隧道与轨道全生命周期的一体化测量检测技术 PPT课件

汇报人 张晓日 隧道 轨道 一体化测量检测新技术 全生命周期的数字化自动化 研发背景概述一 在盾构法地铁隧道施工中 测量检测技术贯穿于隧道的 盾构掘进 调线调坡 轨排铺设与轨道检测 运营维护检测 的整个全生命周期 其作用越来越大 当前面临的主要问题有 隧道全生命周期内的控制测量体系比较混乱 在盾构掘进 隧道二次设计 即调线调坡 铺轨 运营维护这四个阶段里 测量控制点都是独立各自成体系 各阶段的控制点只用于单个工序的使用 用完就废掉 即浪费 也没法追溯 吊篮的弊端 在盾构掘进中 可追溯的点只有导线点 用于指导盾构掘进的吊篮点是没有保护的 用完就废 没法追溯 而随着施工节奏越来越快 吊篮点 测错 输错 变形 已经成为最主要的盾构掘偏的影响因素 此外 在小半径隧道掘进中 吊篮的更换频率太高 即耗费了大量的人力 也严重影响了施工进度和隧道质量 控制基标和加密基标的弊端 在轨道铺设过程中使用的控制基标和加密基标纯粹是一个施工过程中的中间参考物 施工完了就没了 想检测也没办法检测 并且该手段没办法做到数字化 不能进行量化分析 轨检尺的弊端 轨检尺只能检测轨道的轨距超高 效率很低 并且该手段没办法数字化 更没办法对整条轨道线路进行平顺性分析 传统水准测量和收敛计的弊端 在隧道的运营维护当中 主要在使用传统水准测量的方法进行隧道沉降分析 局部重点地区使用收敛计进行隧道收敛分析 水准测量的精度很高 但工作量很大 点位密度也不高 收敛计的度数精度很高 按安装读数误差比较大 并且操作难度也大 耗费人工也大 只能重点区域用一下 而自动化数字化收敛系统应为价格和通讯供电等因素 也没办法推广 研发背景概述二 国家 十二五 规划中 已经建成并运营地铁的城市有20个 在建并即将运营的城市有30多个 地铁运营里程将达到6000km 城市轨道交通已经成为我们国家最重要的一项基础设施 在我国现在的地铁隧道施工过程中 隧道掘进虽然已经初步实现了盾构掘进机械化 但机械化施工水平还比较落后 施工产品 隧道的质量也不是很乐观 隧道掘进偏差比比皆是 大的偏差事故也时有发生 除了工程整改需要浪费巨大的人力物力财力以外 工程进度的延误 隧道质量和隧道使用生命周期的减少这种隐形损失也是相当巨大的 在我国现有的隧道运营维护过程中 轨道和隧道检测和监测的手段还比较落后 数字化信息化手段还不高 检测质量不高 实施成本也居高不下 因为检测手段的落后 造成设备损耗很大 乘客乘坐舒适感下降 并且大部分工作都是进行隧道灾害的事故后处理 没办法做到事前防范 基于以上问题 建立一套隧道全生命周期的控制测量体系 在此基础上实现盾构掘进的自动导向 轨道精调 轨道数字化检测 运营维护数字化检测 不光可以大幅度提高施工质量 降低各方面的显性和隐形浪费 对行业对社会也都是具有重大意义 上海力信测量技术有限公司基于多年的技术沉淀 联合行业内的众多专家学者和工程业主单位 推出了 隧道 轨道一体化测量检测技术 隧道 轨道一体化测量检测技术 概述 隧道 轨道 测量检测一体化技术 贯穿盾构法隧道的 盾构掘进 隧道二次设计 即调线调坡 轨排与轨道铺设 运营检测维护 四个阶段 贯穿隧道的全生命周期 该技术以四网合一的DP3测量控制点为基础 设计内容和产品有 盾构掘进阶段 采用 力信全自动导向系统 无吊篮型 进行盾构机 TBM的自动导向 该系统以DP3点为测量基准 在掘进过程中实现盾构机的实时纠偏 并通过盾尾间隙测量系统与管片管理系统实现管片的高质量拼装 隧道二次设计 调线调坡 以DP3控制点为基准 通过轨检小车和辅助轨实现隧道的贯通测量 工作效率为2km h 断面间隔为每环2个 轨道铺设阶段 以DP3控制点为基准 抛弃控制基标和加密基标 采用 力信轨排精调系统 实现轨排铺设过程中的实时调整和检测 并完成数字化的评估报告 使用标准型轨检小车进行轨道平顺性分析 使用专业型轨检小车 带断面仪 实现轨道平顺性检测和隧道限界测量 运营维护阶段 以DP3控制点为基准 使用专业型轨检小车 带高速断面仪 进行轨道平顺性和隧道限界测量 隧道沉降和围岩收敛的测量 并通过专业的后处理软件进行隧道质量的分析评估 以上技术贯穿隧道全生命周期 致力于提高施工效率和质量 以实现测量检测手段的数字化和提高测量检测效率为目的 相关系统产品全部实现了无线通讯与自动控制 全面精度管理 数字化信息化指标 是机械化施工达到了实时控制和调整 所有施工质量达到了实时评估分析 一体化测量检测技术 相关产品 力信公司在多年的相关测量检测系统开发的经验基础上 依托力信公司专利 调频扩频无线通讯技术 全站仪自动控制技术 轨检小车与断面测量技术 工业软件与数据库技术 结合工程施工中的盾构法隧道施工工艺 铺轨工艺 运营维护工艺 推出了 隧道 轨道一体化测量检测技术 涉及产品主要有 一 DP3控制测量技术 1 DP3测量采集软件2 三维网平差软件3 相关DP3接插件 工业脚架等产品二 自动导向系统 1 盾构隧道测量软件 手簿版 2 全自动导向系统 无吊篮型 3 管片管理系统 含盾尾间隙测量系统 三 轨排精调系统 1 轨底坡测量仪2 生产型轨距尺3 轨排精调系统四 轨道检测系统 1 轨检小车 标准型只测轨道平顺性 专业型可测隧道断面 2 GD office软件 含轨道平顺性分析模块 隧道限界分析模块 隧道收敛分析模块 当今隧道全生命周期内的控制测量现状 在传统隧道轨道测量检测方面 控制测量体系还是比较混乱的 各个工序之间没有统一 更没有建立起针对隧道和轨道的全生命周期的控制点管理机制 并且控制测量最主要的作用 指导生产和安全检测的作用相当有限 部分工序内的测量控制技术还存在精度低 效率低下 没有数字化成果的问题 突出问题主要有 一 控制测量基准 1 掘进工作 是使用工作井的联系测量点作为隧道内的一级控制点 以此布设二级控制网 即隧道内的导线网和二等水准网 在二级控制网的基础上布设三级控制网 即吊篮点 隧道内的所有测量检测工作都是基于导线水准网和吊篮点进行开展的 2 调线调坡阶段 以联系测量点作为测量基准 在此基础上重新测量二级控制网 并以此开展隧道中线测量 隧道断面测量等工作 3 铺轨阶段 基于站内控制点和地面控制点进行控制基标和加密基标的布设 并以加密基标为基准进行指导生产 4 运营维护阶段 基于地面控制点进行站内控制点的布设 并以此指导进行隧道内的水准测量和围岩收敛 以上四个阶段的测量基准没有统一 在进行过程中也没有对上个工序的复测机制 针对隧道本身在各个工序之间的变化也没有复核 因此二 掘进阶段 1 在现有的隧道掘进工艺中 盾构导向是以吊篮点为基准进行导向的 现在的测量管理中 导线水准点有三方单位进行相互校核 施工单位 监理和第三方测量 并且按照施工进度有定期复核机制 出错概率小 2 吊篮点是在导线水准点的基础上布设的 使用周期短 也就几天 最多指导掘进100多米 除了施工单位以外 没有其他单位复核 在小半径隧道掘进中 因为通视原因 吊篮移站率太 当今隧道全生命周期内的控制测量现状 频繁 部分达到10米移一次站 吊篮本身是固定在离盾尾不远的位置 该位置因为刚刚掘进注浆完 地层本身不稳 造成吊篮点的点位发生偏移 容易酿成测量事故 3 根据现有隧道推进情况的统计 参考北京2012年推进数据 80 的隧道推进过程中都有5cm以上的偏差 65 以上的隧道需要进行调线调坡 并且每年都会发生多起重大测量偏差事故 偏差在半米以上的 除了浪费巨大的人力物力财力以外 对隧道整个寿命周期也是很大的影响 而其中 因为吊篮点测错输错发生偏移造成的掘进偏差和事故是最主要的风险因素 三 铺轨阶段 分轨排阶段和铺轨阶段 1 铺轨工艺分轨排铺设阶段和轨道铺设阶段 先通过联系测量点 测设控制基标 然后在控制基标基础上测设加密基标 点间隔5米 轨排和轨道施工都是以控制基标和加密基标为基础进行 2 轨排铺设是以加密基标进行 铺设完后加密基标也破坏掉了 对于轨排铺设的质量 主要依赖于现场工人的水平 铺设质量也没有数字化的成果进行评估 3 轨道检测是以控制基标为基准 加上轨距尺和长短弦的方法进行调整 调整结果也没有数字化成果进行评估 解决轨排铺设阶段和轨道铺设阶段测量基准统一的问题 并使测量检测手段达到数字化自动化程度 已经成为越来越迫切的一个问题 四 运营维护阶段 1 地铁运营维护分两项内容 隧道结构检测和轨道检测 2 轨道检测采用动检车进行全线检测 采用人工使用轨距尺的方式进行细部检测 特别是轨距尺 效率低 不能数字化 3 隧道结构检测采用水准测量 重点区域断面测量的方式进行 消耗人工比较大 手段比较落后 点位密度不高 并且系统设备价格昂贵 四网合一的DP3控制测量技术 简介 力信公司基于隧道内的种种控制测量问题 从实时的指导生产和检测的角度考虑 参考高铁CP3测量技术和城市轨道交通行业的相关实际情况 建立了一套涵盖隧道全生命周期的控制测量技术 内容如下 一 点位布置 按隧道通视情况 以50m 200m的间隔设定一个点组 每个点组内采用3 4个棱镜组成 点组内棱镜间距是10m 40米 采用膨胀螺丝或者注浆口接插件固定在管壁上 二 点位测量和平差 采用高精度全站仪进行后方交会测量 直接采集平面坐标和高程坐标 采集结果进行三维网平差处理 处理结果直接用于隧道掘进 铺轨和运营检测 同时 考虑隧道的动态变形和不同施工工序内的不同精度要求 建立一套不同周期不同施工流程内的DP3精度评估体系 使DP3真正应用于指导施工和运营检测 三 点位管理 建立监理 施工单位 第三方测量队三方复核机制 测量周期实行掘进期1 2个月内复测一次 铺轨期采用2 3个月复测一次 运营维护期采用3 6个月复测一次 将复测结果用于各工序的测量检测基准 四 相关工具产品 1 DP3采集软件和三维网平差软件2 DP3精度管理和评估体系3 DP3棱镜布设方法 接插件结构和相应的工业防滑脚架 四网合一的DP3控制测量技术 简介 五 点位分布图 六 DP3点的应用 1 盾构掘进时 采用全自动无吊篮型自动导向系统以2 3个DP3点为基准 指导盾构掘进 2 隧道二次设计阶段 调线调坡 采用DP3点进行相关工作 3 轨排铺设与铺轨阶段 抛弃控制基标和加密基标 采用DP3控制点设站定向 采用轨排精调系统和轨检小车进行相关工作 4 运营维护阶段 采用DP3定向 通过轨检小车检测轨道平顺性 通过加密断面三维测量数据来反映隧道的变形和沉降 七 DP3技术特点 1 建立了隧道 轨道全生命周期的测量基准 并对该基准建立了一整套的管理评估体系 2 抛弃水准测量 采用全站仪测量 三维网平差的方法进行数据测量与处理 使测量效率提高3倍以上 3 建立了可实时指导施工和运营检测的测量基准 为数字化施工和检测奠定良好的基础 当前盾构法隧道掘进的现状 盾构法已经成为我国隧道施工最主要的施工手段 我国现有盾构约600台 每年掘进隧道里程达1000km以上 但我国盾构法隧道掘进的偏差事故时有发生 除产生巨大的人财物的浪费以外 管片成形质量普遍也不高 严重影响施工效率和隧道质量 问题主要表现在 一 现状 1 现有盾构掘进过程中 虽然名义上有施工单位 监理 业主测量队共三方进行相关测量检测工作 但除了施工单位以外 监理基本上没什么测量力量 业主测量队只复核到联系测量点和二等导向水准点 对盾构掘进和管片施工质量没有复核 2 当前隧道内的控制网都是以地面控制点为基准 通过联系测量导入到隧道工作井内 将联系测量点作为隧道内的首级控制点 盾构施工单位通过联系测量点布设二等导线水准网进入隧道 将该二等导线水准点作为二级控制网 盾构推进是以二等导线水准点为基准 进行吊篮点的布设 将该吊篮点成为隧道施工的掘进控制网 2 为了使吊篮点使用距离尽可能长 吊篮点布设在离盾尾尽可能近的地方 根据通视情况进行移站 一般直线段100 150米移一次站 曲线段在30 60米 部分小半径地区达到10米多进行一次移站 3 盾构机自动导向系统系统就是以吊篮点为基准 进行盾构机的实时姿态的测量和自动导向工作 人工通过复测盾尾管片数据来校核导向系统的数据 4 盾构机和管片之间的间隙通过人工钢尺测量的方法进行 盾构司机根据盾尾间隙 盾构姿态 曲线 地质情况等因素 进行管片选型 纠偏和掘进 从而保证管片推进质量 5 施工单位测量人员以二等导线水准点为基准 通过全站仪测量和水准仪测量的方法进行管片复测 从而检测管片的质量 6 此外 现有的盾构推进测量检测体系只有盾构姿态 管片中心坐标的测量和附合 对管片错台 成环质量的验收附合 对评估隧道质量的最终状态的评估指标不够 当前盾构法隧道掘进的现状 二 主要问题 1 现有盾构掘进过程中 虽然名义上有施工单位 监理 业主测量队共三方进行相关测量检测工作 但除了施工单位以外 监理基本上没什么测量力量 业主测量队只复核到联系测量点和二等导向水准点 对盾构掘进和管片施工质量没有复核 2 在现有测量管理复核体系里 联系测量点和二等导线水准点都有定期复测机制 并且都有施工单位 监理 第三方测量队来复核 出问题的概率较少 而最关键的施工控制网 吊篮点因为是临时装置 只有施工单位一方测量 并且吊篮点一般都布设在离盾构尾部较近的位置 本身地层不稳 加上刚注完浆 本身变形也大 另外 在小半径隧道施工中 吊篮移站率很高 常常达到10米一个站 因此 由于吊篮点测错 输错 变形造成的盾构推进偏差较大已经成为盾构隧道推进过程中最突出的一个问题 3 现有的将吊篮点作为导向系统测量基准的方式 因为通视原因和隧道半径的限制 吊篮移站率太高 并且吊篮点也不能用于管片复测 4 因为隧道掘进都是指导的盾构姿态 而我们最终要的是隧道线形 这本身有一定的间隙 该间隙控制不好 常常造成管片的错台 破碎等问题发生 严重影响隧道质量 现盾尾间隙测量还是依赖于人工测量 盾构纠偏依赖于盾构司机的经验 仅有的盾尾间隙自动测量系统和管片管理软件因为产品三防设计 软件算法设计和人性化设计等方面的不足 也没有很好的应用 这种现状大大降低盾构机的使用效果 也严重影响隧道成型质量 5 现有的管片复测方式是通过二等导线水准点进行的 需要进行两次测量后数据处理才能得出结果 本身效率很低 基于以上问题 建立一套盾构推进的控制测量体系和精度管理体系 改进现有导向系统的测量定向方法 减少盾构推进偏差 提高导向系统和掘进管理系统的智能化水平 推出适合现场环境的盾尾间隙测量系统和管片管理系统 提高盾构推进的智能化程度 减少管片错台和破碎的情况 提高管片成形质量 盾构测量新技术 全自动导向系统 力信公司基于现阶段我国盾构法隧道施工中测量检测的种种问题 创新的提出了以全自动导向系统为核心的盾构测量检测新技术 内容如下 一 技术思想 1 施工控制网布设 在隧道掘进时按照通视情况布设DP3点 以隧道内的二等导线水准点为基准 进行DP3点的测量 以平差结果作为导向系统的坐标基准 2 盾构掘进 改变原有导向系统的以吊篮点为坐标基准的方法 改用2 3个DP3点进行设站定向 将全站仪固定在盾构车架上 随着盾构不断前移 后视2 3个DP3点进行定向 从而指导盾构掘进 通过安装在盾构主梁上的断面仪进行管片断面扫描 得出管片中心 从而换算出盾尾间隙 通过自带的管片管理软件模块进行管片选型和纠偏预测 使盾构推进达到一定的智能化 从而提高盾构推进的自动化水平和管片的成环质量 3 管片复测和贯通测量 以DP3点为基准 采用后方交会的方式直接进行管片三维坐标的测量 隧道贯通后 采用附合导线的形式进行二级导向水准点的复测后 将DP3网进行附合测量平差 并以平差结果后的DP3为基准 进行隧道内的管片测量和限界测量 二 自动导向系统系统组成 1 目标单元 安装在盾构机中盾体和后盾体上的2个遥控棱镜 1个倾斜仪2 测量单元 采用自动安平基座对全站仪进行实时整平 将其安装在尾部车架上 并采用橡胶垫进行减震处理 3 测量基准单元 采用2 3个固定在管片上的DP3点进行设站定向 盾构测量新技术 全自动导向系统 4 盾尾间隙测量单元 采用安装在主梁上的两维断面仪进行断面扫描 得出断面数据和盾尾间隙 5 控制软件 含线路线形计算模块 盾构姿态测量模块 盾尾间隙测量模块 管片管片及纠偏预测模块 排土量管理模块等三 系统构成图 盾构测量新技术 全自动导向系统 四 系统使用 1 始发前采用常规的零位测量方法进行零位测量2 按照隧道设计数据进行线路数据的输入3 隧道推进过程中只是输入DP3坐标 不进行其他操作 操作十分简单4 整个系统的通讯和供电一次设定好不用在进行设置 五 系统特点 1 极大解放了测量人员 使盾构推进过程中的测量工作减少90 使施工测量人员从换吊篮的繁琐工作中解脱出来 2 解决了测量基准不稳定的问题 解决了吊篮点引起的隧道偏差问题 3 解决了小半径移站频繁的问题 4 解决了TBM因为喷浆造成的全站仪测距不成功等各种问题 5 解决了盾构掘进管理信息数据不全的问题 提高了盾构智能化推进的水平 提高了管片成环质量 轨排及轨道检测的现状 我们国家的城市轨道交通领域普遍使用整体道床和24米长轨排 除道岔部分 道岔部分采用现浇 作业流程如下 一 现状 1 隧道以调线调坡数据为参考 先以二等导线水准点为基准 进行隧道内的控制基标的布设 控制基标间隔为60 130米 然后在控制基标的基础上进行加密基标的布设 加密基标的间隔为5米 2 轨排铺架车将24米长轨排放置在隧道内 安装固定好后 以加密基标为基准 进行轨排的精确定位 然后进行浇筑 每天的施工进度为2 3个轨排 即48 72米 二 问题 1 控制基标和加密基标作为轨排铺架的基准 本身测量工作量太大 2 轨排铺架以加密基标为基准进行 铺架完浇筑好后加密基标就破坏掉了 没办法对轨排铺架质量进行检测 3 铺架人员以加密基标为基准进行轨排铺架时人为因素太大 铺架质量局限于调整人员的素质和责任心 隐患太大 4 该铺架手段的结果没办法进行数字化 更没办法进行数据评估 5 该工艺效率太低 每天铺架速度最大只能是2 3块轨排 严重影响施工进度 轨排精调新技术 轨排精调系统 基于我国现阶段的轨道铺设工艺的种种问题 力信公司参