Возможность применения лазерных приборов в монолитном строительстве
Лазер — это генератор света. Его название произошло от начальных букв английской фразы «усиление света с помощью индуцированного излучения».
Любой оптический квантовый генератор состоит из двух основных элементов: рабочего вещества, приводимого каким-либо способом в активное состояние, и резонатора, обеспечивающего синхронную работу активных частиц этого вещества. Такова принципиальная схема лазера. Отличительными свойствами лазерного излучения являются монохроматичность и направленность при сохранении значительной световой энергии (мощности).
В настоящее время отечественная промышленность серийно выпускает следующие виды квантовых источников света: твердотельные газовые и полупроводниковые, возбуждаемые световой накачкой импульсных ламп. Эти источники излучают свет мощными импульсами, и угол расходимости их световых лучей изменяется в пределах от 3 до 30°. Полупроводниковые источники с прямым преобразованием электрической энергии в свет имеют малые размеры и не нуждаются в охлаждающем устройстве. Угол расходимости луча этих источников довольно велик — до 10° и более, вследствие чего концентрация световой энергии в пучке невелика.
Газовые лазеры, возбуждаемые высокочастотным полем или постоянным напряжением, в основном дают непрерывное излучение в видимой и инфракрасной частях спектра. Мощность их может варьироваться в широких пределах — от нескольких милливатт до сотен ватт. Угол расходимости лучей этих источников света находится в пределах 3—10.
Основные требования к лазерам для случая применения их в геодезических приборах с учетом специфики строительных работ сводятся к следующим: мощность излучения должна обеспечивать дальность действия лазерных приборов, необходимую на строительной площадке; излучение должно лежать в видимой спектральной области; длина волны излучения должна минимально поглощаться атмосферой; лазер со всеми вспомогательными устройствами должен иметь габариты и массу, приемлемые для полевых условий; лазер должен иметь достаточно продолжительный-гарантированный срок работы.
По характеристикам наиболее приемлемы для создания геодезических приборов газовые лазеры.
Пучки лазерного излучения в сочетании с элементами геодезических инструментов весьма перспективны для нужд, строительства.
Газовые лазеры, применяемые для геодезических измерений, служат базой для создания принципиально новых приборов и устройств: лазерных дальномеров, интерферометров, рефрактомеров,, нивелиров и т. п. Использование лазеров в геодезии повышает точность измерений, увеличивает дальность действия, позволяет автоматизировать геодезический контроль.
Применение лазерных систем позволяет вести контроль непрерывно, автоматизировать и ускорить процесс контроля ряда параметров и управления строительными машинами и механизмами, повысить точность измерений и увеличить дальность действия геодезических приборов.
Наиболее перспективным следует считать применение лазерного излучения в качестве опорного сигнала, относительно которого можно производить измерения.
Для контроля вертикальности зданий и сооружений можно использовать три метода измерений. Для обеспечения постоянного контроля планового положения скользящей опалубки и вертикальности возведения стен здания или сооружения на исходном горизонте создается плановая основа. Над каждой закрепленной точкой этой основы на исходном горизонте устанавливают лазерный зенит-прибор, который после центрирования и установки в вертикальное положение посылает вертикальный лазерный луч. Таким образом, все точки плановой основы передаются посредством этого луча на возводимые горизонты. В данном случае луч выполняет роль отвеса. Этот метод, по существу, не отличается от метода производства работ традиционными оптическими приборами вертикального проецирования.
Второй метод предусматривает установку в вертикальном положении над одной из закрепленных точек лазерного зенит-прибора с расположенной над ним призмой. Над второй точкой располагают только призму, ориентированную в горизонтальном положении. Посылаемый лазерным зенит-прибором луч частично направляется отвесно вверх, а частично, проходя через призму, отклоняется на 90°, т. е. следует в горизонтальном, направлении до второй призмы, где вновь преломляется на 90° и идет отвесно вверх.
Третий способ, разработанный в ЦНИИОМТП позволяет оперативно и безопасно для наблюдений проводить комплекс геодезических измерений при строительстве зданий и сооружений повышенной этажности. Эта система позволяет, кроме того, повысить производительность труда геодезистов на строительстве.
Контроль вертикальности подъема скользящей опалубки достигается путем стационарной расстановки перед началом строительства подвешенных в виде маятника пентапризм под контролируемыми точками для последовательного наведения на них луча лазерного нивелира, расположенного вне опасной зоны. Пентапризмы размещают с внешних сторон основания здания около контролируемых углов. Горизонтальный луч лазера, направленный на подвешенную в виде маятника пентапризму, преломляется в ней и получает вертикальное направление, а затем попадает на разграфленную прозрачную мишень, прикрепленную с помощью кронштейна к опалубке.
Смешение и кручение скользящей опалубки относительно вертикальной оси определяют непосредственно по расположению пятна лазерного луча на мишени. Далее, луч, пройдя через прозрач-нуюмишень, попадает на следующую пентапризму, вращающуюся вокруг своей оси от мотора. Таким образом создается светящаяся лазерная плоскость, с помощью которой можно вести нивелирование и брать отсчет по рейке, поставленной в любой точке пола скользящей опалубки.
Этот способ можно считать наиболее перспективным при возведении монолитных зданий в скользящей опалубке, когда требуется иметь большое количество отсчетов по рейке (нивелирование домкратов, вынос в натуру проектных отметок для закладных деталей и т. д.).
Преимуществом нивелирования лазерной плоскостью является быстрота работы благодаря возможности одновременного использования большого числа реек; кроме того, появляется возможность работать в ночное время суток. В случае необходимости-пентапризму с мотором можно переставлять на другие кронштейны, закрепленные на рабочем полу опалубки над маятниковыми призмами, расположенными у основания здания. Таким путем можно нивелировать уровень пола и положение домкратов опалубки по частям.
При этом геодезиста и приборы (за исключением призм, находящихся у основания здания) можно располагать вне опасной зоны строительства. Повышается производительность труда вследствие сокращения установок прибора, а также использования «лазерной плоскости» для нивелирных работ на монтажном горизонте опалубки. Использование лазерного луча позволяет также выполнять геодезические работы в неблагоприятных метеорологических условиях (снег, туман, дождь) и в ночное время суток.
В качестве эксперимента Министерством электронной промышленности был изготовлен образец лазерного зенит-центрира ЛЗЦ-1, который проходил испытания на строительстве телевизионной башни в Останкине и шахтах Метростроя. Источником света в этом приборе служил гелий-неоновый лазер марки ОКГ-14г установленный вертикально на подставке от двухсекундного теодолита. Вертикальное положение направления излучения лазера задается высокоточным уровнем. Мощность излучения ОКГ-14 составляет
-3 мВт, коллимирующая система для фокусирования луча дает 25-кратное увеличение.
При строительстве телевизионной башни прибор устанавливался внизу, световое же лазерное пятно наблюдалось на монтажных горизонтах. Точность проектирования на высоте 300 м составила ±15 мм. Прибор позволял определять не только отклонение башни от вертикали, обусловленное погрешностями строительства, но и колебания ее от ветровых нагрузок, неравномерного нагревания солнцем и других причин.