一种激光集成装置和隧道防水垫圈辅助定位装置的制作方法

1.本实用新型涉及隧道施工设备领域，具体而言，涉及一种激光集成装置和隧道防水垫圈辅助定位装置。


背景技术：

2.隧道施工中防排水施工是一道很关键的工序，但因目前机械自动化在中小隧道施工中普及较低，隧道防水板的铺设大多还采用自制防水台车加人工的方法铺设，凭人工肉眼定位打设防水垫圈。这样的操作极不规范，即没有方向性亦没有统一的距离，使防水板挂设没有方向参照，同时间距不一的固定点位亦使防水板铺设很不平顺，因此大大降低了防水板铺设的规范性，降低了隧道防水效果。
3.目前采用人工防水施工的隧道，均先使用射钉枪穿上防水垫圈将土工布固定在隧道初支面上，采用自制固定尺寸的“十字钢筋”或仅凭肉眼来控制防水垫圈的位置，这样布设出来的垫圈由于误差累积致使位置凌乱，不能给之后的防水板挂设提供方向参照，导致防水板挂设过程中容易出现褶皱现象，防水板搭接不顺直、鼓包，降低防水效果，影响后期衬砌钢筋绑扎。
4.为了能规范精确布设防水垫圈，现有技术中是先采用全站仪定向，再采用人工拉尺或使用准绳，详细标注每一个垫圈点位，再在标注的点位上打设防水垫圈，这样布设出的垫圈整体方向一致，间距均匀，防水板挂设时将防水板边线与固定好的防水垫圈方向对齐，防水板铺设亦平整顺直，没有鼓包等褶皱影响防水板密封性能的瑕疵出现。
5.具体的，整道工艺的关键即是依靠全站仪，在隧道壁上标注出隧道方向线，以边墙为例，如图1所示(隧道坡度x％)，先测出a点，再间隔10至12米测出a
′
点，要求a
′
点与a点在隧道内的相对高度一致。再在a点下方或上方两米范围内测出b点，要求b点与a点里程一致。在与b点间隔10至12米测出b
′
点，要求b
′
点与b点在隧道内的相对高度一致；如此ab和a
′b′
始终与隧道轴线垂直，aa
′
和bb
′
始终与隧道轴线平行。
6.在a与b，a
′
与b
′
点间拉上直线，每隔距离f/2打一防水垫圈，分别作为c、d、e，c
′
、d
′
、e
′
点，然后在c、c
′
，a、a
′
，d、d
′
，b、b
′
，e、e
′
点间拉上直线，每隔距离f打一防水垫圈，如此便可在隧道壁上打出方向与隧道轴线平行的，规律整齐的防水垫圈。
7.防水卷材铺设前将卷材沿隧道环向展开，如图2所示(隧道坡度x％)使卷材一条长边gi或hj与ab或a
′b′
平行，因ab和a
′b′
始终与隧道轴线垂直，因此防水卷材gh和ij也始终与隧道轴线垂直，如此可使卷材顺着隧道壁整齐规律的铺设。由于卷材与隧道轴线方向平行，可保证卷材始终与隧道壁密贴，在隧道初支面平顺的前提下，防水卷材不会出现鼓包错缝等常见弊病，也就不用对铺好的卷材进行修补，可将水有效隔离在拱墙衬砌背后。
8.但是，使用全站仪进行测量定位时，整个过程较为繁琐，无法做到快速施工。


技术实现要素：

9.本实用新型的目的在于提供一种激光集成装置和隧道防水垫圈辅助定位装置，其
能够做到快速规范施工。
10.本实用新型的实施例是这样实现的：
11.第一方面，本实用新型提供一种激光集成装置，包括连接杆和多组激光灯组；
12.所述激光灯组包括多个激光射灯，同组所述激光灯组中的所述激光射灯的光线在同一平面上；
13.所述激光灯组设置在所述连接杆上，用于使所述激光射灯投射在隧道内壁上的光点形成光点矩阵。
14.在可选的实施方式中，间隔设置的所述激光灯组中的激光射灯的数量和照射方向均相同。
15.在可选的实施方式中，所述激光灯组滑动设置在所述连接杆上，能够调节相邻所述激光灯组的间距。
16.在可选的实施方式中，所述连接杆的材质为弹性材质。
17.第二方面，本实用新型提供一种隧道防水垫圈辅助定位装置，包括移动台架和前述实施方式任一项所述的激光集成装置；
18.所述激光集成装置设置在所述移动台架上。
19.在可选的实施方式中，所述移动台架上还设置有调节装置；
20.所述调节装置连接所述激光集成装置，用于调节所述激光集成装置的位置。
21.在可选的实施方式中，所述调节装置包括竖直调节杆和水平调节杆；
22.所述竖直调节杆固定设置在所述移动台架上；
23.所述水平调节杆滑动设置在所述竖直调节杆上，所述水平调节杆能够在所述竖直调节杆上做竖直方向的位移；
24.所述激光集成装置设置在所述水平调节杆上，所述激光集成装置能够在所述水平调节杆上做水平方向的位移。
25.在可选的实施方式中，所述竖直调节杆和所述水平调节杆上均设置有刻度。
26.在可选的实施方式中，所述激光集成装置的数量为多个；
27.多个所述激光集成装置的所述连接杆平行设置在所述移动台架上，用于使多个所述光点矩阵形成较大的投影矩阵。
28.在可选的实施方式中，所述移动台架上设置有移动轮，所述移动轮用于带动所述移动台架进行移动。
29.本实用新型实施例的有益效果是：
30.通过在连接杆上设置多组激光灯组，利用多个激光灯组的照射，形成光点矩阵，用于对防水垫圈的放置位置进行精确定位，使得整个过程较为简单快捷，实现了快速和规范施工的目的。
附图说明
31.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
32.图1为现有技术中通过全站仪进行防水垫圈位置定位时的测量原理图；
33.图2为现有技术中对防水卷材进行铺设时的原理图；
34.图3为本实用新型实施例提供的激光集成装置的结构示意图；
35.图4为本实用新型实施例提供的隧道防水垫圈辅助定位装置的结构示意图；
36.图5为本实用新型实施例提供的隧道防水垫圈辅助定位装置使用时的误差分析原理图；
37.图6为本实用新型实施例提供的隧道防水垫圈辅助定位装置的调节装置的结构示意图；
38.图7为本实用新型实施例提供的隧道防水垫圈辅助定位装置的连接杆变形矫正示意图；
39.图8为本实用新型实施例提供的隧道防水垫圈辅助定位装置的另一种结构示意图；
40.图9为本实用新型实施例提供的隧道防水垫圈辅助定位装置的使用状态参考图。
41.图标：1-连接杆；2-激光灯组；3-激光射灯；4-移动台架；5-激光集成装置；6-调节装置；7-隧道壁；8-竖直调节杆；9-水平调节杆；10-高度调整装置；11-移动轮；12-通风管。
具体实施方式
42.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
43.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
44.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
45.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
46.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
47.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介
间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
48.下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
49.第一方面，本实用新型提供一种激光集成装置，如图3所示，包括连接杆1和多组激光灯组2；激光灯组2包括多个激光射灯3，同组激光灯组2中的激光射灯3的光线在同一平面上；激光灯组2设置在连接杆1上，用于使激光射灯3投射在隧道内壁上的光点形成光点矩阵。
50.具体的，在本实施例中，通过连接杆1将多组激光灯组2连接在一起，形成一个整体的激光集成装置5，利用每组激光灯组2中的激光射灯3向隧道壁7上进行投射，使其在隧道壁7上形成光点矩阵，通过光点矩阵实现对防水垫圈的固定位置的定位。
51.具体的，在本实施例中，激光灯组2中的多个激光射灯3在进行设置时，相邻两个激光射灯3之间的夹角可能不相同，目的使其在隧道壁7上的投影的间距相同。
52.具体的，在本实施例中，相邻的激光灯组2之间的间距相同，使得激光射灯3向隧道壁7上进行投射时的光点会形成光点矩阵。
53.在本实施例中，激光灯组2还包括安装座，激光射灯3均固定设置在安装座上，使得多个激光射灯3通过安装座形成一个整体。
54.在使用时，通过各个激光灯组2中的激光射灯3向隧道壁7上进行投射后，形成的光点矩阵，而光点矩阵中的每一个光点均为防水垫圈的位置，进而较为方便的找到防水垫圈的设置位置，实现了对防水垫圈的位置定位。
55.在可选的实施方式中，间隔设置的激光灯组2中的激光射灯3的数量和照射方向均相同。
56.具体的，在本实施例中，如图3所示，间隔设置的激光灯组2中的激光射灯3的数量相同，而相邻的激光灯组2中的激光射灯3的数量不同，使得防水垫圈的定位位置具有一定的交叉，能够增加防水垫圈的稳定性。
57.在可选的实施方式中，激光灯组2滑动设置在连接杆1上，能够调节相邻激光灯组2的间距。
58.在本实施例中，激光灯组2滑动设置在连接杆1上，能够使得激光灯组2中连接杆1上的位置可调，进而使得激光集成装置5能够适用不同的隧道壁7，能够与不同的防水垫圈设置方式进行匹配。
59.具体的，在本实施例中，滑动设置的方式可以是在激光灯组2的安装座上设置滑动孔，通过滑动孔将安装座套设在连接杆1上，也可以是在连接杆1上设置滑动槽，使得安装座能够在滑动槽内进行滑动。
60.需要指出的是，激光灯组2中连接杆1上的滑动设置方式有很多种，可以是上述的两种方式，其也可以是其他的滑动设置方式，只要实现激光灯组2中连接杆1上的滑动即可。
61.具体的，连接杆1上设置有c、d、e、f四组激光灯组2，激光灯组2可通过滑动调整相互之间的间距；四组激光灯组2上的激光射灯3分为k、l、m、n、o、p、q七排，每排激光射灯3固定在一条纵向连接杆1上，通过调整连接杆1转动可调节每排激光射灯3角度，当激光射灯3的投射点投影到初支面后，可通过调整每排激光射灯3的角度来调整每排激光投影在隧道
拱璧上的距离；四组激光射灯3中c、e组同排，d、f组同排，c、e与d、f中的激光射灯3呈交错布置。
62.在可选的实施方式中，如图7所示，连接杆1的材质为弹性材质。
63.严格意义上讲，当在隧道口拱壁打下第一个防水垫圈后，该隧道的其余防水垫圈位置便一同固定，因为其后打的每一个垫圈，位置都是相对于前一个推算而来的，因此激光定位装置的作用就是将设计好的垫圈位置标示出来，标示的准确与否与装置的设计有直接关系。
64.安装在移动台架4上的激光集成装置5，因受移动台架4行走时产生的横向位置偏差，和仰拱施工产生的竖向高程偏差的影响，造成激光集成装置5中的激光灯组2的位置发生改变，从而使投射到拱壁的光点位置发生偏移。
65.鉴于上述情况，可通过间接调整激光射灯3角度，来直接调整激光点在拱壁的投射位置。角度调整的大小与移动台架4偏移距离呈正相关关系。
66.每一排激光射灯3(k、l、m、q)分别固定在同一根连接杆1上，若使用刚性的连接杆1，移动台架4前后激光射灯3的调整角度一致，无法满足移动台架4前后位置偏移距离不一致的要求，因此考虑使用可产生均匀塑性变形的弹性材料制作连接杆1，均匀变形可使连接杆1上的激光射灯3投射到拱壁后始终呈一条直线。
67.激光集成装置5在出厂前根据移动台架4尺寸，使用公式计算或使用cad放样，求得移动台架4一端在各种位置偏移情况下相对应的每一排激光射灯3偏移角度，这样可简单构成一种函数关系，假设变量是移动台架4的h值(横向偏差)和g值(高程偏差)，则求得值是各排激光射灯3(k、l、m、q)的角度变化值，亦即各排激光射灯3需要旋转调整的角度值(g、h取值范围均是-20cm～ 20cm)，且装置两头的函数关系相同。
68.实际应用时，现场实测移动台架4前后的g、h值，分别输入装置控制器，装置根据输入的变量值，自动检索已经设置好的各排激光射灯3旋转角度，并通过精密角度控制器，自动调整各排激光射灯3两头的角度。
69.该偏差矫正设计将激光点位置偏差矫正，由可见的g、h物理轴，变为肉眼不可见的g、h参数，在物理空间上缩小了装置体积，缩小了现场施工在空间范围上对装置可能造成的碰撞等影响，更加有效适应隧道狭窄的空间环境。
70.第二方面，本实用新型提供一种隧道防水垫圈辅助定位装置，如图4和图9所示，包括移动台架4和前述实施方式任一项的激光集成装置5；激光集成装置5设置在移动台架4上。
71.沿隧道纵向将激光集成装置5的连接杆1固定在移动台架4上，因移动台架4为了减轻重量，均使用轻型钢骨架加镂空钢丝网加工，因此安装在移动台架4上的激光灯组2，绝大部分的光点都可通过钢丝网空隙投放至隧道墙上。
72.考虑到现场施工影响，将激光集成装置5安装至移动台架4顶层靠中间位置，可以有效避开施工碰撞，同时避开隧道通风管12的遮挡，能使激光灯组2的范围覆盖整个拱墙。
73.安装前隧道测量人员通过全站仪测点放样，在移动台架4的前方仰拱面上标示出隧道中点i点与j点，同时计算中点i点与j点实际标高与设计值的偏差情况。
74.在使用前，先通过隧道断面尺寸，计算需要加装的每个激光集成装置5中的激光灯组2的数量，以及每个激光灯组2中的激光射灯3的数量，假设隧道初期支护的断面弧长25m，
每组衬砌长度12m，防水垫圈间距80cm，则需要加装的激光射灯3排数为25/0.8≈31排，即通过激光灯组2中的激光射灯3的设置，能够照射31排光点；每个激光集成装置5上的激光灯组2的数量为12/0.8＝15个。每个激光集成装置5上相邻激光灯组2的间距可以在激光集成装置5的生产时就设定为80cm/组，每排的激光灯可以在厂内组装时根据放样，设置好每排激光灯的角度，到施工现场安装完毕再使用测量工具复核即可。
75.激光集成装置5安装好后，打开电源，清点激光投射到拱墙的数量，若投射数量能达到80％，则不影响使用效果，空缺的点位可以使用直尺等简易测量工具测得。
76.对于投射到拱墙的点位，由测量组使用全站仪测量环向和纵向各点是否在一条直线上，是否与隧道中线垂直或平行；对于同一排的激光，主要是测量激光点连接后是否成一条直线，各激光点位相对高程是否一致，各点的直线间距是否符合设计要求；对于环向激光主要是测量各激光点在隧道中的里程值是否一致，各点的环向或直线间距是否符合设计要求。
77.根据施工经验及现场多次测量结果，同一组仰拱相同里程位置两侧k点与l点、m点与n点的高程差不会大于10cm，中心位置i点与两侧k、l点之间、j点与m、n点之间的高程差不会大于5cm，以中点与侧边最大偏差值5cm为例，cad放样分析对投影点的影响。
78.因激光集成装置5安装在隧道中线附近，因此激光集成装置5的高程误差只会对靠近中线两侧的两排激光距离产生影响，其他部位激光排距不变；如图5所示，通过cad放样分析发现，当装置高程改变5cm时，拱顶两排激光距离一侧增加或减小2.8cm，一侧增加或减小3.5cm，与《铁路隧道防排水施工技术指南》要求的防水板“固定点间距宜为拱部0.5～0.8m”相符，符合隧道防排水施工的技术要求。
79.在可选的实施方式中，如图6所示，移动台架4上还设置有调节装置6；调节装置6连接激光集成装置5，用于调节激光集成装置5的位置。
80.激光集成装置5安装好后，打开电源，清点激光投射到拱墙的数量，若投射的点位不足，可微调装备安装位置，使激光集成装置5上移，在稍微大于r/2的位置固定；还可将装置上c～f各组激光灯位置统一向移动台架4前或后方移动3至5cm，使激光射灯3投射的激光避免被移动台架4立柱遮挡，并重新清点投射的激光数量，直至投射数量大于80％为止。
81.在可选的实施方式中，调节装置6包括竖直调节杆8和水平调节杆9；竖直调节杆8固定设置在移动台架4上；水平调节杆9滑动设置在竖直调节杆8上，水平调节杆9能够在竖直调节杆8上做竖直方向的位移；激光集成装置5设置在水平调节杆9上，激光集成装置5能够在水平调节杆9上做水平方向的位移。
82.在本实施例中，在移动台架4就位后，分别将装置q端、r端的竖直调节杆8上的0刻线对准移动台架r/2处固定牢固，同时转动激光集成装置5，将激光灯组2上设置的水准气泡调整到中间位置，以使得激光射灯3达到预设位置。
83.在可选的实施方式中，竖直调节杆8和水平调节杆9上均设置有刻度。
84.在本实施例中，纵向调节杆和横向调节杆上分别标有-20～ 20的标刻线，分别表示该装置可以满足仰拱施工标高误差
±
20cm，和移动台架4行走中线误差
±
20cm；当仰拱标高实际值比设计值低，表示为负(-)，实际值比设计值高，表示为正( )，隧道以掘进方向为正前方，当移动台架4中线偏移到隧道中线右侧为正，偏移到左侧为负。
85.假设i点标高偏差为-5cm，移动台架4前端中线偏差为 6cm,j点标高偏差为 5cm，
移动台架4后端中线偏差为-4cm；则在装置q、r两端均固定好后，需将装置q端g轴拨动至刻度 5cm处，h轴拨动至刻度-6cm处，将装置r端g轴拨动至-5cm，h轴拨动至 4cm处，如此装置便位于隧道中线的平行线上。
86.激光集成装置5在自动化升级方面主要是涉及激光灯组2的横向倾斜偏差及横向定位偏差的自我矫正；倾斜偏差的自动矫正可在激光灯组2加装水准气泡位置的自动识别仪，以及安装水平姿态调整马达，使马达与水准识别仪联动，以保证激光盒随时处于横向水平状态；
87.横向定位偏差可在装置的竖直调节杆8和水平调节杆9上分别安装驱动马达，通过人工手持控制盒输入移动台架4前后中线的偏移量和仰拱的施工误差，来自动调节装置6的位置。
88.根据当前设计，在移动台架4前后两头各需安装两台马达，一共四部马达来驱动激光集成装置5的前后两头分别在竖直调节杆8和水平调节杆9的位置，手持设备一共需要输入4个数据，来控制4部马达的驱动行程，4个数据分别是移动台架4前、后方中线偏移量，移动台架4前、后方仰拱中点处高程的偏差值。
89.在可选的实施方式中，如图8所示，激光集成装置5的数量为多个；多个激光集成装置5的连接杆1平行设置在移动台架4上，用于使多个光点矩阵形成较大的投影矩阵。
90.在本实施例中，将激光集成装置5的数量设置为多个，能够较好地避开了移动台架4本身对激光遮挡的影响；但激光集成装置5上的激光灯组2的数量较多，因此不便于通过使用自带滑轨，自行修正移动台架4前进过程中产生的位置偏差，而需要在移动台架4的行走部件上加装可左右转向调整移动台架4中线偏差的装置，以及可以使移动台架4升降调整移动台架4高度的装置。
91.在可选的实施方式中，移动台架4上设置有移动轮11，移动轮11用于带动移动台架4进行移动。
92.在本实施例中，移动台架4通过移动轮11实现其在隧道内进行移动的功能。
93.在本实施例中，移动台架4上还设置有高度调整装置10，用于对移动台架4的整体高度进行调整。
94.在本实施例中，该定位装置联合自动式防水板的施工移动台架4一起，形成一种新的防水施工方式，包括移动台架4的自动行走及定位、防水垫圈自动定位和打设、土工布和防水板自动铺挂、以及衬砌钢筋的自动布设等新型应用设计，前景广阔，可大量节省人力，提升施工的规范性，加快施工进度，提高隧道施工的工效。
95.综上可知，本防水垫圈定位装置主要是利用隧道三维定位原理，当垫圈布设方向始终保持与隧道中线一致时，相邻垫圈布设距离便可始终保持不变，整体布设出来的垫圈便可在横向和纵向始终保持成一条直线。
96.在紧接着的防水板铺设工序，只需将防水板边线与相应环向和纵向整齐成直线的垫圈对齐，便可保证铺设的每一幅防水板均相互平行，不会出现走偏，接头错开的情况。
97.如此可有效减少因防水板搭接不规范、接缝焊接不整齐而漏水的情况发生，提高隧道防水施工的规范性，减少隧道工程在后期运营期间因漏水产生的维护成本，提高工程运行的安全性，有效实现项目增值。
98.本实用新型实施例的有益效果是：
99.通过在连接杆1上设置多组激光灯组2，利用多个激光灯组2的照射，形成光点矩阵，用于对防水垫圈的放置位置进行精确定位，使得整个过程较为简单快捷，实现了快速施工的目的。
100.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。