Sls t apd-es_o

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SLS-T APD Sistema de guiado de TBM

12/2003

Características deservicio

El SLS-T es un sistema de guiado comprobado en la práctica, el cual,gracias a sus rendimientos convincentes y a su fiabilidad operacional seha vuelto estándar en todo el mundo.

Estación láser

Túnel

Máquina tuneladora

(TBM)

Prisma

Tablilla de mira ELS

• Determinación de la posición de la TBM con indicación en forma gráfica ynumérica

• Determinación e indicación de la posición del anillo• Determinación e indicación de las tendencias de la TBM• Cálculo de una curva de corrección, para reconducir tangencialmente la TBM

al eje nominal• Cálculo de la secuencia de construcción de anillos (en base a la curva de

corrección existente)• Documentación completa del trayecto del escudo y de las posiciones de la

construcción de anillos• Control completo de todos los componentes del sistema desde un ordenador• Control de dirección independiente de la orientación actual del láser teodolito• Cambio de sitio de la estación láser con asistencia del programa, por ejemplo

durante la construcción del anillo• Indicación opcional de la posición de la TBM vía MODEM a cualquier

ordenador seleccionado a escala mundial• De forma opcional está disponible el sistema de medición de separación en la cola del escudo (SLUM)

Visualización de la posición de la TBM

Representación de la traza del sistema

Indicación de la posición del anillo



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Sistema para la conducción de máquinas tuneladoras (TBM) enproyectos de construcción de túneles con revestimiento de dovelas, yde asistencia durante la construcción del anillo.

os conductores de las máquinasL tuneladoras (TBM) requierenreci-bir constantemente informa-ción referente a la situación actualdel eje de la máquina, tal y comodesviaciones y tendencias, en rela-ción al eje nominal. Con las veloci-dades de avance que actualmente sealcanzan de varios centímetros porminuto, el conductor del escudoprecisa de una confirmación inme-diata de los efectos de sus manio-bras de conducción, de forma talque pueda mantener la TBM dentrode lo posible en el eje nominal.

El sistema de guiado SLS-T APDcon determinación automática deposición ofrece al conductor del es-cudo información constante sobre laposición y las tendencias de la TBM.De esta forma se puede mantener laTBM en el eje nominal sirviéndose demedidas de conducción equilibradasdentro de un radio de toleranciarelativamente reducido.

La referencia principal del sistemaSLS-T APD se obtiene de un rayoláser visible que se emite desde unláser teodolito. El láser teodolito seencuentra montado a una pared, oal revestimiento del túnel en un áreaque se pueda designar como estable.Este rayo láser transcurre general-mente por una distancia de 100-200m (dependiendo de la intensidad delláser, de las condiciones atmosféri-cas en el túnel y de la porción derefracción). El rayo láser transcurrepor un espacio libre reservado en elescudo y a lo largo del remolque(ventana para láser) hacia una

tablilla de mira activa, la cual seencuentra fijamente instalada en elescudo. La distancia útil entre elláser teodolito y la tablilla de miradependerá del tamaño de la ventanadel láser y de las condiciones decurvatura momentáneas en el túnel.Por ello es necesario cambiar de vezen cuando la estación láser a unanueva consola localizada más haciadelante.

Una vez que los geodestas hayandeterminado la primera posición desalida del láser teodolito, las sigu-ientes posiciones del láser teodolitose determinarán en el curso delcambio de sitio con orientacióninteractiva (característica de servi-cio del APD).

Una vez que el rayo láser haceblanco en la tablilla del ELS; se midela ubicación exacta del punto deincidencia relativo al centro de latablilla de mira. También se deter-mina el ángulo de incidencia hori-zontal del rayo láser en la placafrontal de la tablilla de mira. En latablilla de mira ELS se encuentraintegrado un inclinómetro biaxialpara la medición de la inclinaciónlongitudinal y de la rodadura de latablilla de mira, la cual funge comorepresentante del escudo en sí.

En la parte frontal de la tablilla demira ELS se encuentra dispuesto unprisma. La distancia entre la esta-ción láser fija y la tablilla de miraELS móvil que se va incrementandodurante el avance, se determina sir-viéndose de la medición de distanciaelectrónica (EDM) dentro de la esta-

ción láser. Mediante el conocimientode la posición absoluta de la esta-ción láser se puede determinar tam-bién la posición absoluta y la direc-ción de la tablilla de mira ELS, y porconsiguiente la posición y la direc-ción del escudo.

Esta información se combina conel trazado indicado para el avance,para ofrecer así al conductor delescudo información clara e inequí-voca acerca del lugar donde se en-cuentra el escudo (comparación delos valores teóricos y reales). El sis-tema SLS-T APD no sólo pone a dis-posición la medición de la posiciónexacta de la TBM en cualquier mo-mento, y especialmente durante elavance. También prepara los resul-tados de forma clara y concluyentepara el operador del escudo, de for-ma que éste pueda tomar las medi-das de conducción correctivas quesean necesarias. Finalmente se con-sulta esta información para condu-cir el escudo, lo más apegado comosea prácticamente posible, a lo largodel eje nominal.

En el caso ideal, la TBM seguiráexactamente el curso del trazadoindicado. La calidad de la construc-ción del túnel será mejor y se podrácumplir más precisamente con laplanificación del proyecto. Por otraparte ninguna obra de construcciónde túneles se puede erigir con exac-titud matemática en el eje de túnelplaneado. Varios factores influyenen la dirección de la TBM talescomo: resistencias diversas, varia-ciones menores de la forma efectiva

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Introducción



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del escudo en comparación con laforma teórica del cilindro, condi-ciones del terreno diversas a lo largodel trayecto a ser recorrido, datoshidrológicos cambiantes, etc. Porello es necesario realizar en cual-quier momento aún pequeñas cor-recciones de conducción, indepen-dientemente de si el eje nominaltranscurre de forma recta o en cur-va. Si el escudo tiene que seguir untrazado con radios estrechos, lascorrecciones de conducción reque-ridas se tornan especialmente críti-cas y por ello resulta mucho más di-fícil realizarlas que durante losavances rectos. Una TBM con cilin-dros articulados es sin duda muchomás móvil, pero también más difícilde conducir.

Sin embargo, debe tomarse encuenta que el margen para lascorrecciones de conducción es limi-tado, ya que el revestimiento deltúnel tiene que seguir forzosamenteel recorrido real del escudo. Las di-mensiones límite para las correc-ciones de conducción se tienen quededucir de la geometría especificadade los anillos, cuando deban evitarsedaños al escudo o al revestimientodel túnel. Si el revestimiento deltúnel se realiza valiéndose de anilloscónicos, es de especial importanciala conducción previsora con unaperfecta traza del escudo.

En caso de que se haya construidoun anillo erróneo, la TBM puede

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Características deservicio

El sistema SLS-T APD de la em-presa VMT GmbH ha sido diseñadode tal forma, que pueda deter-minarse toda la información nece-saria para la conducción del escudoa todo lo largo del eje nominal.

El sistema de conducción SLS-TAPD ha sido comprobado en la prác-tica, éste pone a disposición las ca-racterísticas de servicio relevantessin cableados complicados o com-ponentes innecesarios.

Cualquier colaborador que cuentecon una instrucción técnica puedecomprender la configuración del sis-tema de forma fácil y rápida. Loscolaboradores nuevos pueden ins-truirse rápidamente en el manejo yfuncionamiento del sistema. Nor-malmente el ingeniero de turno res-pectivo opera el SLS-T APD en todasu extensión, también en lo refe-rente al cambio de sitio de la esta-ción láser. Para ello no será reque-rida la ayuda activa del topógrafo dela obra. Gracias a lo anterior eltrabajo del topógrafo podrá enfo-carse más intensamente a las medi-ciones de control principales.

Las principales características deservicio del sistema son:• Determinación de la posición de

la TBM con indicación en formagráfica y numérica

• Determinación e indicación de losanillos construidos con la posicióndel anillo después de su construc-ción

• Determinación e indicación de lastendencias de la TBM

• Cálculo de una curva de correc-ción, para reconducir la TBM deforma tangencial al eje nominal

• Cálculo sucesivo de la construc-ción de anillos (en base a la su-puesta curva de corrección)

• Documentación completa deltrayecto del escudo y de las posi-ciones de construcción de anillos(juegos de datos de los avances,archivos de protocolos, etc.)

• Indicación de las extensiones delos cilindros previamente calcula-das para seguir una curva de cor-rección óptima

• Control completo de todos loscomponentes del sistema desdeun ordenador

• Cálculo del eje en base a los ele-mentos geométricos de trazadousuales

• Control automático de direcciónde la orientación actual del láserteodolito

• Control automático de posicióndel láser teodolito

• Cambio de sitio del láser teodolitocon asistencia del programa, porejemplo durante la construccióndel anillo

• Indicación opcional de la posiciónactual de la TBM en la oficina dela obra, o en cualquier otro lugar(vía enlace telefónico)

• Facilidad de manejo (programa“Windows”)

• Medición automática de la sepa-ración en la cola del escudo SLuM

Con todas estas características deservicio disponibles, el sistema SLS-TAPD ha llegado a ser rápidamenteun sistema de guiado estándar paralas TBM en todo el mundo.El sistema de guiado

SLS-T opera con lasuperficie “Windows”

salirse rápidamente del ámbito tole-rancia y por consiguiente seráigualmente más difícil reconducirlaa éste. En este caso la TBM deberáconducirse a lo largo de una curvade corrección previamente calcula-da, la cual desembocará, en una dis-tancia razonable, nuevamente en eleje nominal (en lo posible de formatangencial).



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ManipulaciónLos sistemas de coordenadas

fundamentales que se emplean en elsistema de guiado SLS-T APD son lossiguientes:

Sistema global de coordenadasToda la obra de construcción del

túnel se encuentra definida en estesistema de coordenadas. Se empleapara el cálculo de todos los puntosde referencia y ejes a definir o pun-tos detallados. Por lo general VMTrecibe de la obra para la preparaciónde la instalación del sistema la si-guiente información, la cual requie-re el sistema SLS-T APD:• Las coordenadas tridimensionales

de varios puntos de referencia demedición en el sistema de coor-denadas del túnel como funda-mento para los trabajos de avance,

• la definición del eje del túnel a serrecorrido, y

• otros datos posiblemente relevan-tes.Si se emplea la opción del cálculo

previo de anillos, serán requeridasmás indicaciones completas refe-rentes a la concepción del anillo y alas especificaciones pertinentes parael montaje.

Sistema de coordenadas de la TBMEn este sistema realiza y se calcu-

la la determinación de las posicionesde montaje para todos los compo-nentes instalados del sistema deguiado. Esto se refiere especialmen-te a la tablilla de mira ELS, el nivelcero de los cilindros y a otros puntosdiversos de referencia, como porejemplo para la rodadura del escudo.

El sistema de coordenadas de laTBM se refiere al eje teórico del es-cudo. Abarca y documenta todos lospuntos detallados del escudo nece-sarios para los controles de medi-ción posteriores.

Durante una medición de controlprincipal podrán consultarse tam-bién los puntos de referencia fija-mente instalados para determinar laposición de la TBM. La posición tam-bién puede definirse independiente-mente del programa de guiado, sólocon la ayuda de un programa nor-mal de transformación tridimensio-nal. Normalmente los ingenieros dela empresa VMT determinan previa-mente el sistema de coordenadas dela TBM.

Sistema de coordenadas del ejeEn este sistema se comprueban

los valores de estación así como lasdesviaciones para el punto de refe-rencia delantero y trasero del eje delescudo. La función principal del con-cepto SLS-T es el llevar a cabo ladeterminación de coordenadas eneste sistema. Para ello se compruebala posición de la TBM, siempremediante las desviaciones horizon-tales y verticales, así como mediantela estación de avance actual.

Componentes delsistema

Todos los componentes han sidoampliamente inspeccionados en tu-neladoras en funcionamientos y handemostrado su eficacia bajo rudascondiciones ambientales de variosavances de túneles. A continuaciónse describirán brevemente.

Tablilla de mira ELS (ElectronicLaser System)

Esta determina la posición delpunto de incidencia del láser en elcristal delantero en dirección hori-zontal y vertical. Además se medirála rodadura y la inclinación longi-tudinal del escudo mediante un in-clinómetro biaxial incorporado. Latendencia horizontal del eje del

Láser teodolito basado en unconcepto de VMT

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escudo se deduce del ángulo de inci-dencia del rayo láser relativo al ejeELS.

La tablilla de mira ELS se encue-ntra montada en el escudo y su po-sición en coordenadas de la má-quina se determina durante la fasede instalación en fábrica. De estaforma se puede concluir la posiciónactual del escudo relativa al eje teó-rico del túnel (eje nominal).

Yellow BoxSirve para el abastecimiento de

corriente para el teodolito y el láser.Igualmente se organiza aquí la co-municación entre el ordenador y elteodolito.

Láser teodolitoEste se basa en el fundamento de

un concepto de la empresa VMT y esun instrumento motorizado y geo-désico para la medición (horizontal yvertical) de ángulos y distancias.Este proyecta un rayo láser visible aforma de dirección de referenciapermanente.

Ordenador de guiado (PC)En este ordenador industrial, re-

sistente, con pantalla de contacto,se encuentra instalado el programade guiado, en el cual fluye y se eva-lúa toda la información del sistema.Los resultados se presentan numé-rica y gráficamente en la pantalla dela cabina de mando. De esta manerase puede ver en detalle y fácilmentela posición actual de la TBM.

Programa de guiadoEste es el corazón del sistema

SLS-T APD. Recibe sus datos de to-dos los dispositivos anteriormentemencionados. En base a ellos el pro-grama de guiado determina la posi-ción actual de la TBM.

La indicación se realiza tanto deforma gráfica como numérica. Lafacilidad de manejo se asegura



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mediante la superficie usual deWindows.

Caja centralLa unidad de control establece la

conexión a los sensores del sistema,y convierte su señal de salida a unformato apropiado para la ali-mentación en el ordenador de guia-do. Igualmente en la unidad de con-trol se convierten las señales deguiado del ordenador en sentidocontrario y se transmiten a los sen-sores por separado.

Cables de transmisión de datosCon estos cables se conectan los

componentes individuales del siste-ma.

Tambor de cableCon cada avance de la TBM se

prolonga la distancia entre el láserteodolito, el cual se encuentra fijo ala pared del túnel, y los restantesaparatos de medición, los cuales seencuentran en el escudo mismo o enlos remolques. Ya que entre estasdos partes del sistema se haya uncable de datos, se debe contar con

un dispositivo que permita lasdistancias variables sin que seocasionen daños. La forma más con-fiable para la prolongación del cablees mediante un tambor de cable concontactos deslizantes.

Otros aparatosPor cada dos, un trípode sin plo-

mada óptica, prisma estándar consoportes de prismas, base para lossoportes de prismas y pernos adap-tadores para los puntos de referen-cia del eje de la máquina.

MódemEl módem se requiere para pro-

pósitos de telemantenimiento oasistencia. Se encuentra conectadoa la red telefónica regular de la obra.De forma opcional también se puedeindicar en cada caso, la posiciónactual del escudo en un ordenadorlocalizado en la oficina de la obra.

TBM PLC (Programmable LogicController)

Los datos actuales del avance delescudo (por ejemplo las extensionesde los cilindros) los recibe el SPS del

guiado del escudo. Este trabaja in-dependientemente del sistema deguiado SLS-T y lo requiere el fabri-cante del escudo mismo y tambiénlo proporciona al SLS-APD.

Medición de la separación en lacola del escudo (SLuM)

La separación en la cola del escu-do, entre el último anillo construidoy el deflector de la TBM, se mideautomáticamente con los aparatosinstalados en el erector de anillos.

Estos aparatos de medición dedistancia los instala el fabricante dela máquina en el erector conforme alas condiciones respectivas. Estoahorra la medición manual y la ali-mentación de los valores en el orde-nador de guiado, como requisito in-dispensable para la realización decálculos previos acertados del anillo.

La unidad de control provista porla empresa VMT es el eslabón entrelas mediciones de los sensores dedistancia y el elemento constitu-yente del programa “Cálculo de lasecuencia de construcción de anil-los” en el ordenador de guiado.

Ordenador industrial

TBM

Láser teodolito Yellow Box

Control Box

Extensión de los

cilindros de pro-

pulsión (opcional)

Módem de tele-

manteniniento

(optional)

Medición de sepa-

ratión en la cola del

escudo (opcional)

Extensión de los

cilindros articu-

lados (opcional)

Tablilla de mira ELS

PLC

(Programmable

Logic Controller)

Segmentos del túnel

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Configuración deaparatos

Documents

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