Dokumentace funkčního vzorku Nástavce pro liniová měření pomocí konvergenčního pásma 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: NLKP-BOTDA Čís.:FVZ-02-11135 Nástavce pro liniová měření pomocí konvergenčního pásma 1. Účel Pro srovnávací měření pomocí přesného konvergenčního pásma podél vystrojené měřicí linie BOTDA byly v rámci tohoto projektu na Stavební fakultě ČVUT v Praze vyvinuty nástavce. Konvergenční pásmo je i s příslušenstvím v inventáři spolupříjemce z ČVUT v Praze, Stavební fakulty, Katedry geotechniky. Konvergenční pásmo se obvykle používá pro měření konvergence výrubů nebo částí ostění podzemních staveb. Je měřena změna vzdálenosti dvou kotevních bodů s rozlišením 0,01 mm. Pásmo je navrženo pro měření v příčných profilech, většinou kolmo na podélnou osu tunelu nebo štoly, obr. 1. Technické údaje konvergenčního pásma jsou uvedeny v obr. 2. Obr. 1 Standardní využití přesného konvergenčního pásma, [1]. Pásmo je při měření napínáno mezi dvojici konvergenčních měřicích bodů, [2]. Pásmo je na obou koncích vybaveno kardanovými klouby, které umožňují jeho napojení na konvergenční body zabudované například do ostění tunelu, obr. 1. Maximální výchylka kloubů od osy měřené linie je cca 40, a proto pásmo nelze používat pro měření s body v jedné linii například podél ostění tunelu nebo v terénu při kontrole povrchové liniové nebo plošné instalace BOTDA. Proto byla na Stavební fakultě vyvinuta a vyrobena speciální souprava nástavců, s jejichž pomocí je možné provádět přesná měření změn vzdáleností mezi dvojicemi bodů v měřicí linii. V kalibračním rámu od výrobce se měřidlo opakovaně kalibruje, obr. 3. Současně lze stanovit jeho přesnou délku a je možné měřit nejen změny vzdáleností dvojic bodů ale i jejich vzdálenosti s vysokou přesností. Obr. 2 Technické údaje konvergenčního pásma KM-15 a KM-30, [2]. Funkční vzorek slouží pro výzkum a vývoj, pro účely demonstrace i výuky. 1
Obr. 3 Pásmo KM-30 v kalibračním rámu dodaném výrobcem vlevo, vpravo užívané pásmo připravené pro měření: pol. 16 kardanový kloub (druhý kardanový kloub není na počátku pásma nasazen), [2]. 2. Princip návrhu nástavců pro liniová měření pásmem Nástavce jsou navrženy tak, aby byla měřicí linie odsazena od povrchu ostění tunelu nebo terénu a bylo možné pásmo standardním způsobem postupně napínat mezi dvojice bodů v této linii, obr. 4. Obr. 4 Detail nástavce s připojeným konvergenčním pásmem pomocí kardanového kloubu, [3]. 2
2.1 Technický popis nástavců pro liniová měření konvergenčním pásmem Nástavce jsou navrženy jako tyčové z kruhové oceli a s nasazeným kolmým připojovacím prvkem s dvojicí protilehlých závitů k připojení konvergenčního pásma. Nástavec s kolmým připojovacím prvkem tvoří celek ve tvaru T, obr. 4 a 5. Nástavce jsou opatřeny na jednom konci vnějším závitem M 20 pro připojení na instalované body měřicí linie na ostění tunelu nebo v terénu při jeho povrchu. Druhý konec, obr. 6, má osazení pro nasazení připojovacího T-kusu se závity pro konvergenční pásmo. Připojovací kus je symetrický, je otočný a pro měření je zajištěn v nastavené poloze středovým šroubem s imbusovou hlavou. Připojovací kusy jsou označeny důlčíkem (jeden až tři vpichy) na jedné straně, aby byly při měření nastavovány vždy do stejného směru. Značení trojice nástavců je provedeno tenkými drážkami (jedna až tři), aby byly rozlišené a při měření užívány vždy stejně na jednotlivých značených bodech měřicí linie. Nástavce jsou tři, aby bylo možné pásmo přímo přenášet z jedné dvojice měřených bodů na další v řadě, aniž by bylo nutné pásmo svinovat a odkládat, obr. 6. Obr. 5 Nástavec pro liniová měření podél ostění tunelu. Zleva: kotva do ostění M 20 s mezikusem pro našroubování nástavce, nástavec s připevněným připojovacím T- kusem včetně jednoho kardanového kloubu konvergenčního pásma, samostatný označený T-kus s plastovou krytkou jednoho závitu pro konvergenční pásmo. Obr. 6 Nástavce i T-kusy jsou označené, aby byly při opakovaných měřeních použity ve stejném pořadí a směru 3
Jako měřítko je v obr. 5 a 6 užita upínací destička 50x50 mm optického měřicího kabelu SmartProfile. 3. Postup měření změn vzdáleností konvergenčním pásmem s nástavci Při měření v linii se nejdříve upevní nástavce v řadě číslo jedna až tři. T-kusy se nastaví do směru měřicí linie a zajistí ve správné poloze středovými šrouby. Následuje napojení konvergenčního pásma, napnutí vestavěným napínacím zařízením podle návodu výrobce [2], obr. 7. V každé měřicí poloze se provede měření třikrát. Pokud jsou záměry shodné nebo v rozmezí přijatelných rozdílů, zaznamenají se. Přijatelné rozdíly jednotlivých záměr se liší v závislosti na prostředí a tuhosti upnutí: betonové ostění tunelu / zeminy. Pro prvý případ cca ± 0,03 mm a pro druhý až ± 0,10 mm u tyčových kotevních prvků. Pokud jsou rozdíly vyšší, měření se opakuje, aby bylo dosaženo shody. Jedná se o silové měření, neboť pásmo KM-30 je napínáno silou 300 N, proto je přípustné zvětšení rozdílů mezi záměrami při měření v zeminách. Obr. 7 Měření konvergenčním pásmem podél ostění tunelu, poloprovoz 2, [3]. V obr. 7 jsou upínací destičky optického měřicího kabelu zvýrazněny žlutou reflexní barvou. Měřicí linie konvergenčního pásma zachycuje delší úseky, tj. násobky roztečí upínacích destiček. Pásmo s nástavci je upínáno na kotvy v ostění tunelu, viz obr. 5. V obr. 8 je ukázáno měření s nástavci v terénu v případě liniové instalace BOTDA. Z obrázku je zřejmé napojení nástavců na tyčové kotevní prvky a připojení konvergenčního pásma v měřicí linii ve sledovaném svahu. V obr. 9 je zobrazen výřez terénního zápisu z měření v uvedené linii. Orientace značení T-kusů je vždy ve směru klesání svahu nebo ve směru měření v linii. 4
Obr. 8 Napojení konvergenčního pásma KM 30 na kotevní tyče při plošné / liniové instalaci měřicích kabelů (ochranné víčko se šroubem M 20 a velkoplošnou podložkou odebrané z kotevní tyče je vpravo dole), [4]. Obr. 9 Výřez z terénního zápisu při měření konvergenčním pásmem s nástavci (funkčním vzorkem), [4]. 5
4. Použitá literatura 1. GLÖTZL Gesellschaft für Baumeßtechnik mbh: CONVERGENCE MEASURING DEVICE System Behensky / Glötzl. http://www.gloetzl.com: Version: 02.02.2010 / IG / SP / P090.70.01.00.00.001R05_engl.docx. 2. Product No. 113.0000 KM-15 / KM-30 Convergence Tape. User Manual. Boart Longyear Interfels GmbH, SRN. 3. 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. 4. Záleský, J. et al: Poloprovoz - 1 Kontrolní sledování potenciálně nestabilního svahu metodou BOTDR s ověřovacím měřením. Závěrečná zpráva z řešení etapy číslo 7. ČVUT v Praze, Fakulta stavební, říjen 2013, aktualizace listopad 2013. 6