10.4.9. Автоматизация проходки тоннелей

Рис. 10.45. Схема автоматического регулирования мощности привода в буровых установках

Строительство тоннелей метрополитена, автотранспортных и водоотводных тоннелей, а также специальных тоннелей и штреков, особенно при встречной их разработке и на криволинейных участ­ках, требует абсолютной точности заданного направления проход­ки. При этом существенное значение имеют современные высоко­производительные механизированные проходческие щитовые ком­плексы, реализующие повышенные скорости проходки. Однако, так как традиционные методы маркшейдерского обеспечения сдер­живают опережающие темпы строительства, появилась необходи­мость в эффективном непрерывном контроле за положением про­ходческого оборудования и его движением. Решение этой задачи осуществляется различными методами, использующими лазерные приборы.

Наибольшее применение в тоннельном строительстве нашел ме­тод установки лазерного прибора 1 и контрольных марок 3 на стол­бах или на стенах построенного участка тоннеля (рис. 10.46). В этом случае лазерный пучок 2 проецируется на приемное устройство 5, закрепленное на проходческом щите 4. При этом он проходит две диафрагмы в контрольных марках, одна из которых расположена на стене, а другая на ближайшем к излучателю конце проходческого щита. Перед началом работы лазерный пучок проходит через две диафрагмы, положение которых определено геодезическим путем и соответствует продольной оси щита, и наводится на центр приемно­го устройства, находящегося на машине. При перемещении про­ходческого щита во время работы в заданном направлении пучок должен попадать в центр приемного экрана, а при изменении на­правления подаются световые и звуковые сигналы и осуществляется корректировка работы машины. Возвращение движения машины на заданный курс производится либо машинистом путем включения корректирующего устройства, либо автоматически с помощью управляющей микро-ЭВМ.

Рис. 10.46. Управление работой проходческого щита по лазерному лучу

Работа лазерного излучателя с приемным устройством возмож­на на расстоянии до 600 м. После перемещения проходческого щита на определенное расстояние происходит перестановка контрольных марок, а затем и лазерного прибора.

При проходке криволинейных участков тоннелей дополнительно используются усилитель излучения и призмы развертки луча, обес­печивающие отклонение его на заданный угол поворота тоннеля.

10.4.10. Автоматизация катков и контроль качества уплотняемых дорожно-строительных материалов

Незаменимыми машинами для уплотнения дорожно-строитель­ных материалов при строительстве дорог и различных площадок яв­ляются дорожные катки, автоматизации которых в последнее время уделяется большое внимание.

Современные дорожные катки с гидравлической системой управления для автоматической настройки на оптимальный режим работы оснащаются электронной системой с микропроцессорной техникой. Применение бортового микропроцессора позволяет, в за­висимости от требуемой плотности и толщины укатываемого слоя, выбирать и автоматически поддерживать постоянную скорость пе­редвижения катка, а ее изменение производить плавно, равномерно и качественно уплотняя материал. Эта система обеспечивает не только соответствие между направлением движения машины и вра­щения вала вибровозбудителя, но и автоматический разгон и тормо­жение, а также изменение частоты колебаний в зависимости от плотности укатываемой поверхности, включение и отключение виб­ровозбудителя при изменении направления движения катка.

Система электронного автоматического управления вибрацион­ным катком состоит из силовой (гидравлической) части и элек­тронного блока управления ЭБУ с операционным усилителем. Силовая часть содержит регулируемые реверсивные аксиаль­но-поршневые насосы, аксиально-поршневые регулируемые и нере­гулируемые гидромоторы, насосы систем управления и подпитки, а также редукционные клапаны с пропорциональным электричес­ким управлением.

Величина электрического сигнала из ЭВУ обеспечивается про­порциональным регулированием насосов ходовой системы и виб­ровозбудителя. В этом случае задающий сигнал от рычага подачи топлива подается в ЭБУ, усиливается, преобразуется в нем и по­ступает на управляющие обмотки пропорционального электромаг­нита редукционного клапана, формирующего требуемое давление в системе управления. При этом поток рабочей жидкости переме­щает поршень гидроусилителя насоса и, изменяя угол наклона блока цилиндров, определяет подачу насоса в соответствии с за­данным сигналом.

Регулирование подачи насоса в зависимости от нагрузки произ­водится следующим образом. Увеличение нагрузки на движителях вызывает увеличение крутящего момента на валу двигателя, что оп­ределяется датчиком скорости. Датчик обратной связи регистрирует снижение частоты вращения вала двигателя и подает сигнал в ЭБУ, из которого сигнал рассогласовывания поступает в редукционный клапан, формирующий давление в системе управления в соответст­вии с величиной поступившего сигнала. В связи с этим уменьшается и подача насоса.

В случае отключения одного из мостов катка в ЭБУ подается сигнал, преобразуемый в уменьшенный и подаваемый на пропор­циональные электромагниты редукционных клапанов. В результате этого подача насоса уменьшается в два раза, а заданная скорость движения катка сохраняется постоянной.

Вибровозбудитель приводится в работу с помощью объемного гидропривода. При этом для предотвращения образования наплы­вов грунта и в особенности асфальта при изменении направления движения или при остановке катка происходит автоматическое от­ключение вибровозбудителей (в связи с уменьшением скорости кат­ка ниже допустимой), а при достижении заданной скорости они вновь включаются в работу.

В системе автоматики используются переключатели выбора час­тоты вибрации и отключения одного из вибровозбудителей, а также задатчик изменения частоты вибрации, постоянно контролирую­щий плотность покрытия. При этом требуемая частота вибрации за­дается независимо от направления и скорости движения машины.

В комбинированных катках задние пневматические колеса при­водятся во вращение попарно отдельными гидродвигателями. Это позволяет при движении катка на поворотах осуществлять автома­тическую регулировку скорости качения одной пары колес относи­тельно другой.

Во время работы с горячим асфальтом смачивание и охлаждение вальцов выполняется автоматически путем периодического включения насоса для подачи воды под давлением.

В катках на пневматических колесах, при работе с материалами различного вида и состава, требуемыми толщиной уплотнения и плотностью, обеспечивается централизованное автоматическое ре­гулирование давления воздуха в шинах.

Наряду с автоматическим управлением вибровозбудителя и кат­ка возможно их переключение на ручное.

Благодаря использованию в катках чувствительной электронной системы, насосы и гидродвигатели работают в оптимальном режи­ме, что значительно увеличивает срок их службы.

Автоматизация управления рабочим процессом дорожных кат­ков позволяет оптимизировать этот процесс с учетом физико-меха­нических свойств уплотняемого материала и ведет к повышению производительности и качеству выполняемых работ, снижению вре­мени уплотнения и расхода топлива, а также улучшает условия ра­боты машиниста.

Контроль качества уплотняемых дорожно-строительных мате­риалов делится на контроль прочности, плотности, влажности и толщины покрытия. Эти виды контроля осуществляются различны­ми методами, к которым относятся механический, электронно-меха­нический, электромагнитный, низкочастотный, СВЧ-метод (сверх­высокие частоты), ультразвуковой и радиоизотопный.

Механический метод или метод отбора проб уплотнен­ного материала сопряжен с необходимостью разрушения дорожно­го покрытия и с дальнейшим исследованием их в лабораторных ус­ловиях. В связи с ограниченным количеством отобранных проб полученные данные не будут отличаться достаточной достоверно­стью и не смогут (по истечении затрат времени, требуемых на иссле­дование) повлиять на качество уплотнения уже готовых покрытий. При этом в некоторых случаях, например на покрытиях автомо­бильных мостов и эстакад, такой отбор проб может привести и к на­рушению прочности несущих конструкций.

Электромагнитный, низко- и высокочастот­ные методы контроля зависят от внешних источников энергии и по своей сложности не всегда удовлетворяют специфическим требо­ваниям, предъявляемым дорожным строительством к таким прибо­рам.

Ультразвуковой метод для работы с дорожно-строи­тельными материалами также не вполне эффективен. Это объясняет­ся тем, что в средах, обладающих вязкостью, происходит потеря энергии при распространении ультразвуковых волн. При этом ве­личина поглощения их в грунте и асфальтобетоне довольно значительна. Одновременно к недостаткам следует отнести возмож­ность работы приборов при температуре окружающего воздуха в незначительном диапазоне (от -5 до +35° С).

В практике известны и другие методы непрерывного контроля дорожно-строительных материалов при послойном их уплотнении машинами динамического воздействия. Одним из устройств, уста­навливаемых на катках, является динамический индикатор для авто­матического контроля качества уплотнения в процессе трамбования или вибрирования.

В катках 1 с вибровозбудителем (рис. 10.47, а) на вибровальце 5 устанавливается вибродатчик 4, сигналы от которого поступают по кабелю 3 в преобразователь и орган сравнения 2, усиливаются и по­даются в исполнительные органы. Одновременно данные измерений поступают в постоянное запоминающее устройство и на панель ин­дикации в кабине машиниста. В процессе работы катка на уплотняе­мой площадке приборы по показаниям вибродатчиков регистриру­ют изменяемые физические и динамические свойства уплотняемого

а)

Рис. 10.47. Автоматизация контроля качества уплотняемых дорожно-строительных

материалов

материала. При повышении плотности и одновременном уве­личении модуля упругости земляного полотна на приборе фиксиру­ются возрастающие показания. В случае устройства полотна из грунта с различными модулями упругости определяется результи­рующий динамический модуль упругости и регистрируется относи­тельная величина несущей способности основания.

На экране дисплея или индикаторе счетчика высвечиваются цифры средних значений за период измерения от 5 до 30 с. Прибор настраивается на показания, соответствующие требуемой степени плотности, которые устанавливаются после стандартных испыта­ний. Превышение заданной плотности регистрируется световым или звуковым сигналами, которые оповещают о достижении норматив­ного уровня укатываемой поверхности.

Каток может комплектоваться дополнительным печатающим устройством для выдачи на бумажную ленту данных за время рабо­ты машины.

В трамбующих машинах 5 (рис. 10.47, б) автоматическое устрой­ство включает в себя подобные элементы и состоит из индукционно­го вибродатчика 2, установленного на трамбующей плите 7, и при­бора 4, размещенного в кабине машиниста, регистрирующего сигнал датчика и соединенного с ним кабелем 3. Перед началом ра­бот определяют показания индикатора (тарировку), соответствую­щие требуемой плотности грунта при заданной толщине слоя. Сте­пень уплотнения при работе машин динамического действия обратно пропорциональна скорости их движения. Поэтому следует стремиться к поддержанию той скорости, которая получена при та­рировке.

Использование динамических индикаторов плотности повышает производительность грунтоуплотняющих машин и качество уплот­нения грунта.

В связи с тем, что не все указанные методы способны обеспечить контроль всех видов качества уплотненных дорожно-строительных материалов, возникла необходимость в разработке нетрадиционных методов измерений.

Для оперативного неразрушающего контроля грунтовых осно­ваний, бетонных и асфальтобетонных покрытий используют кон­трольно-измерительные радиометрические приборы. Их работа ос­нована на применении источников у-излучения (Cs-137), быстрых нейтронов (Am-241, Be) или на их совместном действии. В приборах используются свойства высокой проникающей способности у-лучей и снижения интенсивности их излучения при прохождении через исследуемый материал. Поэтому, зная интенсивность излучения, ис­следуемый материал и заданную толщину уплотняемого слоя, мож­но, протарировав приборы, определять степень плотности уклады­

ваемого материала. Содержание влаги в контролируемом материале определяется по замедлению нейтронного излучения атомами водо­рода, а содержание связующего в асфальтобетонной смеси — по ко­личеству углеводородных соединений в битуме.

Эти приборы используют как для поверхностного (метод вто­ричного рассеивания), так и для глубинного (метод просвечивания) измерения параметров уплотняемых материалов.

В настоящее время на строительстве дорог применяют переносные приборы для поверхно­стного измерения плот­ности асфальтобетон­ных покрытий толщи­ной 2,5...6 см, для по­верхностного толщиной 10 см и глубинного тол­щиной 25 см измерения плотности и влажности грунтов и материалов покрытий (рис. 10.48), а также для определения содержания связующе­го в асфальтобетонных смесях. Эти автоном­ные приборы состоят из встроенного микро­процессора, цифрового дисплея на жидких кри­сталлах, переключателя положения зонда с фиксацией через каждые 5 см и кнопки управления для задания требуемых параметров. При работе они переставляются по готовой поверхности.

Навесные приборы подобного типа устанавливаются на дорож­ных катках и предназначены для непрерывного контроля плотности укладываемого и укатываемого асфальтобетона в процессе работы уплотняющей машины. Такой прибор состоит из корпуса, закреп­ленного на нижней стороне рамы катка между вальцами. Внутри корпуса в двойных герметизированных капсулах из нержавеющей стали помещен источник излучения, отвечающий требованиям тем­пературного класса и хранения радиоактивных материалов. Допол­нительную термическую и механическую изоляцию обеспечивают конструкция и материал корпуса.

Р и с. 10.48. Схема работы прибора оперативного

неразрушающего контроля уплотняемых и укладываемых дорожно-строительных материалов: I — источник; 2 — дисплей; 3 — приемник; 4 — траектории фотонов

Источник излучения и приемное устройство расположены в корпусе прибора таким образом, что у-лучи проникают в исследуе­

мый материал, рассеиваются в нем, преломляются и возвращаются к детектору. Отсюда данные непрерывных измерений передаются с помощью соединительного кабеля на бортовой микрокомпьютер, где происходит обработка и сравнение результатов измерений с заданным значением параметров. Иидикаторно-регулирующий блок, соединенный с компьютером и установленный на приборной панели кабины перед машинистом, подает информацию на устрой­ство визуального отображения информации — дисплей. На блоке управления катка устанавливаются также цветные сигнальные лам­пы, а при необходимости может подключаться и звуковая сигнали­зация.

Степень уплотнения асфальтобетона определяется в течение нескольких секунд в процессе работы катка. Перевод катка на смежную полосу укатки производится только после получения требуемой плотности материала, фиксируемой на дисплее с одно­временным включением сигнальной лампы. После перемещения катка на новый участок работы определяется и степень предвари­тельного уплотнения, достигнутая асфальтоукладчиком. Получен­ные значения плотности асфальта можно ввести в запоминающее устройство и получить результаты измерений в распечатанном виде за любой промежуток времени с указанием участков измере­ний.

Все приборы надежно защищены от воздействия вибрации, -пе­репада температур и пылевлагонепроницаемы. Изоляция изотопов обеспечивает практически естественный уровень радиации. Доза излучения при работе с приборами не превышают 4% от предель­но допустимого значения. Для полной безопасности с помощью быстроразъемных соединений прибор по окончании работы снимается с катка и автоматически переводится в положение транспортировки или хранения, а перед началом смены вновь ус­танавливается.

К достоинствам радиометрического метода контроля уплотне­ния дорожно-строительных материалов следует отнести возмож­ность проводить замеры на горячем асфальте и в непосредственной близости от рабочих органов катков, асфальто-, бетоно- и бордюро- укладчиков, контролировать возрастание степени уплотнения при каждом проходе катка и определять оптимальное число проходов, а также быстро, надежно и с высокой степенью точности производить измерения состояния материалов. Все сказанное необходимо для достижения требуемых параметров дорожных покрытий и опти­мального использования катков.

(*—Ч^ Глубина Af\ слоя ^^^^							Т)	Д. ?ебуе пр<	[7 мое 1XORO	•тело в
буемая-j С ПЛОТНОСТЬ								^ Прои нос	J5 вводит ть. м2	7| ель- м
Ширина ^^ рость J XX Спеоепвижения X/						®Норма|| Нет (g) Скорость передвижения ®Норма|| Нет ®
БЗУР				ПЗУ			БИ

Рис. 10.49. Автоматическое устройство режима работы катков

кации (БИ) (рис. 10.49). БЗУР состоит из набора переключателей, с помощью которых задаются условия работы катка. ПЗУ содержит информацию по специально разработанным программам, устанав­ливающим взаимосвязь между условиями и режимами работы кат­ка. На блок индикации в цифровой (на дисплее), световой, а при необходимости и звуковой форме поступают данные о раб . те катка.