一种桩机钻孔深度和速度的测量方法和系统 |
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| 申请号 | CN201710635734.0 | 申请日 | 2017-07-31 | 公开(公告)号 | CN107269267A | 公开(公告)日 | 2017-10-20 |
| 申请人 | 中国铁道科学研究院; 中国铁道科学研究院铁道建筑研究所; 北京立思辰安城科技有限公司; | 发明人 | 蔡德钩; 朱宏伟; 张千里; 孙磊; 徐阳; 陈峰; 马伟斌; 王永; 姚建平; 闫宏业; 崔颖辉; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种桩机钻孔深度和速度的测量方法和系统，具体步骤包括：桩机的 钻杆 调整为垂直状态，确定第一GPS天线坐标和第二GPS天线坐标，并传输给定向接收机，所述定向接收机根据第一GPS天线和所述第二GPS天线坐标计算出第一钻杆高度H1，桩机开始钻孔后所述第二GPS天线坐标按照设定周期发送给所述定向接收机，所述定向接收机根据所述第一GPS天线的坐标和最新所述第二GPS天线的坐标确定第二钻杆高度H2，通过钻杆和桩机设备上安装的GPS设备可以实时获得准确钻杆的钻孔深度和钻孔速度，便于自动化操作，大幅提高施工效率和工程 质量 ，减少成本开支，同时也提高了作业的安全效果。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种桩机钻孔深度和速度的测量方法，其特征在于，所述桩机钻孔深度和速度的测量方法步骤包括： |
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| 说明书全文 | 一种桩机钻孔深度和速度的测量方法和系统技术领域[0001] 本发明涉及桩机作业技术领域，特别涉及一种桩机钻孔深度和速度的测量方法和系统。 背景技术[0002] 在高速铁路建设过程中，螺旋打桩机得到了广泛大规模的使用。在高速铁路建设过程中，螺旋打桩机得到了广泛大规模的使用，但是在应用过程中应对高速铁路的建设中的一些特殊需求无法满足，为决螺旋打桩机运行中获取钻杆的钻孔深度及钻孔速度问题，提出了一套行之有效的解决方案。实际工作中对钻杆钻入深度依靠操作人员通过在地面上对钻杆支架上标记刻度观测来获得，对钻杆钻孔速度依靠自身观测感觉获得；不能实时获得下钻深度，尤其是速度获得更加困难，观测复杂，需要花费较大的人力成本和时间成本。 发明内容[0003] 为此，本发明提供了一种桩机钻孔深度和速度的测量方法，用于解决钻杆钻孔速度依靠自身观测感觉获得，存在较大人为误差，不能实时获得下钻深度，尤其是速度获得更加困难，观测复杂，需要花费较大的人力成本和时间成本等问题。 [0004] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的： [0005] 一种桩机钻孔深度和速度的测量方法，步骤包括： [0006] 桩机的钻杆调整为垂直状态， [0007] 确定第一GPS天线坐标和第二GPS天线坐标，并传输给定向接收机，[0008] 定向接收机根据第一GPS天线和第二GPS天线坐标计算出第一钻杆高度H1，[0009] 桩机开始钻孔后第二GPS天线坐标按照设定周期发送给定向接收机，[0010] 定向接收机根据第一GPS天线的坐标和最新第二GPS天线的坐标确定第二钻杆高度H2， [0011] 定向接收机根据第一钻杆高度H1和第二钻杆高度H2确定钻孔深度H，[0012] 定向接收机根据多个第二GPS天线坐标的平均值确定钻杆进行钻孔速度。 [0013] 桩机钻孔的深度测量参考点是第一GPS天线的坐标值。 [0014] 第一钻杆高度H1的数值与钻杆的长度和/或型号相匹配，并且第一钻杆高度H1的数值在同一工作区域内是固定值。 [0015] 桩机的钻杆调整为垂直状态的方法如下：钻杆与桩机的设备平台是相互垂直的，桩机设备上设置有水平仪，通过水平仪调整桩机设备到水平状态时，钻杆为垂直状态。 [0016] 钻孔速度的计算方法是： [0017] 假设t1时第二GPS天线的纵向坐标为s1，tn时第二GPS天线的纵向坐标为sn，则速度为V＝|s1-sn|/|tn-t1|。 [0018] 监控设备显示的速度是前一个时间段的平均速度。 [0020] 定向接收机2包括第一GPS天线21、第二GPS天线22，第二GPS天线22设置在桩机设备4的钻杆的顶端，第一GPS天线21设置在桩机设备4上； [0021] 人机交互设备3用于显示桩机钻孔的深度和速度； [0022] 北斗导航系统1与定向接收机2和人机交互设备3通过无线通讯。 [0023] 定向接收机2还包括计算模块23，定向接收机2接收第二GPS天线22和第一GPS天线21的坐标，计算模块23解析计算得到第一GPS天线21相对于第二天线22的纵向空间位置的变化量，确定钻孔深度H。 [0024] 计算模块23解析计算得到第二GPS天线22不同时间段的不同纵向坐标的平均变化速度计算钻孔速度。 [0025] 计算模块23将计算结果发送给人机交互设备3并在人机交互设备3上显示钻孔的深度和钻孔速度。 [0026] 本发明的优点和有益效果：通过钻杆和桩机设备上安装的GPS设备可以实时获得准确钻杆的钻孔深度和钻孔速度，便于自动化操作，大幅提高施工效率和工程质量，减少成本开支，同时也提高了作业的安全效果。附图说明 [0027] 图1是本发明具体实施例系统的结构示意图， [0028] 图2是本发明具体实施例系统含义计算模块的结构示意， [0029] 图3是本发明具体实施方法的流程示意图。 [0030] 附图标记： [0031] 1-北斗导航系统， 2-定向接收机， [0032] 3-人机交互设备， 4-桩机设备， [0033] 21-第一GPS天线， 22-第二GPS天线， [0034] 23-计算模块， 231-深度计算模块， [0035] 232-速度计算模块。 具体实施方式[0036] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。 [0037] 一种桩机钻孔深度和速度的测量方法，流程图如图3所示，步骤包括： [0038] 首先，如步骤S1通过调整桩机设备的水平状态，使得桩机的钻杆调整为垂直状态，这样才能确保钻孔垂直，保证打桩的质量；再如步骤S2所示，确定第一GPS天线坐标(X11、Y11、Z11)和第二GPS天线坐标(X21、Y21、Z21)，并传输给定向接收机；如步骤S3，定向接收机根据第一GPS天线和第二GPS天线坐标中的纵向坐标计算出第一钻杆高度H1，即H1＝|Z11-Z21|；如步骤S4所示，桩机开始钻孔后第二GPS天线坐标按照设定周期t发送给定向接收机，这里的采样周期可以根据使用者的需求进行设定，本例中假设采样周期t＝1s； [0039] 如步骤S5所示，定向接收机根据第一GPS天线的坐标(X11、Y11、Z11)和最新第二GPS天线的坐标(X21、Y21、Z22)确定第二钻杆高度H2，即H2＝|Z11-Z22|； [0040] 如步骤S6所示，定向接收机根据第一钻杆高度H1和第二钻杆高度H2确定钻孔深度H，H＝|H1-H2|； [0041] 如步骤S7所示，定向接收机根据多个第二GPS天线坐标的平均值确定钻杆进行钻孔速度，钻孔速度的计算方法是：假设t1时第二GPS天线的纵向坐标为s1，tn时第二GPS天线的纵向坐标为sn，则速度为V＝|s1-sn|/|tn-t1|，例如，计算速度时，取10秒钟的平均速度，采样周期t＝1，则V＝|s1-s10|/10；这样设计的目的是，避免在实际工作过程中，由于岩土层发生变化，个别时间出现速度突变，对工作人员控制速度造成误导。通过钻杆和桩机设备上安装的GPS设备可以实时获得准确钻杆的钻孔深度和钻孔速度，便于自动化操作，大幅提高施工效率和工程质量，减少成本开支，同时也提高了作业的安全效果。 [0042] 在本实施例中，桩机钻孔的深度测量参考点是第一GPS天线的坐标值(X11、Y11、Z11)；并且第一钻杆高度H1的数值与钻杆的长度和/或型号相匹配，并且第一钻杆高度H1的数值在同一工作区域内是固定值。通过把第一GPS天线的坐标作为参考点，避免了打桩作业环境的影响，避免了地面高低不平影响桩机钻孔不一致等质量问题。同时，钻杆的高度以相对固定的第一GPS天线的坐标为参考点，简化了定标的步骤，降低定标难度。 [0043] 桩机的钻杆调整为垂直状态的方法如下：钻杆与桩机的设备平台是相互垂直的，桩机设备上设置有水平仪，通过水平仪调整桩机设备到水平状态时，钻杆为垂直状态。 [0044] 在实际桩机钻孔过程中，钻杆的速度是由工作人员进行控制的，监控设备显示的速度是前一个时间段的平均速度，而不是当前速度，是避免岩土层不均匀影响工作人员的速度控制，进一步确保钻孔和灌浆的质量。 [0045] 实施例二 [0046] 一种桩机钻孔深度和速度的测量系统，如图1所示，包括：北斗导航系统1、定向接收机2、人机交互设备3和桩机设备4， [0047] 定向接收机2包括第一GPS天线21、第二GPS天线22，第二GPS天线22设置在桩机设备4的钻杆的顶端，第一GPS天线21设置在桩机设备4上；通过第一和第二GPS天线可以确定桩机设备的方向是否正确。 [0048] 人机交互设备3用于显示桩机钻孔的深度和速度；为现场工作人员操作桩机工作提供参考，保证了钻孔的质量，提升工作效率。北斗导航系统1与定向接收机2和人机交互设备3通过无线通讯，通过北斗导航系统1反馈出第一GPS天线21和第二GPS天线22的坐标参数，在反馈给定向接收机2进行进一步统计和分析。实现数据采集与分析自动完成，降低人员工作量，降低时间成本。 [0049] 实施例三 [0050] 本实施例技术方案基于实施例二，本实施例示意图如图2所示，定向接收机2还包括计算模块23，定向接收机2接收第二GPS天线22和第一GPS天线21的坐标，计算模块23解析计算得到第一GPS天线21相对于第二天线22的纵向空间位置的变化量，确定钻孔深度H，具体计算方法如下：定向接收机根据第一GPS天线和第二GPS天线坐标中的纵向坐标计算出第一钻杆高度H1，即H1＝|Z11-Z21|；定向接收机根据第一GPS天线的坐标(X11、Y11、Z11)和最新第二GPS天线的坐标(X21、Y21、Z22)确定第二钻杆高度H2，即H2＝|Z11-Z22|；定向接收机根据第一钻杆高度H1和第二钻杆高度H2确定钻孔深度H，H＝|H1-H2|。避免了打桩作业环境的影响，避免了地面高低不平影响桩机钻孔不一致等质量问题。同时，钻杆的高度以相对固定的第一GPS天线的坐标为参考点，简化了定标的步骤，降低定标难度。 [0051] 计算模块23解析计算得到第二GPS天线22不同时间段的不同纵向坐标的平均变化速度计算钻孔速度，具体计算方法如下：假设t1时第二GPS天线的纵向坐标为s1，tn时第二GPS天线的纵向坐标为sn，则速度为V＝|s1-sn|/|tn-t1|，例如，计算速度时，取10秒钟的平均速度，采样周期t＝1，则V＝|s1-s10|/10，这样是为了避免实际工作中，由于受到岩土层的软硬变化的影响，钻孔速度发生瞬间跳变，从而误导工作人员对钻孔速度的判断，进一步实现了对钻孔质量的提升，减轻人员对速度测量的工作量。 [0052] 计算模块23将计算结果发送给人机交互设备3并在人机交互设备3上显示钻孔的深度和钻孔速度，便于工作人员更加准确、直观、及时的了解到桩机的工作状态。 [0053] 应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。 |
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