有滑秆钢带尺组成可移动型探测接收器和固定型柱状接收器系统、传导升降显示系统两种类型。
2 性能及工作特点
激光平面（水准）仪应用的是可见光谱区目视能见的激光光线，它的光源构件安装在该仪器的电动旋转结构转子的上端，接上12V电源后，其旋转结构可在360°范围内作水平、倾斜旋转，打开激光电钮即刻发射旋转光束，从而在空间形成一个发光平面。为大面积农田、飞机场、广场实现均匀平整提供了一条高精度的，并与设计理想坡度相吻合的空间平面。由光敏元件组成的激光接收器、探测器配合机械液压升降系统由机械操作手实施高精度均匀平整，其效果甚佳。在进行大型渡槽、桥梁、渠道、排水管道的安设、断面开挖、中线、准线平面控制、高程控制中，借助于仪器设置的某一理想设计光束所指出的准直线；用滑尺探测器测定构筑物任意点轴线偏移和高程变化情况。当坡度值输入为零时，仪器自动安平，用探测器测定半径300 m范围内任意点之高程，省人力，省时间，打破了目前常规的转点测量法。
3机械化平整土地的实施办法
3．1 原地面高程测量及设计高程的确定
3．1．1 方格网的建立
首先在宜平整田块内做方格网布置，网格点间距视地形陡缓程度确定，一般为15～30m，网格点均打一木桩并编号以标示测定位置。
3．1．2 测量实施
①安置仪器：
在宜平整场地上安置激光平面仪，移动大三角架使圆气泡置于中央，接通电源，打开开关，仪器在3min内自动安平并处于备用状态，坡度输入值为零时，仪器发光平面处水平状态。
②高程测定：
由已知的水准点测定出仪器的视线高，方法是将滑尺探测器立于光束半径控制范围以内的高程水准控制点（BM点）上，用滑尺探测器作上下动接收信号，探测器光敏元件接到信号时其上下黄灯发出间断的啼声，再做上下微小移动时中间绿滑灯点亮，发出不间断的长信号声，此时，说明已接收到最佳光束，司尺者立即在滑尺上读数a，这时激光平面仪的发光平面高程为
H光＝H0＋a （1）
式中 H光——光束高程；
H0——已知点（海拔）高程或（相对）高程；
a——滑尺读数。
该高程确定后便可测定各方格网点的高程，测量时探测员逐各网点测定，并按号将读数记录。各点高程按下式计算
Hi＝H光－b （2）
式中 Hi——各点之高程；
b——各网点滑尺读数。
完成各网格点高程测量后，将其高程整理填表。
3．1．3 确定田块设计高程具体方法有两种：
①算术平均法：
式中 n——网格交点数。
此法是将欲平整田块测得的高程加起来，除以田块总格点数，其计算简单，适宜于面积大田块坡度、形状单一、地势变化小的地区。对于面积大、地形变化复杂破碎的田块不宜采用。
②加权平均法：
此法是将各方格的平均高程算出后，把各方格的平均值加起来再除以方格数
式中 Δ——方格数；
角点——田块四角点；
边点——四角点外的田块边点；
拐点——田块凸出部分之拐点；
中点——田块内除角点、边点、拐点以外的内框点。灰色比例尺上的0点对准在三角架的固定法线上。工作原理如图1所示。
式中 Y——设计横向坡角值；
X——设计纵向坡度值。
（3）将仪器向B方向移动，直至比例尺上的n值对准法线为止。
（4）读取η值下方所对应的数值ξ＝0.952。
（5）用ξ值除以坡度A％（双向坡度值的最大值）得出复合坡度：
Ci＝A／Δ＝4.0／0.952＝4.2％（4）
将Ci值输入激光平面仪内即可正常工作。
3．2．2 平面直角坐标法（矢量合成原理）
此法是把整个田块网络与平面直角坐标系联系起来加以考虑，简单易行精度好。
复合坡度的计算：将X，Y双向坡度值看做两个向量计算复合方向B／A＝1.28／4.0＝0.32
arctanθ＝17°44′40″方位角α＝±180°＋a始＋tanθ复合坡度ci
计算题结果与1相同。
3.3 平整实施
3.3.1 田块控制点放样
在田块网络中任选4个角点,采用已设计好的格网角点坐标与相邻高级坐标点进行方位角边长反算,用经纬仪测角,视距法或红外测距仪.钢带尺量距将4个角点分别放样至欲平整地面后,砸好木桩,各方格点高程分别用水准仪施测,将木桩顶高程控制在设计的标高上.
3．3．2 仪器安置
在宜平整的田块上任选一个边，在边长的1／2处安置激光平面仪，（若田块面积过大可置仪器于中央位置）方法同前述。
3．3．3 检验
用滑杆尺探测器接收激光器发射的讯号，分别鉴定放样点高程（坡度）是否与设计的坡度相吻合，当4个角点上滑尺探测器上标尺读数均相等时，证明放样测设无误。
3．3．4 铲运机刀口安置
铲运机刀口经液压系统控制升降至放样点木桩顶部，这时将铲斗架上安装的柱形接收器做上下移动，收接最佳光束使操作室的绿灯（设计标高）自亮，随之旋紧接收器下边的套管螺母固定接收器位置，使其在机械运行中不移动即可由机械操作手实施全面平整。
3．4 平整效率与质量对比
采用激光平面（水准）仪配合铲运机实施平整进度甚快，本人在伊拉克阿布格里泊灌区工程负责技术施工中，先后完成了SA－13，SA－12，SA－7等分区的土地平整，其速度相当快，现按日进度列表统计对比（表1）。
表1为3台铲运机联合实施平整的统计资料，其每台日均移动土方721m3，每台日进度16.83亩。比目前我国人力配合小型机具平整，其效率高达4.8倍之多，费用仅占其17.54％，且田块平整度好坡度均匀，节约了灌溉用水量。
4 结 语
应用激光平面（水准）仪配合自行式铲运机进行大面积自动化场地平整效能是十分可观的，它不仅应用于场地平整，而且广泛地应用于修渠、开沟、筑路、筑坝以及大面积高精度混凝土面层的铺筑工程，是工程施工建设中控制测量的一种先进工具，值得推广应用。
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