CC BY
334
УДК 528:658
Вальдемар Кнауб
Фирма VMT GmbH, Германия
E-mail: w.knaub@vmt-gmbh.de
www.vmt-gmbh.de
О ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ФИРМЫ VMT GMBH
Waldemar Knaub VMT GmbH, Germany E-mail: w.knaub@vmt-gmbh.de www.vmt-gmbh.de
VMT PRODUCTS AND SERVICES
Review of modern unified surveying and geodetic equipment and software used in tunnel construction, manufactured by VMT GmbH (Germany), is given. A wide of their applications in different tunneling technologies, and other fields, types and features of VMT guidance systems are represented.
Комплектации навигационных и сенсорных систем VMT GmbH в зависимости от выбранной технологии строительства тоннеля
Для комплексной обработки данных и простоты использования навигационных систем разного типа для тоннелестроения целесообразно использование ряда продуктов, отличительным знаком которых является целостная структура, включающая в себя как технические средства, так и программное обеспечение.
Строительство тоннелей с тюбинговой обделкой и в твердых горных породах
В качестве примера воплощения идеи единой концепции можно привести навигационные системы «SLS-SL - Обделка тюбингами» и «SLS-HR - Скальные породы» продуктного ряда «SLS-» фирмы VMT GmbH, предназначенных для проходческих щитов и машин для проходки тоннелей с тюбинговой обделкой и в устойчивых скальных породах.
Применение активной мишени, лежащее в основе обеих указанных выше систем, гарантирует более компактное расположение по сравнению с системами, основанными на применении призм.
Обе системы предусматривают монтаж активной мишени в корпусе машины или на раме ТПМК и точное определение ее положения в системе координат машины при установке.
Принцип работы системы: при движении тоннелепроходческого комплекса, с системного автоматического тахеометра непрерывно считывается актуальное положение мишени и посредством его соотнесения с проектной осью тоннеля отображается точное положение машины.
Рис. 1. SLS-SL
Следующим шагом при строительстве тоннелей с тюбинговой обделкой является построение самого тюбингового кольца в хвосте ТПМК. Выбор наиболее подходящего кольца имеет огромное значение, определяющее в дальнейшем качество всей конструкции тоннеля. Однако даже опытные команды по укладке тюбинговых сегментов зачастую не могут спрогнозировать ситуацию более чем на одно кольцо вперед.
При каждом расчете должны быть учтены такие параметры, как: поступательное движение проходческого комплекса, зазор хвостовика; тип кольца, расположение машины по отношению к проектной оси тоннеля и проч.
Для этих целей фирмой VMT была разработана специальная программа: «ЕЖ? - Программа расчета положения тюбингового кольца и порядка построения колец».
Данная разработка позволяет рассчитать порядок укладки на несколько колец вперед, а также и на всю длину тоннеля. Полученные при расчете значения документируются и сохраняются в базе данных.
При отклонении машины от проектной оси программой автоматически рассчитывается соответствующая корректировочная кривая, обеспечивающая выведение машины на запланированную проектную ось.
Помимо расчета положения колец и порядка их построения, по мере продвижения работ по сооружению тоннеля с тюбинговой обделкой для обеспечения высокого качества конструкции и гарантии ее безопасности необходимо вести наблюдения:
- Деформации колец;
- Зазора хвостовика
- Давления строительного раствора за тюбинговой оболочкой.
Рис. 2. Форма тоннеля, собранного усечёнными железобетонными тюбингами
Для решения вышеперечисленных задач специалистами фирмы VMT были разработаны соответствующие системы:
1. «RCMS - Система измерения деформации кольца»
Данная система монтируется на сечении тоннеля, подлежащего наблюдению, и с помощью цепочки инклинометров ведет беспрерывное измерение колец на предмет возникновения деформаций. Интервал измерений при этом задаётся произвольно. При дополнительной установке специальной эталонной призмы возможен также учет вертикальных подвижек кольца.
Фактическая точность измерения деформационных изменений - менее 1 мм. Существует также возможность установления беспроводного соединения WLAN с системным компьютером и передача всех полученных данных в «CBP Программу контроля над процессами бурения».
2. «GAPtrix - Полуавтоматическая система измерения зазора хвостовика»
В обычной практике, при сборке кольца замер зазора хвостовика щита
производится вручную, в результате чего допускается большое количество неточностей и ошибок, которых можно избежать при использовании специальной системы, обеспечивающей высокую и сопоставимую точность измерений.
Разработанная VMT полуавтоматическая система состоит из лазерного дальномера Leica DISTO™ plus с возможностью беспроводной передачи данных (Bluetooth™), излучающей антенны и Bluetooth-преобразователя.
Зазор хвостовика замеряется и документируется после каждого поступательного движения ТПМК. Полученные численные значения измерений незамедлительно передаются по радиосети в навигационную систему, а также в программу расчета построения колец RMP.
3. «GPSS Система контроля давления строительного раствора за тюбинговой оболочкой»
При сооружении тоннелей с тюбинговой обделкой, на свежие установленные сегменты действуют такие природные силы, как давление воды или горной породы. Для придания конструкции стабильности, сразу после
установки тюбинговых колец зазор между тюбинговой обделкой и горной породой запрессовывается строительным раствором.
Система GPSS позволяет контролировать давление строительного раствора в стыках сегментов от начала запрессовывания до схватывания. Для этого на специально предусмотренные точки отдельных сегментов выбранных колец монтируются датчики давления, позволяющие установить, с предписанным ли давлением запрессовывается на измеряемых сечениях строительный раствор, достаточно ли быстро раствор схватывается, и обеспечивается ли, таким образом, стабильность и водонепроницаемость строящегося тоннеля.
Все полученные и обработанные с помощью системы данные могут быть в любой момент просмотрены как в графическом, так и в текстовом выражении.
Существенным преимуществомданной системы перед ее предшествующими версиями является возможность многократного применения используемых сенсоров. В предыдущих системах их демонтаж был невозможен, однако в новой версии системы сенсоры легко демонтируются вручную и могут быть установлены заново.
Дистанционное отображение
Навигационные системы фирмы VMT GmbH предусматривают возможность объединения в единую сеть всех компьютеров, находящихся на строительной площадке, а также функцию Интернет-доступа, что позволяет отображать актуальное положение машины, её отклонения и тенденции как на мониторах компьютеров в строительном бюро, так и в любой точке мира через Интернет.
В случае отображения через единую сеть компьютеров стройплощадки, для того, чтобы получить представление о положении машины, не спускаясь в тоннель, персональный компьютер VMT Office соединяется с промышленным компьютером, находящимся в тоннелепроходческом комплексе. Расширенная сеть позволяет получать информацию с любого компьютера, установленного на стройплощадке.
Вторым вариантом является возможность получения и просмотра актуальной информации непосредственно в офисе заказчика, вне зависимости от его местонахождения. При этом осуществляется DSL- соединение VMT Office компьютера, расположенного на стройплощадке, с Web-сервером VMT, для передачи данных через Интернет.
Имеющие специальный доступ Интернет-пользователи получают возможность загрузки данных промышленного компьютера с Web-сервером VMT во время передачи их по сети Интернет расположенным на стройплощадке VMT Office компьютером.
Сооружение тоннелей методом продавливания труб
В основе навигационных систем, дополнительных модулей и сенсорного оборудования, разрабатываемых VMT GmbH для тоннелепроходческих комплексов, используемых при строительстве тоннелей методом продавливания труб, заложена единая структура CAN Bus, обеспечивающая совместимость
систем между собой и возможность приспособления к условиям и особенностям конкретного проекта.
Рис. 3. SLS-Microtunnelling ЦГ plus
Выбор навигационной системы при проходке тоннелей методом продавливания труб зависит от особенностей и степени сложности конкретной трассы. Специалистами УМТ были разработаны системы для решения следующих задач:
- Определение положения машины в профиле;
- Проходка коротких прямых участков;
- Проходка длинных криволинейных участков;
- Проходка коротких участков трасс с очень небольшими радиусами.
SLS-Microtunnelling НЬ - система для определения положения машины в профиле с помощью электронного гидроуровня. Система предназначена для строительства протяжённых самотечных коллекторов минимального наклона.
Посредством замера разницы в показаниях давлений между высотным сенсором, находящимся в стартовой шахте и высотным сенсором, расположенным в ТПМК, осуществляется навигация, не подверженная помехам со стороны рефракции. Точные и независимые от расстояний и температуры расчёты вертикального положения ТПМК обеспечивают оптимальный контроль над машиной - система информирует оператора ТПМК об отклонениях от проектной оси по вертикали, а также о крене, продольном наклоне и вертикальных тенденциях машины.
SLS-Microtunnelling Ь - система, основанная на применении жестко закрепленного в стартовой шахте лазера в сочетании с расположенной в машине активной мишенью. Применяется для точного определения положения машины в забое при проходке коротких прямых участков трасс любого диаметра.
При использовании данной системы все движения ТПМК во время проходки учитываются как отображение луча установленного параллельно к проектной оси лазера, направленного на активную мишень. Вся собранная информация - угол падения лазерного луча, данные, полученные с различных сенсоров, показания системы измерения длины - переносятся на промышленный компьютер и подвергаются дальнейшей обработке. На мониторе оператора ТПМК отображается положение машины, горизонтальная и вертикальная тенденции, информация о крене и продольном уклоне машины, а также пикетаж.
SLS-Microtunnelling ЦГ - система с применением лазерного тахеометра, разработана для проходки длинных криволинейных участков трасс. Отличается невосприимчивостью к возможным дрейфам машины и рефракционным воздействиям. Определяет и отображает актуальное положение машины/ТПМК, тем самым, обеспечивая оптимальный контроль на длинных участках трасс со сложными кривыми.
SLS-Microtunneling О - система с применением гирокомпаса, предназначенная для проходки коротких, сильно изогнутых участков трасс.
Состоящая из гирокомпаса и электронного гидроуровня, данная система не требует в процессе работы прямой видимости между ее компонентами, используется при проходке тоннелей диаметром от 800мм и обеспечивает точное, независимое от температуры в тоннеле и длины трассы определение положения машины.
Устанавливаемый в машине гирокомпас определяет горизонтальное положение и направление ТПМК, а также его крен и продольный уклон. Определение положения машины в профиле осуществляется с помощью модуля гидроуровня, описанного выше.
Дополнительные модули
Надстройка дополнительных модулей к системам позволяет:
- Вести учет данных о давлении в цилиндрах управления, основных и промежуточных домкратах, о выходе штоков цилиндров управления и промежуточных домкратов, а также данных, полученных из программы управления ТПМК (при наличии таковой);
- Проводить измерения расстояния до груди забоя с функцией подачи предупредительного сигнала при превышении определенного критического значения.
- Передавать данные установленной навигационной системы и дополнений к ней;
Сенсорные системы служат для отображения наиболее существенных (с точки зрения заказчика) величин и значений, либо для автоматизирования требующих больших временных затрат работ, и могут устанавливаться как автономно, так и в сочетании с навигационными системами VMT на любые типы ТПМК любого производителя.
«ШС$ - Система цепи инклинометров» для определения вертикального положения ТПМК.
«ABLS - Автоматическая смазочная система на основе бентонита», обеспечивающая постоянное и равномерное распределение бентонитовой смазки вне зависимости от диаметра и длины трубного става.
«GMS - Система замера стыков труб» служит для отслеживания изменения величины зазора определенного сечения в трубном ставе во время проходки.
«AICS - Система автоматического управления домкратными станциями», обеспечивающая координацию и контроль выхода штоков промежуточных домкратов. Система может управлять во время проходки, как отдельными промежуточными домкратами, так и целой системой домкратных станций.
«МОУЇ - Система видеонаблюдения», позволяющая вести наблюдение и запись работ в районе открытой груди забоя.
Несмотря на то, что все вышеперечисленные модули и сенсорные системы предназначены в первую очередь для расширения функций систем, используемых при строительстве тоннелей методом продавливания труб, их конфигурация предусматривает совместимость с любой навигационной системой фирмы УМТ GmbH.
Классическое тоннелестроение
Проходческие установки с частичной разработкой забоя используются преимущественно в скалистых, устойчивых грунтах. Во время выработки породы для установки защитного каркаса свод тоннеля принимает на себя всю нагрузку на разрабатываемом участке забоя. Защита от откалывающейся породы обеспечивается соответствующим способом в зависимости от геологических характеристик грунта. В качестве такой защиты выступает крепь. Наиболее распространённым считается метод встраивания стальных пластин и арок с использованием набрызг-бетона.
Основной профиль тоннеля должен быть установлен с абсолютной точностью для снижения затрат на набрызг-бетон, выработку породы, ускорения процесса строительства и во избежание дорогостоящего устранения начальных профилей.
До сих пор профиль, по которому производилась выработка посредством проходческой машины с частичной разработкой забоя, размечался путём установки крепи или путём нанесения профиля вручную при помощи аэрозольной краски. При этом точность выработки зависела, прежде всего, от того, насколько опытен оператор. Кроме того, работы по фрезерованию сопряжены с образованием значительного количества пыли, что существенно замедляет процесс и приводит к неточностям.
Чтобы процесс возведения тоннеля и установки крепи посредством точной выработки проектного профиля стал более экономичным, а процесс строительства, несмотря на образование пыли, ускорился, компанией УМТ GmbH была разработана навигационная система независимого слежения для проходческих машин с частичной разработкой забоя (тоннелепроходческих комбайнов, буровых установок и т.д.).
Принцип работы навигационной системы для проходческих машин с частичной разработкой забоя на примере «SLS-Roadheader - Системы для тоннелепроходческого комбайна»: для оптимизации рабочего процесса
положение режущего органа относительно проектного профиля выводится на экран, размещённый в поле зрения оператора. С помощью двух призм, закрепленных на корпусе проходческого комбайна, установленный на стенке тоннеля тахеометр получает данные о движении машины, которые затем передаются по линии радиосвязи в систему. Двухосевой инклинометр позволяет измерять наклон и крен шасси. При помощи установленных на телескопической стреле датчиков или посредством системы программируемого управления установки, фиксируются все движения рабочего органа.
Все данные аккумулируются в центральном блоке навигационной системы и передаются для дальнейшего использования на промышленный компьютер. Программное обеспечение системы анализирует входящие данные и рассчитывает фактический интервал между режущим органом и проектным профилем. Все величины выводятся на монитор, установленный на пульте управления - таким образом, оператор получает актуальную информацию об отклонениях от заданных параметров.
Рис. 4. Навигационная система SLS-Roadheader
Информационные системы в тоннелестроении
«СВР» - Система контроля процесса бурения» представляет собой «глобальную» модульную систему документирования, хранения и контроля поступающих данных с функциями анализа и оценки для применения в механизированном тоннелестроении.
Работающая на основе базы данных система обеспечивает специалистов актуальной информацией, поступающей в максимально приближенном к реальному времени режиме и необходимой для принятия своевременных решений для обеспечения безопасности проходки.
Поступающие с нескольких ТПМК данные могут учитываться, обрабатываться и отображаться одновременно.
В процессе реализации проекта система позволяет вести учет всех данных, например, поступающих с системы программного управления ТПМК, навигационной системы, системы геомониторинга, со всех установленных в тоннеле датчиков (датчики давления, датчики системы измерения деформации кольца и т.д.). Учитываются также данные об оборудовании на строительной площадке (например, компрессоры, конвейерные весы, сепараторная установка и проч.)
Картографический Мониторинг Данные по Документация
материал, схемы, геотехнических снабжению и
фотографии данных оборудованию
СВР
Рис. 5. Схема системы СВР
Все учитываемые СВР данные могут быть сохранены в определенной папке с файлами, либо передаваться далее по электронной почте, в том числе автоматически.
Предусмотренная СВР система предупреждения и оповещения позволяет одновременно отслеживать данные внутрисистемных процессов и данные измерений, после чего производится их автоматическая сверка с запланированными и пороговыми значениями и рассылка пользователям системы, в компетентность которых входит принятие соответствующих решений.
«Система геодезического мониторинга зданий и сооружений» - является одним из вариантов дальнейшего развития системы СВР и предназначена для непрерывного автоматического наблюдения, сбора информации с различных
датчиков, расположенных на наблюдаемом объекте и вокруг него, обработки, анализа и отображения полученной информации в различных формах. Также имеет функцию оповещения (в режиме реального времени) о превышении заданных допусков.
Оборудование, применяемое для проведения абсолютных геодезических измерений:
- Высокоточные автоматические тахеометры и цифровые нивелиры;
- GNSS - GPS оборудование.
Оборудование, применяемое для проведения релятивных (относительных) измерений:
Рис. 6. Оборудование для проведения относительных измерений
Рис. 7. Система гидростатического нивелирования
Системой геодезического мониторинга предусмотрено использование температурных датчиков, датчиков давления воздуха, влажности, датчики уровня и давления воды, давления воды в порах.
Промышленные измерения
Отдел, специализирующийся на проведении промышленных измерений, существует в фирме УМТ с 1994 года. На первых порах главной задачей отдела было проведение высокоточных измерений тюбинговых сегментов, текущие же проекты относятся к самым разным сферам: тоннелестроение,
самолетостроение, автомобилестроение, машиностроение, производство промышленного оборудования, производство инструментов и проч.
Одним из решающих факторов при проведении высокоточных измерений является выбор подходящего оборудования (высокоточные промышленноизмерительные системы):
Рис. 8. Оборудование, применяемое специалистами УМТ для проведения
промышленных измерений
При подготовке данной статьи были использованы материалы публикаций и информация с Web-сайта фирмы УМТ GmbH.
© Вальдемар Кнауб, 2009
