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遵XX耕山隧道穿过埃窃滕堡山和储XX买山昏，这两座山丘具相互平行，山意丘李的中间部分由衫近水平状的砂接岩和泥灰岩交乐替互层所组成误。隧道的洞口见段和两个山丘语之间的明挖段帖均位于松散的贯富含水的软岩伍地层税(见冰川堆积铃体龄)镜，需要采用特欢殊的施工方法文通过钥(数图臭2寻)超图3背切扩孔式掘进机施工示意图更XX灿山隧道设计由剑XX坐工程公司负责层，在隧道设计派阶段，对多种杰可能的施工方攻案进行了充分驱的比选和论证蜜。其中敏XX拦山隧道的中央佣硬岩部分的开窃挖蔬推荐采用抛混合施工方案窗（小直径隧道过掘进机导洞施哪工胃+顷部分断面掘进烧机扩挖或钻爆损法扩挖），惧而隧道洞口段陶软岩部分的施欢工则需要采用紫带有超前加固怠作用的管棚施贡工法或步步成封环的侧壁导坑换施工法。掘隧道施工招标怜于沉2000里年泄开展，投标结塞果显示，上述每设计方案得到均投标单位的普露遍认可，与中臣标单位最终达衰成的协议施工吹方案为洞口软励岩段的施工方冶案采用双侧壁饭导坑施工法，钉埃滕堡山中央伞硬岩部分的施蚀工采用钻爆施堪工法，惕XX嫩山中央硬岩部述分的施工采用挥隧道掘进机导蹄洞施泛工睡+延背切扩孔式隧畜道掘进机扩挖晕。毙图晒3切显示誉采用背切扩孔治式掘进机宵施工示意图。掏背切扩孔式掘仅进机残施工法私是这种技术在肿世界上的首次爸应用，致尽管存在一定点的风险和未知净因素，浩但由于经过严名格了的技术论往证，其风险程稿度被认为是可牙以接受的，这柜也从另一个方谋面体现了染XX棉隧道工程技术底人员蜂敢蒸为人先，勇于潜创新的精神。艰XX胡山隧道施工市于滔200轮1舰年开始，到目时前，一切进展册顺利，没有遇晋到大的困难和末挫折。蛾4酒、少隧道施工测量图5系统用红色激光指出欠挖的断面位置吨XX摊山隧道施工联吧营体名将施工测量工踪作分包给了专晌业测量公司完泪成，实践证明怒这个举措是非换常正确和有效慰的，也将成为匆未来施工测量俗的发展趋势。民XX输测量技术公司在承担了隧道施式工测量的任务众，他们使用了侵高度智能化的幕LEICA陈TMS煎隧道测量系统拾，该系统由贫LEICA奏TPS110喇0析系列全站仪及想运行其上的寨TMSSE迹T修OU额T旱和辫TMSPR卖OFILE获软件包组成，妹它的应用为高匠效生产提供了答一套有力、灵微活的综合测量聚工具，隧道绕施工测量包括哑断面测量、炮阴孔放样测量、馅模港板、钢拱安装狐测量、隧道内阶设施安装放样格、横通道、通扬风竖井的位置暂放样测量等。哈LEICA碗TMS笔隧道测量系统疯的概念就是能花根据生产任务就的需要，在预闲先定义的数据肿的指导下自动赢完成测量工作屡，这样，就使饶得那些没有测毅量历专业背景揉的隧道施工盛人膊员也可以顺利腥执行测量任务纱。胡从而估保证碧最大消限度地节省完刮成测量工作所哑需要的腊时间老，大大提高生肚产工效和降低谁成本，施工现舒场完全不需要棉等待测量员，产工作交给佩隧道现场的施障工人员祝去完成同样可免以获得精确、调图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赶在哪XX蚕山柔隧道工程施工焦过程中共有扰8嘴套哈LEICA歪TMS涂隧道测量系统纲在现场全天候玉服务。滤TMSOF克FICE仅是这套系统的海核心平台，测济量员负责输入绝和管理设计数求据，如平面图剃、起开挖断面的几祝何形状（理论岂断面）雕、舒横向坡度徒、辆钢拱的位置殿、员喷射混凝土的团厚度等。测量撞员把在计算机絮上准备好的工米程数据传输到唉全站仪上带记罚忆卡上，在需搁要的时候将控夕制测量的遥控收器交给炸隧道关施工臭人径员，接下来的低工作就完全由测施工躺人蜡员露自己当去完成，任何钩人都不必担心杜测量成果的可崇靠性，因为这评正是整个子测量羞系统的设计目胀标为——“秃傻瓜式耻”谜的操作流程和欧“底专业化顿”想的测量成果。船图污4狂给出采用霜LEICA源TMS侧进行炮孔放样浇的示意图。筹槽按照隧道钻爆白作业的质量要稍求，炮孔放样笛需要按设计图斧打眼，掏槽孔霜深度市和的孔位、周边孔拴外插角、株孔缴间距和平行度泰、精度以及实转际打眼总数都众有详细而准确树的描述和要求棵。愧常规盐的炮踢孔放样是涉先由攻测量员按照设罩计图在工作面斗上用油漆标出逢位置，钻孔的杰深度和插角都帅由操作钻机的青施工人员人为谜控制，这样的麦做法一般速度数慢、精度差，肆从而直接造成住隧道断面的超锦/陶欠挖。在淡XX狂山垃隧道是使用篇LEICA闻TMS厦按照预先就在树办公室中定义剥好的薪炮址孔击布置图节开始逐个放样硬炮孔衡点谁位。在钻孔的泼过程中，红色身的激光自动锄地卸指出膏炮孔趁点位，培并且调整良凿岩台恒车的位置以达考到正确钻孔插野角。我图猎5忠给出隧道断面宰测量的示意图糊。征在蒙XX递山口隧道，断面测怠量任务使用惯TMS扩PROFI醋LE湖同样使工作变短得简单，机载胡应用程序白TMSPR延Oscan驼可毫在无反射棱镜患测距模式下，宰全自动的扫描摔表面。纤TMSPR刮Oscan踢内置了标准测劫量顺序和过程风，可引导无测丛量经验的施工赛员正确完成操开作、获得精确找的专业测量结件果。测量闯结果自动保存战在记忆卡上。岔配合原先在办勒公室就输入的萄工程数据来完宿成断面评估的签目的，开TMSPR无OFILE盖有两种比较方笨法都：隙实际测量断面贱和预先定义的疮理论断面的比红较，以获得对处超欠挖的评估老相同里程上两寨次的实际测量瓦断面的比较，话以获得混凝土亦衬砌的厚度数。图6全站仪上显示超欠挖，水平轴线以上表示超挖，反之为欠挖耐即使是在隧道砖的施工现场，内如果发现预先杠输入的工程数脊据需要调整，歪测量员就可以束马上解决这个鸭问题，因为烈TMS茧可以实现在全忧站仪上管理工环程数据。现场占人员在全站仪幅上可以看见图和形表示的比较临结果（笋图猎6图6全站仪上显示超欠挖，水平轴线以上表示超挖，反之为欠挖网有问题的部位共还可通过红色之可见激光直接姨指示在隧道工答作面上。即傅它能指示出超姐挖和欠挖区域接在开挖断面上向的具体位置，蒜进而能达到指缎导和优化隧道讲施工的目的（挑控制隧道超欠瘦挖）。柔在引XX泽山岁隧道的贿洞口软岩段施炕工中，采用了炒双侧壁导坑施络工法，首先进些行上导坑开挖嗽，开挖倍20议-40土米唱后，进行下导叶坑开挖，然后金进行拱顶和中数央开挖，最后派进行隧底仰拱我开挖，通过钢塞支撑形成环状挥的稳定支撑结轻构。一个基本玻循环大约从拱章顶工作面开始俘进行佣40凭米授结束，当拱顶阻开挖了婶12锦米波后，工作切换继到中央底部，小典型进尺为振1.3蝶米尘/读天。扶这种施工方法云要求时刻要有闷完全符合设计罢要求的隧道实剑际开挖断面指鼻导施工作业和盐安装钢支撑（析图馒7敢）。对钢拱位斧置的放样测量浪至关重要，因板为钢拱的位置兰决定了隧道的寿平面线形、纵英坡和横坡。图7图7洞口软岩段施工纵剖面示意图掘进方向升图怎8渡显示使溉用谈TMS金指导戚双侧壁导坑施齿工法挨进行坊隧道喇轮廓线放样和浴钢拱安装测量曲的例子。图8图8双侧壁导坑法开挖横断面驳当隧道施工人再员将安装钢拱搞的断面挖好之臣后，就需要将出测量狡工程师骨叫到现场，门由泳他精确的确定房钢拱的位置，铃这是测量众工程师佣的丈基本任务之一央。但是，这种尖情况经常会很戚严重的拖延时充间，因为必须涛等金测量工程师馒到场浆后才能根据测天量结果进行沫钢拱纺精确组安惑装角。如果开挖的茅工作面不够大择(采欠匹挖拣)纽，就栏需要把钢拱架吩先改拆掉璃和移开爬，然后继续开抱挖。反之，如叔果工作面开挖浪的薄过弃大渠(泊超稿挖悲)赶，就必须喷射寸相当一部分混蒙凝土跟进行回填维。不管是哪种揭情况，都必然预造成隧道施工喜成本所的传增加。控在介XX独山屠隧道升施工中的钢拱优放样采用了广TMSSE垂TOUT暂自动放样技术暮，通过在隧道抚掌子面后方的凑一定距离固定狡安装一台非LEICA称TCRA12炼05纲全站仪来完成际对纺钢拱安装位置搞的自动放样。熟每次开始救开挖循环需作业之前暮，隧道施工慌人亮员先沈通过右TMSS休ETOUT邻中布的毫一个称霸为硬“哄轮廓线放行样掘”酸的疑“盏任抱务解”屋精确妄地获得押开挖迎部位的厨设计拐断面酸位置颜，然后居根吸据乌TMSSE南TOU似T优的的红色可见坛激光的指示收将钢娱拱安放和调整慰到需要的位置领。枪图但9枕显示采用乐烂TMS万进行词隧道开剥挖浊“重轮廓线放毫样茧”岭的示意图。图9图9TMS进行隧道开挖“轮廓线放样”的示意图粥图智1朱0灭显示施工人员抽使用遥控器进标行钢拱安装的征情景。图10图10隧道施工人员在使用遥控器安装钢拱秒一旦钢拱被些正确吃安放和固定好怖，就可以用含福有钢纤维的喷冠射混凝土挎对钢拱的空隙漂部分进行充填涉。完成此项工锁作之后，良还需要旱对隧道轮廓拔再堤进行停一次检查伟，苍以翻检查实际断面闹与设计断面的索差异，是否符久合设计要求照，炎上述断面测量申工作同样虹可以使用权TMSPR以O悲scan蚂机载程序来完伐成。施采用上述含隧道轮廓线放冻样和钢拱安装巩测量方法极大院地提高了隧道优施工效率，缺整个钢拱定位爱的操作只需要我大约临15魄分钟，这样的搏工作用传统的住方法可能需要法几个小时或更挂多（包括等待肝测量员的停工比时间）。跌5池、立隧道耕工程质量检测宝在擦XX常山响隧道施工驴中迅LEICA批TM贱S按隧道测量系统采还被用于文管棚施工放样辣，击模板放样，却隧道内设施安亭装放样、横通齿道、通风竖井突的位置放样等胞测量工作。由敏于采用了上述镜高度智能化的贝隧道施工测量锁技术，承包商棕只需要聘项请茫2刻位专业测量师住就能完成上述去所有的测量任卧务，真正做到裙了省时，高效肥，精干。亏XX明山赏隧道施工中所慎采用的测量技棕术代表了隧道女施工测量的最娘新水平和发展榴方向。衔XX率山笼隧道内除了采用上述非先进的隧道施殿工测量技术之加外，还采用了士一系列其它的诞先进的隧道工黄程质量检测技能术，毕其中最有代表励性的凤是应用隧道激株光扫描技术作仆为隧道衬砌竣吧工质量验收挥（隧道净空测呆量，衬砌表面摔状态影像，气数字化图像资索料存档兔）喉。商隧道激光扫描薯技术是近几年叹刚刚开发的一功种隧道检测技摇术，摇它采夜用万LEICA蔬HDS450弦0脱超高速相位式绣三维激光扫描含仪为基本硬件祥平台，配合相厌应的数据采集泊和处理软件，叮能同时获取隧坏道表面各测量巧点的距离信息隐和影像信息，略不但能完成各摘种复杂程度的梳全自动断面测亡量、施工放样竞及竣工验收测畏量，而且是地务下工程施工过用程控制、表面身平整度检测和铸完整数字化图漆像资料存档的甚理想工具。辽隧道激光扫描兼技术有多种模透块组合，可以笛分为静态和动艇态两种测量方昨式。隧道施工宁过程中的测量渔通常为静态方俯式，它是将激趋光扫描仪固定毯在一个三角架蹲上，通过测量貌控制软件完成凶相对于扫