DE2535241C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Umsetzen eines einen optischen Leitstrahl für die Steuerung von Tunnel- bzw. Streckenvortriebsmaschinen emittierenden Senders, insbesondere eines Lasers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umsetzen eines einen optischen Leitstrahl für die Steuerung von Tunnel- bzw. Streckenvortriebsmaschinen emittierenden Senders, insbesondere eines Lasers, der im Abstand von der Vortriebsmaschine an seinem jeweiligen Aufstellungsort horizontiert und in vorgegebenem Abstand unter einem koordinatenmäßig bekannten Fixpunkt zentriert ist.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Erfindung wird vorzugsweise auf Vollschnittmaschinen angewendet, welche den gesamten Tunnel- oder Streckenquerschnitt hereingewinnen und meistens mit einem Bohrkopf ausgerüstet sind. Bei diesen Maschinen müssen die Achse des Bohrkopfes und dessen Lage im Raum ständig vermessungstechnisch überwacht werden. Hierdurch soll der Vortrieb möglichst genau gesteuert werden. Insbesondere ist die Erfindung anwendbar auf die Steuerung von Vortriebsmaschinen, wenn die Trasse der aufzufahrenden Strecke bzw. des aufzufahrenden Tunnels gekrümmt ist.

Im allgemeinen fällt der vom Sender emittierte Strahl durch eine Optik, welche durch zwei gleiche Ablenkvorriichtungen eine bestimmte Ablenkung des Strahles innerhalb eine? gedacnten Kegels ermöglicht. Der der Vortriebsmaschine so montiert, daß seine optische Achse parallel zur Bohrkopfachse verläuft. Dem Maschinenführer wird die Querabweichung des Bohrkopfes nach Höhe und Seite auf einer Hälfte eines mit einem Gitternetz versehenen Projektionsschirms angezeigt; außerdem wird die Richtungsabweichung der zur optischen Achse des Empfängers parallelen Bohrkopfachse von der Tunnel- bzw. Streckentangente auf der zweiten Hälfte des Projektionsschirmes wiedergegeben,

ίο dessen Gitternetz die Ablesung der Winkelabweichung gestattet.

Bei gekrümmter Trasse muß der Strahl kontinuierlich entsprechend der vorgegebenen Trassenkriimmung verschwenkt werden. Das geschieht im wesentlichen mit einer dem Vortrieb entsprechenden, kontinuierlichen Verschwenkung eines Spiegels, der seinerseits den Leitstrahl ablenkt.

Die optische Gasse für den Leitstrahl verkleinert sich im allgemeinen bei wachsender Entfernung des Senders vom Empfänger. Daher muß der Sender in bestimmten zeitlichen Intervallen umgesetzt werden. Besonders häufig wird der Sender umgesetzt, wenn die Trasse gekrümmt ist. Im Aufstellungsort muß der Sender eingemessen werden. Dazu wird bislang eine besondere Plattform benutzt, welche mit Quer- und Längslibellen das Horizontiereri des Senders ermöglicht. Diese Plattform läßt sich auch verschieben, um den Ablenkmittelpunkt des optischen Systems gegenüber dem koordinatenmäßig bekannten Firstpunkt zu zentrieren.

Im übrigen wird der Sender im allgemeinen etwa 50 cm unter der Firste aufgehängt, um den beschränkten Sichtmöglichkeiten Rechnung zu tragen. Da während des Umsetzen des Senders die vermessungstechnische Überwachung der Vortriebsmaschine unterbrochen ist, müssen die Vortriebsarbeiten während des Umsetzens eingestellt werden.

Es ist bekannt, beim Durchfahren von Trassenkrümmungen mehrere der beschriebenen Plattformen zu verwenden und sie mit Hilfe eines einfachen Justierlasers vorbereitend aufzuhängen, zu horizontieren und zu orientieren. Das Umsetzen des Senders erfordert dann nur das Lösen von der bis dahin benutzten Plattform und die Aufstellung des Senders auf der folgenden, bereits eingemessenen Plattform. Die damit zusammenhängenden Unterbrechungen der Vortriebsarbeit dauern nur wenige Minuten. Gleichwohl bedeuten sie eine Unterbrechung der Vortriebsarbeit und damit einen beträchtlichen Nachteil im Hinblick auf die Häufigkeit der Umsetzvorgänge.

Man ist infolgedessen bestrebt, den Abstand der Plattformen voneinander möglichst groß zu machen. Das erfordert jedoch eine entsprechend bemessene optische Gasse. Bei starken Trassenkrümmungen können die vermessungstechnischen Arbeiten ein Ausmaß annehmen, daß die Wirtschaftlichkeit des Vortriebes mit leistungsfähigen Maschinen in Frage stellt.

Auch die für das Durchfahren gekrümmter Trassen erforderlichen Einrichtungen am Sender sind außeror-

(W dentlich aufwendig. Sie vergrößern den technischen Geräteaufwand u. U. in entscheidendem Maße, so daß die Verwendung von optischen Leitstrahlen für die Steuerung von Vortriebsmaschinen bei vergleichsweise wenig aufwendigen Bauprojekten infragegestellt ist.

^|S5 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Unterbrechung der Vortriebsarbeiten beim Umsetzen des Senders von einem zum folgenden Aufstellungsort

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die Voraussetzungen dafür zu schaffen, daß die bislang am Sender und/oder Empfänger notwendigen Einrichtungen für das Auffahren von gekrümmten Streckenbzw. Tunnelabschnitlen entfallen können.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Sender mit der Vortriebsmaschine geschleppt und dabei längs einer Bahn geführt wird, die die aufeinanderfolgenden Aufstellungsorte des Senders verbindet

Das Schleppen des Senders bewirkt, daß ein vorgegebener maximaler Abstand der Empfängeroptik der Vortriebsmaschine selbsttätig eingehalten und damit nicht überschritten wird. Das Führen des Senders längs einer die aufeinanderfolgenden Aufstellungsorte miteinander verbindenden Bahn hat zur Folge, daß eine praktisch nicht begrenzte Zahl von Aufstellungsorten und daher ein konstanter Abstand des Senders von der Errpfängeroptik vorgesehen werden kann.

Ein solches Verfahren hat den Vorteil, γΊΒ es beim Umsetzen des Senders keine Betriebsunterbrechungen erforderlich macht. Deswegen kann ein sehr geringer Abstand des Senders von der Empfängeroptik eingehalten werden, bei dem die optische Gasse leicht zu gewährleisten ist. Die vermessungstechnischen Arbeiten lassen sich in verhältnismäßig großen Teilstrecken zusammenfassen urH können in den Arbeitsablauf deswegen leichter eingebaut werden. Sie :önnen insbesondere dann durchgeführt werden, wenn die Vortriebsarbeit ohnedies ruht und andere Arbeiten im Strecken- bzw. Tunnelort durchzuführen sind. Bei laufendem Vortrieb kann man sich deswegen, soweit überhaupt erforderlich, auf Kontrollmessungen beschränken, die im übrigen mit an sich bekannten Hilfseinrichtungen durchführbar sind.

Beim Auffahren von gekrümmten Tunnel- bzw. Streckenteilstücken wird gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der Sender längs einer der Tunnel- bzw. Streckenkriimmung folgenden Bahn geführt und so gehalten, daß der Leistrahl mit der Tangente an die Bahn im jeweiligen Aufstellungsort einen Sehnentangentenwinkel vorgegebener Größe einhält.

Bei diesem Verfahren wird die Stehachse des Senders selbsttätig entsprechend der vorgegebenen Krümmung in dem an das Gebirge gebundenen Koordinatensystem so gedreht, daß der Leitstrahl gegenüber dem Korrdinatensystem der momentanen Ortsbrust exakt die für die Steuerung erforderliche Verschwenkung ausführt. Das Verfahren hat den Vorteil, daß die bisher am Sender der dort befindlichen Optik zur kontinuierlichen Strahlablenkung erforderlichen Vorrichtungen entfallen. Das bedeutet eine wesentliche Vereinfachung des Senders, die den gerätetechnischen Aufwand erheblich herabsetzt.

Die Erfindung hat außerdem den Vorteil, daß die optische Gasse für den Leitstrahl zwischen dem Sender und der Maschine sowie die optische Gasse zwischen den Maschinenende und dem Bohrkopf sehr leicht in Übereinstimmung gebracht werden können. Dadurch wird u. a. das bislang auf der Maschine befindliche optische System überflüssig, weil es genügt, den Lichtpunkt am Ende des Strahles auf den Bohrkopf und damit etwa auf die Ortsbrust zu projezieren, um die Höhen- und/oder die Seitenablage der Maschinenlängsachse von der Sollrichtung darzustellen. — Die Winkelablage erübrigt sich dann von selbst.

Eine zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ceeienete Vorrichtung gemäß der Erfindung ist als Ausführungsbeispiel in der Zeichnung wiedergegeben, die dementsprechend weitere Einzelheiten der Erfindung erkennen läßt: Es zeigt

F i g. 1 schematisch, d. h. unter Fortlassung aller für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Einzelheiten eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

F i g. 2 eine Draufsicht, bei der auch dir Ortsbrust und die Stellung der Vortriebsmaschine nach Auffahren

ίο eines Teilabschnittes des dargestellten gekrümmten Tunnels wiedergegeben sind.

Die beiden Stöße 1 und 2 des Tunnels 3 verlaufen gemäß dem in F i g. 2 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel stetig gekrümmt. Entsprechend der Krümmung ist die Schiene 4 einer Einschienenhängebahn verlegt. Die Schiene 4 verläuft daher parallel zu den Stößen 2 und 3. Die Hängeschiene ist so eingemessen, daß sie eine Vielzahl von hintereinander angeordneten Aufstellungsorten eines Lasersenders 8 miteinander verbindet. Jeder dieser Aufstellungsorte ist horizontiert und im vorgegebenen Abstand unter einem koordinatenmäßig bekannten Fixpunkt zentriert. Dementsprechend repräsentiert die Laufschiene die in dem an das Gebirge gebundenen Koordinatennetz vorgegebene Krümmung des Tunnels

Eine Laufkatze 5 läuft auf dem Unterflansch 6 der Hängeschiene 4 (F i g. 1). Die Laufkatze trägt einen nach unten vorstehenden Zapfen 7, dessen Achse mit dem Firstlot zusammenfällt. Starr mit dem Zapfen ist der Sender 8 verbunden. Die durch den Zapfen verlaufende Achse ist die Stehachse des Senders. Da die Laufkatze 5 längs der vorgegebenen Krümmung in dem an das Gebirge gebundenen Koordinatennetz geführt wird, verschwenkt sie sich diesem gegenüber entsprechend.

Der vom Sender ausgehende Leitstrahl ist mit 9 bezeichnet. Er schließt mit der mit 12 bezeichneten Tangente an die Schiene im jeweiligen Aufstellungsort einen vorgegebenen und bei konstanter Krümmung und konstantem Abstand zur jeweiligen Ortsbrust auch konstanten Tangentenwinkel λ ein. Infolgedessen ist das maschinengebundene Achsensystem mit einer der gedachten Krümmung entsprechenden Rotation und die beiderseitigen Hochachsen bzw. Stehachsen mit dem an das Gebirge gebundenen Koordinatensystem verknüpft.

Mechanisch ist der Sender 8 mit der Vortriebsmaschine 11 durch eine gerade Stange 10 verbunden. Die Stange 10 hält den Sender 8 in konstantem Abstand von der Vortriebsmaschine ti, ist jedoch nicht mit dem Sender, sondern mit der Laufkatze verbunden. Dadurch ist dafür gesorgt, daß sich der Sender 8 gegenüber der Laufkatze nicht verschwenken kann. Infolgedessen bleibt der Winkel tx konstant.

Die Vortriebsmaschine hat einen durch die beiden Widerlager 13 und 14 mit der Strecke verspannten Teil und einen schwenkbaren Bohrkopf 15, dessen Welle bei 16 wiedergegeben ist. Durch die Welle 16 verläuft die Achse des Bohrkopfes.

In ausgezogener Linienführung ist die Stellung der beschriebenen Teile zu Beginn der Vortriebsarbeiten wiedergegeben, wobei die Ortsbrust bei 17 dargestellt ist. In gestrichelter Linienführung sind die Teile gezeigt, wenn die Ortsbrust 17 bis zur Stelle 18 vorgetrieben worden ist.

Giößere Teilstücke der Laufschiene 4 können in dem

(15 Vortrieb untergebracht werden. Ihre vermessungstechnische Einrichtung macht keine Schwierigkeiten. Die diesbezüglichen Arbeiten lassen sich in Stillstandszeiten der Maschine 11 durchführen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Umsetzen eines einen optischen Leitstrahl für die Steuerung von Tunnel- bzw. Streckenvortriebsmaschinen emittierenden Senders, insbesondere eines Lasers, der im Abstand von der Vortriebsmaschine an seinem jeweiligen Aufstellungsort horizontiert und in vorgegebenem Abstand unter einem korrdinatenmäßig bekannten Fixpunkt zentriert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (8) mit der Vortriebsmaschine (11) geschleppt und dabei längs einer Bahn geführt wird, die die aufeinanderfolgenden Aufstellungsorte des Senders verbindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Senders (8) von der Vortriebsmaschine (11) konstant gehalten wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (8) längs einer der Tunnel- bzw. Streckenkrümmung folgenden Bahn geführt und so gehalten wird, daß der Leitstrahl (9) mit der Tangente (12) an die Bahn im jeweiligen Aufstellungsort einen Sehnentangentenwinkel (λ) vorgegebener Größe einhält.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine in der Firste angebrachte Hängebahn (4), deren Laufschiene (6) die Führung bildet und durch eine oder mehrere Laufkatzen (5), welche den Sender (8) tragen, sowie durch eine Kupplung (10), welche den Sender (8) mit der Vortriebsmaschine (11) verbindet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (8) um eine Stehachse (7) gegenüber der Tangente an die Laufschiene (6) so verschwenkt ist, daß der vorgegebene Sehnentangentenwinkel (<x) konstant bleibt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung aus einer Stange (10) besteht.