УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРИЕНТАЦИИ ПРОХОДЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ КРИВОЛИНЕЙНЫХ ТОННЕЛЕЙ
DEVICE FOR ORIENTATION OF TUNNELLING SYSTEM DURING CONSTRUCTION OF CURVED TUNNELS

Изобретение относится к области горной промышленности, в частности к устройствам для ориентации проходческих комплексов при строительстве криволинейных тоннелей, в том числе при строительстве криволинейных тоннелей методом продавливания.
Известно устройство для ориентации проходческого щита, содержащее лазерную мишень, установленную на проходческом щите и источник лазерного излучения, установленный в стартовой шахте (патент Великобритании №2095720 А от 1982 г. по кл. E21D 9/093).
Недостатком данного устройства является относительно низкая точность ориентации при проходке криволинейных тоннелей.
Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является устройство для ориентации проходческого комплекса при строительстве криволинейных тоннелей, содержащее блоки с источниками опорного лазерного излучения, фотодатчиками, установленные в пусковой шахте, мишень установленную на проходческом комплексе, промежуточные лазерные модули, установленные на расстоянии друг от друга в пределах обеспечения прямой видимости в возведенной части тоннеля, измеритель длины проходки и каналы передачи данных между блоками системы управления устройства и компьютером с монитором (ROBT №4, 2002 г. Система управления SLA-PV продавливанием трубопроводов компании VMT GmbH).
Недостатком данного устройства является недостаточная точность ориентации комплекса при строительстве криволинейных поверхностей, обусловленная тем, что в процессе продавливания весь тоннель находится в движении и, следовательно, на участках тоннеля отсутствуют неподвижные базовые точки, необходимые для расчета координат проходческой машины.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в повышении точности ориентации проходческого комплекса, улучшении эксплуатационных характеристик устройства и повышении унификации узлов устройства.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для ориентации проходческого комплекса при строительстве криволинейных тоннелей, содержащем расположенные в прямой видимости и известном расстоянии друг от друга блоки, крайние из которых жестко закреплены, один в стартовой шахте, другой на проходческом щите, промежуточные блоки установлены внутри возведенной части тоннеля, каждый блок снабжен фотодатчиком, светоизлучающим элементом и датчиком крена, устройство снабжено также датчиком длины проходки и каналами передачи данных между узлами устройства и вычислительным блоком с дисплеем, каждый блок снабжен диском с секторными симметрично расположенными светонепроницаемыми щелями, диск расположен на валу двигателя, ось которого совпадает с направлением проходки, по обе стороны диска в горизонтальной и вертикальной плоскостях, проходящих через ось двигателя, установлены светоизлучающие элементы, ориентированные в сторону диска, при этом каждый блок содержит разнонаправленные фотодатчики, ориентированные параллельно оси двигателя.
На фиг.1 представлена схема размещения элементов устройства в строящемся тоннеле.
На фиг.2 представлена конструкция отдельного блока устройства.
На фиг.3 представлена иллюстрация расположения элементов блока.
Устройство содержит блоки 1, 2, 3, крайние из которых установлены один в стартовой шахте 4, другой на проходческом щите 5. Остальные блоки 3 установлены в прямой видимости друг от друга внутри готовой части тоннеля 6 на заранее измеренном расстоянии L1. Для измерения изменяемого в процессе проходки расстояния L2 при строительстве методом продавливания датчик 7 длины проходки устанавливается в стартовой шахте, при строительстве с возведением обделки за щитом этот датчик устанавливается непосредственно на проходческом щите 5. Блоки 1, 2, 3 связаны между собой также вычислительным блоком с дисплеем каналами связи.
Каждый из блоков 1, 2, 3 содержит диск 8 с секторными симметрично расположенными светопроницаемыми щелями 9, диски 8 установлены на валу двигателя 10, ось которого совпадает с направлением проходки. По обе стороны диска в горизонтальной и вертикальных плоскостях, проходящих через ось двигателя 10, установлены светоизлучающие элементы 11, 12 (в вертикальной плоскости) и элементы 13 и 14 (в горизонтальной плоскости). Светоизлучающие элементы 11-14 ориентированы в сторону диска 8. Кроме того, блок содержит инклинометр 15, ориентированный в плоскости оси двигателя 10, и два противоположно направленных фотодатчика 16 и 17, местоположение которых позволяет принимать световое излучение со стороны смежных блоков. Предпочтительное количество светопроницаемых щелей 9 исходя из критерия быстродействия устройства с учетом выбранной угловой величины рабочей зоны блоков 1, 2 и 3 выбирается максимальным. Так, при работе в диапазоне ±10 угловых градусов количество щелей должно быть 360°/20°=18. Расстояние между диском 8 и светоизлучающими элементами 11-14 для сохранения диапазона измерения должно быть не менее расстояния между каждым элементом и осью вращения диска 8.
Устройство работает следующим образом.
После установки блока 1 в стартовой шахте 4 и блока 3 на проходческом щите 5 производится включение этих блоков (см. фиг.1). Расстояние между блоками определяется датчиком длины проходки 7. Работа этих блоков аналогична работе промежуточных блоков 2 и описана ниже. По мере удаления проходческого щита 5 со стартовой шахты 4 и ухода блока 3 за счет искривления тоннеля 6 из зоны прямой видимости устанавливается промежуточный блок 2. При этом расстояние L2 регистрируется датчиком 7 длины проходки и запоминается. При дальнейшей проходке с искривлением тоннеля 6 могут устанавливаться дополнительные промежуточные блоки также с измерением расстояния между ними.
Во включенном состоянии двигатель 10 блока 2 приводит во вращение диск 8. Пульсирующий световой поток светоизлучающих элементов 11-14 сквозь щели 9 засвечивает фотодатчики соседних блоков 1, 3. Поскольку модулирующий диск 8 един для разнонаправленных световых потоков, частота модуляции сигналов, формируемых фотодатчиками 16, 17, одинакова. Разделение сигналов от пар светоизлучающих элементов 11, 14 и 12, 13 может производиться за счет разных величин высокочастотной модуляции световых потоков (разной несущей частоты) или разделением их работы во времени. При отсутствии угловых отклонений и при четном количестве светопроницаемых щелей 9 сдвиг фаз колебаний световых потоков отсутствует. При изменении взаимного расположения блоков 1, 2, 3 происходит изменение разности фаз сигналов, принимаемых фотодатчиками 16, 17. При этом от изменения положения в плане изменяются сигналы от светоизлучающих элементов 13, 14, расположенных в горизонтальной плоскости, а от изменения положения в профиле изменяются сигналы от светоизлучающих элементов 11, 12, расположенных в вертикальной плоскости. Угловые величины сдвига фаз соответствуют измеряемой величине - углу между прямыми, связывающими точки расположения блоков 1-2 и блоков 2-3. Учет углов закрутки блоков оси, параллельной оси тоннеля, производится по сигналу от инклинометра 15.
Полученные величины угловых положений установленных блоков и расстояний между ними однозначно определяют положение каждого блока и линейное и угловое положение проходческого щита 5 относительно положения блока 1, расположенного в стартовой шахте 4. Неточности в изготовлении диска 8 компенсируются многократностью измерения фазового сдвига.
Использование данного устройства для ориентации проходческого комплекса при строительстве криволинейных тоннелей повышает точность ориентации проходческого комплекса, улучшает эксплуатационные характеристики и повышает степень унификации устройства.