Парамонова Е.Г., Юнусов А.Г. Геодезические работы в мелиоративном строительстве

Подождите немного. Документ загружается.

При разбивочных работах на сооружениях большой про-

тяженности (каналов, подводных траншей, тоннелей, укладки

трубопроводов) более целесообразным является применение

специальных приборов—лазерных визиров. Основны-

ми элементами лазерного визира являются: гелий-неоновый

лазер, коллимирующая система, уровни и установочные винты

для ориентирования лазерного луча в пространстве. Кроме

того, они могут снабжаться устройствами стабилизации на-

правления распространения лазерного луча и цилиндрическими

линзами для развертки луча в сектор вертикальной или го-

ризонтальной плоскости.

На рис. 82 приведен лазерный визир LT-3 фирмы «Spectra

Physics» (США). Внешне прибор похож на обычный теодо-

Рйс. 82. Строительный лазер LT-3 фирмы «Spectra Physics»

лит. У него имеются подставка 1 с подъемными винтами 8,

алидада с закрепительным винтом 2 и наводящим винтом 3.

Для наведения лазерной трубы 4 в вертикальной плоскости

используются закрепительный винт 5 и наводящий винт 6.

Предварительная установка прибора, осуществляется по круг-

лому уровню 7 с помощью подъемных винтов. Для центрирова-

ния прибора над точкой створа используется каретка 9. На-

ведение трубы на цель осуществляется с помощью зрительной

трубы 10. Фокусирующая -кремальера 11 коллиматора 12 по-

зволяет изменять фокусировку пучка. Диаметр лазерного

пучка на выходе из коллиматора 16 мм, на расстоянии

300 м — 30 мм, а на расстоянии 2000 м достигает 125 мм.

В горизонтальное положение лазерный луч устанавливается с

помощью цилиндрического уровня 13, цена деления которого

60". Прибор снабжен дополнительными устройствами: накло-

номером 14, позволяющим устанавливать лазерный луч с на-

118

клоном ±10% с точностью 0,01%, и цилиндрической линзой 15,

трансформирующей луч в сектор плоскости. Мощность излу-

чения гелий-неонового лазера в лазерном визире LT-3 состав-

ляет 5 мВт, дальность действия прибора при разбивке створа

и использовании метода «вхождения в луч» [49] составляет

днем 8 км, ночью значительно больше. Питание прибора осу-

ществляется от сети переменного тока напряжением 220 В или

от аккумуляторов напряжением 12 В. В комплект прибора

может быть включен специальный штатив для установки при-

бора в траншее для контроля укладки трубопроводов.

Лазерный визир VSE20 (рис. 83) выпускается фир-

мой «Laser Light» (Швеция) [41]. Конструктивно он аналоги-

чен прибору LT-3. Для наведения луча на цель используется

труба прямого изображения увеличением 16

. Все части при-

бора заключены в металлический корпус, непроницаемый для

влаги и пыли. Дальность действия прибора 3 км.

Лазерный визир «Дайлгрейд» фирмы «Spectra Phy-

sics» (США) (рис. 84, а) применяется для геодезических работ,

связанных с контролем укладки труб в траншею [43]. Прибор

помещается в траншее или в самой трубе (рис. 84, б) в таком

положении, чтобы лазерный луч точно совмещался с осью

трубы. В приборе имеется специальное устройство, с помощью

которого лазерный луч устанавливается с необходимым укло-

ном. Контроль укладки труб осуществляется по специальной

марке.

Технические данные прибора

Мощность лазерного излучения 1 мВт;

Диапазон задаваемых уклонов от —10 до +20%;

Дальность действия прибора 300 м;

Питание прибора от батареи напряжением 12 В.

Рис. 83. Строительный лазер VSE20

фирмы «Laser Light»

119

Рис. 84. Лазерный визир «Дайлгрейд» фирмы «Spectra Physics»

Прибор заключен в герметичный корпус, что гарантирует

работоспособность прибора даже при погружении в воду.

В нашей стране серийно выпускаются лазерные визиры

ЛВ-5 (рис. 85) и ЛВ-78 (рис. 86), предназначенные для созда-

ния опорных линий при выполнении разбивочных работ, ниве-

лирования и створных наблюдений [20]. Они могут быть исполь-

зованы также для автоматизации геодезических измерений и в

системах управления работой строительных механизмов.

На схеме ЛВ-5 (см. рис. 85,6): / — лазер ОКГ-13, 2 — кол-

лиматор, преобразующий излучение лазера, 3 — защитный

кожух, в котором закреплены лазер и коллиматор, 4 — кон-

тактный цилиндрический уровень, жестко соединенный с за-

Рис. 85. Лазерный визир ЛВ-5:

а — общий вид, б — схема

120

щитным кожухом, 5 — кремальера для фокусировки луча, 6 —

закрепительный и 7 — микрометрический винты горизонталь-

ного наведения, 8 — закрепительный и 9 — микрометрический

винты вертикального наведения, 10 — юстировочные винты,

позволяющие изменять положение лазера относительно кол-

лиматора (всего восемь винтов), 11 — круглый уровень.

Отсчетные устройства ЛВ-5 выполнены в виде микрометри-

ческих винтов. При повороте винта на один оборот труба на-

клоняется либо поворачивается на 30'. Барабан (рис. 87) раз-

бит на 120 делений, т. е. цена деления барабана 15". Диапа-

зон работы микрометрического винта 10°.

Рис. 86. Лазерный визир J1B-78 Рис. 87. Отсчетное устройство JIB-5

Основные технические данные ЛВ-5 и ЛВ-78 приведены в

табл. 7.

Для получения правильных результатов перед началом ра-

бот с лазерным визиром необходимо провести его поверки и

юстировки. Например для ЛВ-5 они будут следующими.

1. Поверка совмещения оси луча, выходящего из лазера,

с оптической осью коллиматора.

Для выполнения этой поверки на расстоянии 20 м от при-

бора укрепляется лист белой бумаги (экран), на который на-

правляется луч. Фокусировкой устанавливают диаметр пятна на

экране ~34 мм. Вращая юстировочные винты 10 (см. рис.

85,6), перемещают лазер относительно коллиматора, доби-

ваясь максимальной яркости при сохранении правильной гео-

метрической формы пятна. В этом положении лазер закрепля-

ется.

121

Таблица 7

Параметры

ЛВ-5

ЛВ-78

Мощность излучения на выходе из коллиматора,

не менее, мВт

0,25

1,0

Угловая расходимость пучка, не более

25"

30"

Дальность действия прибора при индикации ви-

зуальным методом, не менее, м

200

300

Дальность действия прибора при фотоэлектриче-

ской индикации, не менее, м

1000

1500

Наибольший угол поворота трубы в вертикальной

плоскости

40*

Угол поворота прибора в горизонтальной плоскости

360

360*

Цена деления контактного цилиндрического уровня

17—23"

15—20"

Цена деления круглого уровня

7—15'

5—7'

Пределы работы микрометрических винтов гори-

зонтального и вертикального наведения

±5*

Цена деления шкал винтов наведения 15"

15"

Габариты, мм

260x50x46

495X180X195

Масса, кг

6,0

8,0

Потребляемая мощность, Вт 30

Питание приборов от сети переменного тока или

от батареи 12 В

2. Поверка параллельности оси круглого уровня и оси вра-

щения прибора.

С помощью подъемных винтов устанавливают круглый

уровень в нульпункт, поворачивают верхнюю часть прибора

на 180°, и если пузырек остался в нульпункте — условие выпол-

нено, если нет, то исправительными винтами уровня смещают

пузырек к нульпункту на половину дуги отклонения.

3. Поверка параллельности оси цилиндрического уровня

оси лазерного луча, выходящего из коллиматора.

Поверка выполняется двойным нивелированием между

двумя точками, расположенными на расстоянии примерно 70 м

одна от другой. Юстировка выполняется так же, как у ниве-

лиров, имеющих элевационный винт, а именно: после уста-

новки прибора в двух точках и получения отсчетов по рейкам

и измерения высоты прибора в этих точках вычисляют

_ fri + V h + h

2 2

122

Значение х не должно превышать 4 мм. При юстировке

микрометрическим винтом вертикального наведения устанав-

ливают отсчет по рейке

Ъ\ =

— х,

а затем котировочными винтами уровня приводят изображе-

ние концов пузырька в контакт.

Наибольший эффект лазерные визиры дают там, где необ-

ходимо непрерывно контролировать объект в плане и по вы-

соте, например при разработке каналов, монтаже трубопрово-

дов и т. д.

§21. Применение лазерных приборов

для геодезического контроля сооружения

дренажных систем

Прогрессивным методом строительства закрытых осуши-

тельных систем является устройство дренажа с использованием

пластиковых перфорированных труб. Для укладки труб ис-

пользуют дреноукладчики высокой производительности. Так,

например, дреноукладчик ТА-71С (Голландия) может

укладывать до 1400 м пластмассовых дренажных труб в 1 ч.

Процесс укладки таких труб ведется практически непрерывно,

а управляет механизмом всего один человек. Для обеспече-

ния непрерывного контроля работы дреноукладчика применя-

ется система автоматического контроля и управления работой

дренажных машин [42]. Она имеет передающую станцию 1

(рис. 88), формирующую лазерный луч, расходящийся в гори-

зонтальной плоскости в пределах 17°, и приемное устройство 2,

которое устанавливают на дреноукладчик. Приемное уст-

ройство имеет фотоприемник 3, устанавливаемый на рабочем

органе дреноукладчика, усилитель и блок выработки сигналов

управления. При одинаковой засветке элементов фотоприем*

ника, расположенных выше и

ниже среднего элемента, сиг-

нал не вырабатывается. Это

значит, что рабочий орган дре-

ноукладчика находится на

проектной отметке. Если же

освещенность элементов, рас-

положенных выше или ниже

центрального элемента, меня-

ется, вырабатывается сигнал,

который подается на гидрав-

лическую систему, поднимаю-

щую или опускающую рабо-

чий орган дреноукладчика до

тех пор, пока освещенность

фотоэлементов, расположен-

Рис. 88. Лазерная система для кон-

троля и управления работой дренаж-

ных машин

123

ных выше и ниже центрального, не будет одинаковой. Даль-

ность действия системы 400 м, погрешность разработки дна

траншеи 10 мм, при этом эксплуатационная производительность

дреноукладчика до 6000 м полиэтиленовых труб в день.

Кроме указанной системы, для контроля работы дреноук-

ладчиков применяется система «Лазерплан» [47].

Система состоит из командного прибора (рис. 89, а), соз-

Рис. 89. Система «Лазерплан» для контроля работы дреноукладчиков:

а — командный прибор, б — приемное устройство

дающего с помощью лазерного луча и системы развертки опор-

ную световую плоскость по всему горизонту, и приемного уст-

ройства, устанавливаемого на дреноукладчике. Установка опор-

ной плоскости с необходимым уклоном осуществляется на-

клономером в диапазоне 'уклонов от 0 до 0,10. Цена деления

шкалы уклонов 0,0005.

Для удержания опорной плоскости в требуемом положении

применяется следящая система, состоящая из двух электрон-

ных уровней и электродвигателей привода. При изменении по-

ложения штатива и наклоне прибора электронные уровни вы-

рабатывают сигнал рассогласования. Этот сигнал поступает

на электродвигатели привода, которые наклоняют систему раз-

вертки до тех пор, пока опорная плоскость не займет исход-

ное положение. На время установки опорной плоскости в ис-

ходное положение лазер отключается и включается вновь,

124

когда отключаются двигатели привода. Диапазон работы

компенсатора ±8°.

На дреноукладчике устанавливается телескопическая мачта

с приемным устройством (рис. 89,6), закрепляемым на ноже

дреноукладчика на постоянной высоте. Маятниковая подвеска

обеспечивает вертикальность положения мачты при дви-

жении машины по неровностям. При отклонении ножа дрено-

укладчика от проектной линии приемное устройство смещается

относительно опорной плоскости и вырабатывается сигнал на

гидравлическую систему управления рабочим органом. Си-

стема гидравлики поднимает или опускает нож на необхо-

димую величину. Одновременно на пульте перед оператором

включается световой сигнал, который горит до тех пор, пока

отклонение не будет ликвидировано. Непосредственно с пульта

оператор может управлять подъемом и опусканием рабочего

органа (при отключении автоматического устройства), изме-

нять высоту телескопической мачты и устанавливать фотопри-

емник в необходимое положение. Шаг изменения высоты фото-

приемника 5 мм.

Специальная рейка с фоточувствительной головкой исполь-

зуется для проведения контрольных измерений. На фоточувст-

вительной головке имеются три индикаторные лампы и зуммер.

Центральная лампа включается, когда фотоэлемент рейки на-

ходится точно в световой плоскости, что подтверждается не-

прерывным гудком зуммера. При смещении рейки в ту или дру-

гую сторону начинает мигать соответствующая лампа, а сиг-

нал зуммера становится прерывистым. Отсчеты производят с

точностью до 1 мм по шкале, наблюдаемой в окошко, располо-

женное на высоте 1 м от пятки рейки. Для удержания рейки в

отвесном положении используется круглый уровень. Высота

рейки может изменяться от 1,5 до 5,0 м.

При строительстве коллекторов и трубопроводов закрытых

мелиоративных систем может применяться [22] лазерный ви-

зир ЛВ-5 (см. § 20). Для геодезического контроля соо-

ружения трубопроводов ЛВ-5 устанавливают на дно траншеи.

Луч совмещается с проектной осью трубопровода. Укладку

труб контролируют с помощью специального экрана-марки,

устанавливаемого внутри монтируемой секции труб (рис. 90, а).

Экран-марка (рис. 90, б) изготавливается из оргстекла, на

котором нанесены концентрические окружности. При правиль-

ной укладке труб центр пятна должен совпадать с центром

этих окружностей. Центрирование марки в трубе осуществля-

ется с помощью трех упорных винтов 1. Винты закреплены на

стальных пластинах 2 с помощью контргаек 3. Для плотной

посадки марки в трубу необходимо, чтобы расстояние от цент-

ра марки до опорной части винта было несколько больше

внутреннего радиуса трубы. Плотная посадка марки в трубу

обеспечивается упругой деформацией пластин. Для различных

125

диаметров труб применяют-

ся марки разных размеров.

Можно применять одну мар-

ку для различных диамет-

ров, но при этом изменяют

размер опорных винтов.

В отличие от существую-

щих методов (см. § 12), ког-

да контроль разработки

траншеи, укладки труб в

плане и по уклону выполня-

ется раздельно, при исполь-

зовании ЛВ-5 одновременно

контролируется разработка

дна траншеи (по нивелир-

ной рейке, устанавливаемой

на дно вслед за экскавато-

ром), а также плановое

и высотное положение монтируемых труб.

Выпускаемый промышленностью прибор приспособлен для

установки на обычном геодезическом штативе. Для установки

прибора в траншее и совмещения оси лазерного луча с осью

сооружаемого трубопровода разработано специальное приспо-

собление (рис. 91), которое закрепляется на обычном штативе

[22]. Оно имеет кронштейн 1 для установки ЛВ-5, штангу 2 и

закрепительный винт, фиксирующий положение прибора по

высоте. После установки прибора в начальной точке трубопро-

вода совмещение луча с начальной точкой оси трубопровода по

высоте производится изменением длины штанги, а в плане пе-

ремещением ЛВ-5 на кронштейне. Затем прибор приводят в

рабочее положение, и с помощью микрометренных винтов ла-

зерному лучу придают требуемый уклон и направление.

Необходимый уклон лазерному лучу придают установкой

на микрометрическом винте вертикального наведения отсчета

а = v + МО,

где v — требуемый угол наклона; МО — отсчет по микромет-

рическому винту, соответствующий горизонтальному поло-

жению луча.

Рис. 90. Контроль укладки труб по

лазерному пятну (а), экран-мар-

ка (б)

126

Ориентирование лазерного

пучка в плане осуществляется

по второй точке, расположенной

на оси трубопровода. Чем бли-

же вторая точка к первой, тем

быстрее можно выполнить ориен-

тирование и приступить к геоде-

зическому контролю, тем мень-

ший участок траншеи будет раз-

рабатываться «на глаз». Мини-

мальное расстояние, на котором

должна быть установлена вто-

рая точка, может быть опреде-

лено по формуле

Мств

. где /Яств — средняя квадратиче-

ская погрешность ориентирова-

ния.

Если ориентирование осу-

Ри

£- 91- Установка ЛВ-5 в тран-

ществляется со средней квадра-

шее

тической погрешностью 30", то расстояние S, вычисляемое по

приведенной формуле, будет равно 21 м.

Основным преимуществом применения лазерных приборов

является возможность одновременного контроля разработки

дна траншеи, планового и высотного положения укладываемых

труб. Производительность труда строителей при этом возра-

стает в среднем на 40%.

§ 22. 'Лазерные системы автоматического контроля

производства земляных планировочных работ

При создании оросительных систем для целей рисоводства

и хлопководства на этапе, когда производится планировка

земельных участков под горизонтальные и наклонные плоско-

сти, приходится выполнять значительный объем геодезических

работ по контролю качества планировки. Применение лазер-

ных приборов позволяет существенно уменьшить

объем этих работ и совместить процесс геодезического конт-

роля с управлением работой планировочных механизмов, что

значительно повышает производительность последних.

Лазерные системы для контроля планировочных работ со-

стоят из передатчика (командного прибора), с помощью кото-

рого создается опорная световая плоскость, и приемного уст-

ройства, устанавливаемого на планировочном механизме. В

зависимости от назначения системы передатчик может созда-

вать горизонтальную или наклонную опорную плоскость по

127