Раздел 6. Геодезическое управление рабочим органом машины при строительстве дороги

Раздел 6. Геодезическое управление рабочим органом машины при строительстве дороги

6.1. Основные виды, правила и положения геодезического управления работой строительных машин

6.1.1. Комплекс геодезических работ при строительстве сооружений, обеспечивающий установку и перемещение рабочих органов строительных машин в пространстве в соответствии с заданным проектным положением, относится к геодезическому управлению работой строительных или монтажных машин. Различают ручное, полуавтоматизированное и автоматизированное геодезическое управление. Оно может обеспечивать одновременную работу как одной, так и нескольких машин.

6.1.2. Геодезическое управление работой машин выполняется на каждом заданном проектном участке отдельно специальной геодезической службой строительства.

6.1.3. Ручное геодезическое управление предусматривает установку на местности различных приборов, отдельных устройств или специальных знаков в такое положение, при котором водитель механизма с их помощью в течение всей работы непрерывно видит заданное (проектное) положение рабочего органа своей машины и в соответствии с ним проводит все строительные работы.

6.1.4. При полуавтоматическом геодезическом управлении перемещение рабочего органа механизма вдоль установленного геодезистами заданного положения частично осуществляется специальными автоматическими устройствами, а частично - водителем механизма.

6.1.5. При автоматическом режиме работы рабочие органы строительных механизмов двигаются автоматически по заданному геодезистами направлению.

6.1.6. Геодезическое управление машинами должно обеспечивать комплексную механизацию строительного производства при одновременной работе целой группы специализированных высокопроизводительных машин в наиболее эффективном режиме. Работа каждой строительной машины в таких комплексах должна выполняться качественно в соответствии с ее мощностью и расчетной производительностью.

6.1.7. В настоящее время существует несколько систем геодезического управления работой строительных машин: система непрерывного визуального управления плановым и высотным положениями рабочих органов машин относительно проектных геометрических параметров сооружения; система управления, в которой вдоль натянутой копирной струны, установленных рельсформ, бортового камня, лазерного или светового луча (плоскости), задающих необходимое направление и высоту, перемещается датчик, преобразующий в электрические сигналы отклонения рабочих органов машин от проектной поверхности; системы дистанционного управления с применением визирного луча геодезического прибора и управления строительными машинами по предварительно рассчитанным координатам с автоматическим введением поправок в положение механизмов при отклонении их рабочих органов от заданной траектории.

6.1.8. При геодезическом управлении работой землеройных машин обычно используют системы непрерывного визуального слежения и наклонной или горизонтальной лазерной (световой) плоскости. Значительно реже используется система дистанционного управления визирным лучом геодезического прибора. При планировке корыта и устройстве слоев дорожной одежды следует использовать системы геодезического управления через различные копирные механические или лазерные устройства.

6.1.9. Геодезическим управлением работой машин должно обеспечиваться непрерывное движение рабочих органов работающих механизмов вдоль заданного положения, при котором водители механизмов либо сами приводят их в заданное положение, либо наблюдают за правильностью работы следящей автоматизированной системы механизма, за соблюдением ею этого положения.

6.1.10. При строительстве проезжей части автомобильной дороги геодезическим управлением работой машин должна обеспечиваться заданная ровность корыта, слоев основания и покрытия, равномерность распределения строительных материалов в слоях дорожной одежды. Это определяет равнопрочность строительства дорожной одежды на всем протяжении дороги при наиболее экономном расходовании строительных материалов и достижении наибольшей ровности поверхности каждого слоя дорожной одежды и покрытия.

6.2. Ручное геодезическое управление работой машин

6.2.1. Для ручного управления при непрерывном визуальном слежении направление движения механизма в плане определяется установкой створных вех вдоль движения машины, а по высоте - установкой горизонтальных планок вех-визирок на заданной проектной высоте.

6.2.2. Створные вехи устанавливают параллельно оси сооружения в створе с глазом водителя механизма (рис. 6.1), а планки вех-визирок - со стороны места водителя, за пределами работ, параллельно заданной проектной плоскости с учетом положения глаза водителя относительно рабочего органа механизма (рис 6.2).

6.2.3. Максимальная удаленность вех не должна превышать 100-150 м, а горизонтальных планок вех-визирок - 60-70 м. Длина горизонтальных планок вех-визирок а, установленных с интервалом в 20 м, должна удовлетворять условию (рис. 6.3) , где b - расстояние между водителем и створом вех-визирок. При большем расстоянии водителя от такого створа устанавливают дополнительный ряд визирок или сокращают интервал их расстановки.

6.2.4. Направления задаваемых створов следует размещать на уровне видимости водителя машины вдоль направления движения механизма. Положение рабочего органа машины при этом должно фиксироваться на том же уровне специальным визиром, вехой, маркой или экраном с точкой (рис. 6.4).

6.2.5. В тех случаях, когда управление работой машины ведется из ее кабины, у ветрового стекла перед правым глазом водителя устанавливается крест-визир, вертикальная линия которого параллельна оси движения машины.

6.2.6. Для того чтобы водитель мог контролировать работу механизма, перед ним должны быть установлены ряд створных вех или вех-визирок, причем одна из них всегда должна быть контрольной (дополнительной).

6.2.7. Передвижение машин в продольном направлении задается вехами, установленными параллельно оси сооружения или его элемента в створе с наблюдателем-водителем или передается с кромки рабочего органа машины водителю системой зеркал или призм. При продольном движении (рис. 6.5) и наблюдении через системы зеркал или призм направление устанавливается с учетом смещения створа. Если движение машины ведется поперек оси сооружения (рис. 6.6), то смещение створа от бровки полотна соответствует расстоянию между положением рабочего органа машины и местоположением водителя механизма.

6.2.8. Расстановка на местности ряда точек со специальными визирными знаками, обеспечивающими постоянную видимость водителем заданного проектного положения относительно рабочего органа машины, должно быть выполнено за пределами зоны работы механизмов. В качестве мест размещения таких знаков следует рекомендовать участки, прилегающие к контуру элемента строящегося сооружения, или территории смежных участков, где в период строительства данного элемента сооружения каких-либо других строительных работ не производится.

6.2.9. Интервалы размещения знаков геодезического управления работой машин должны соответствовать точности производства строительных работ.

6.2.10. На прямолинейных участках дорожного полотна с однородным продольным уклоном (рис. 6.7) визирки должны устанавливаться за кромкой полотна через определенный интервал с таким расчетом, чтобы точность наблюдения за положением рабочего органа машины относительно заданного не выходила за пределы допустимых колебаний высот , а створность бровок и кромок элементов дорожного полотна не выходила за пределы допустимых отклонений от створов . В соответствии с этим при визуальном наблюдении за створностью визирок и вех их расстановка должна быть в соответствии с погрешностями работы машины и ее управления , где K' - коэффициент учета погрешностей, влияющих на точность визирования.

Если предельная погрешность не выходит за пределы , то максимальное расстояние между крайними вехами створа (наиболее удаленной вехой и вехой машины) не должно превышать .

Например, при предельной погрешности: м; K = 2; м.

Принимая в качестве предельной погрешности соблюдение ровности поверхности земляного полотна за счет створности визирок м, предельная удаленность крайней визирки не должна превышать = 40 ... 60 м. Для того чтобы три створные визирки свободно проектировались на ребро визирки (см. рис.6.7), установленной на рабочем органе машины (на ноже бульдозера, грейдера, скрепера и др.), интервал между ними должен быть около или = 15 ... 20 м, а длина планки визирки на машине должна быть оптимальной. Она должна соответствовать углу обзора водителем территории участка работы строительной машины, т.е. должна быть близка ширине ножа или габариту машины.

6.2.11. Возвышение верха (ребер) планок всех визирок комплекта (не менее трех, установленных на местности вдоль бровки полотна, и одной на рабочем органе машины) относительно заданной (проектной) линии или плоскости должно соответствовать высоте точки визирования (глаз водителя) над такой заданной линией или плоскостью (рис. 6.8). При дистанционном управлении строительными машинами точность визирования становится выше на величину увеличения трубы геодезического прибора и предельное расстояние установки прибора от механизма будет значительно больше.

6.2.12. При дистанционном управлении из заданной створной точки визирная ось геодезического прибора (обычно теодолита) устанавливается параллельно заданному (расчетному) направлению. Управляемая строительная машина, находящаяся в исходной точке, устанавливается так, чтобы ее рабочий орган совпадал с заданным расчетным положением. Визирная марка рабочего органа машины при этом должна совмещаться с визиркой осью геодезического прибора. При движении машины вдоль заданного направления ее водитель, наблюдающий в геодезический прибор, следит за тем, чтобы визирная ось его трубы все время проектировалась в центр марки или планшета, расположенного на рабочем органе машины. Как только возникнет отклонение центра марки (планшета) от визирного луча прибора, водитель с помощью специального кнопочного устройства дистанционного управления машины возвращает ее рабочий орган в заданное положение. При этом центр марки вновь совмещается с визирной осью прибора. Перемещение рабочего органа с помощью такого дистанционного управления может производиться как по радио, так и через кабельную связь.

6.2.13. Разработку выемок и отсыпку насыпей ведут с таким расчетом, чтобы при их окончательной отделке добор грунта (срезка без подсыпки) не превышал 5-10 см. При окончательной отделке поверхности земляного полотна придают поперечные уклоны и кривизну поверхности в соответствии с проектом.

6.2.14. При отделке земляного полотна бульдозером или грейдером целесообразно к его ножу крепить жесткий флажок, а устанавливаемые на бровке земляного полотна или корыта разбивочные колышки ставить в соответствии с возвышением низа флажка над проектной поверхностью (рис. 6.9).

6.2.15. При разработке грунта экскаватором линию визирования можно помечать чертой на рукоятке ковша при отвесном положении рукоятки (рис. 6.10).

6.3. Автоматизированное и полуавтоматизированное геодезическое управление работой машин

6.3.1. Для автоматизированного геодезического управления широко используются различные механические копирные устройства в виде натянутой струны, спланированной поверхности корыта или готового основания покрытия смежной полосы в виде линии ограничительного борта или бруса, по которым скользят датчики рабочих органов машины. Электрические сигналы от датчика фиксируют отклонение рабочей части механизма от заданного положения и воздействуют на ее управляющее устройство для установки рабочего органа в заданное положение.

6.3.2. При обозначении на местности заданного проектного направления лазерным лучом (лазерным теодолитом, нивелиром, визиром) или лазерной плоскостью геодезического прибора системы СКП-1, САУЛ-1, лазерпланом или другим прибором на машине устанавливается фотоприемное устройство с центральной точкой заданного положения рабочего органа. На фотоприемник проектируется пятно лазерного луча или линия лазерной плоскости, по положению которых относительно центральной точки автомат или водитель механизма управляет рабочим органом машины. Когда на рабочем органе машины установлен фотоприемник-матрица (ФП) (рис. 6.11), передающая положение лазерного луча относительно его центральной точки, управление может производиться автоматически или через лампочный индикатор, расположенный в кабине водителя механизма. В каждом таком варианте перемещение рабочего органа машины производится в соответствии с сигналами, полученными от ФП. Кроме них, имеются градуированные сетки-экраны (рис. 6.12), указывающие по положению светового пятна или линии на экране величину смещения в данный момент рабочего органа машины относительно заданного центрального положения.

6.3.3. При возведении земляного полотна с применением лазерных систем САУЛ и СКП-1 или системы ПУЛ-3 используются дорожные машины с гидроприводом рабочего органа.

6.3.4. Для земляных работ с применением САУЛ, СКП-1, ПУЛ-3 необходимо: центрировать направляющую станцию над одной из точек исходной линии, расположенной вне зоны производства земляных работ; ось луча направляющей станции ориентировать на начальную точку зоны производства работ; от полученного положения оси дороги выполнить разбивку высоты разрабатываемого (отсыпаемого) слоя земли; задать проектный уклон лучу прибора; при включенной автоматической системе приемной станции, смонтированной на отвале автогрейдера, ноже скрепера, бульдозера произвести работы по отсыпке слоя (или планировке) под заданную лучом прибора плоскость. После отсыпки (разработки) слоя переставить направляющую станцию на высоту следующего отсыпаемого (разрабатываемого) слоя насыпи (выемки).

6.3.5. Основные пункты установки приборов геодезического управления работой машин при устройстве земляного полотна следует размещать в точках нулевых работ и точках перелома проектной линии в плане и профиле. На участках горизонтальных и вертикальных кривых такие пункты назначают в точках начала и конца каждой кривой.

6.3.6. Современное строительство бетонного покрытия автомобильной дороги ведется специальным комплектом машин ДС-100, ДС-110 и другими со скользящими формами (подвижной опалубкой и автоматической следящей системой). Качество работ такого комплекта высокопроизводительных машин обеспечивается геодезическим управлением и настройкой его рабочих органов.

6.3.7. Геодезическое управление осуществляется копирной струной, устанавливаемой и укрепляемой на специальных стойках со струбцинами и натягиваемой вдоль участка специальной лебедкой. На закруглениях стойки со струбцинами устанавливаются с таким интервалом, чтобы укрепляемая на них копирная струна, образуя ломаную линию вдоль хорд кривой, обеспечивала проектное очертание (рис. 6.13).

Перед началом работ рабочие органы комплекта машин устанавливают в исходное положение и особенно тщательно выравнивают ножи отвалов профилировщика. Правильность их установки определяется после пробного прохода. Просвет под 3-метровой рейкой после такой пробы должен быть не больше 3 мм.

6.3.8. Перед работой машину устанавливают вдоль оси укладываемой полосы дороги на ровной площадке так, чтобы ось машины (центр рабочего органа) совпадала с осью полосы. Затем по указаниям геодезиста рама машины устанавливается горизонтально. После этого в машине регулируют элементы автоматической системы слежения ровности, ставят машину в исходное положение, подвигая щуп датчика к струне и регулируя его положения элементами крепления. Положение контролируют по индикаторным лампочкам на пульте управления. Окончательно систему настраивают при ее включении в автоматический режим.

6.4. Особенности геодезического управления машинами на криволинейных участках

6.4.1. На горизонтальной или вертикальной кривых расстановку визирок следует производить через интервал при величине стрелки между кривой и хордой . При известном радиусе кривой R и дуги кривой , хорда которой равна длине интервала (рис. 6.14), величина стрелки

.

Значение погрешности в определении стрелки f, зависящей от погрешности в определении длины дуги , следует устанавливать по формуле:

.

6.4.2. При строительстве автомобильных дорог на кривых с радиусами R > 1000 м можно допускать интервал расстановки визирок и вех м. В этом случае см, а ее погрешность см.

Это показывает, что хорда горизонтальной кривой м может заменять кривую при радиусах кривой дорожного полотна более 1 км. Принимая к расчету элементы вертикальной кривой с радиусом R > 5000 м, при интервале d, м получим см и см, что вполне обеспечивает точность работ при строительстве дорожных одежд укладочными машинами на вертикальных кривых с радиусами более 5 км.

6.4.3. Расстановку визирных вех и их горизонтальных планок следует производить с таким расчетом, чтобы в процессе движения машин при интервале разбивки кривой длиной водитель мог непрерывно наблюдать один створ хорды за другим, переключая свой взгляд со створа одной хорды на створ последующей. При этом желательно, чтобы установленные вехи и визирки могли обеспечивать движение машин как в прямом, так и в обратном направлениях по кривым (рис. 6.15).

6.4.4. Автоматизированное перемещение рабочих механизмов в пределах кривых в плане и профиле при использовании проволочных и других линейных копиров с датчиками механического типа ведется вдоль хорд к дугам. При этом интервалы между изломами должны соответствовать , где R - радиус кривой, - допустимая стрелка прогиба кривой относительно хорды.

6.4.5. Установка копиров на сложных участках строительства при наличии на них горизонтальной и вертикальной кривых с отгоном виража и уширением дорожного полотна требует аналогичного расчета и в вертикальной плоскости.

6.4.6. В автоматизированных системах геодезического управления следует использовать дополнительные устройства, блоки призм, обеспечивающие перемещение луча в соответствии с криволинейным участком (рис. 6.16) либо, сохраняя лазерный луч неподвижным, перемещать фотоприемное устройство относительно нижней и одной из боковых кромок рабочего органа машины (рис. 6.17). Для этого необходимо создать следящую систему таких перемещений, работающую с необходимой точностью. Эта система с программным управлением связана с нарастанием расстояния по мере перемещения механизма вдоль кривой от исходной точки и с параметрами кривой.