勘测与监测、检测-城市轨道交通工程创新技术指南.pdf

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尤其对于管线结构的整体变形及应力变化的监测,在时间上和空间上均可获取连续的监测数据,完善传统点式变形监测成果,能更为综合的分析地铁建设的安全状态。,并获取测量目标的空间分布状态和随时间变化的信息。当光纤注入一束激光,光纤中每点均会发生布里渊光散射效应,布里渊散射光的中心频率漂移量与光纤各点的轴向应变相关。利用相应的解调和分析技术可以实现光纤中每一点应变的分布式检测。脉冲光以一定的频率自光纤的一端入射,与光纤中的声子产生布里渊散射,其中的背向布里渊散光沿光纤原路返回到脉冲光的入射端,得到光纤沿线各个采样点的散射光谱。当光纤沿线存在轴向应变时,背向布里渊散射光的频率将发生漂移,频率的漂移量与光纤应变变化呈良好的线性关系。其核心技术是通过射入激光散射光频率的变化来反映光纤沿长度方向的拉伸变形,通过改进分布式光纤布设、保护措施,可将其应用于地铁建设过程中围护结构变形及周边环境的管线结构变形监测,能够直观反映围护结构、管线等监测对象的实时动态变化。分布式光纤应变感测技术广泛应用于混凝土结构、钢结构、地下管网等重要设施安全监测中,监测精度可达10~50με(应变×10-6),在城市轨道交通工程、市政工程等基坑围护结构、支撑体系、隧道衬砌、边坡稳定变形监测中,监测精度亦可达到毫米级,满足监测技术要求。:..扰强、可植入性强、操作简便、实施性好等优点。其监测数据能够实时动态提供,比传统的点式监测反映监测对象的状态更为全面。适用范围及应用条件该技术适用于城市轨道交通工程中结构体变形、温度变化、应力变化等监测项目。该项技术对于埋入结构内部效果最佳,也可敷设于结构表面,利用其分布式特点适用于对较大范围的市政管道、隧道、基坑、建构筑物等进行变形、渗漏、温度、应力等监测。,目前该技术已在北京地铁8号线周边管线监测、北京新机场围护结构变形监测等项目中进行了应用。。随着自动化监测仪器设备、无线传输技术、计算机平台技术等多项技术水平的提高,自动化监测在城市轨道交通工程中得以应用,新的远程无线传输自动化监测技术将被引入到监测工作当中,成为建设期及运营期监测的重要手段。远程无线传输自动化监测技术能够实时动态反映现场实际情况,安全状况时刻掌控。。数据自动采集系统由感应传感器、全站仪、水准仪等即时上传端监测数据采集设备、数据釆集智能无线传输模块、监控主机、管理计算机、自动化数据采集处理平台构成,具有监测、显示、操作、数据存储、综合信息管理、系统自检、远程控制、防电、抗干扰能力强及测量精度高等特点。监测信息系统由数据处理信息化网络平台和监测成果网络发布平台构成,功能包括监测数据分析处理、工程安全信息管理与反馈、数据库管理,-1。:..远程自动化监控系统数据自动化采集系统监测信息系统电容感应式静力水准仪数据采集智监控主机、数据处理信监测成果网、-1远程无线传输自动化监测系统构成图主要技术性能和技术特点自动化智能集成监测系统上增加了点对点的无线数据采集模块,可自由控制自动化采集系统,自主根据需求设置采样频率及周期,自由接收监测数据,根据监测数据及时调整施工方式方法。(1)实时动态数据采集。(2)多监测项目集成系统。(3)自动化监测数据自动处理、传输、管理功能。(4)人工监测数据自动化处理功能。(5)报告自动化一键生成。(6)工程风险信息展示。(7)大数据的综合利用分析。、运营期的实时监测。另外对于工程规模大、周边环境复杂、工程地质条件复杂、安全风险技术管控难度大的工程监测项目应用前景更为广阔。,如北京地铁2号线、5号线、17号线等,项目多达百余个。:..钢结构越来越广泛的应用于轨道交通、民用建筑等诸多领域,近年来钢结构的安全性和可靠性要求也越来越严格。目前,钢结构焊缝常规无损检测方法中的超声波检测(UT)主要采用单发单收或一发一收的激发/接收方式。然而,由于超声探头晶片存在一定的近场区,这就在钢件表面形成检测盲区;另外,探头晶片激发的声束有一定角度范围,如果要扫查焊缝的整个厚度就需要在一个位置上前后移动探头,使探头声束尽量覆盖到整个厚度,从而形成了在焊缝长度方向上的锯齿形扫查方式,这对钢结构焊缝检测的时间和空间都提出了一定的要求。在此背景下,钢结构焊缝多晶片多角度超声横波斜探头及相应的检测技术能弥补常规超声波在焊缝检测中存在表面盲区的现象,能够在有限空间内实现对焊缝的全面扫查覆盖,提高检测效率。,该探头是将多个晶片以不同角度排列在一定形状的有机玻璃楔块上,设计相应控制程序,可以单独或同时控制晶片的激发和接收,实现探头在一个位置就能对焊缝全面覆盖。,能够实现在固定检测位置上对焊缝的全面覆盖,特别是能够弥补应用常规探头检测厚度较大的钢结构焊接构件时存在的表面和底面盲区。另外,常规探头检测技术需要采用锯齿形扫查方式,如果焊缝两侧检测空间有限将难以进行检测,多晶片多角度探头检测技术能够在固定位置上实现对焊缝的全面覆盖,避免了上述存在的问题,大大拓宽了检测范围。、建筑等领域各种常见的钢结构焊缝形式,特别是对于厚度较大或者焊缝两侧检测区域有限的钢结构对接焊构件有明显的效果和优势,能够通过声束的扩展实现对整个焊缝的全面覆盖。:..号线钢结构工程检测项目中进行应用。、结构不均匀沉降及变形等问题,导致隧道结构与原设计线路不能很好吻合,可能造成隧道结构侵入建筑限界,因而需进行线路的调线调坡。地铁线路调线调坡的依据为地铁竣工限界的检测。现行常用的地铁限界检测方法是采用全站仪测量地铁隧道的部分特征点,通过人工计算出车辆的动态并与断面逐一套合、对比,记录不符合限界限定值的断面位置,该方法存在测量外业量大、耗时长、纵断面点数量有限、显示不直观、不能增减断面点等缺点,且高度依赖经验丰富的测量员以确保检测数据的准确性,这在一定程度上延缓了工程进度,-1。--2FARO三维激光扫描仪三维激光扫描测量技术克服了传统测量技术的局限性,采用非接触主动测量方式快速获取高精度建筑空间全范围的三维空间点云数据,能够对任意物体进行扫描,由原来的单点测量变为面式、体式测量,具有扫描速度快、实时性强、精度高、主动性强、全数字特征等特点,可以大幅提高作业效率、缩短工期,点云输出格式可直接与CAD、三维动画、BIM软件等匹配,通过对点云数据的后处理可以快速得到所需的地铁断面数据用于线路调线调坡,处理完成的高精度点云数据还可以用于后期的隧道建模,延伸和扩展点云数据应用,最大化利用点云数据,-2。:..基于三维激光扫描的调线调坡技术包含以下几个部分:(1)采用三维激光扫描仪(单站式或移动式)采集隧道三维激光点云数据,对数据后处理,按照任意隧道轴线方面间距提取实测横断面数据生成断面图。(2)根据地铁设计限界参数生成地铁的限界图,将限界图与断面图进行套合比对得到全线限界分析成果。(3)根据限界分析成果生成线路各项调整参数,即根据限界分析成果确定是否进行管线设备调整或进行调线调坡;在确定进行管线设备调整的情况下,生成管线设备调整范围;在确定进行调线调坡的情况下,生成调线调坡允许范围。(1)测量精度高。对于传统全站仪测量模式来说,观测误差很大程度上取决于人工测量位置的精度。由于每个隧道断面需要在5~8个点,各点主要依靠人工目测定位很难严格保持在垂直于隧道中心线的横剖面上,这就影响了了断面拟合的精度。而对于三维激光扫描仪来说,一个断面由至少有成百上千个点组成,其测量精度远优于传统全站仪。(2)断面拟合精度高。用全站仪进行隧道断面测量每个断面只有5~8个离散点,由这些有限点去拟合断面,难免会损失一部分精度。采用三维激光扫描有测量点云拟合的断面,是一个接近真实的断面复原,其断面结果精度真实准确。(3)高效化。全站仪测量一个点从瞄准到存档除了结果需要25s左右时间,一个断面测量时间需要2min左右,且全站仪测量断面间隔一般为6m左右,这一间隔能满足一般的设计需求,但是由于施工误差较大或地质条件差等原因造成限界紧张的隧道区段则会要求加密测量。由于三维激光扫描仪自身的优势,能瞬间获得大量的成面状的连续点三维坐标,所以后期数据处理时,可以对隧道断面进行任意间隔切割,对于限界紧张的区域不需要单独去加密测量,极大提高了作业效率和数据密度。(4)成果多样化。目前全站仪断面测量一般提供给业主和设计方的只有EXCEL数据,而用三维激光扫描进行断面测量,配合该技术不仅能提供给设计方EXCEL数据,还有任意断面间隔并且每个断面由上百个点组成的CAD格式的断面图,或者在设计方有需求的情况下,还能提供设备限界检测图及辅助设计方进行调线调坡方案。(5)简化作业工序。本技术将限界检测结果与调线调坡放在一个处理平台上进行,相比传统调线调坡技术大幅减少了工序的数量。:..铺轨工程尚未开始阶段,通过限界检测,并根据其结果适当地对地铁隧道进行调线调坡,也可用于铺轨完成后或运营过程中对隧道状态的检查。已应用情况本技术已成功应用于南宁市轨道交通1号线和2号线工程,较传统限界测量下的调线调坡比较,缩短工期2/3,且调线调坡效果明显优于传统技术。,前者需要配备大量配重荷载和堆载空间,后者需要提供反力桩,因此传统的试验方法对场地要求比较高,工程造价高,而且对大承载力基桩,堆载法和锚桩法安全风险也很高。对于城市轨道交通工程地下隧道和地下车站洞内桩承载力检测,场地空间狭小,采用传统的堆载法或锚桩法完全不能实现。自平衡法静载试验可以有效解决城市轨道交通工程洞内桩静载试验场地条件受限问题。。荷载箱的外径略小于桩的外径,在荷载箱底部、上部布设位移杆。根据土层参数,将荷载箱焊接在钢筋笼相应位置,成为一个整体,然后浇注混凝土成桩。通过设置导向钢筋与测量手段,保证荷载箱的位移方向与桩身轴线夹角不大于1°。试验时,将预先连接在荷载箱上的油管与地面油泵连接,并通过油泵加压,随着压力的增加,荷载箱上部、下部将同时向上、向下发生变位,促使桩侧阻力及桩端阻力的发挥,-1为试验示意图。荷载箱中的压力可用压力传感器测得,荷载箱向上、向下的位移可由位移传感器记录。因此,可根据实测数据绘出相应的“向上的力与位移曲线”及“向下的力与位移曲线”,根据两条-s曲线及相应的s-lgt、s-lgQ曲线,可分别求得荷载箱上段桩及下段桩的极限承载力,将上段桩极限承载力经一定处理后与下段桩极限承载力相加即为试验桩的极限承载力,-2为自平衡试桩法承载力计算图。:..数据采集基准梁系统位移传感器传感线应变仪加载系统油管+S位移杆应变计上段桩护管荷载箱QP荷载箱荷载箱下段桩---2自平衡试桩法承载力计算图自平衡法的两个技术关键点:(1)上、下两段桩平衡点的确定“平衡点”的位置存在一定的偏差,偏差的存在就会造成上、下两段桩很少同时达到我们预先拟定的极限条件,从而导致上、下两段桩的极限承载力不相等。由此判定的极限承载力小于真实的极限承载力,故结果偏于保守。在实际试验过程中,可以进一步加载,达到所需的极限状态。(2)工程桩试桩后注浆自平衡法静载试验后,桩身在荷载箱位置产生缝隙,但桩身其他部位并未破坏。为保证桩身完整性,需要在前期埋设荷载箱过程中预埋注浆管,试验完成后,进行后注浆处理,水泥浆强度不低于桩身强度。注浆后的受检桩仍可作为工程桩使用。,荷载箱是由若干个压力单元(一般为千斤顶)组成的一个环形整体式加载装置。自平衡法的技术特点如下:(1)设备装置简单,不需要堆载空间:对于城市轨道交通工程地下隧道和地下车站洞内桩、高架区间临近道路高承载力基桩,具有较强的适用性。(2)有效测试侧阻力与端阻力:桩侧阻与端阻互为反力,直接测得侧阻力与端阻力。(3)缩减工期:装置简单,不需要搭建反力平台,不需要运输配重,避免了传统方法现场吊装、搭建反力平台等繁琐的工作程序,缩减了整体试验时间。(4)节省试验费用:试验费用主要是荷载箱的制作成本,相对于传统方法的运输、吊:..装等机械费用,该方法试验费用大幅降低。,适用范围广,一般应用于大直径、高承载力长桩,或者空间狭小、不满足堆载条件的基桩,例如,轨道交通矿山法车站洞内中桩承载力检测,自平衡法几乎是目前唯一可以实现的方法。根据自平衡法的工作原理,该方法基本适用于所有摩擦桩和端承桩。而对于