激光指向仪在输水隧道中的应用

激光指向仪在输水隧道中的应用

1、引言

菲律宾大马尼拉供水工程位于首都大马尼拉东北部的BULACAN地区，分为AQ-5号线一期旧混凝土管的修复、AQ－6输水管线二期钢管工程及AQ-4和AQ-5连接段施工。其中AQ-6二期钢管工程是沿着首都供排水系统的路权范围，从釜馏2号进水池至Novaliches下游出口总长9.881km。一期工程5.5Km己于2005年建成，二期工程主要包括3条（原设计6条，设计变更后为3条）总长度为3394m的引水隧洞及总长度为6487m的引水钢管；AQ-6一期与AQ-6二期的连接设施；AQ－6二期与Novaliches入口的连接。三条隧道长度分别为1#隧道：824m、2#隧道505m、6#隧道2065m。隧道开挖断面为多圆心马蹄形断面，开挖底宽3.6m，最大开挖高度4.6m，砼衬砌后隧洞直径为3.7m，衬砌厚度25cm。

新建三条隧洞周围7-10m范围均为原有老管线，因此按照技术规范要求该工程采非爆破式掘进开挖进行施工。由于洞径小，距离长，洞内通风仅仅依靠洞口风机，无法很好的解决由掘进带来的粉尘、支护喷浆粉尘、运输设备尾气等带来的影响。因此，在光线弱、空间小、气象差、红外测量仪器反射信号差等条件对测量工程师和测量一起和技术提出了挑战。如采用常规的隧道测量方法时，需要洞内停工，加强通风照明，待洞内环境适合进行测量时再进行测量放样。这样势必会浪费很多宝贵的施工时间，使部分人员设备窝工，影响施工进度及施增加施工成本。激光指向仪安装调试简单，使用方便，价格低廉，能指示隧道的中线位置及方向和坡度。在隧道中合理使用激光指向仪，能够大大的提高施工质量和进度，减少相应的测量人员工作量，能够有效的节约控制施工成本。

2、激光指向仪的安装

1）本项目采用煤矿专用防爆型激光指向仪-YHJ800,其工作原理及技术参数为：

激光指向仪的工作原理是利用红外线光束两点定一直线，即可以根据已知的两点，定出隧道中线、腰线或其它方便控制开挖边线的特征点，再在此基础上在掌子面上标示出开挖边线。激光指向仪只能用于隧道直线段，不适用于曲线段。

激光指向仪主要技术参数：

仪器有效距离为：800m（红光）、1500m（绿光）

可调光斑直径：Φ≤40mm

电压：（交流）127v—230v、（直流）2v—5v

工作电流：60MA（红光）、200MA（绿光）

光斑调节范围：水平度±35、垂直度±25

仪器净重量：2.8kg

环境温度：-10℃~+40℃

环境湿度：≤95

2）激光指向仪的安装：

指向仪应安装在距施工掌子面不小于30米处，以避免施工机械振动及隧道初期变形而产生较大的位移，激光指向仪可以安装在腰线处与中线平行，也可以安装在隧道顶部与中线平行。根据本隧道施工实际情况，采用将激光指向仪安装在两侧腰线上并对激光指向仪的支架部分进行了改进，原厂提供的固定支架，对安装要求精度很高，在安装固定过程中很难保证光束跟中线平行。因此应对支架进行了适当的改进，使激光指示仪在高度上可上下在一定范围可调，在左右方向也可在一定范围内可调；首先利用全站仪由隧道外的测量控制点做一条导线引入隧道内，在距离拟安装激光指向仪位置大约50m处架设测站，先测出腰线的高度，然后在此高度上，从中心线往腰线量1.85m所确定的点，即为激光指向仪安装位置，并将其焊接于锚杆上。由于激光指向仪在定位过程中很难保证光束与中心线平行。因此，为了更好的利用激光指向仪，尽量减少测量误差，利用两点确定一条直线的原理及小孔成像原理，使得激光光束能够跟中线平行，且在有效距离范围内减小光束的扩散，保证投影点的清晰。采用两块可活动的钢板，在钢板中心各钻一直径约3mm的小孔，和指向仪安装方法相同，将两块钢板焊接于腰线高度且距中线同一水平距离上，用仪器找准两点的位置，在保证钢板面与中线绝对垂直的情况下，使得两孔的连线平行于中线。钢板间的距离约45m，激光指向仪与第一钢板间的距离为3m。

3、激光指向仪的调试

将固定在支架上的激光指向仪接上电源，微调指向仪上下左右位置，使其光束穿过第一块钢板的小孔及同时打在第二块钢板小孔，然后旋动激光指向仪上的微调手轮，使光斑同时穿过两块钢板中心的小孔，然后锁定微调手轮，固紧支架螺杆，销紧微动手轮，避免激光指向仪位移。然后再将激光光斑调整至最清晰，最小的状态。

4、开挖轮廓线的确定和控制

左右腰线两台激光指向仪投射到掌子面的两个点（如图1所示），分别为左右的腰线点，并且距中心均为1.85m，用进度较为准确的钢卷尺校核两点间的距离应为3.7m,这两点的中点即为隧洞上半圆的圆心，并标记该点。再以标记点为圆心，以2.38m为半径即可画出上半圆的开挖控制边线，由于本隧道设计是多圆心马蹄形断面，根据设计图纸，腰线以下左侧的开挖边线则是以右侧的腰线激光投射点为圆心，以4.23m为半径画弧，右侧开挖边线以左侧腰线激光投射点为圆心，以4.23m为半径画弧，弧线上方与上半圆弧线相连接，下方画至开挖水平面底板面，并在每个循环开挖前用自喷漆将开挖轮廓线绘制于掌子面上，以便于现场施工人员能够准确的控制开挖，避免超挖欠挖超出规范允许的要求。

5、使用注意事项

1）激光指向仪应罩上外罩，并立上警示牌，以免施工人员不小心碰到仪器。

2）应定期对仪器进行维护，使用时候发现光束断断续续的应及时更换修理。

3）定期校核仪器激光投射点，如误差超出允许范围，必须进行校核。

4）仪器使用时，严禁眼镜直视激光光源，避免伤害眼睛。

5）仪器在不使用的时候关闭电源，延长仪器的使用寿命。

6、结束语

通过本项目最长隧道6#隧道的贯通误差（横向2.2cm、纵向4.7cm、高程2.4cm）进行分析，贯通误差均满足技术规范的精度要求。因此在输水隧道开挖轮廓线的确定和控制测量放样施工中，运用煤炭专用防爆激光指向仪可以有效的避免了对隧道正常施工循环

的干扰，大大节约了时间，提高了工作效率，降低了劳动成本，并能够有效的控制贯通质量，值得在类似工程中推广应用。