激光指向儀在輸水隧道中的應(yīng)用
2012-07-31 來源：作者：王江 范戎 來源：中國論文網(wǎng)
1、引言
菲律賓大馬尼拉供水工程位于首都大馬尼拉東北部的BULACAN地區(qū)，分為AQ-5號線一期舊混凝土管的修復(fù)、AQ－6輸水管線二期鋼管工程及AQ-4和AQ-5連接段施工。其中AQ-6二期鋼管工程是沿著首都供排水系統(tǒng)的路權(quán)范圍，從釜餾2號進(jìn)水池至Novaliches下游出口總長9.881km。一期工程5.5Km己于2005年建成，二期工程主要包括3條（原設(shè)計6條，設(shè)計變更后為3條）總長度為3394m的引水隧洞及總長度為6487m的引水鋼管；AQ-6一期與AQ-6二期的連接設(shè)施；AQ－6二期與Novaliches入口的連接。三條隧道長度分別為1#隧道：824m、2#隧道505m、6#隧道2065m。隧道開挖斷面為多圓心馬蹄形斷面，開挖底寬3.6m，最大開挖高度4.6m，砼襯砌后隧洞直徑為3.7m，襯砌厚度25cm。
新建三條隧洞周圍7-10m范圍均為原有老管線，因此按照技術(shù)規(guī)范要求該工程采非爆破式掘進(jìn)開挖進(jìn)行施工。由于洞徑小，距離長，洞內(nèi)通風(fēng)僅僅依靠洞口風(fēng)機(jī)，無法很好的解決由掘進(jìn)帶來的粉塵、支護(hù)噴漿粉塵、運輸設(shè)備尾氣等帶來的影響。因此，在光線弱、空間小、氣象差、紅外測量儀器反射信號差等條件對測量工程師和測量一起和技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。如采用常規(guī)的隧道測量方法時，需要洞內(nèi)停工，加強(qiáng)通風(fēng)照明，待洞內(nèi)環(huán)境適合進(jìn)行測量時再進(jìn)行測量放樣。這樣勢必會浪費很多寶貴的施工時間，使部分人員設(shè)備窩工，影響施工進(jìn)度及施增加施工成本。激光指向儀安裝調(diào)試簡單，使用方便，價格低廉，能指示隧道的中線位置及方向和坡度。在隧道中合理使用激光指向儀，能夠大大的提高施工質(zhì)量和進(jìn)度，減少相應(yīng)的測量人員工作量，能夠有效的節(jié)約控制施工成本。
2、激光指向儀的安裝
1）本項目采用煤礦專用防爆型激光指向儀-YHJ800,其工作原理及技術(shù)參數(shù)為：
激光指向儀的工作原理是利用紅外線光束兩點定一直線，即可以根據(jù)已知的兩點，定出隧道中線、腰線或其它方便控制開挖邊線的特征點，再在此基礎(chǔ)上在掌子面上標(biāo)示出開挖邊線。激光指向儀只能用于隧道直線段，不適用于曲線段。
激光指向儀主要技術(shù)參數(shù)：
儀器有效距離為：800m（紅光）、1500m（綠光）
可調(diào)光斑直徑：Φ≤40mm
電壓：（交流）127v—230v、（直流）2v—5v
工作電流：60MA（紅光）、200MA（綠光）
光斑調(diào)節(jié)范圍：水平度±35、垂直度±25
儀器凈重量：2.8kg
環(huán)境溫度：-10℃~+40℃
環(huán)境濕度：≤95
2）激光指向儀的安裝：
指向儀應(yīng)安裝在距施工掌子面不小于30米處，以避免施工機(jī)械振動及隧道初期變形而產(chǎn)生較大的位移，激光指向儀可以安裝在腰線處與中線平行，也可以安裝在隧道頂部與中線平行。根據(jù)本隧道施工實際情況，采用將激光指向儀安裝在兩側(cè)腰線上并對激光指向儀的支架部分進(jìn)行了改進(jìn)，原廠提供的固定支架，對安裝要求精度很高，在安裝固定過程中很難保證光束跟中線平行。因此應(yīng)對支架進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，使激光指示儀在高度上可上下在一定范圍可調(diào)，在左右方向也可在一定范圍內(nèi)可調(diào)；首先利用全站儀由隧道外的測量控制點做一條導(dǎo)線引入隧道內(nèi)，在距離擬安裝激光指向儀位置大約50m處架設(shè)測站，先測出腰線的高度，然后在此高度上，從中心線往腰線量1.85m所確定的點，即為激光指向儀安裝位置，并將其焊接于錨桿上。由于激光指向儀在定位過程中很難保證光束與中心線平行。因此，為了更好的利用激光指向儀，盡量減少測量誤差，利用兩點確定一條直線的原理及小孔成像原理，使得激光光束能夠跟中線平行，且在有效距離范圍內(nèi)減小光束的擴(kuò)散，保證投影點的清晰。采用兩塊可活動的鋼板，在鋼板中心各鉆一直徑約3mm的小孔，和指向儀安裝方法相同，將兩塊鋼板焊接于腰線高度且距中線同一水平距離上，用儀器找準(zhǔn)兩點的位置，在保證鋼板面與中線絕對垂直的情況下，使得兩孔的連線平行于中線。鋼板間的距離約45m，激光指向儀與第一鋼板間的距離為3m。
3、激光指向儀的調(diào)試
將固定在支架上的激光指向儀接上電源，微調(diào)指向儀上下左右位置，使其光束穿過第一塊鋼板的小孔及同時打在第二塊鋼板小孔，然后旋動激光指向儀上的微調(diào)手輪，使光斑同時穿過兩塊鋼板中心的小孔，然后鎖定微調(diào)手輪，固緊支架螺桿，銷緊微動手輪，避免激光指向儀位移。然后再將激光光斑調(diào)整至最清晰，最小的狀態(tài)。
4、開挖輪廓線的確定和控制
左右腰線兩臺激光指向儀投射到掌子面的兩個點（如圖1所示），分別為左右的腰線點，并且距中心均為1.85m，用進(jìn)度較為準(zhǔn)確的鋼卷尺校核兩點間的距離應(yīng)為3.7m,這兩點的中點即為隧洞上半圓的圓心，并標(biāo)記該點。再以標(biāo)記點為圓心，以2.38m為半徑即可畫出上半圓的開挖控制邊線，由于本隧道設(shè)計是多圓心馬蹄形斷面，根據(jù)設(shè)計圖紙，腰線以下左側(cè)的開挖邊線則是以右側(cè)的腰線激光投射點為圓心，以4.23m為半徑畫弧，右側(cè)開挖邊線以左側(cè)腰線激光投射點為圓心，以4.23m為半徑畫弧，弧線上方與上半圓弧線相連接，下方畫至開挖水平面底板面，并在每個循環(huán)開挖前用自噴漆將開挖輪廓線繪制于掌子面上，以便于現(xiàn)場施工人員能夠準(zhǔn)確的控制開挖，避免超挖欠挖超出規(guī)范允許的要求。
5、使用注意事項
1）激光指向儀應(yīng)罩上外罩，并立上警示牌，以免施工人員不小心碰到儀器。
2）應(yīng)定期對儀器進(jìn)行維護(hù)，使用時候發(fā)現(xiàn)光束斷斷續(xù)續(xù)的應(yīng)及時更換修理。
3）定期校核儀器激光投射點，如誤差超出允許范圍，必須進(jìn)行校核。
4）儀器使用時，嚴(yán)禁眼鏡直視激光光源，避免傷害眼睛。
5）儀器在不使用的時候關(guān)閉電源，延長儀器的使用壽命。
6、結(jié)束語
通過本項目最長隧道6#隧道的貫通誤差（橫向2.2cm、縱向4.7cm、高程2.4cm）進(jìn)行分析，貫通誤差均滿足技術(shù)規(guī)范的精度要求。因此在輸水隧道開挖輪廓線的確定和控制測量放樣施工中，運用煤炭專用防爆激光指向儀可以有效的避免了對隧道正常施工循環(huán)的干擾，大大節(jié)約了時間，提高了工作效率，降低了勞動成本，并能夠有效的控制貫通質(zhì)量，值得在類似工程中推廣應(yīng)用。
