[發(fā)明專利]隧道無(wú)線激光放樣裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710052341.3
• 申請(qǐng)日: 2007-05-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101067375A
• 公開(kāi)（公告）日: 2007-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉泉聲;張程遠(yuǎn);劉小燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所
• 主分類號(hào): E21D9/00
• 分類號(hào): E21D9/00;G01C15/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務(wù)所
• 代理人: 王敏鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種地下工程開(kāi)挖激光放樣裝置，更具體涉及一種隧道無(wú)線激光放樣裝置，尤其是鉆爆法隧道施工中開(kāi)挖斷面輪廓線和炮孔定位放樣的激光放樣裝置。

背景技術(shù)

目前在地下洞庫(kù)隧道網(wǎng)絡(luò)的鉆爆法施工中，開(kāi)挖工作面的定位放樣普遍處于人工儀器中線測(cè)量、鋼尺定位炮孔的狀態(tài)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，工作效率低，不能滿足龐大的工程任務(wù)在時(shí)間上的緊迫要求，而且定位放樣精度差，容易造成超欠挖，影響施工質(zhì)量、進(jìn)度和造價(jià)。

利用激光投射進(jìn)行放樣施工是一種很好的解決方式。目前的激光投射放樣技術(shù)中，激光指向儀是簡(jiǎn)單實(shí)用的一種，利用安置在隧道頂部和邊墻上的激光器，發(fā)射和隧道中線重合或者平行的激光光束，從而定位隧道的中線位置。該技術(shù)具有價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、發(fā)射可見(jiàn)光，不占用隧道交通空間影響施工等特點(diǎn)，能指示隧道掘進(jìn)的方向和坡度、標(biāo)定隧道中線位置，但是該儀器僅能指示中線，不能定位輪廓線和炮孔，難以處理彎曲的隧道，使用中尚需人工來(lái)確定丈量每一個(gè)炮孔，工作量很大，且不夠精確。

近來(lái)出現(xiàn)了一種能靈活地進(jìn)行隧道斷面激光放樣的技術(shù)——激光透鏡掃描投射放樣技術(shù)，例如中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)號(hào)CN1262378A于2000年8月9日公開(kāi)的激光隧道斷面放樣儀。該技術(shù)是通過(guò)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)物鏡平移，改變儀器內(nèi)固定激光器的激光束出射方向進(jìn)行掃描，實(shí)現(xiàn)激光點(diǎn)投射指示出斷面輪廓和開(kāi)挖斷面上定位輪廓線和多個(gè)炮眼點(diǎn)的功能。這一類技術(shù)及相應(yīng)的儀器在實(shí)際應(yīng)用中存在一些不足之處：自身定位較為困難，需要測(cè)量?jī)x器配合，難以自由設(shè)站，比如只能放在中樁點(diǎn)上，占用了隧道交通空間，影響隧道施工；處理曲線隧道不方便；由于物鏡的相對(duì)口徑有限，掃描范圍和距離受一定限制，例如需要放樣的隧道斷面若較大，則放樣儀必須遠(yuǎn)離開(kāi)挖工作面。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在于提供一種隧道無(wú)線隧道激光放樣裝置，該儀能實(shí)現(xiàn)在隧道和其它地下工程施工中快速地激光定位放樣；在使用中可以讓儀器自身簡(jiǎn)便地定位，且激光掃描放樣范圍不受放樣位置和距離限制，不影響隧道施工交通，定位放樣精度高，可以簡(jiǎn)便自動(dòng)地處理任意的曲線隧道、任意斷面形態(tài)及鉆爆方案。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)措施：該放樣裝置由計(jì)算機(jī)、伺服型電子全站儀、半導(dǎo)體激光器、串口無(wú)線通信器組成。計(jì)算機(jī)內(nèi)裝有控制軟件，計(jì)算機(jī)的串行口和伺服型電子全站儀的串行口分別連接上串口無(wú)線通信器，兩個(gè)串口無(wú)線通信器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)和控制信號(hào)的連接傳輸；半導(dǎo)體激光器安裝在全站儀測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)部件的內(nèi)部，激光光束從全站儀測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)部件上開(kāi)孔投射出來(lái)。在計(jì)算機(jī)軟件控制下，放樣裝置通過(guò)無(wú)線通信控制全站儀的測(cè)量進(jìn)行自身定位，通過(guò)控制全站儀轉(zhuǎn)動(dòng)使得激光投射到隧道開(kāi)挖工作面上，達(dá)到放樣目的。計(jì)算機(jī)軟件已進(jìn)行軟件著作權(quán)登記，軟件名稱為“隧道掘進(jìn)自動(dòng)定位系統(tǒng)”，軟件著作權(quán)登記號(hào)2007SR01366。其工作流程如下：

(1)系統(tǒng)初始化，即開(kāi)啟計(jì)算機(jī)、無(wú)線通信器、激光器和全站儀，使它們處于工作狀態(tài)，并確定無(wú)線通信器和全站儀正常工作；

(2)用全站儀觀測(cè)已知的后視點(diǎn)，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算自身位置(北、東和高程)和方位(北方向)；

(3)在圖形化界面下輸入整個(gè)隧道的軸線幾何數(shù)據(jù)，斷面的形態(tài)數(shù)據(jù)以及鉆爆方案(斷面炮孔設(shè)計(jì)方案)，包括直線和圓弧曲線型的任意多段隧道，任意形狀的開(kāi)挖斷面和炮孔位置；

(4)控制全站儀旋轉(zhuǎn)、測(cè)量當(dāng)前開(kāi)挖工作斷面的距離和測(cè)量點(diǎn)的角度，對(duì)比已經(jīng)輸入的隧道軸線三維數(shù)據(jù)，計(jì)算開(kāi)挖斷面輪廓的特征點(diǎn)(起拱點(diǎn)，頂點(diǎn)和邊墻正負(fù)零點(diǎn)等)以及炮孔的三維坐標(biāo)；

(5)根據(jù)放樣裝置自身定位的數(shù)據(jù)，計(jì)算開(kāi)挖斷面輪廓的特征點(diǎn)及炮孔對(duì)應(yīng)的全站儀旋轉(zhuǎn)水平H角和垂直V角；控制全站儀旋轉(zhuǎn)，使激光束投射到需要定位的輪廓線點(diǎn)和炮孔位置，指導(dǎo)操作人員標(biāo)記、鉆孔。

(6)放樣全部完成后，輸出放樣的結(jié)果圖形和記錄。