СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ СООРУЖЕНИЯ ЭЛЕМЕНТА ТРАНШЕЙНОЙ СТЕНЫ
METHOD AND PLANT TO ERECT ELEMENT OF TRENCH WALL

Область техники
Изобретение относится к способу сооружения элемента траншейной стены в грунте согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Кроме того, изобретение относится к установке для сооружения элемента траншейной стены в грунте согласно ограничительной части пункта 13 формулы изобретения.
Способ, описываемый изобретением, предусматривает сооружение траншеи в грунте при помощи устройства для выборки посредством выемки грунтоматериала, и ввод в траншею отверждаемой среды с целью образования элемента траншейной стены.
Установка для сооружения элемента траншейной стены, описываемая изобретением, содержит несущее устройство, устройство для выборки, подвешенное на несущем устройстве и предназначенное для выемки материала грунта с целью сооружения траншеи в грунте, и подающее устройство, предназначенное для введения в траншею опорной среды, в частности, опорной суспензии, причем эта среда впоследствии заменяется отверждаемой средой, например бетоном, или отвердевает самостоятельно.
В частности, при сооружении траншейных или шпунтовых стен большого заглубления важно получать информацию о положении траншеи, в частности ее вертикальности, уже в процессе сооружения траншеи. Траншейные стены, как правило, состоят из отдельных элементов траншейной стены или сегментов, расположенных друг рядом с другом. Чтобы избежать появления негерметичности между отдельными сегментами траншейной или шпунтовой стены, допускается лишь незначительное отклонение отдельных сегментов от вертикальной плоскости.
Уровень техники
На уровне техники известны следующие способы проверки вертикальности траншей.
При так называемом измерении по технологии Koden, которая служит для проверки вертикальности и, в частности, контуров траншеи, в траншею, наполненную суспензией для создания стены в грунте, опускается ультразвуковой измерительный прибор. Ультразвуковой измерительный прибор, используя время прохождения звука, может определять положение и контуры поверхности стенки траншеи. При измерении исходят из того, что ультразвуковой измерительный прибор вертикально подвешен на тросе в траншее. По времени прохождения звука определяется удаление стенки от вертикальной осевой линии, на которой находится трос.
Измерение при помощи прибора Koden является затратным, так как из траншеи необходимо полностью извлечь устройство для выборки, например грейфер или траншейную фрезу, перед тем, как в нее можно будет опустить ультразвуковой измерительный прибор. Кроме того, ультразвуковое измерение работает только в жидкостях для создания стены в грунте, имеющих малый удельный вес. Если суспензия содержит большое количество мелкозернистых фракций, перед выполнением измерения необходимо полностью заменить жидкость для создания стены в грунте.
При измерении инклинометрами на устройстве для выборки закрепляются уклономеры. Уклономеры измеряют уклон устройства для выборки во время процесса проходки. При этом точность измерения зависит от динамических нагрузок на устройство для выборки. Еще один недостаток заключается в том, что, несмотря на возможность определения уклона устройства для выборки, остается неучтенным боковое смещение устройства для выборки во время выемки грунта. Оператор установки не может определить подобное боковое смещение во время процесса выемки грунта.
Для измерения хода траншеи в вертикальном направлении можно выполнить специальные контрольные операции устройством для выборки. Во время этих контрольных операций определяется полигональная линия, проходящая от верхней кромки траншеи до достигнутой отметки глубины. Однако подобные контрольные операции отнимают много времени и средств.
Недостаток обеих технологий измерения заключается в том, что за один раз можно промерить только один сегмент траншейной стены и невозможно промерить соединение двух сегментов, расположенных друг рядом с другом. Оценка состояния отдельных стыков между сегментами траншейной стены остается ненадежной вследствие того, что пространственная привязка и сопоставление нескольких измерений невозможно или возможно лишь со значительными дополнительными затратами на промеры направляющей стенки и местоположения прибора.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является разработка способа и установки для сооружения элемента траншейной стены в грунте, которые сделают возможным сооружение траншейной стены с высокой точностью и малыми затратами.
Согласно изобретению задача решается способом с признаками, раскрываемыми в пункте 1 формулы изобретения, и установкой с признаками, раскрываемыми в пункте 13 формулы. Предпочтительные варианты исполнения изобретения описываются в зависимых пунктах формулы.
Способ, описываемый изобретением, отличается тем, что между устройством для выборки и несущим устройством натянуто, по меньшей мере, два троса, для каждого из которых измерительный прибор при помощи измерения углов и расстояний определяет (измеряет) положения, по меньшей мере, двух разнесенных (расположенных на расстоянии друг от друга) по вертикали точек троса, и что измеренные положения точек троса используются для определения положения устройства для выборки в грунте.
Установка, описываемая изобретением, отличается тем, что между устройством для выборки и несущим устройством натянуто, по меньшей мере, два троса, и предусмотрен измерительный прибор, который при помощи измерения углов и расстояний может определять (измерять), по меньшей мере, для каждого из двух тросов положения, по меньшей мере, двух разнесенных по вертикали точек троса, причем предусмотрено анализирующее устройство, позволяющее определить положение устройства для выборки в грунте на основании данных измерительного прибора.
Согласно первой основной идее изобретения между устройством для выборки, например траншейной фрезой или траншейным грейфером, и несущим устройством, например шасси устройства для выборки, может быть натянуто, по меньшей мере, два троса, пространственная ориентация которых определяется для получения информации о положении устройства для выборки и траншеи в грунте. Для этого согласно изобретению для каждого троса определяется пространственное положение, по меньшей мере, двух точек троса. Эти точки троса могут выбираться, по существу, произвольно. Между отстоящими друг от друга точками троса прокладывается математический вектор, направление которого используется для определения положения устройства для выборки. Учитывая, что тросы натянуты между устройством для выборки и несущим устройством, предполагается, что тросы прямолинейны, то есть точки крепления тросов на устройстве для выборки находятся на продолжении векторов, проложенных через точки тросов.
При условии прямолинейности тросов можно судить о положении устройства для выборки на основании направления натяжения тросов и положения точки троса относительно заданной опорной точки. Это относится, в частности, к точкам крепления или точкам зацепления тросов на устройстве для выборки. Способ и установка, описываемые изобретением, позволяют, в частности, распознавать боковое смещение устройства для выборки.
Вторая основная идея изобретения состоит в использовании нескольких, в частности, по меньшей мере, двух тросов, которые позволяют определять ориентацию устройства для выборки в пространстве, то есть трехмерное положение устройства для выборки. В частности, может распознаваться боковое перекашивание (то есть отклонение от вертикали) и скручивание (то есть поворот вокруг вертикальной оси) устройства для выборки. Определение пространственного положения устройства для выборки в различное время позволяет определить форму и положение траншеи.
По существу, в качестве тросов можно использовать самостоятельные измерительные тросы. Однако, предпочтительно, по меньшей мере, одним из тросов является несущий трос, на котором подвешено устройство для выборки. Особенно предпочтителен вариант, в котором оба троса являются несущими. Несущий трос или несущие тросы устройства для выборки могут одновременно использоваться для определения положения устройства для выборки, то есть необходимость в отдельных измерительных тросах отпадает. Кроме того, использование несущих тросов в качестве измерительных тросов выгодно тем, что ввиду массы устройства для выборки тросы можно считать натянутыми прямолинейно, если только устройство для выборки не опирается на дно траншеи при обвисших тросах.
В предпочтительном варианте способа производится определение глубины устройства для выборки в грунте, и полученная глубина используется для определения положения устройства для выборки. Глубину можно определить, например, при помощи измерительного устройства, расположенного на устройстве для выборки, или по длине размотанного несущего троса или несущих тросов, на которых подвешено устройство для выборки. По данным точек троса (или по рассчитанному по ним вектору) и данным глубины устройства для выборки можно в любой момент рассчитать однозначное пространственное положение устройства для выборки, а также форму и положение траншеи.
Для повышения точности измерения предпочтителен вариант, в котором перед определением положения точек троса процесс выемки грунта прерывается, чтобы устройство для выборки и тросы пришли в неподвижное состояние.
Кроме того, точность измерения можно повысить за счет того, что тросы целенаправленно натягиваются перед определением положений точек тросов. Для этого, в частности, предусмотрено некоторое подтягивание устройства для выборки, то есть его подъем от дна траншеи, с целью натяжения тросов, в частности, несущих тросов. При использовании отдельных измерительных тросов может быть предусмотрено устройство натяжения троса. Таким образом, получается прямая линия между точкой зацепления тросов на устройстве для выборки и точкой крепления на несущем устройстве, которой, в частности, может быть направляющий ролик.
Измерение, по меньшей мере, четырех точек может выполняться сравнительно быстро, то есть производственный процесс приостанавливается лишь на непродолжительное время. При этом, в частности, выгодно то, что устройство для выборки во время измерения может оставаться в траншее.
В следующем предпочтительном варианте исполнения изобретения предусмотрено более двух тросов, на каждом из которых определяются положения, по меньшей мере, двух точек троса. Это позволяет дополнительно повысить точность измерения и/или выполнить контрольное измерение.
Кроме того, можно повысить надежность определения положения устройства для выборки за счет того, что между двумя точками одного троса определяется положение, по меньшей мере, одной третьей точки троса, служащей контрольной точкой измерения. Если обнаруживается, что обе точки измерения, служащие для расчета вектора, и контрольная точка измерения лежат на одной прямой линии, можно считать, что трос прямолинеен на всем своем протяжении.
В выгодном варианте исполнения изобретения измерительный прибор находится на поверхности грунта или над ней в точке с беспрепятственным видом на трос. Измерительный прибор берет пеленг на тросы и, используя, по меньшей мере, две точки измерения на каждом тросе, определяет положение троса в пространстве. Обе точки измерения находятся на различной высоте над поверхностью грунта.
Чтобы добиться максимально высокой точности, одна из, по меньшей мере, двух точек измерения располагается максимально низко, а другая - максимально высоко. При этом под нижней точкой измерения следует понимать, в частности, точку измерения вблизи поверхности грунта, а под верхней точкой измерения - точку измерения, расположенную, например, вблизи вершины стрелы несущего устройства.
В предпочтительном варианте исполнения изобретения для измерения угла и расстояния используется измерительный прибор, который позволяет измерять углы в горизонтальной и вертикальной плоскости, а также измерять расстояния. Предпочтительно, в качестве измерительного прибора используется тахеометр. Тахеометр оптически визирует тросы.
Для определения положения завизированной точки троса измерительный прибор посылает электромагнитный луч, например световой луч, который отражается от завизированной точки троса. По существу, точкой троса может служить произвольная точка на тросе. Выполняется измерение расстояния до точки троса от измерительного прибора, например, при помощи измерения времени прохождения или фазового сдвига. Кроме того, определяется угол светового луча, направленного на точку троса, относительно заданной опорной оси. Выполненное таким образом измерение расстояния и угла позволяет определить положение завизированной точки троса в пространстве. Положение прочих точек тросов определяется таким же образом.
Предпочтительно, под световым лучом понимается свет в инфракрасном диапазоне, и, предпочтительно, лазерный луч. Для пеленгования точек троса можно отметить, например, середину троса, например, перекрестием визира тахеометра. Предпочтительно, отметка выполняется только после успокоения тросов, то есть на максимально неподвижных тросах.
В предпочтительном варианте исполнения изобретения положение измерительного прибора и/или устройства для выборки определяется в системе координат, использующейся на стройплощадке. Если, например, известно положение или местонахождение измерительного прибора в системе координат, использующейся на стройплощадке, то на основании этих сведений можно также определить положение измерительного прибора в системе координат, использующейся на стройплощадке. Это позволяет быстро и экономично сооружать элемент траншейной стены с заданными контурами и местоположением в предварительно определенном положении относительно системы координат, использующейся на стройплощадке.
Кроме того, предпочтителен вариант, в котором при помощи уклономера или инклинометра измеряется отклонение устройства для выборки от вертикали. Предпочтительно, уклономер располагается на устройстве для выборки или в этом устройстве. Если известно пространственное положение точек крепления тросов на устройстве для выборки, то, добавив еще один вектор, определяющий наклон и длину устройства для выборки, можно сделать вывод о положении опорной поверхности устройства для выборки и о пространственном положении устройства для выборки в грунте. Длина этого вектора наклона соответствует длине устройства для выборки от точки крепления троса до опорной поверхности. Результаты измерения уклономером передаются (например, по кабелю) в кабину водителя или на аналитическое устройство/управляющий компьютер.
Предпочтительно, при заглублении постоянно измеряется наклон устройства для выборки, чтобы своевременно распознать отклонение от вертикали и, путем коррекции положения, обеспечить сооружение вертикальной траншеи.
Кроме того, сооружение элемента траншейной стены облегчается за счет того, что аналитическое устройство на основании данных, полученных от измерительного прибора и, возможно, уклономера, отображает положение устройства для выборки и/или выдает указания по коррекции положения. Например, на аналитическом устройстве оператор установки, описываемой изобретением, может видеть положение устройства для выборки в траншее или на грунте. В этом случае оператор, при необходимости, может выполнить коррекцию положения. Особенно выгоден вариант, в котором аналитическое устройство на основании найденного текущего положения устройства для выборки выдает водителю указания по действиям, необходимым для коррекции положения. Например, может указываться значение, на которое может быть установлен регулирующий механизм для коррекции положения, например, управляющий клапан устройства для выборки.
Сооружение траншеи будет особенно удобным, если управляющее устройство будет управлять положением устройства для выборки в автоматическом режиме на основании данных, полученных от измерительного прибора и, возможно, уклономера. Компьютер или вычислительное устройство может, например, управлять устройством для выборки без вмешательства оператора.
Предпочтительно, данные измерительного прибора, в частности данные измерений точек троса или основанные на них данные, передаются на аналитическое и/или управляющее устройство по кабелю или радио. В частности, возможна передача данных в кабину оператора несущего устройства.
Визирование точек измерения при помощи измерительного прибора может осуществляться, например, геодезистом, обслуживающим измерительный прибор. Также возможен вариант, в котором измерительный прибор самостоятельно визирует точки измерения. Это может быть реализовано, например, при помощи лазеров, помогающих управлять измерительным прибором. В частности, для самостоятельного управления измерительным прибором выгодно, чтобы как вертикальная, так и горизонтальная ось вращения измерительного прибора приводилась от двигателя.
Автоматическое визирование точек измерения может осуществляться за счет того, что на тросах в заданных положениях предусмотрены метки, например зеркала, отражатели или куски пленки. Метки могут закрепляться на тросах временно. Они могут облегчать визирование при помощи измерительного прибора.
По существу, возможен также вариант, в котором в определенных точках троса закреплены подающие сигналы элементы, которые могут быть обнаружены приемником измерительного прибора. Обнаружение позволяет автоматически ориентировать измерительный прибор на точки измерения. Таким подающим сигнал элементом мог бы стать, например, ультразвуковой или радиопередатчик.
В отношении установки для сооружения элемента траншейной стены выгоден вариант, в котором измерительный прибор расположен на некотором расстоянии от несущего устройства. В частности, измерительный прибор в качестве самостоятельного прибора может быть расположен рядом с несущим устройством, в частности, в нескольких метрах от несущего устройства. При этом, в частности, предусмотрено отсутствие механической связи между измерительным прибором и несущим устройством, то есть движения несущего устройства не передаются на измерительный прибор. Например, измерительный прибор устанавливается на поверхности грунта на удалении от несущего устройства. По существу, измерительный прибор может быть также закреплен на несущем устройстве, в частности, на стреле.
Предпочтительно, предусмотрен индикатор, который на основании данных, полученных от измерительного прибора, отображает положение устройства для выборки. Индикатор может содержать, например, дисплей, который может находиться, например, в кабине оператора несущего устройства. Результаты измерений, выполненных измерительным прибором, или положение устройства для выборки могут отображаться, например, в графическом виде. При этом, предпочтительно, отображается отклонение от теоретической вертикальной линии, скручивание и/или смещение устройства для выборки. Получив эти данные, оператор несущего устройства может корректировать положение устройства для выборки, например, при помощи управляющих клапанов на устройстве для выборки.
Траншейную стену можно соорудить с особой точностью и быстротой за счет того, что предусмотрено управляющее устройство, предназначенное для автоматического управления устройства для выборки с использованием данных измерительного прибора.
Краткое описание чертежей
Изобретение описывается ниже на основании предпочтительных вариантов исполнения, схематично показанных на прилагаемых фигурах, на которых изображено:
Фигура 1: установка для сооружения элемента траншейной стены или траншейной стены.
Фигура 2: схема сооружения траншейной стены, состоящей из нескольких элементов.
Фигура 3: два элемента траншейной стены со схематично показанным положением устройства для выборки во время сооружения этих элементов.
Осуществление изобретения
Соответствующие друг другу элементы имеют одинаковые обозначения на всех фигурах.
На фигуре 1 представлена установка 10, описываемая изобретением и предназначенная для сооружения элемента 62 траншейной стены. Установка содержит строительную машину 12, в частности устройство для сооружения траншейной стены. Строительная машина 12 содержит несущее устройство 14, на котором посредством двух тросов 26, выполненных в форме несущих тросов, подвешено устройство 30 для выборки, например, траншейная фреза или траншейный грейфер. На транспорт-носитель 16, который содержит опорную тележку 18 и поворотную платформу 20, установленную на ней с возможностью вращения вокруг вертикальной поворотной оси, опирается стрела 22. Несущие тросы проходят через направляющий ролик 24, расположенный в верхней части стрелы 22, и могут разматываться или сматываться при помощи лебедки 28.
Устройство 30 для выборки, которое подвешено на несущих тросах и может также называться устройством для выемки, в представленном варианте исполнения содержит раму 32, которая может опускаться в траншею 58 в грунте 64, и на нижней оконечности которой расположен, по меньше мере, один инструмент для выборки, в частности фреза 34. Фреза 34 с целью выемки грунта установлена на раме 32 с возможностью вращения.
Чтобы соорудить элемент 62 шпунтовой или траншейной стены, сначала в грунте 64 при помощи устройства 30 для выборки сооружается траншея 58. При этом устройство 30 для выборки опускается, по существу, вертикально и создает траншею 58 путем выборки или выемки грунта. После сооружения или во время своего сооружения траншея заполняется отверждаемой средой, в частности отверждаемой суспензией, бетоном или грунтобетоном, которая при отвердевании образует элемент 62 шпунтовой или траншейной стены.
Сооружение шпунтовой или траншейной стены 60, состоящей из нескольких элементов 62 шпунтовой или траншейной стены, схематично показано на фигуре 2. Для сооружения траншейной стены 60 последовательно сооружаются отдельные элементы 62 траншейной стены, накладывающиеся друг на друга, как показано на фигуре 2.
Чтобы между отдельными элементами 62 траншейной стены 60 не возникали полости, и траншейная стена 60 была герметичной, необходимо точно ориентировать отдельные элементы 62 траншейной стены. В частности, необходимо избегать наклона, смещения и скручивания элементов 62 траншейной стены.
Вследствие заполнения сооруженной траншеи 58 материалом, отвердевающим с образованием элемента 62 траншейной стены, форма сооруженной траншеи 58 соответствует отдельному элементу 62 траншейной стены или траншейной стене 60. В свою очередь, положение отдельных траншей 58 определяется положением устройства 30 для выборки. Зная и, при необходимости, корректируя положение устройства 30 для выборки, можно определить положение сооружаемых элементов 62 траншейной стены.
Согласно изобретению для определения положения (под которым можно также понимать ориентацию в пространстве) устройства 30 для выборки предусмотрен измерительный прибор 40. Под измерительным прибором 40 понимается, в частности, тахеометр, который может обслуживаться геодезистом и устанавливаться на поверхность 66 грунта. При помощи тахеометра можно отмечать точки 42 тросов, в частности, оптическим путем, и определять их пространственное положение в виде измеренного значения. Точки 42 тросов или точки измерения находятся над поверхностью 66 грунта или вне траншеи 58.
Путем определения пространственного положения, по меньшей мере, двух точек измерения или точек 42 троса 26 можно рассчитать вектор 46 соответствующего троса 26, на продолжении которого находится точка крепления троса 26 на устройстве 30 для выборки. При помощи соответствующего измерения на втором тросе 26 можно получить вторую точку крепления на устройстве 30 для выборки. Зная, по меньшей мере, две точки крепления, можно рассчитать пространственное положение или ориентацию устройства 30 для выборки в грунте 64.
Как правило, устройство 30 для выборки вследствие своей большой массы висит вертикально на точках крепления тросов 26. Так, можно сделать вывод о положении опорной поверхности устройства 30 для выборки, прибавив длину устройства 30 для выборки к результатам измерения.
Для повышения точности измерений на устройстве 30 для выборки или внутри него может быть установлен уклономер. Этот уклономер может использоваться оператором для контроля при вертикальном заглублении устройства 30 для выборки. Если уклономер 50 показывает угол устройства 30 для выборки, отклоняющийся от перпендикуляра, то для определения положения и ориентации опорной поверхности устройства 30 для выборки к измеренным точкам крепления тросов на устройстве 30 для выборки можно добавить наклонный вектор, длина которого соответствует длине устройства 30 для выборки.
В частности, процесс сооружения элемента 62 траншейной стены включает следующие этапы:
1. Позиционирование измерительного прибора 40 с целью определения углов и расстояний в пределах видимости на тросах 26 установки 10,
2. Заглубление устройства 30 для выборки на заданную глубину,
3. Приостановка процесса выемки,
4. Натяжение несущих тросов устройства 30 для выборки,
5. Определение глубины устройства 30 для выборки, например, точки крепления несущего троса к устройству 30 для выборки или нижней оконечности устройства 30 для выборки,
6. Измерение, по меньшей мере, двух точек 42 на каждом тросе 26 при помощи измерительного прибора 40,
7. Опциональное определение наклона или перекоса устройства для выборки,
8. Передача данных, полученных при измерениях, выполненных согласно пункту 6 и, возможно, 7, на аналитическое устройство, например, микропроцессор или компьютер. Аналитическое устройство может находиться, например, в измерительном приборе 40 или на несущем устройстве 14. Необработанные/исходные данные или возможно обработанные данные могут передаваться на несущее устройство.
При сооружении траншейной стены 60 измерительный прибор может оставаться неподвижным во время сооружения предварительно заданного количества элементов траншейной стены, в то время как установка 10 будет постепенно перемещаться для сооружения следующих элементов 62 траншейной стены.
Для контроля измерения между двумя точками измерения или точками 42 троса 26, служащими расчетными значениями для определения вектора 46, может быть определена, по меньшей мере, одна дополнительная точка 42 измерения, служащая контрольной точкой 44 измерения. Если все точки 42 измерения одного троса находятся на одной прямой линии, можно говорить о, по существу, прямом тросе 26.
На стройплощадке задана неподвижная система 68 координат стройплощадки. Предпочтительно, известно положение измерительного прибора 40 в системе 68 координат стройплощадки. Система 68 координат стройплощадки содержит, например, несколько фиксированных точек 70, служащих опорными точками. Предпочтительно, точки 42 измерения или точки на тросах 26 также могут быть определены в системе 68 координат стройплощадки. Благодаря этому можно также рассчитать пространственное положение устройства 30 для выборки в системе 68 координат стройплощадки.
На фигуре 3 схематично показаны различные уровни 36 сечения устройства 30 для выборки, которые иллюстрируют положение устройства 30 для выборки на различных глубинах в траншее 58 или положение образовавшегося в итоге элемента 62 траншейной стены. В левой части фигуры показано идеальное ведение устройства 30 для выборки, при котором отдельные уровни 36 сечения, по существу, параллельны друг другу и расположены вертикально друг над другом. В правой части фигуры один из уровней 36 сечения перекошен. В этой области траншея 58 имеет нежелательные контуры, вследствие чего возможно возникновение негерметичности в траншейной стене 60. Подобные нежелательные отклонения отдельных элементов 62 траншейной стены могут быть надежно и с минимальными затратами предотвращены при использовании предлагаемого изобретения.
Оператору строительной техники, находящемуся в кабине, на дисплей 17 может выводиться положение устройства 30 для выборки в траншее. Например, может отображаться абсолютное положение устройства 30 для выборки в траншее 58 относительно нулевой вертикальной линии.
Для введения устройства 30 для выборки в грунт 64 может быть предусмотрена направляющая стенка или сверлильный шаблон 72, расположенная/расположенный в заданном положении в верхней части грунта 64.