WO2014053669A1 - Dispositivo de proyección - Google Patents

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Felipe BARRIGÓN TABUYO
Enrique GÓMEZ CISNEROS
Antonio ALONSO CEPEDA
Francisco Javier TORMO LÓPEZ
Ignacio ROUCO RODRÍGUEZ
Original Assignee
Acciona Infraestructuras, S.A.
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/003—Arrangement of measuring or indicating devices for use during driving of tunnels, e.g. for guiding machines
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • G01C7/00—Tracing profiles
    • G01C7/06—Tracing profiles of cavities, e.g. tunnels

Definitions

  • the present invention relates to a method of projecting a predetermined profile of the cross section of a section of a tunnel to be excavated, together with the draft plan where appropriate, and to a device for executing said method.
  • Tunneling works of the tunnel are complex, for example, requiring the realization of a front slope to draw on it the tunnel embossment and, subsequently, the free interior section of the tunnel. These types of jobs are not exempt from presenting deviations from the predetermined profile initially designed on a plane.
  • the possible deviations committed are a function, for example, of the physiognomy of the surface where the tunnel truss is located and, consequently, of the difficulty of the personnel, who will excavate the tunnel, of visualizing and locating on the outer surface of the ground the tunnel emboquille.
  • An object of one embodiment is to provide a method of continuous and permanent projection of the continuous trace of a cross section or free interior section of a tunnel to be excavated by direct excavation and / or by blasting according to a draft plan. previously defined in order to reduce the costs incurred when an envelope or infra excavation of the inner section is made tunnel free.
  • Another aspect of the embodiment is to provide a continuous reference of the geometry of the tunnel cross section regardless of the type of surface on which the projection is made, that is, on the outer surface on which the work is carried out. tunnel embossing or on the surface that represents the excavation advance front of the tunnel itself.
  • Yet another aspect of the embodiment is to provide a method of projection to perform staking and definitive location of the tunnel embankment regardless of the type of orography of the exterior surface of the land where the tunnel will be located, allowing personnel to Carry out the tunnel excavation visualize the tunnel embouching and develop the preparatory work of the front slope in a simple way, which avoids the appearance of complex execution problems, in a reduced time and cost.
  • the controller module is configured to modify a section Transversal of the standard tunnel depending on the measurements made by the measuring device.
  • the controller module comprises an input-output interface of information data.
  • Figure 1 shows in a plan view and in elevation a free interior section of an excavating tunnel
  • Figure 2 shows in an elevation view the draft plan and the corresponding theoretical section of an excavating tunnel
  • Figures 3a and 3b show in perspective an emboquille of a theoretical tunnel between two different surfaces and the same emboquille corrected according to the orography of the exterior surface of the land where the tunnel will be built.
  • the projection device 11 shown is adapted to continuously and permanently project on the excavation front of a tunnel both the blasting plan and the free interior cross-section, as well as the tunnel embossments on the exterior surface of the land where the tunnel will be built.
  • the measuring device 12 acquires distance data from the physical location of the measuring device itself to the surface where the excavation of the free internal cross-section of the tunnel is carried out, ie excavation front.
  • the measuring device 12 is adapted to make topographic maps, 3D maps of the tunnel surface, etc.
  • the transmitter-receiver equipment is configured, for example, as a communication module.
  • the tunnel excavation advance front refers to both the tunnel truss and the free interior section of the tunnel.
  • the modification step of the standard cross-section is performed by the controller module, the modification being a function of the distance data currently acquired by the measuring device 12.
  • the controller module is adapted to modify the stored standard cross-section to geometrically compensate for the deviation of distances between different planes existing in the excavation advance front.
  • the different distances between planes of the attack front would cause aberrations in the projection of the projected cross section on the excavation advance front.
  • a consequence of the opening of the projected laser beam is the generation of an enlarged cross section that would cause an over-excavation of the free interior section of the tunnel.
  • the laser projector 13 projects a continuous and permanent laser beam associated with the desired tunnel pattern cross section, where the part of the laser beam of the projected cross section on the transverse plane farthest from the excavation front is corrected by the controller module based on the distance data acquired by a rangefinder, for example.
  • the projector device 11 based on the distances acquired is capable of modifying the initially designed tunnel embankment and adapting and projecting an emboquille adapted to the exterior surface of the terrain.
  • the controller module calculates the cross-sectional excavation section and the corrected blasting plan associated with each moment of the excavation feed front based on the distance data acquired through the rangefinder and the geographical or physical position of the projection device 11.
  • controller module is adapted to supply drill disposal data to the laser 13 projector projecting said positions on the excavation front. Explosive charges are housed in drills made by drilling through a Jumbo in a scenario where tunnel excavation is done by blasting.
  • the projection device 11 does not necessarily have to be located in the central axis of the free interior section of the tunnel, being able to be in proximity to a gable, in the key, etc. from the free section of the tunnel. Therefore, the projection device 11 avoids interfering in the development of the tunnel excavation and, consequently, the number of displacements to which the projection device 11 must be subjected is reduced and, in addition, allows the projector laser 13 to emit a beam Continuous and permanent laser of the corrected cross section.
  • the laser 13 projector emits a single laser associated with the corrected cross section. It is necessary that the local laser coordinates be associated with the topography coordinates, which are actually the ones that control the excavation. For this, the guidance device cooperates with the rangefinder that supplies distance data to the controller module.
  • the projection device 11 When the excavation of the tunnel is carried out by means of explosives, the projection device 11 is protected by a shield that protects the laser set, rangefinder. When images are to be projected, the shielding is automatically removed, otherwise, the laser beam would collide with the shield, making any visualization of the corrected cross-section of the tunnel impossible. The need for protection is given by the violence of the shock wave, and by the projection of rocks as shrapnel.
  • the introduction of the necessary data for the visualization of the section to be excavated can be of several forms. The first, manually through a GUI graphical interface included in the controller module. Another way is to use the input-output port through which a file that includes the geometry of the standard cross-section is downloaded and a third way is to use the transmitter-receiver of communications equipment through which it is received from the server projection the cross section pattern.
  • the projection device 1 1 comprises a protective housing that acts to protect the projection device 1 1 from dust and water present in the tunnel excavation.
  • the housing prevents any damage resulting from environmental factors.
  • the projection procedure can be performed by a computer, loadable into an internal memory of a computer with input and output units and, also, with processor units.
  • the computer program comprises for this purpose codes configured to execute the steps of the aforementioned process when executed by the computer.
  • executable codes can be recorded on a carrier medium readable within a computer.

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Abstract

Un dispositivo de proyección que proyecta de manera continua la sección interior libre de un túnel a excavar; donde el dispositivo (11) proyector comprende un dispositivo (12) medidor que adquiere datos de distancias desde la ubicación física del propio dispositivo medidor hasta la superficie donde se realiza la excavación de la sección transversal del túnel; un dispositivo orientador que posiciona geográficamente el dispositivo medidor de acuerdo a un predeterminado sistema de referencia topográfico; y un láser (13) proyector que suministrar un haz láser correspondiente a la sección transversal de túnel a excavar suministrado desde un módulo controlador.

Description

DISPOSITIVO DE PROYECCIÓN OBJETO DE LA INVENCIÓN
[0001] La presente invención se refiere a un procedimiento de proyección de un perfil predeterminado de la sección transversal de un tramo de un túnel a excavar, conjuntamente con el plan de tiro cuando proceda, y a un dispositivo para la ejecución de dicho método.
ESTADO DE LA TÉCNICA
[0002] Al abrir un túnel tiene importancia el mantener un perfil predeterminado de sección transversal así como una dirección seleccionada lo más exactamente posible a fin de mantener al mínimo nivel posible los trabajos necesarios para la construcción del túnel.
[0003] Este problema tiene, en especial, mucha importancia al comenzar el túnel, es decir, al realizar los emboquilles sobre las superficies exteriores del terreno donde se construirá el túnel. Los primeros metros del túnel presentan unos condicionantes especiales que complican su ejecución. Al ser zonas más cercanas a la superficie del terreno no siempre es posible dibujar sobre el frente de excavación del túnel, tanto la sección transversal como el plan de tiro de voladura en un escenario de excavación por voladura, así como el emboquille sobre una ladera exterior cuando es necesario prestar trabajos asociados a labores de replanteo inicial.
[0004] El perfil predeterminado diseñado de la sección transversal del frente de excavación del túnel a excavar se dibuja con trazo continuo y de forma permanente sobre la superficie donde estará localizado el túnel.
[0005] Los trabajos de emboquillado del túnel son complejos, por ejemplo, requiriendo la realización de un talud frontal para dibujar sobre el mismo el emboquillado del túnel y, posteriormente, la sección interior libre del túnel. Estos tipos de trabajos no están exentos de presentar desviaciones del perfil predeterminado diseñado inicialmente sobre un plano. [0006] Las posibles desviaciones cometidas son función, por ejemplo, de la fisonomía de la superficie donde esta localizado el emboquillado del túnel y, consecuentemente, de la dificultad del personal, que excavará el túnel, de visualizar y ubicar sobre la superficie exterior del terreno el emboquille del túnel. [0007] Por lo tanto, se hace necesario resolver los problemas anteriormente planteados mediante un procedimiento de emboquillado o determinación de la sección interior libre de un túnel a excavar que reduzca o minimice desviaciones del perfil predeterminado de la sección transversal de un túnel a excavar. SUMARIO
[0008] La presente invención busca resolver uno o más de los inconvenientes expuestos anteriormente mediante un dispositivo de proyección que proyecta de manera continua la sección interior libre de un túnel a excavar tal y como es reivindicado en las reivindicaciones. [0009] Un objeto de una realización es proporcionar un método de proyección continúo y permanente del trazo continuo de una sección transversal o sección interior libre de un túnel a excavar mediante la excavación directa y/o mediante la excavación por voladura según un plan de tiro previamente definido con el objeto de reducir los costes en que se incurre cuando se realiza una sobre o infra excavación de la sección interior libre del túnel.
[0010] Otro aspecto de la realización es proporcionar una referencia continua de la geometría de la sección transversal del túnel con independencia del tipo de superficie sobre la cual se realiza la proyección, es decir, sobre la superficie exterior en la cual se desarrollan los trabajos de emboquillado del túnel o sobre la superficie que representa el frente de avance de excavación del túnel propiamente dicho.
[0011] Todavía otro aspecto de la realización es proporcionar un método de proyección para realizar labores de replanteo y localización definitiva del emboquille del túnel con independencia del tipo de orografía de la superficie exterior del terreno donde se ubicará el túnel, permitiendo que el personal que realizará la excavación del túnel visualice el emboquillado del túnel y desarrolle los trabajos preparatorios del talud frontal de una manera sencilla, que evite la aparición de problemas de ejecución complejos, en un reducido tiempo y coste.
[0012] Aún otro aspecto de la realización es suministrar un dispositivo de proyección que proyecta de manera continua de la sección interior libre de un túnel a excavar; el cual comprende un dispositivo medidor adaptado para adquirir datos de distancias desde la ubicación física del propio dispositivo medidor hasta la superficie donde se realiza la excavación de la sección transversal del túnel; un dispositivo orientador adaptado para posicionar geográficamente el dispositivo medidor de acuerdo a un predeterminado sistema de referencia topográfico; un láser de proyección configurado para suministrar un haz correspondiente a la sección transversal de túnel a excavar suministrado desde un módulo controlador.
[0013] El módulo controlador está configurado para modificar una sección transversal de túnel patrón en función de las medidas realizadas por el dispositivo medidor. Además, el módulo controlador comprende una interfaz de entrada-salida de datos de información.
[0014] El dispositivo de proyección comprende además una unidad de memoria de datos de información adaptada para almacenar diferentes secciones transversales de túnel patrón y las medidas realizadas por el dispositivo medidor; y el dispositivo de proyección comprende también un equipo emisor-receptor que transmite y recibe señales de comunicación vía cable o radio sobre un canal de comunicación establecido sobre una red de telecomunicaciones hacia y desde un servidor de aplicación de proyección; y una pantalla de visualización audiovisual y un puerto de entrada-salida de datos.
BREVE ENUNCIADO DE LAS FIGURAS
[0015] Una explicación más detallada de la invención se da en la descripción que sigue y que se basa en las figuras adjuntas:
[0016] la figura 1 muestra en una vista en planta y en alzado una sección interior libre de un túnel en excavación;
[0017] la figura 2 muestra en una vista en alzado el plan de tiro y la correspondiente sección teórica de un túnel en excavación, y [0018] las figuras 3a y 3b muestran en perspectiva un emboquille de un túnel teórico entre dos superficies distintas y el mismo emboquille corregido en función de la orografía de la superficie exterior del terreno donde se construirá el túnel.
DESCRIPCIÓN DE UN MODO DE REALIZACIÓN [0019] En relación ahora con las figuras 1 y 2, el dispositivo 11 de proyección mostrado está adaptado para proyectar continua y permanentemente sobre el frente de excavación de un túnel tanto el plan de tiro de voladura como la sección transversal interior libre, así como los emboquilles del túnel sobre la superficie exterior del terreno donde se construirá el túnel.
[0020] En concreto la figura 2 muestra el dispositivo 11 de proyección posicionado en la parte superior de la sección transversal interior libre del túnel que proyecta sobre el frente de excavación la traza de la sección de túnel a excavar y el plan de tiro de excavación por voladura.
[0021] El dispositivo 11 de proyección del trazo continuo de la sección transversal del túnel comprende un dispositivo 12 medidor adaptado para adquirir datos de distancias, entre otros datos, del tipo estación total, telémetro, etc.; un dispositivo orientador que localiza físicamente el dispositivo medidor de acuerdo a un predeterminado sistema de referencia topográfico; un láser de proyección que suministra un haz láser de acuerdo a un predeterminado patrón de proyección suministrado desde un módulo controlador que incluye una interfaz de entrada-salida de datos de información y una unidad de memoria de almacenamiento de datos de información; un equipo emisor -receptor que transmite y recibe señales de comunicación vía cable o radio sobre un canal de comunicación establecido sobre una red de telecomunicaciones hacia y desde un servidor de aplicación de proyección; una pantalla de visualización audiovisual y un puerto de entrada- salida de datos. [0022] El dispositivo 11 de proyección es posicionado a o sobre una superficie por medio de un soporte 14 adaptado para posicionar el dispositivo 11 de proyección sobre una superficie.
[0023] El dispositivo 12 medidor adquiere datos de distancias desde la ubicación física del propio dispositivo medidor hasta la superficie donde se realiza la excavación de la sección transversal interior libre del túnel, es decir frente de excavación. El dispositivo 12 medidor está adaptado para realizar mapas topográficos, mapas 3D de la superficie del túnel, etc..
[0024] El equipo emisor-receptor está configurado, por ejemplo, como un módulo de comunicación.
[0025] El procedimiento de proyección comprende las etapas de ubicación mediante el soporte 14 del dispositivo 11 de proyección en una posición geográfica frente a la superficie del terreno en el cual está el frente de avance de excavación, es decir, el emboquillado y/o el frente de excavación propiamente dicho del túnel; adquisición de distancias desde la posición geográfica del dispositivo 11 de proyección a la superficie de proyección por medio de un telémetro, por ejemplo, siendo transmitidos los datos de distancia a la unidad de memoria del módulo controlador; descarga de una sección transversal patrón predeterminado asociada a la sección interior libre diseñada inicialmente sobre plano a través del puerto de entrada-salida de datos y/o de la interfaz de entrada-salida de datos, siendo almacenada la sección transversal patrón en la unidad de memoria; el módulo controlador está adaptado para modificar, en función de los datos de distancia adquiridos por el medidor 12, la sección transversal patrón almacenada previamente y suministrar una sección transversal corregida de excavación al láser 13 proyector; y proyección de un trazo continuo y permanente asociado a la sección transversal corregida de excavación sobre la superficie del frente de avance de excavación del túnel por medio del láser 13 proyector.
[0026] Se ha de observar que el frente de avance de excavación del túnel se refiere tanto al emboquillado del túnel como a la sección interior libre del túnel. [0027] La etapa de modificación de la sección transversal patrón la realiza el módulo controlador siendo la modificación función de los datos de distancia actualmente adquiridos por el dispositivo 12 medidor.
[0028] En un escenario donde la superficie del frente de avance de excavación del túnel no está contenida en un mismo plano transversal a la línea de avance de excavación. El módulo controlador está adaptado para modificar la sección transversal patrón almacenada para compensar geométricamente la desviación de distancias entre diferentes planos existentes en el frente de avance de excavación. Las diferentes distancias entre planos del frente de ataque provocarían aberraciones en la proyección de la sección transversal proyectada sobre el frente de avance de excavación.
[0029] Una consecuencia de la apertura del haz láser proyectado es la generación de una sección transversal ampliada que originaría una sobre excavación de la sección interior libre del túnel. [0030] El proyector láser 13 proyecta un haz láser de trazo continuo y permanente asociado a la sección transversal patrón de túnel deseada, donde la parte del haz láser de la sección transversal proyectada sobre el plano transversal más alejado del frente de excavación es corregido por el módulo controlador basándose en los datos de distancia adquiridos por un telémetro, por ejemplo. [0031] En relación ahora con las figuras 3a y 3b, donde se muestra el dispositivo 11 de proyección posicionado en una localización exterior a una cierta distancia de la posición perpendicular a la sección de excavación del túnel y a una cierta distancia de la misma sección de excavación en la superficie exterior del terreno donde se realizará el emboquille del túnel teórico o proyectado entre las dos pequeñas montañas que conforman el bosquejo, siendo ambas laderas no coplanarias, se producen aberraciones que distorsionan el frente de ataque de excavación de la sección transversal inicialmente diseñada. El dispositivo 11 proyector basándose en las distancias adquiridas es capaz de modificar el emboquille del túnel inicialmente diseñado y adaptar y proyectar un emboquille adaptado a la superficie exterior del terreno.
[0032] En ciertas circunstancias no es trivial hacerse una idea precisa sobre el terreno de cómo cae un emboquille de un túnel sobre la superficie exterior del terreno.
[0033] Resumiendo, el módulo controlador realiza el cálculo de la sección de excavación transversal y del plan de tiro de voladura corregido asociado a cada instante del frente de avance de excavación en función de los datos de distancia adquiridos a través del telémetro y de la posición geográfica o física del dispositivo 11 de proyección.
[0034] Volviendo a la figura 2, donde se muestra cómo se visualiza la forma de la sección transversal corregida del túnel sobre el frente de excavación. Además, el módulo controlador está adaptado para suministrar datos de disposición de taladros al láser 13 proyector que proyecta dichas posiciones sobre el frente de excavación. Las cargas explosivas son alojadas en los taladros realizados mediante perforación a través de un Jumbo en un escenario donde la excavación del túnel se realiza por voladura.
[0035] Volviendo ahora a la figura 1, se ha de observar que el dispositivo 11 de proyección no necesariamente ha de estar situado en el eje central de la sección interior libre del túnel, pudiendo estar en proximidad a un hastial, en la clave, etc. de la sección libre del túnel. Por tanto, el dispositivo 11 de proyección evita interferir en el desarrollo de la excavación del túnel y, consecuentemente, se reduce el número de desplazamientos a que debe ser sometido el dispositivo 11 de proyección y, además, permite al láser 13 proyector emitir un haz láser continuo y permanente de la sección transversal corregida.
[0036] El láser 13 proyector emite un único láser asociado a la sección transversal corregida. Es necesario que las coordenadas locales del láser estén asociadas a las coordenadas de topografía, que en realidad son las que controlan la excavación. Para ello, el dispositivo orientador coopera con el telémetro que suministra datos de distancias al módulo controlador.
[0037] Cuando la excavación del túnel se realiza mediante explosivos, el dispositivo 11 de proyección está protegido mediante un blindaje que protege al conjunto láser, telémetro. Cuando se han de proyectar imágenes, el blindaje se retira automáticamente, abatiéndose, pues de otra forma, el haz láser chocaría con el blindaje, haciendo imposible cualquier visualización de la sección transversal corregida del túnel. La necesidad de protección viene dada por la violencia de la onda expansiva, y por la proyección de rocas a modo de metralla. [0038] La introducción de los datos necesarios para la visualización de la sección a excavar puede ser de varias formas. La primera, de forma manual mediante una interfaz gráfica GUI incluida en el módulo controlador. Otra forma es utilizando el puerto de entrada -salida a través del cual se descarga un fichero que comprende la geometría de la sección transversal patrón y una tercera forma es utilizar el equipo emisor -receptor de comunicaciones a través del cual se recibe desde el servidor de proyección la sección transversal patrón.
[0039] Debido a las condiciones de trabajo muy hostiles de realización del trabajo de excavación, el dispositivo 1 1 de proyección comprende una carcasa protectora que actúa protegiendo el dispositivo 1 1 de proyección del polvo y agua presentes en la excavación del túnel. La carcasa impide cualquier daño fruto de factores ambientales.
[0040] El procedimiento de proyección puede ser realizado por un ordenador, cargable dentro de una memoria interna de una computadora con unidades de entrada y salida y, también, con unidades de procesadores. [0041] El programa de ordenador comprende para este fin códigos configurados para ejecutar los pasos del antedicho proceso cuando es ejecutado por la computadora. Además, los códigos ejecutables pueden ser grabados en un medio portador legible dentro de una computadora.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo de proyección que proyecta de manera continua la sección interior libre de un túnel a excavar; caracterizado porque el dispositivo (11) de proyección comprende un dispositivo (12) medidor adaptado para adquirir datos de distancias desde la ubicación física del propio dispositivo medidor hasta la superficie donde se realiza la excavación de la sección transversal del túnel; un dispositivo orientador adaptado para posicionar geográficamente el dispositivo (12) medidor de acuerdo a un predeterminado sistema de referencia topográfico; un láser (13) proyector configurado para suministrar un haz láser correspondiente a la sección transversal de túnel a excavar suministrado desde un módulo controlador.
2. Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado porque el módulo controlador está configurado para modificar una sección transversal de túnel patrón en función de las medidas realizadas por el dispositivo (12) medidor.
3. Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 2, caracterizado porque el módulo controlador comprende una interfaz de entrada-salida de datos de información.
4. Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo (11) de proyección comprende además una unidad de memoria de datos de información adaptada para almacenar diferentes secciones transversales de túnel patrón y las medidas realizadas por el dispositivo (12) medidor.
5. Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo (11) de proyección comprende además un equipo emisor- receptor que transmite y recibe señales de comunicación vía cable o radio sobre un canal de comunicación establecido sobre una red de telecomunicaciones hacia y desde un servidor de aplicación de proyección; y una pantalla de visualización audiovisual y un puerto de entrada-salida de datos.
6. Un método de proyección continuo de la sección interior libre de un túnel a excavar; caracterizado porque el método comprende las etapas de posicionamiento geográfico de un dispositivo (11) de proyección mediante un dispositivo orientador en función de un sistema de referencia topográfico; adquisición de distancias por medio del dispositivo (12) medidor desde la posición del dispositivo de proyección a una superficie del terreno relativa al frente de avance de excavación del túnel; proyección de una sección transversal de túnel a excavar suministrado desde un módulo controlador por medio de un láser (13) proyector.
7. Método de acuerdo a la reivindicación 6, caracterizado porque el método comprende además la etapa de modificación de una sección transversal de túnel patrón basándose en las distancias adquiridas.
8. Método de acuerdo a la reivindicación 6, caracterizado porque el método comprende además la etapa de almacenamiento de un conjunto de secciones transversales de túnel patrón y de distancias adquiridas en una unidad de memoria de datos de información.
9. Un programa de ordenador puede ser cargable en una memoria interna de una computadora con unidades de entrada, salida y una unidad de procesamiento, donde el programa de ordenador comprende códigos ejecutables configurados para realizar las etapas del método de proyección de acuerdo a la reivindicaciones 6
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