ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛАЗЕРНОЙ ПРИСТАВКИ ПРИ ПОДЗЕМНЫХ

ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ РАБОТАХ

Канд. физ.-мат. наук И. В. ДЖУНЬ, канд. техн. наук Э. А.

ВАСИЛЬЕВА

Лазерный луч используется не только при создании принципиально

новых геодезических приборов, но и различных насадок (приставок) к

существующим классическим геодезическим приборам, расширяя

возможности их применения в строительстве, особенно при плохой

освещенности, и повышая производительность труда.

Начиная с 1980 г. серийно выпускается отечественная лазерная

приставка ПЛ-1. В первоначальном варианте предусмотрено ее

использование в комплексе с нивелиром НЗ (НВ-1) для задания в

пространстве направления горизонтальным или наклонным (не свыше 3,5°)

лазерным лучом. Оптическая система зрительной трубы нивелира

используется как коллиматор. Лазерная приставка ПЛ-1 состоит из

излучателя 1 (рис. 1), поворотной оптической насадки 2, кронштейна 4 и

универсального источника питания. Прибор выполнен в брызгозащитном

исполнении и хорошо работает в полевых условиях при влажности воздуха

не более 95% и температуре от — 50 до + 50°С.

Оптическая насадка предназначена для ввода лазерного луча в трубу

нивелира. В настоящее время разработана ее улучшенная модель, в которой

учтены недостатки первой конструкции. Сокращено количество

регулировочных винтов, повышена их прочность, улучшена сама

конструкция, облегчающая настройку прибора при его полной

разъюстировке. В комплект ПЛ-1 входит специальная поворотная призма 3,

которая используется при необходимости визирования на точку обычным

способом без отведения в сторону оптической насадки (источник питания

при этом отключается) и крепится к ней в нижней части.

Перед началом разбивочных работ необходимо выполнить поверки

лазерной приставки и юстировку. При использовании лазерного луча в

качестве опорной линии для детальных геодезических разбивок в плане

достаточно выполнить поверку настройки лазерной приставки, которая

сводится к обеспечению условия правильного ввода лазерного луча в

коллиматор, так как только в этом случае будет получена максимальная

мощность лазерного излучения на выходе коллиматора. Предприятие-

изготовитель гарантирует выполнение общей настройки ПЛ-1, поэтому

исполнителям геодезических работ следует выполнять только рабочую

настройку продолжительностью 5—7 мин непосредственно на объекте работ

Рис. 1

Рис. 2

Ее методика разработана авторами статьи и с 1981 г прилагается к

паспорту приставки.

Если при использовании комплекса ПЛ1-НЗ предусматривается

выполнение разбивочных работ не только в плане, но и по высоте от

горизонтального лазерного луча, то необходимо дополнительно выполнять

поверки параллельности оси круглого уровня и оси вращения нивелира под

нагрузкой (т. е. с приставкой) и параллельности оси цилиндрического уровня

и оси лазерного луча, выходящего из коллиматора. В трубе нивелира

оптическая и визирная оси чаще всего не совпадают вследствие

погрешностей изготовления оптических деталей, их монтажа и других

причин. Кроме того, исследованиями авторов установлено, что геометрия

трубы нивелира под воздействием нагрузки от лазерной приставки

претерпевает некоторые изменения. Влияние нагрузки проявляется при

расстоянии до рейки 20 м и постепенно возрастает по мере удаления от

прибора. Рас хождения в отсчетах по рейке, взятых по визирному лучу (при

его параллельности оси цилиндрического уровня) и лазерному лучу на

расстоянии 70 м от нивелира, составляют 6—8 мм.

Поверка параллельности оси цилиндрического уровня и оси лазерного

луча выполняется двойным нивелированием одной и той же линии длиной

50—70 м. Отсчеты по рейке берутся по геометрическому центру

сфокусированного лазерного пятна. Юстировка прибора выполняется так же,

как при нивелировании визирным лучом

Дальность действия ПЛ1-НЗ при визуальной регистрации

геометрического центра лазерного пятна на экране в условиях осве-

Рис. 3

щенности при подземном транспортном строительстве составляет 300 м.

Практический интерес представляет величина «рабочей зоны» прибора,

т. е. такого пространства, в котором можно было бы использовать лазерный

луч, не меняя его первоначальной фокусировки на исходную точку.

Как показали исследования, по мере приближения или удаления экрана

от точки фокусирования размеры лазерного пятна возрастают (рис. 2). При

выполнении разбивочных работ от оси лазерного луча на линии свыше 100 м

фокусирование лазерного луча на экране целесообразно производить на

конечную точку линии.

У несфокусированного лазерного пятна в зависимости от удаленности

экрана от прибора форма размывается, поэтому для оценки точности

визуальной регистрации геометрического центра пятна одновременно с

измерением его размеров в разных точках базиса брались отсчеты по центру

пятна и по краям. Отдельные максимальные расхождения в отсчетах,

определенных двумя методами, составили для линий с расположением точек

фокусирования на расстояниях от прибора 100, 150, 180 и 300 м

соответственно 1,4; 1,7; 2,1; 2,5 мм, а средние квадратические погрешности

определения отсчета по геометрическому центру лазерного пятна для тех же

линий — 0,5; 1,1; 1,4 и 1,9 мм. Средние квадратические погрешности при

нивелировании этих же точек по программе IV класса и по лазерному лучу

составили соответственно 1,9; 3,3; 3,7 и 5,1 мм, а при линейных измерениях

стальной рулеткой и лазером — 1,4; 1,7; 2,1 и 3,5 мм.

Таким образом, в соответствии с допусками СНиП ІІІ-2—75 на

детальные разбивочные работы прибор ПЛ1-НЗ может быть рекомендован

для задания направления транспортных и станционных тоннелей

метрополитена, осуществления постоянного контроля за положением щита в

плане и профиле. Кроме того, ПЛ1-НЗ можно использовать для контроля

геометрических параметров качества положения колец тоннельной обделки в

плане и профиле.

При задании направления проходческому щиту лазерный луч должен

находиться в вертикальной плоскости, проходящей через центры осевых

знаков или линии, параллельные оси, и одновременно быть в горизонтальном

положении. Ориентирование лазерного луча выполняется по створу двух

ориентирующих марок. Введение в створ выполняется небольшими

перемещениями прибора по площадке специального маркшейдерского

столика, консоли или подставки, подвешиваемой к своду тоннеля. После

установки экранов на щите по лазерному лучу одна из ориентирующих марок

может быть использована для контроля устойчивости лазерного луча

(помимо цилиндрического уровня). Установка экранов на щите и их

конструкция подробно описаны в литературе .

При ориентировании лазерного луча необходимо сразу же выполнять

его фокусирование на конечную точку установленного расстояния работы

прибора с данной станции. Поскольку при проходческих работах произвести

фокусирование на конечную точку непосредственно невозможно,

рекомендуется поступать следующим образом. Используя данные,

приведенные на рис. 2, кремальерный винт зрительной трубы нивелира

устанавливают в положение, соответствующее выбранному расстоянию до

точки фокусирования. На рис. 2 также показаны положения фиксирующего

штриха, нанесенного на головку кремальерного винта, при фокусировании на

различные расстояния. Эти положения в виде штрихов заранее отмечают на

горизонтальной оси вращения кремальерного винта. Исходное положение

кремальерного винта соответствует фокусированию на расстояние 1,5 м. Для

фокусирования на другие расстояния кремальерный винт поворачивается по

ходу часовой стрелки от исходного положения по дуге на величину,

соответствующую конкретному расстоянию фокусирования.

Для расширения области применения лазерной приставки ПЛ-1 и

использования ее совместно с теодолитом для задания направления

тоннелям, угол наклона которых превышает 3,5°, например эскалаторов

метрополитенов, авторами статьи разработана конструкция специального

кронштейна, при помощи которого излучатель с оптической насадкой

располагается сбоку от теодолита (рис 3). Такое расположение вызвано тем,

что при креплении приставки к трубе на последнюю действует большая

нагрузка и при необходимости использования теодолита как обычного

прибора микрометренные винты выходят из строя. Кронштейн

устанавливается на подставке теодолита и крепится к ней зажимным винтом

подставки, что предусматривает использование теодолитов, лимб которых не

скреплен наглухо с подставкой. Основными частями кронштейна являются

стойка 3, втулка 5, кольцо для закрепления излучателя 1, держатель 4 и

зажимные винты 2 и 6. Высота закрепления излучателя должна быть такой,

чтобы горизонтальная ось вращения трубы теодолита и ось вращения

излучателя были на одном уровне. Для введения лазерного луча в окуляр

трубы теодолита трубка оптической насадки удлинена до 120 мм (для работы

с нивелиром ее длина равна 80 мм). Рабочая настройка ПЛ-1 в комплексе с

теодолитом выполняется так же, как и в комплексе с нивелиром.