Dokumentace funkčního vzorku Nástavce pro měření laserovým dálkoměrem na kotevních bodech liniových instalací BOTDA vyvinutého v rámci řešení projektu FR-TI3/609 Výzkum a vývoj detekce a kontrolního sledování kritických míst geotechnických konstrukcí zejména podzemního stavitelství, báňského průmyslu i ostatních inženýrských staveb Tento projekt je realizován za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu. Autoři Ing. Jan Záleský, CSc. Ing. Kristýna Čápová Ing. Marek Záleský, Ph.D. Stavební fakulta ČVUT v Praze Stavební fakulta ČVUT v Praze ARCADIS CZ a.s., divize Geotechnika Praha, prosinec 2013
Funkční vzorek: LDLI-BOTDA Čís.:FVZ-03-11135 Nástavce pro měření dálkoměrem na kotevních bodech liniových instalací BOTDA 1. Účel Pro nezávislá srovnávací měření ve vystrojené měřicí linii BOTDA byly v rámci tohoto projektu na Stavební fakultě ČVUT v Praze vyvinuty nástavce k užití laserového dálkoměru Leica Disto. Jedná se o nesilová měření, která je vhodné použít zejména při liniových instalacích BOTDA v zeminách a to i v případě velkých vzdáleností mezi kotevními body vystrojené linie. Přesnost dálkoměru byla ověřována v budově Stavební fakulty, obr. 1. Laserový dálkoměr, v tomto případě Leica Disto D3a BT, je obvykle užíván k měření přímých vzdáleností. Podmínkou je užití pevného stativu při záměrách delších než cca 5 m. Proměření trvá sekundy a při nastavení automatického měření vzdálenosti je zobrazována poslední měřená hodnota (spodní řádek displeje) a hodnoty maximální a minimální v měřené sérii (horní dva řádky), obr. 1. Prvý snímek displaye v obr. 1 je příkladem poklesu přesnosti v důsledku šikmé záměry na hrubý pohledový beton skeletu budovy. V následujících případech se jednalo o záměry s téměř kolmým dopadem paprsku na hrubý pohledový beton a rozptyl hodnot odpovídal údajům výrobce. Postup s automatickým měřením ověřuje rozptyl měřených hodnot a lze vždy při měření užívat. Hodnoty celkové vzdálenosti byly ověřeny nezávislým měřením. Při užití výrobcem dodané odrazné plochy byly udávané odchylky ± 1.0 mm dodrženy při užití stativu pro dálkoměr a stabilní polohy odrazné plochy. Výrobce udává přesnost měřené délky u tohoto přístroje ± 1.0 mm při vzdálenosti do 100 m, tab. 1, ale přesnost závisí na kvalitě odrazné plochy, náklonu plochy vůči paprsku a stabilitě podpory i odrazné plochy, [1]. V případě stavebních konstrukcí probíhá měření zpravidla bez problémů. Námi užívaná varianta odpovídá položkám J a L podle [2] a pro zajištění přesnosti deklarované výrobcem vyžadovala úpravy. 1
Obr. 1 Testování laserového dálkoměru ke stanovení vzdáleností mezi body upnutí optického kabelu. Robustní stativ je nutný pro zajištění přesnosti měření, [3]. S kontrolou měřených vzdáleností metodou BOTDA pomocí laserového dálkoměru vznikly problémy s ustavením stativu, protože nebyl užíván těžký geodetický stativ s křížovým posunem dálkoměru (nutnost redukcí a úpravy připojení) a současně s přesným polohováním odrazné plochy v terénu nebo tunelu. Problém činila požadovaná přesná reprodukovatelnost ustavení dálkoměru i odrazné plochy. Proto byly navrženy a odzkoušeny nástavce pro nucenou centraci jak dálkoměru, tak odrazné desky ve formě funkčního vzorku. Funkční vzorek je vhodné užívat pro kontrolní měření optických linií BOTDA a to jak v tunelových stavbách, [4], tak při instrumentacích svahů ve volném terénu, [5]. Funkční vzorek slouží pro výzkum a vývoj, pro účely demonstrace i výuky. Tab. 1 Technické údaje dálkoměru Leica Disto D3a, [1]. 2
Obr. 2 Standardní využití laserového dálkoměru Leica Disto 3a, [2]. 2. Popis nástavců laserového dálkoměru pro měření změn vzdáleností na kotevních bodech linií BOTDA Nástavce pro měření dálkoměrem na kotevních bodech liniových instalací BOTDA slouží stanovení vzdálenosti mezi jednotlivými kotevními linie a následně ke kontrole jejich změn při srovnávacích měřeních, obr. 3. Nástavce laserového dálkoměru jsou dva: - Nástavec pro dálkoměr s nasazenou kloubovou hlavou od výrobce - Otočný nástavec s opěrnou deskou pro odraznou plochu laserového dálkoměru 3
Obr. 3 Nástavce laserového dálkoměru: vlevo upevnění kloubové hlavy dálkoměru na nástavec plošného upínacího prvku liniové instalace BOTDA, vpravo otočný nástavec odrazné desky Obr. 4 Originální kloubová hlavice pro Leica Disto zajišťuje střed odměrné strany distometru v ose vyvinutého nástavce i při změně sklonu paprsku Originální kloubová hlavice distometru je konstruována tak, že při otáčení i změně sklonu laserového paprsku zůstává stále průmět tohoto paprsku do odměrné strany dálkoměru v ose otáčení i připojení na další zařízení, obr. 4. V našem případě se jedná o nucenou centraci dálkoměru na kotevní body měřicí optické linie. Nástavce mohou být užívány jak ve svislé tak vodorovné poloze. Měření nedosahuje přesnosti konvergenčního pásma, ale může být prováděno i na delších záměrách a nevyvozuje silové namáhání na měřických značkách. 3. Postup měření délek měřicích úseků a jejich změn Na kotevní body, kde je bodově upnut měřicí optický kabel, se pomocí jednoho nástavce připevní dálkoměr Leica Disto a pomocí druhého odrazná deska na následující bod měřicí linie, obr. 4. Pak lze provádět přesný odečet vzdálenosti mezi jednotlivými dvojicemi kotevních bodů a jejich změn v instalované linii BOTDA. 4
Obr. 4 Nástavce laserového dálkoměru a odrazné desky (vpravo je v nástavci ponecháno vratidlo pro montáž) Nástavce se postupně přemisťují v měřicí linii od jejího počátku. Zpravidla se měří ve směru rostoucího staničení měřicí linie a provádí se zápis. V zápisu jsou uvedeny i polohy nástavců při postupu měření, aby byly vždy shodné se sériemi předchozích měření. Montáž a demontáž s užitím vratidel je rychlá. Měření probíhá rychleji než s konvergenčním pásmem a vzhledem k velikosti deformací (svahy a otevřený terén) má naprosto dostatečnou přesnost. Měření provádí dvojice měřičů. U užívaného dálkoměru lze využít i funkce BT (Blue Tooth), bezdrátový přenos dat na krátkou vzdálenost, mezi dálkoměrem a počítačem nebo záznamníkem. Automatické měření vzdáleností je kontrolou přesnosti. Pokud je přesnost nižší (rozptyl série hodnot ± 1.0 mm), než udává výrobce, je třeba kontrolovat úhel mezi odraznou deskou a paprskem laseru i vegetaci v linii. Je-li vyšší vegetace na místě instalované měřicí linie, je možné vložit dvojici identických označených prodlužovacích tyčí mezi horní úroveň nástavce pro nezávislou kontrolu polohy upínacího prvku a nástavce laserového dálkoměru. Při práci je nutné dodržovat pravidla BOZP (bezpečnost a ochrana zdraví při práci) s laserovými zařízeními. 4. Použitá literatura 1. Leica DISTOTM D3a. Jednoduchý a přesný laserový dálkoměr. GEFOS a.s. Kundratka 17, 180 82 Praha 8, www.gefos.cz/leica 5
2. Leica DISTO TM D3. User Manual. Leica Geosystems AG, CH-9435 Heerbrugg, Switzerland, www.disto.com 3. Záleský, J. et al.: Výzkum a vývoj postupu stanovení polohopisu měřicího vlákna. Závěrečná zpráva z řešení etapy 5, Projekt FR-TI3/609, ČVUT v Praze, Fakulta stavební, katedra geotechniky, 2011, aktualizace srpen 2013. 4. Záleský, M. et al: Poloprovoz - 2 Kontrolní sledování vybrané geotechnické konstrukce a souběžné ověřovací měření. Závěrečná zpráva z řešení etapy číslo 8. ARCADIS CZ a.s., divize Geotechnika, Praha, listopad 2013. 5. Záleský, J., Čápová, K. a Záleský, M.: Závěrečná zpráva z řešení etapy číslo 7. Poloprovoz 1. Kontrolní sledování potenciálně nestabilního svahu metodou BOTDR, souběžné ověřovací měření. Projekt FR-TI3/609, ČVUT v Praze, Fakulta stavební, katedra geotechniky, říjen 2013. 6