国外隧道工程施工质量检测技术发展

国外隧道施工工程质量检测技术的最新发展（XX工程公司）1、前言工程测量和工程质量检测技术在过去的十多年里有了长足的发展，其主要表现是自动化程度越来越高，测量仪器的体积越来越小，重量越来越轻，测量速度越来越快，工效越来越高。在大地和工程测量方面，最有代表性的发展是全站仪和GPS的广泛应用，以及这两种技术的融合。隧道测量技术是指针对隧道勘察设计，施工和竣工验收以及隧道运营期间所开展的有关测量活动，这些测量工作有些与通常意义上的工程测量有关，如隧道施工控制测量，贯通测量，放样测量，断面测量等，有些与地质勘察和灾害监测有关，如隧道施工地质超前预报探测和变形监测，还有一些与工程质量检测有关，如混凝土厚度检测，混凝土质量检测，隧道衬砌背后回填检测，运营隧道内表面状态检测。随着科技的不断进步，测量工作所涵盖的范围越来越广，测量工作对工程的成败和盈亏起着举足轻重的地位。本文以XX当前正在施工的XX山高速公路隧道为例，介绍有关隧道施工测量和工程质量检测技术的发展和最新进展。2、隧道施工测量技术的发展隧道施工测量主要是指施工放样测量、断面测量和竣工验收方面的测量。施工放样测量以线路中线测量为其核心和基本，随着隧道施工技术的发展和对施工质量以及精度要求的提高，施工放样测量所涵盖的领域越来越广，今天，当我们讨论施工放样测量时，很自然地会联想到掌子面炮孔放样、超前注浆孔位放样、激光导向测量、隧道轮廓线放样、钢拱定位、锚杆定位测量、模板放样以及避车洞/横通道放样等。隧道施工放样测量通常需要借助经纬仪/全站仪来完成，普通型的经纬仪/全站仪能较好地满足线路中线测量的需要，但对于隧道施工中的结构放样测量由于缺乏相应的测量软件和自动化功能，使得其测量效率低，难以满足现代化的隧道施工放样测量的需要。为了满足隧道施工放样测量的多种需求，XX技术公司开发了基于LEICATPS1100/1200系列全站仪的隧道施工放样测量软件TMSSETOUT，集多种放样任务于一“人”，大大地提高了隧道施工放样测量的效率。隧道断面测量主要包括断面放样、超欠挖控制、净空检查、实际断面形状测量及断面图绘制等内容。隧道断面测量在过去的十多年里有了长足的发展，对于今天的隧道施工来说，隧道断面测量已不是什么新鲜的东西。尽管如此，很有必要回顾一下隧道断面测量技术的发展。数字化的隧道断面测量开始于上世纪的80年代初期，伴随着计算机技术和电子测距仪（EDM）的发展，XX测量技术公司首先研制出专门针对隧道断面测量的专用测量仪器AMTPROFILE2000断面仪，由于这种仪器大大提高隧道断面测量的工效，一经投放市场，受到用户的热烈欢迎。上世纪90年代，XX测量技术公司又推出了更新一代的断面测量产品AMTPROFILE3000和AMTPROFILE4000型，这两种型号的产品于90年代中期被介绍到中国，在中国的许多重点工程中得到了应用，在指导隧道施工和质量控制等方面发挥了重要的作用，如二滩水电站、小浪底水电枢纽工程、秦岭铁路隧道、陕西高速公路隧道等，其中二滩水电站和小浪底水电枢纽工程由国外施工企业负责施工总承包，其在对中国分包施工企业的施工质量管理和控制等方面的许多做法给中国企业留下了深刻的印象。进入21世纪以后，随着全自动全站仪技术的发展，使得以全站仪为基础的隧道断面测量成为可能。一种全新的LEICATMS隧道测量系统应运而生，LEICATMS隧道测量系统是XX测量技术公司与徕卡测量系统股份公司强强联合的结晶，她吸取了前六代隧道断面测量的精髓，并赋予全新的设计理念，以智能化的应用软件配合LEICATPS1100/1200系列的通用全站仪，实现一机多用，能同时完成隧道断面测量和施工放样测量等多种测量任务。下面以XX山高速公路隧道为例，介绍隧道施工测量技术的最新进展。3、隧道工程概况XX山高速公路隧道是一座位于XX西南方位的双洞三车道公路隧道，是XX西环绕城高速公路的重要组成部分，该隧道长4.4公里，最大埋深320米，隧道为单向坡，东低西高，纵坡为1.6%，通过隧道的车流量按每天7万辆设计，西环绕线的修建将大大减少XX市的过境运输和近郊通勤客流量（图1）。图3背切扩孔式掘进机施工示意图XX山隧道穿过埃滕堡山和XX山，这两座山丘相互平行，山丘的中间部分由近水平状的砂岩和泥灰岩交替互层所组成。隧道的洞口段和两个山丘之间的明挖段均位于松散的富含水的软岩地层(冰川堆积体)，需要采用特殊的施工方法通过(图2)图3背切扩孔式掘进机施工示意图XX山隧道设计由XX工程公司负责，在隧道设计阶段，对多种可能的施工方案进行了充分的比选和论证。其中XX山隧道的中央硬岩部分的开挖推荐采用混合施工方案（小直径隧道掘进机导洞施工+部分断面掘进机扩挖或钻爆法扩挖），而隧道洞口段软岩部分的施工则需要采用带有超前加固作用的管棚施工法或步步成环的侧壁导坑施工法。隧道施工招标于2000年开展，投标结果显示，上述设计方案得到投标单位的普遍认可，与中标单位最终达成的协议施工方案为洞口软岩段的施工方案采用双侧壁导坑施工法，埃滕堡山中央硬岩部分的施工采用钻爆施工法，XX山中央硬岩部分的施工采用隧道掘进机导洞施工+背切扩孔式隧道掘进机扩挖。图3显示采用背切扩孔式掘进机施工示意图。背切扩孔式掘进机施工法是这种技术在世界上的首次应用，尽管存在一定的风险和未知因素，但由于经过严格了的技术论证，其风险程度被认为是可以接受的，这也从另一个方面体现了XX隧道工程技术人员敢为人先，勇于创新的精神。XX山隧道施工于2001年开始，到目前，一切进展顺利，没有遇到大的困难和挫折。损4梯、隧道施驴工测量图5系统用红色激光指出欠挖的断面位置恰X衡X扩山隧道施述工联营体颤将施工测没量工作分如包给了专哪业测量公尤司完成，涌实践证明趣这个举措作是非常正寇确和有效菜的，也将翅成为未来毒施工测量汽的发展趋倘势律。伟X下X第测量技术赵公司承担男了隧道施鄙工测量的腐任务，他拉们使用了腐高度智能成化铲的漠LEIC但ATM碑S违隧道测量件系统，该膏系统返由他LEIC通ATP友S110害0廉系列全站意仪及运行荷其上来的顺TMS症SETO动U乒T理和时TMS产PROF框IL俘E冶软件包组聋成，它的撇应用为高鱼效生产提组供了一套剥有力、灵拢活的综合墓测量工具征，隧道施赚工测量包否括断面测州量、炮孔蛋放样测量鱼、模板、程钢拱安装深测量、隧矛道内设施炼安装放样遗、横通道叹、通风竖浸井的位置沙放样测量宜等贤。病LEI陈CAT啊M部S敞隧道测量奖系统的概座念就是能死根据生产指任务的需徐要，在预眠先定义的薯数据的指理导下自动采完成测量倦工作，这星样，就使台得那些没表有测量专产业背景的纹隧道施工腐人员也可跟以顺利执喘行测量任呈务。从而维保证最大蕉限度地节异省完成测置量工作所拔需要的时犬间，大大地提高生产锤工效和降恳低成本，唇施工现场搂完全不需文要等待测曲量员，工驼作交给隧争道现场的绑施工人员豆去完成同朵样可以获玉得精确、结图5系统用红色激光指出欠挖的断面位置图4应用LEICATMS图4应用LEICATMS进行炮孔放样的示意危在复X武X礼山隧道工善程施工过痛程中共士有露8卵套牛LEIC办ATM渣S假隧道测量典系统在现劈场全天候沿服务盐。镜TMS遮OFFI月C悠E矿是这套系糖统的核心墨平台，测三量员负责陶输入和管雷理设计数代据，如平堪面图、开弹挖断面的卸几何形状催（理论断屡面）、横仁向坡度、个钢拱的位太置、喷射笋混凝土的本厚度等。浆测量员把补在计算机浊上准备好漫的工程数绸据传输到梳全站仪上殊带记忆卡缘上，在需疫要的时候题将控制测高量的遥控仓器交给隧慈道施工人制员，接下粮来的工作弹就完全由构施工人员妄自己去完施成，任何馒人都不必亦担心测量砍成果的可巩靠性，因派为这正是漫整个测量午系统的设痕计目涂标掀——盯“奉傻瓜贿式栋”战的操作流卖程阔和销“认专业美化俊”遥的测量成亦果。成图鞭4舰给出采睁用晴LEIC志ATM室S炸进行炮孔辛放样的示拥意图饿。右形按照隧道侮钻爆作业悔的质量要岩求，炮孔哪放样需要抛按设计图询打眼，掏笨槽孔深度桨和孔位、缘周边孔外粥插角、孔另间距和平袄行度、精冶度以及实毕际打眼总跟数都有详乞细而准确截的描述和译要求。欣常规的炮狼孔放样是叮先由测量扔员按照设绕计图在工毒作面上用轰油漆标出跑位置，钻员孔的深度劳和插角都燥由操作钻蝴机的施工士人员人为从控制，这栋样的做法哀一般速度烫慢、精度陕差，从而产直接造成滤隧道断面辨的超音/挂欠挖。让在铃X伞X牵山隧道是亮使用朝LEIC塌ATM顶S孟按照预先激就在办公照室中定义角好的炮孔承布置图开耳始逐个放练样炮孔点处位。在钻锻孔的过程达中，红色详的激光自创动地指出贱炮孔点位畜，触并且调整谣凿岩台什车的位置禾以达到正堪确钻孔插哈角。茧图就5丸给出隧道拣断面测量涛的示意图心。尝在启X催X萍山隧道，尼断面测量昂任务使用鸭TMS闭PRO荡FIL陪E披同样使工省作变得简毁单，机载洁应用程序犬TMS诉PROs葛can输可在无反浓射棱镜测光距模式下销，全自动五的扫描表举面。特TMS区PROs伞can燃内置了标唉准测量顺他序和过程贯，可引导云无测量经暖验的施工花员正确完糊成操作、氧获得精确搅的专业测弱量结果。渐测量结果丽自动保存挠在记忆卡烧上。配合公原先在办浑公室就输闷入的工程陷数据来完哲成断面评起估的目的藏，脂TMS权PROF单ILE友有两种比挡较方法：大实际测量艺断面和预见先定义的毅理论断面万的比较，栽以获得对岂超欠挖的朗评估慎相同里程须上两次的盯实际测量狡断面的比淹较，以获示得混凝土神衬砌的厚闸度。图6全站仪上显示超欠挖，水平轴线以上表示超挖，反之为欠挖迷即使是在才隧道的施伸工现场，稍如果发现赖预先输入潜的工程数镰据需要调师整，测量姥员就可以呀马上解决衔这个问题杯，因为队TMS躬可以实现大在全站仪璃上管理工燃程数据。到现场人员神在全站仪敢上可以看叮见图形表归示的比较淘结果（货图摩6图6全站仪上显示超欠挖，水平轴线以上表示超挖，反之为欠挖舍有问题的丰部位还可共通过红色霜可见激光润直接指示天在隧道工享作面上。框即饰它能指示诵出超挖和狱欠挖区域脚在开挖断渠面上的具胡体位置，用进而能达赛到指导和谱优化隧道疑施工的目身的（控制赚隧道超欠贱挖）。咐在丝X带X河山隧道的绩洞口软岩懒段施工中茂，采用了穷双侧壁导赢坑施工法聚，首先进恨行上导坑晶开挖，开蛛挖再20-4哨0五米后，进扰行下导坑民开挖，然乓后进行拱趟顶和中央丽开挖，最粘后进行隧绝底仰拱开瞧挖，通过窜钢支撑形链成环状的夜稳定支撑起结构。一时个基本循疮环大约从框拱顶工作窝面开始进鞠行终40蜻米结束，银当拱顶开吐挖了虫12懒米后，工有作切换到鲁中央底部远，典型进趣尺为紧1.3结米伤/救天。抚这种施工铅方法要求青时刻要有兆完全符合碧设计要求懂的隧道实长际开挖断话面指导施冶工作业和焰安装钢支毙撑（孩图添7对）。对钢乔拱位置的泉放样测量端至关重要贸，因为钢鸟拱的位置踩决定了隧修道的平面刺线形、纵坛坡和横坡事。图7图7洞口软岩段施工纵剖面示意图掘进方向默图蛾8薄显示使驰用贝TM捉S拐指导腿双侧壁导筋坑施工法手进行右隧道烛轮廓线放招样和朽钢拱安装斗测量的例霞子。图8图8双侧壁导坑法开挖横断面盒当隧道施趴工人员将祝安装钢拱行的断面挖佳好之后，四就需要将趟测量工程霞师叫到现得场，由他猴精确的确础定钢拱的午位置，这简是测量工隔程师的基卷本任务之践一。但是巩，这种情动况经常会悄很严重的馋拖延时间感，因为必尚须等测量匪工程师到山场后才能苗根据测量哄结果进行躲钢拱精确口安装。如荒果开挖的拐工作面不椅够蛾大颜(昨欠叠挖责)耗，就需要醋把钢拱架绝先拆掉和棵移开，然尤后继续开腿挖。反之吩，如果工径作面开挖拴的过济大绍(父超怖挖连)蕉，就必须烂喷射相当调一部分混改凝土进行宇回填。不逢管是哪种悲情况，都民必然造成刑隧道施工腐成本的增鉴加。句在诸X委X榜山谜隧道施工柜中的钢拱本放样采用每了崖TMS盟SETO希UT售自动放样默技术，通毛过在隧道墓掌子面后具方的一定欧距离固定拍安装一台巨LEIC殖ATC俊RA12沫05圾全站仪来案完成对钢统拱安装位辜置的自动板放样。每魄次开始稼开挖循环淹作业之前靠，隧道施猴工人员先门通过竹TMS渣SET锻OUT萌中的壤一个称凡为秋“使轮廓线放雷样选”肉的脂“白任要务似”立精确地获喂得开挖部办位的设计残断面位置紧，然后根踪据汽TMS膀SETO配U予T摘的的红色搭可见激光羡的指示将挺钢拱安放场和调整到欢需要的位厅置。煎图税9珍显示采用红TMS稿进行隧道伟开泄挖厨“脂轮廓线放深样雄”林的示意图银。图9图9TMS进行隧道开挖“轮廓线放样”的示意图捧图阔1负0寒显示施工表人员使用剑遥控器进裁行钢拱安骡装的情景压。图10图10隧道施工人员在使用遥控器安装钢拱锤一旦钢拱浮被正确安痛放和固定现好，就可夺以用含有闲钢纤维的该喷射混凝址土对钢拱涝的空隙部飘分进行充局填。完成党此项工作冈之后，还余需要对隧巧道轮廓再睡进行一次钞检查，以腿检查实际息断面与设强计断面的迟差异，是农否符合设初计要求，违上述断面掏测量工作饺同样可以匹使用答TMS兵PROs屡can侍机载程序驱来完成。柿采用上述究隧道轮廓粉线放样和木钢拱安装干测量方法蒜极大地提睁高了隧道瓦施工效率另，垒整个钢拱穷定位的操交作只需要最大约打15柜分钟，这烟样的工作勒用传统的厚方法可能档需要几个贩小时或更四多（包括区等待测量熟员的停工逆时间）。警5葡、隧道工捕程质量检陷测都在煮X略X定山追隧道施工梅中爽LEIC撒ATM拘S暖隧道测量衣系统还被踢用于陡管棚施工甘放样，笼模板放样抢，扯隧道内设料施安装放军样、横通袍道、通风惭竖井的位满置放样等谦测量工作言。由于采爹用了上述纵高度智能唐化的隧道金施工测量刮技术，承往包商只需淡要聘享请斤2寻位专业测话量师就能巾完成上述蓄所有的测每量任务，爬真正做到镇了省时，朴高效，精季干税。注X连X兵山包隧道施工矮中所采用校的测量技所术代表了艇隧道施工候测量的最歇新水平和驰发展方向族。落X贯X犹山隧道除镇了采用上心述先进的踪隧道施工宗测量技术翅之外，还选采用了一店系列其它该的先进的澡隧道工程词质量检测帝技术，其索中最有代朋表性的是于应用隧道役激光扫描平技术作为溜隧道衬砌块竣工质量咽验收（隧巧道净空测例量，衬砌喜表面状态僚影像，医数字化图抱像资料存泻档纱）。隧道折激光扫描拉技术是近骑几年刚刚然开发的一狡种隧道检弄测技术，搜它采搁用崭LEIC律AHD纪S450势0厉超高速相捞位式三维抚激光扫描锈仪为基本撕硬件平台排，配合相刷应的数据忆采集和处鄙理软件，址能同时获四取隧道表竞面各测量叔点的距离宋信息和影剖像信息，斤不但能完减成各种复超杂程度的研全自动断倍面测量、摔施工放样艳及竣工验僵收测量，胶而且是地裂下工程施吴工过程控纤制、表面及平整度检赵测和完整愚数字化图虽像资料存份档的理想客工具。坏隧道激光徒扫描技术体有多种模惯块组合，晶可以分为若静态和动榜态两种测膜量方式。拥隧道施工湾过程中的吵测量通常誓为静态方压式，它是站将激光扫板描仪固定冲在一个三纠角架上，闷通过测量闹控制软件腹完成相对龄于扫描仪商前后一定花范围内的吃三维隧道似断面扫描军测量，这鲁种隧