三维激光扫描仪在隧道工程建设中的应用

基于下穿既有公路的铁路隧道工程建设,对三维激光扫描仪ILRIS—3D在铁路隧道建设中的应用进行了研究。通过分析三维激光扫描仪原理、ILRIS—3D扫描仪应用范围和特点,以上海某下穿既有公路的铁路隧道为研究对象,该段隧道长度为65.2 m,选取中分辨率进行扫描,在满足精度要求下,中分辨率扫描时间为151.1min,测站间距为13.79 m。隧道进行扫描测量时,分别在前端、中端、末端布设控制点,配准后,最大点位误差控制在0.003 1 m内,满足地铁隧道工程测量的需要。并结合全站仪,进行三维激光扫描作业,通过工程控制点坐标,进行点云配准,提高测量效率和精度。     

基于自动全站仪的围岩收敛快速量测系统研究

隧道施工围岩变形量测通常用钢尺收敛计，接触被测点人工拉尺读数，效率低，与施工相互干扰，测量结果容易受人为因素影响，当条件恶劣，隧道跨度大时，这种方法几乎难以进行，成为影响隧道施工技术进步的重要问题。基于自动全站仪，介绍全站仪自由设站原理，推导围岩变形监测中全站仪自由设站坐标转换的数学模型，提出自动全站仪单站、双站独立坐标测线法等概念和方法。根据提出的原理和方法，阐述自动全站仪隧道围岩快速非接触量测系统的组成、开发及其特点。该系统具有自动化测量、数据客观、精度高、易于操作使用的特点。     

全站仪在管片结构竖向位移监测中的应用

依据全站仪三角高程测量方法,确定地铁盾构隧道中管片结构竖向位移的测量方式,研究全站仪在地铁隧道施工监控中测量管片结构竖向位移的原理,推导竖向位移测量中误差公式,依据该公式对不同测量环境下测量精度进行分析,确定测量方法的适用范围,并通过实际工程应用分析验证其可靠性。结果表明,采用全站仪三角高程方法测量隧道管片结构竖向位移,方法简单、迅速,可节省大量人力、物力,在满足一定要求的前提下测量精度满足规范要求。     

青岛地铁隧道双护盾TBM适应性设计及应用

为应对岩石地质条件下城市地铁隧道施工工况的特殊性,对应用于青岛地铁2号线的双护盾TBM进行适应性设计。盾体采用模块化设计并在前盾安装配合稳定器工作的辅助支撑,管片吊运直接由吊机喂送至拼装机,后配套出碴配置梭式皮带机,采用满足小转向半径掘进的双激光靶导向系统,从而保证隧道施工过程中装机、始发、掘进、出碴、过站、小曲线半径掘进和洞内拆机等工况的顺利实施,取得良好的应用效果。通过对施工过程中掘进参数、衬砌变形和地表沉降等应用效果的分析,验证了双护盾TBM选型的正确性和对青岛地质的适应性。     

基于自动全站仪的围岩收敛快速量测系统研究

隧道施工围岩变形量测通常用钢尺收敛计,接触被测点人工拉尺读数,效率低,与施工相互干扰,测量结果容易受人为因素影响,当条件恶劣,隧道跨度大时,这种方法几乎难以进行,成为影响隧道施工技术进步的重要问题.基于自动全站仪,介绍全站仪自由设站原理, 推导围岩变形监测中全站仪自由设站坐标转换的数学模型,提出自动全站仪单站、双站独立坐标测线法等概念和方法.根据提出的原理和方法,阐述自动全站仪隧道围岩快速非接触量测系统的组成、开发及其特点.该系统具有自动化测量、数据客观、精度高、易于操作使用的特点.     

双护盾TBM不良地质施工问题及对策

 阐述了双护盾隧洞掘进机（TBM）在不良地质条件下施工所遇到的典型问题。并以昆明市掌鸠河引供水工程上公山隧洞TBM施工为例，对挤压及膨胀地层、断层破碎带、突泥、涌水等影响双护盾TBM的不良地质条件进行了分析研究，从宏观和微观角度提出了TBM通过不良地质情况的方案和措施，为今后双护盾硬岩掘进机施工借鉴、参考。     

盾构导向系统的研制与应用

为满足盾构位姿测量要求,研制了一套盾构导向系统,测量精度可达到±10 mm,系统主要由全站仪、激光靶、工业电脑以及与之配套的数据转换、传输和供电附件组成。为了使导向系统能够更好地适应洞内恶劣的测量环境,采用了新的盾构方位角测量原理;根据误差分析以及在工地现场的实际应用效果,并用其他方法对测量结果进行检查比较,证明该系统具有较好的工作稳定性和可靠性,能够以较高的测量精度满足盾构的掘进要求。截至目前,已有多套系统被成功地应用在不同的盾构隧道中。     

基于免棱镜全站仪的桥梁拱圈线形测量方法及精度分析

为了解决既有桥梁检测时拱圈线形测量的难题,提出了一种基于免棱镜全站仪自由设站测量拱圈线形的新方法,并给出了详细的操作步骤;推导了基于免棱镜全站仪的桥梁拱圈线形测量坐标的公式;根据误差传播定律,对X和Z轴向坐标进行精度分析;通过EXCEL编程实现自由设站测量坐标到桥梁轴线坐标转换,有利于计算横向和竖向变形量以及绘制桥梁立面图.将该方法用于甘肃榆中青城桥梁的拱圈轴向测量,其变形和百分表实测结果保持一致,满足桥梁检测精度要求,表明该方法是桥梁拱圈线形测量的一种好方法.     

TBM后配套垂直皮带机

正近年来我国在岩石地层的隧道施工需求越来越大,在某地铁隧道双护盾TBM施工过程中,龙门吊垂直出渣方式严重制约了TBM的施工速度。虽然龙门吊用于地铁土压平衡盾构施工渣土垂直提升技术成熟且应用广泛,但在岩石掘进机施工中的应用效果不佳。为更好地配合双护盾及开敞式TBM施工,提高效率,北京华鲁博采矿工程技术有限公司推出华鲁博TBM后配套连续垂直提升输送系     

隧道掘进机刀具安装定位尺寸测量方法

隧道掘进机刀盘上安装有各种切削刀具,如何对各种刀具的定位尺寸是否符合设计图纸要求进行测量是非常重要的。目前使用较多的模板规尺法一般适合于在制造工厂的刀盘刀具制造安装阶段使用,且模板规尺的通用性较差,针对不同刀具布置方案需定制专门的模板规尺。提出利用全站仪对刀具定位点的三维坐标进行测量,应用空间解析几何原理,推导出刀具不同安装定位尺寸的计算公式,可对刀具安装定位尺寸是否满足设计尺寸公差要求进行间接测量和计算。通过对掘进机刀具定位尺寸进行实际测量,并与模板规尺法测量数据进行对比,证明提出的间接测量法是可行的。     

城市轨道交通隧道双护盾TBM过站施工技术

为解决双护盾TBM 在城市轨道交通隧道施工中频繁过站的问题，以青岛地铁2号线双护盾TBM施工为背景，根据TBM所经车站的具体情况，结合车站施工条件及TBM过站影响，研究并实施了空推和平移2种双护盾TBM过站方式，制订了合理可行的TBM过站方案和关键措施，解决了双护盾TBM 过站多次拆解、组装、调试以及对车站影响的技术难题，为青岛地铁1号线、4号线、8号线采用双护盾TBM施工提供了参考和借鉴。     

双护盾TBM分体始发技术研究与在青岛地铁1号线的实施

为保证在不具备整体始发空间的条件下双护盾TBM分体始发顺利实施,以青岛地铁1号线海泊桥站为例,针对城市地铁隧道施工始发场地有限的客观条件,以实现施工功能为导向,通过配套设备的优化布置并最大限度地利用双护盾TBM自身配置实现有限场地内最经济的TBM分体始发,并对分体始发的基本方案进行探讨。经研究分析可知： 1）分体始发时双护盾TBM需具备的基本配套系统为高（低）压供电系统及控制系统、冷却水系统、液压系统、润滑系统、脂密封系统、压缩空气系统、豆砾石回填系统、注浆系统、导向系统及除尘系统; 2）通过管线、线缆的延伸,双护盾TBM可在主机与后配套之间或主机与部分后配套之间任何位置断开。     

CCS水电站引水隧洞双护盾TBM施工围岩分类研究

为了对双护盾TBM隧洞施工中的围岩进行分类,以厄瓜多尔CCS水电站引水隧洞为例,参考RMR围岩分类方法,通过伸缩护盾的间隙和刀盘的空隙对洞壁和掌子面围岩进行观测,结合岩渣及掘进参数,获取岩石的质量指标RQD、节理间距和节理性状等信息。通过综合分析,选取岩石的回弹值、围岩的完整性、岩石的质量指标RQD、刀盘推力、刀盘扭矩、片状岩渣含量和地下水渗流量作为围岩分类的指标,然后对7个指标分别赋值,建立围岩的分类标准,并通过求和的方法进行综合围岩分类。分类结果表明:选取的7个指标可以克服双护盾TBM施工时无法对围岩进行全面地质素描的困难,可以满足TBM快速施工的需要,并且能较真实地反映围岩的情况,分类结果可靠。     

双护盾TBM在青岛地铁的适应性研究

为了解决复杂硬岩地质条件下城市地铁隧道能够安全、快速地开挖建设,以青岛地铁2号线双护盾TBM施工为研究对象,通过对TBM掘进过程中施工数据的控制和分析,得出双护盾TBM可良好适应于青岛地铁隧道施工掘进。通过施工实践,针对小半径曲线隧道和破碎围岩条件下的双护盾TBM掘进作业提出了施工对策和建议。     

盾构站内过站条件下地铁明挖车站上部结构施工支撑方案研究

昆明轨道交通4号线苏家塘站为盾构整机站内过站车站,受两迁一改和地质条件影响,土建施工进度较计划滞后。为满足后续盾构过站和二次始发后,轨道运输车辆通行对车站站台层通行净空的基本要求,提出2种可以满足车站上部结构继续施工的支撑方案--门式支架支撑方案、中板结构加强方案。通过理论分析结合有限元数值仿真模拟,综合比较方案实施对车站施工进度的基本要求、对后续盾构施工工期影响、经济性等6个方面,认为2种支撑方案均能够提供上部结构施工的支撑反力,但应充分结合土建施工进度及盾构过站时间要求选用支撑方案,以便能够更好地控制投资并满足工期要求。     

垂直皮带机用于地铁TBM施工的可行性探讨

近年来我国在岩石地层的地铁隧道施工需求越来越大,在青岛地铁双护盾TBM施工过程中,龙门吊垂直出渣方式严重制约了TBM施工速度。虽然龙门吊用于地铁土压平衡盾构施工渣土垂直提升,技术成熟且应用广泛,但在岩石掘进机施工中的应用效果不佳,因此有必要进行探索和变革,采用更加适用的方法以充分发挥TBM快速施工的优势。分析龙门吊垂直提升石渣对双护盾TBM施工效率的影响,调研相关行业的物料垂直提升方法,从技术、经济和工期3方面分析龙门吊与垂直皮带机出渣的差异。在城市地铁双护盾及开敞式TBM施工中,垂直皮带机出渣技术具有运输效率高、不占用TBM掘进时间、故障率和综合成本低的优势,可为充分发挥TBM掘进效率提供良好保障,具有很大的市场推广价值。     

双护盾TBM在深圳地铁应用中存在的问题及对策

为解决双护盾TBM在城市地铁施工中始发困难、极限小转弯半径、穿越极硬岩及断层破碎带等工程难题,结合双护盾TBM在深圳地区的应用需求,研究双护盾TBM在深圳地铁施工中存在的问题及对策。1)提出双护盾TBM在R260 m极限小转弯半径施工中的刀具磨损消耗规律、步进控制措施及测量顶台振动解决方案; 2)提出一种分体始发技术方案以解决双护盾TBM始发场地狭小、空间受限问题; 3)提出在210 MPa极硬岩工况下双护盾TBM的针对性设计及刀具优化改进措施; 4)提出双护盾TBM穿越断层破碎带掘进参数建议及应对策略。     

双护盾TBM前盾下部液压支撑装置的设计研究与探讨

双护盾TBM主机长度较长,使得其在掘进和换步过程中姿态不易控制,如遇到突发地质破碎带时卡机风险增加,成为施工中的不利因素之一。本文提出一种液压稳定支撑装置,安装于前盾下部左右两侧。该装置具有2种不同的工作模式:高压支撑模式和低压撑紧模式。液压支撑装置在高压支撑模式下工作时能将前盾和刀盘整体抬升,从而丰富主机扩挖方式、提高边滚刀更换的效率和安全性;在低压撑紧模式下工作时能增加前盾与开挖洞壁的接触点,从而减轻掘进时主机的振动、提高换步过程中主机的稳定性。     

海域复杂地质双模式TBM设备选型与应用关键技术

为解决青岛地铁长距离穿越埋深30~60 m海底微风化凝灰岩和500 m宽的F5断层破碎带时面临的突涌水风险等技术难题，从工期、地质、地下水3方面综合比选，确定双模式TBM施工，穿越海底硬岩地层段采用TBM敞开模式掘进，穿越F5断层破碎带由敞开模式转换为土压平衡模式掘进。基于特殊工况下的水文地质环境，开展TBM设备选型与优化改造，增加盾尾刷以提高设备防渗能力，盾尾设止浆板保证壁后注浆效果；配备超前地质钻机和双液注浆设备，实现超前钻探和注浆加固；采用重型合金刀，减少换刀频率并增加开挖尺寸，降低复杂地质卡机风险；刀盘开口位置增设钢格栅，防止大块度洞渣破坏刀盘；压力隔板上增加超前孔，实现无压模式正面钻探及注浆加固。拆除主皮带机及相关设备，封堵压力隔板孔洞，安装螺旋输送机及泡沫系统，由敞开模式转换为土压平衡模式，提高双模式TBM穿越破碎带的安全性。通过设备选型与优化、工艺试验、模式转换研究，顺利完成了青岛地铁8号线大洋站—青岛北站区间穿越海域复杂水文地质辅助导洞施工。