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基于高速相機鏈攝影測量的小半徑光學導向系統成功應用

來源: 作者:admin 點擊:571


應用背景

我國目前用于凍結或管幕暗挖超前支護的鉆孔方式均為直線成孔,而采用曲線頂管技術不僅可以減少鉆孔數量,形成更大范圍的凍結空間,還能提高施工安全性,并保證成孔精度。那么是什么樣的“神器”能夠保證實現這條“彎彎的彩虹呢”?在國防科大的支持下,湖南科天健光電技術有限公司研制了基于相機鏈攝影測量的小半徑光學導向系統,日前在客戶上海隧道工程有限公司制造的國內首臺曲線頂管機試驗中成功應用。

直線與曲線打設凍結管效果對比


什么是曲線頂管技術?

凍結工藝和化學注漿等地基加固措施施工中,都需要在特定環境下進行地下空間的構筑和拓寬,采用曲線頂管技術,因為頂管機和鋼管節都是曲線的,一般直徑在300-600mm,體積很小,易于布置。通常配合有著同樣曲率半徑的弧形導軌使用。

曲線頂管機

曲線頂管機

導軌型推進裝置

曲線頂管機在國外用過嗎?

日本在曲線頂管技術方面工藝比較成熟,主要通過曲線管幕結合凍結進行加固,代表性的工法有TULIP工法,曾在多個工程中得到過成功應用。

導軌型推進裝置

日本曲線頂管施工

此次的上海隧道工程有限公司制造的國內首臺極小半徑曲線頂管機有什么特點?

此次研制的頂管機直徑300mm,軸線半徑>6m。

全斷面切削刀盤為“三葉草”型,具有近似泥水平衡掘進功能。

采用支架導軌型推進裝置。

工具管采用可回縮式設計,可以用于“只進不出”的頂進。

特別需要指出的是,與日本類似產品相比,該頂管機安裝了湖南科天健公司提供的小半徑光學導向系統,使得頂進全過程可視可控,隨時實現糾偏,精度更佳。


小半徑光學導向系統介紹

科天健公司研制的基于河北11选5任选五遗漏鏈攝影測量的小半徑光學導向系統設備,采用國防科大專利的新穎的河北11选5任选五遗漏鏈攝影測量技術,系統依據折線光路攝影測量原理,巧妙利用管節內的有效空間,在每一節管節內設置攝像相機傳遞站,多個成鏈狀的河北11选5任选五遗漏傳遞站實現多級位姿傳遞,來完成極小半徑頂管(內管200mm管徑)施工過程中對頂管機頭位置姿態的準確測量,解決頂管施工測量中不通視的機頭位置和姿態測量,真實反映了頂管軸線的走向、為精確控制頂管施工軸線提供了可靠保證。

相機鏈攝影測量系統工作原理

相機鏈攝影測量系統工作原理

室內模擬測試:

將首級站三維坐標輸入到本系統軟件中,作為初始點值。通過系統軟件對多個成鏈狀的攝像相機傳遞站來實現多級位姿傳遞計算出末級站標志的坐標。多次測量,計算本系統測量值和高精度全站儀(萊卡T15)數據的差值,10節時測量結果數據如下:

與平均值偏差(單位mm)

與平均值偏差(單位mm)

標志靶測量值在E、N、Z三個方向上差值的標準差分別為1.87mm、1.62mm、4.27mm。重復性:4.94mm。


室外施工現場測試:

傳遞站數為8級,在施工過程中驗證共做了4組重復性測試,每組測試重復測量10次。

1#高速相機測量點與平均值偏差 2#高速相機測量點與平均值偏差

1#測量點與平均值偏差                 2#測量點與平均值偏差


測量結果的重復性為:

試驗組數

2

4級傳遞

6級傳遞

8級傳遞

標志靶重復性(mm)

3.159

7.877

8.301

14.152

在施工驗證時,隨著傳遞站的增加,系統的重復性逐漸變大,從2級傳遞時的3.159mm增加到8級傳遞時時14.152mm。

與全站儀對比測試:在推進第10節管節后,機頭露出地面。通過對10級傳遞和全站儀的數據對比如下表:

10級傳遞(m)

全站儀數據(m)

差值(mm)

E

1005.286

1005.2887

2.7

N

1502.11

1502.1133

3.3

Z

0.135

0.1334

-1.6

施工現場圖:

基于高速相機鏈攝影測量的小半徑光學導向系統成功應用

基于高速相機鏈攝影測量的小半徑光學導向系統成功應用

基于高速相機鏈攝影測量的小半徑光學導向系統成功應用

機頭出洞

實際試驗效果如何?

目前已經完成了35m曲線半徑頂進試驗,獲取了大量的試驗數據,證明了曲線頂管機結構設計和頂進精度滿足了設計要求,隨時可用于施工。


這個神器今后的應用前景如何?

此次試驗成功后,曲線頂管將在非開挖施工中將大展身手。比如,可以避開地下障礙物,有效提高地下空間的利用率;超長距離隧道施工時兩臺盾構地下對接,可通過曲線頂管冰凍土層,大大提高對接的安全性;地下隧道主線建好后,可借助曲線頂管擴展地下空間建設地下匝道;甚至將來地鐵車站施工也可用曲線頂管搭建管棚,不用開挖即可完成部分車站建設。期待曲線頂管在地下工程施工中大顯身手,更好地解決城市建設中長痛短痛的矛盾!