水工隧洞中利用激光指向儀快速放樣開挖斷面

 水工隧洞中利用激光指向儀快速放樣開挖斷面

　　摘要：介紹YBT-A型激光指向儀在水工隧洞施工中的安裝、調(diào)試方法，在直線隧洞中的應(yīng)用及注意事項(xiàng)。

　　關(guān)鍵詞：水工隧洞；激光指向儀；五寸臺法；放樣　　

　　一、前言

　　水工隧洞是指在山體中或地下開鑿的過水洞，可用于灌溉、發(fā)電、供水、泄水、輸水、施工導(dǎo)流和通航。隧洞洞身斷面多為圓形、城門洞形或馬蹄形，其斷面較一般公路、鐵路隧道斷面更為狹�。ㄈ绫救四壳皬氖碌墓こ虨�2.5m×2.5m馬蹄形輸水隧洞），給洞內(nèi)施工造成極大不便，同時也給洞內(nèi)施工測量增加了一定難度。隧洞中光線弱、空間小、氣象差、紅外線測量儀器的反射信號太弱等不利的測量條件都會對測量放樣的時間產(chǎn)生較大的影響。但若測量工作占用時間過長，將直接影響工程進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益，這就要求在進(jìn)行隧洞施工測量時，必須要快速、準(zhǔn)確、及時，有效控制隧洞掘進(jìn)方向，并有效控制隧洞的超欠挖。

　　用常規(guī)方法進(jìn)行隧洞測量時，需要洞內(nèi)停工、通風(fēng)并加強(qiáng)照明，占用了寶貴的洞內(nèi)施工時間。近年來，隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，激光指向儀在地下工程中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。由于激光具有良好的方向性，發(fā)散角很小，能以大致恒定的光束直線傳播相當(dāng)長的距離，所以它就成為地下工程施工中一種良好的指向工具。目前，激光指向儀已被廣泛應(yīng)用于指示地下工程掘進(jìn)的中心線和坡度線中，它具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、光束質(zhì)量好、工作穩(wěn)定、安裝調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)。在隧洞中合理使用激光指向儀，能大大提高隧洞施工質(zhì)量和速度。本文主要介紹激光指向儀在隧洞直線部分的應(yīng)用方法。

　　二、激光指向儀的安裝和調(diào)試

　　1、激光指向儀的安裝

　　YBJ-A隔爆型激光指向儀采用懸掛方式安置在隧洞內(nèi)的錨桿上，其技術(shù)參數(shù)為：

　　有效射程：600~800m可調(diào)光斑直徑：＜50mm(600~800m處)

　　工作電壓：DC3V水平調(diào)節(jié)距離：15mm

　　水平調(diào)節(jié)角度：≥±5°垂直調(diào)節(jié)角度：≥5°

　　工作環(huán)境溫度：-20℃~40℃重量：4.5kg

　　激光指向儀既可以安裝在隧洞頂部，也可以安裝在隧洞邊墻上，因?yàn)檩斔�隧洞斷面空間狹小，為避免施工過程中發(fā)生碰動或施工人員隨意操作，所以選擇將激光指向儀安裝在隧洞頂部中線處或中線附近。安裝在中線處時，激光光束與隧洞中線重合；安裝在中線附近時，應(yīng)使激光光束與隧洞中線平行。如圖一所示：

　　安裝前需事先在隧洞頂部安裝2根直徑為22mm的錨桿，埋設(shè)深度不宜小于50cm，錨桿間距為30~40cm即可，錨桿外露的長度以不影響激光指向儀的安裝、調(diào)試和洞內(nèi)施工即可。待錨桿穩(wěn)定后方可按圖1所示的方法安裝激光指向儀。將激光指向儀通過接合器懸掛在錨桿下方并固定，再用拉桿將兩根錨桿連接在一起，以增強(qiáng)激光指向儀的穩(wěn)定性。

　　2、激光指向儀的調(diào)試

　　激光指向儀安裝好后，接通電源，使激光光束照射到掌子面上，調(diào)整激光指向儀上的豎直水平調(diào)節(jié)器，使激光光束與隧洞中線大致平行。

　　在隧洞內(nèi)控制點(diǎn)上安置具有免棱鏡功能的全站儀，測定圖1中激光指向儀尾部的中心點(diǎn)A的三維坐標(biāo)（XA，YA，ZA），計算點(diǎn)A距隧洞中線的偏距dxA及A點(diǎn)與其所在里程的隧洞頂點(diǎn)間的高差dyA，然后測定掌子面上激光點(diǎn)B的三維坐標(biāo)（XB，YB，ZB），并計算dxB、dyB。

　　則豎直方向修正值為△dy=dyA-dyB

　　水平方向修正值為△dx=dxA-dxB

　　根據(jù)修正值，調(diào)整激光指向儀的水平、豎直調(diào)節(jié)器，使激光點(diǎn)在水平、豎直方向分別移動△dx、△dy。重新測定激光點(diǎn)B的三維坐標(biāo)，直至△dy和△dx均等于0，此時應(yīng)再次測定點(diǎn)A的三維坐標(biāo)，重新計算△dx、△dy，如△dx、△dy均等于0則調(diào)試結(jié)束，如不為零，則需重復(fù)上述步驟，直至滿足要求為止。調(diào)試完成后在激光指向儀和隧洞掌子面之間設(shè)置檢查點(diǎn)，要求激光光束通過該檢查點(diǎn)。

　　激光指向儀經(jīng)過調(diào)試后，滿足了激光光束與隧洞中線平行或重合，激光光束的坡度與隧洞坡度一致的條件。所以任意斷面上激光點(diǎn)和隧洞中線的距離dx、激光點(diǎn)和隧洞拱頂間的高差dy均為定值，如圖2所示�！　�                             

　　激光指向儀的指向誤差主要來源于激光光束標(biāo)定誤差和激光光斑的直徑大小。激光光束的標(biāo)定誤差受控制點(diǎn)點(diǎn)位誤差和全站儀測量誤差的共同影響。在激光指向儀調(diào)試過程中，應(yīng)使全站儀嚴(yán)格對中，同時將激光光斑調(diào)至最清晰，最小狀態(tài)，以減小對激光指向儀的指向精度的影響（使用精度為2″的全站儀進(jìn)行測量，激光指向儀的指向誤差不超過±30mm）。

　　三、利用激光指向儀結(jié)合五寸臺法放樣開挖斷面

　　五寸臺法是施工放樣中常用的放樣方法，具體做法為從隧洞頂部向下每間隔50cm繪制一條水平線，然后標(biāo)注出每條水平線從隧洞中線到開挖邊線的橫向支距，所有支距端點(diǎn)的連線即為隧洞斷面開挖的輪廓線。

　　利用激光指向儀結(jié)合五寸臺法的方法對隧洞斷面進(jìn)行放樣前，先在計算機(jī)上利用CAD軟件繪制出隧洞五寸臺法放樣的橫斷面圖。施工放樣時，由激光點(diǎn)沿激光光束的垂線方向量取水平距離dx，確定隧洞中線點(diǎn)。確定中線點(diǎn)后此中線點(diǎn)沿鉛垂線方向量取dy，得到隧洞的拱頂高程。最后，根據(jù)隧洞橫斷面的五寸臺尺寸確定隧洞的開挖輪廓線，從而對隧洞的開挖斷面進(jìn)行控制。

　　四、注意事項(xiàng)

　　1、儀器安裝時應(yīng)接牢地線，帶電時不準(zhǔn)打開電源后蓋。外接電源電壓要與激光指向儀的額定電壓一致；

　　2、儀器安置點(diǎn)距隧洞掘進(jìn)工作面一般不應(yīng)小于70m，以防爆破引起儀器振動或損壞；

　　3、在保證激光光斑清晰和穩(wěn)定的前提下，可延長儀器的指向距離，但不能超過其最大指向距離；

　　4、儀器安置完畢后，應(yīng)鎖緊調(diào)節(jié)裝置，以免碰動；

　　5、每次使用前須檢查激光光束是否通過檢查點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時進(jìn)行調(diào)整；

　　6、定期進(jìn)行檢查測量，并根據(jù)測量結(jié)果調(diào)整隧洞中線和坡度；

　　7、儀器使用時，嚴(yán)禁用眼盯視激光光束，避免傷害眼睛；

　　8、為延長儀器壽命，使用之后要及時關(guān)閉電源。

　　五、結(jié)束語

　　針對隧洞的斷面尺寸和開挖施工方法，如何快速、及時、準(zhǔn)確地提供測量成果，以有效提高開挖輪廓線放樣的精度和效率，采用何種放樣方法顯得尤為重要。因?yàn)樵谒矶词┕ぶ�，對掌子面開挖輪廓線的放樣是一道關(guān)鍵步驟，它直接影響到襯砌質(zhì)量和施工成本費(fèi)用，放樣時間的長短也直接影響到施工進(jìn)度。利用常規(guī)方法對隧洞斷面進(jìn)行放樣時，每次放樣時都需要架設(shè)儀器，其放樣時間一般為30~40分鐘，甚至更長；而利用激光指向儀結(jié)合五寸臺法的方法對隧洞斷面進(jìn)行放樣，放樣時間一般為10~15分鐘，并且不需要每次放樣均架設(shè)儀器，只需定期進(jìn)行復(fù)核檢查即可，同時減少了測量人員的工作量。由此可知，利用激光指向儀結(jié)合五寸臺法的放樣方法，可以大大縮短放樣時間，并且能有效的控制隧洞掘進(jìn)方向，即提高了施工質(zhì)量，又加快了施工進(jìn)度，從而創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]吳小勇。JZY-1A激光腰線（水平）儀在巷（隧）道掘進(jìn)中的應(yīng)用[J]，礦山測量，2002，（4）。

　　[2]王平，等。激光指向儀在井下大壓力巷道施工中的應(yīng)用。煤炭技術(shù)，2003，（3）。

　　[3]付金峰，等。BJZ-Ⅲ型激光指向儀的誤差分析[J]。礦山測量，2000，（1）。