CN104878701A - 一种下穿既有线桥涵顶进水平导向纠偏系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种下穿既有线桥涵顶进水平导向纠偏系统，包括后视棱镜、激光标靶单元、激光全站仪、同步控制器、液压顶推系统和主控计算机。通过后视定向确定顶进桥涵的初始姿态和理论设计轴线；通过激光全站仪对目标棱镜进行跟踪测量；通过主控计算机分析所采集的数据，确定顶进桥涵的实时姿态；当顶进桥涵的水平偏位达到预警值时，主控计算机发出指令，通过调整液压顶推系统进行纠偏。本发明综合运用测绘技术、激光传感技术、计算机技术以及机械电子技术指导桥涵顶进施工的激光导向纠偏系统，为桥涵顶进机械化施工提供了先进的技术工具和作业手段，同时大大改变了传统作业方式，为测量向现代化、自动化、数字化方向发展创造了有利条件。

Description

一种下穿既有线桥涵顶进水平导向纠偏系统

技术领域

本发明涉及下穿既有线桥涵顶进施工技术领域，尤其涉及一种下穿既有线桥涵顶进水平导向纠偏系统。

背景技术

既有线顶进桥涵是穿越既有线路用顶进方法施工的桥涵，多采用钢筋混凝土箱形框架结构，也叫框架式桥涵。顶进法施工的具体施工工艺流程为：在既有铁路线的一侧开挖工作坑，现浇滑板，在滑板上浇筑钢筋混凝土桥体，修筑后背，同时进行线路加固，安装顶进设备；当顶进前方挖土完成一个顶程后，即开动高压油泵，使顶镐产生顶力，通过传力设备并借助于后背的反作用力将桥体向前推进；待推进一个顶程后，在空挡处放顶铁，挖运出一个顶程距离，以待下次开顶；如此循环进行，直到整个桥体顶进就位为止。顶进法施工可减少对既有铁路运输的干扰，同时能保证路基完好和稳定，方法简便，安全可靠，施工时间短，质量也能得到保证，因此被广泛用于箱形桥、地道桥和涵洞工程中。

然而在实际施工过程中，由于启动趋势、自重偏心、基础土质、顶进工艺等因素的相互影响，时常出现偏离中线的水平偏移和抬头、扎头的高程偏差等问题，使桥体就位偏离设计轴线，不符合设计要求。规范规定，框架桥涵的顶进允许偏差为：（1）中线控制：一端顶进时±200mm，两端顶进时±100mm；（2）高程控制：顶程的1%，但不得超过+150mm、-200mm。若偏差波动较大且控制不及时将造成永久缺陷。因此，为防止过大的方向及高程误差，除应加强观测、认真预防外，还必须及时纠偏。

传统的水平偏差纠正措施主要有：（1）增减一侧千斤顶的顶力，可通过开或关一侧千斤顶阀门及增加或减少千斤顶顶力数；（2）轮流开动两边高压油泵调整；（3）用后背顶铁或顶柱调整；（4）前端左右两侧刃脚前，可在一侧超挖，另一侧少挖土或不挖来调整方向；（5）在箱身前端加横向支撑来调整。

然而实践表明，桥涵顶进法施工中进行方向和高程调整时，通过调整后端顶力或前端刃角阻力来调整桥体方向，常常使桥体产生裂纹或非正常变形，导向支墩内侧上部混凝土被压碎，给纠偏带来一定难度。且顶进时需要对位移进行连续观测，这对观测人员的素质是个巨大的考验。而一旦位移超过限值需要立即停止施力以及时纠偏，但是静态纠偏耗时较长，且对桥体造成的危害很大。

目前现有技术尚不能有效地解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种下穿既有线桥涵顶进水平导向纠偏系统，以实现桥涵顶进过程中的方向监控、导向纠偏，确保桥涵顶进控制在设计轴线的偏差范围之内。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

本发明提出了一种下穿既有线桥涵顶进水平导向纠偏系统，包括滑板上的顶进桥涵7，用于对顶进桥涵7进行测量定位的激光全站仪3，用于计算顶进桥涵7的运动轴线与根据实际工况确定的顶进理论轴线的相对偏差的主控计算机6，用于顶进顶进桥涵7及纠偏的液压顶推系统5以及用于控制所述液压顶进系统5调整的同步控制器4；

在所述顶进桥涵7尾端两侧壁中间各位置有一个激光标靶单元2，在所述激光标靶单元2上安装目标棱镜；所述激光全站仪3架设在滑板两侧，自动照准跟踪同侧目标棱镜的中心；所述主控计算机6与所述激光全站仪3连接，用于接收所述激光全站仪3测量的数据；所述同步控制器4与所述主控计算机6连接。

两个所述激光全站仪3分别架设在距离所述滑板两侧5米处。

所述激光标靶单元2在所述顶进桥涵7尾端上处于同一水平线上。

确定所述顶进桥涵7的初始姿态时，在所述顶进桥涵7上选定若干个不共面的固定参考点，所述激光全站仪3在免棱镜模式下通过对这些参考点进行测定。

所述激光全站仪3测得的数据信息上传至网络，进行网上监控。

所述液压顶推系统5的调整如下：当相对偏差达到预警值时，适当加大偏移方向侧千斤顶的进油量以增加其顶力和顶速，或适当减少另一侧千斤顶的进油量。

    所述预警值为20mm。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。

（1）激光全站仪具有自动照准功能，避免了人工照准误差，提高了观测精度；能够对顶进过程中的棱镜自动跟踪、移动观测，实时动态定位和三维坐标测量。

（2）采用无线通讯技术将全站仪的监控数据传输到工业电脑上，克服了有线传输电缆笨重、容易损坏、检查不便等不足，更加便捷稳定，实现了对顶进施工现场的远程实时监控。

（3）通过系统软件进行分析计算，避免了复杂繁琐的人工测量计算，方便准确。分析得到的即时信息可以上传至网络，实现现场施工人员对顶进过程中桥涵姿态的实时掌控。

（4）所有的硬件组件坚固耐用，能够适应顶进施工的恶劣环境，测量精度高，稳定性和可靠性好。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明下穿既有线桥涵顶进水平导向纠偏系统的整体布置图；

图2为本发明桥涵顶进施工立面示意图；

图3为本发明激光全站仪测量原理图。

图1—图3中，1：后视棱镜、2：激光标靶单元、3：激光全站仪、4：同步控制器、5：液压顶推系统、6：主控计算机、7：顶进桥涵。

具体实施方式

以下结合附图对本发明提出的一种下穿既有线桥涵顶进水平导向纠偏系统作进一步详细说明。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式和非精确的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明的目的。

如图1所示，本发明提出了一种下穿既有线桥涵顶进水平导向纠偏系统，所述导向纠偏系统包括后视棱镜1、激光标靶单元2、激光全站仪3、同步控制器4、液压顶推系统5和主控计算机6。

本发明中，在顶进后方10m处设置后视点，安装后视棱镜1，后视点距后背一定距离以免后背变形影响观测结果。在顶进桥涵7尾端两侧壁中间位置各安装一个激光标靶单元2，激光标靶单元2为一个高精度的电子激光标靶，上面安装目标棱镜。在本发明中，激光标靶单元2在顶进桥涵7尾端上处于同一水平线上。激光标靶单元2作为顶进过程中顶进桥涵7姿态主要的基准，其外壳设计防尘、防水，安装固定可靠，为获取稳定准确的数据信息提供保证。在滑板两侧工作坑边上各设置一个测站点，架设激光全站仪3。在本发明中，测站点设置在距离滑板两侧5米处。激光全站仪3采用可见激光束，激光等级为最安全的1级，操作时仍需注意安全防护措施。激光全站仪3支持棱镜和免棱镜测距两种模式，并具有自动照准、智能识别和自动跟踪功能。

本发明中，主控计算机6和同步控制器4均位于工地现场主控室。主控计算机6为工业电脑，具有操作和显示面板。导向纠偏系统是导向系统数据处理和自动控制的核心，从激光全站仪3和同步控制器4等设备采集测量数据，并建立丰富的数据库进行分析计算，能够实时图形和数据显示，数据排列清晰并易于理解。由于顶进桥涵7顶进速度缓慢，在顶进过程中顶进桥涵7的位置姿态每隔5秒更新一次，这样既可连续稳定地计算顶进姿态，又足以满足精度要求。

本发明中，导向纠偏系统包括轴线设计模块。在顶进施工开始前，激光全站仪3通过瞄准后视棱镜1进行后视定向。需要精确测定后视点和测站点的三维坐标。其次还要在顶进桥涵7上确定若干个不同平面的固定参考点，在免棱镜模式下，激光全站仪3对这些参考点进行测定，以确定顶进桥涵7的初始姿态。该功能无需照准反射棱镜、反射片等专用反射工具即可测距，避免了繁琐的棱镜安装过程。轴线设计模块通过对后视点、测站点的坐标和激光标靶单元2的安装参数等有关初始参数进行配置，形成顶进桥涵7顶进的理论设计轴线。

本发明中，导向纠偏系统包括方向监控模块。在自动照准模式下，当激光全站仪3的目镜镜头大致对准目标棱镜时，激光全站仪3就能自动搜索照准目标棱镜的中心，在激光全站仪3和激光标靶单元2之间形成一束可见的激光；在顶进过程中，激光全站仪3切换到自动跟踪模式，在自动跟踪模式下，激光全站仪3能自动照准移动的目标棱镜进行实时跟踪测量，得到角度、距离及坐标等原始数据。整个过程激光全站仪3始终与激光标靶单元2通视。激光全站仪3将自动采集的测量数据传输到主控计算机6进行处理计算，可以推算出整个顶进桥涵7刚体的实际位置，并结合顶进的理论设计轴线参数计算顶进桥涵7纵轴线与理论设计轴线的相对偏差。顶进桥涵7纵轴线偏离预警值设置为20mm，当偏离达到该值时进行纠偏，这在控制上将实现了全智能识别和响应系统。

本发明中，所有激光全站仪3测得的原始数据通过无线通讯技术传输到主控室的主控计算机6上进行分析计算。系统软件能够记录丰富的数据信息，监控分析数据还可以上传至互联网或工地局域网，现场施工人员可以通过移动手机上网进行浏览，随时掌握重要信息，及时发现偏差，采取纠正措施，保证顶进桥涵7结构安全、顶进施工顺利进行。

本发明中，导向纠偏系统还包括导向纠偏模块。同步控制器4与液压顶推系统5和主控计算机6连接，主要负责驱动信号的转换和实现。液压顶推系统5包括泵站、千斤顶、顶铁、顶柱等配套辅助设备。水平顶推千斤顶为均匀设置的多台，选用液压台座式自动连续顶推千斤顶。同步控制器4采用可编程序的存储器，实现驱动信号的输入和输出。当顶进桥涵7偏离理论设计轴线达到预警值20mm时，主控计算机6向同步控制器4发出指令，同步控制器4经过一定的控制算法和控制策略，输出控制信号，适当加大偏移方向侧千斤顶的进油量以增加其顶力和顶速，或适当减少另一侧千斤顶的进油量。同时同步控制器4也可将采集到的顶推油缸的顶力、位移等状态信息实时反馈给主控计算机6。

本发明中，所有的硬件组件的设计开发都以能够适应现场的恶劣环境为前提。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些改动和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种下穿既有线桥涵顶进水平导向纠偏系统，其特征在于，包括滑板上的顶进桥涵（7），用于对顶进桥涵（7）进行测量定位的激光全站仪（3），用于计算顶进桥涵（7）的运动轴线与根据实际工况确定的顶进理论轴线的相对偏差的主控计算机（6），用于顶进顶进桥涵（7）及纠偏的液压顶推系统（5）以及用于控制所述液压顶进系统（5）调整的同步控制器（4）；

    在所述顶进桥涵（7）尾端两侧壁中间各位置有一个激光标靶单元（2），在所述激光标靶单元（2）上安装目标棱镜；所述激光全站仪（3）架设在滑板两侧，自动照准跟踪同侧目标棱镜的中心；所述主控计算机（6）与所述激光全站仪（3）连接，用于接收所述激光全站仪（3）测量的数据；所述同步控制器（4）与所述主控计算机（6）连接。

2.根据权利要求1所述的下穿既有线桥涵顶进水平导向纠偏系统，其特征在于，所述激光标靶单元（2）在所述顶进桥涵（7）尾端上处于同一水平线上。

3.根据权利要求1所述的下穿既有线桥涵顶进水平导向纠偏系统，其特征在于，两个所述激光全站仪（3）分别架设在距离所述滑板两侧5米处。

4.根据权利要求1所述的下穿既有线桥涵顶进水平导向纠偏系统，其特征在于，确定所述顶进桥涵（7）的初始姿态时，在所述顶进桥涵（7）上选定若干个不共面的固定参考点，所述激光全站仪（3）在免棱镜模式下通过对这些参考点进行测定。

5.根据权利要求1所述的下穿既有线桥涵顶进水平导向纠偏系统，其特征在于，所述激光全站仪（3）测得的数据信息上传至网络，进行网上监控。

6.根据权利要求1所述的下穿既有线桥涵顶进水平导向纠偏系统，其特征在于，所述液压顶推系统（5）的调整如下：当相对偏差达到预警值时，适当加大偏移方向侧千斤顶的进油量以增加其顶力和顶速，或适当减少另一侧千斤顶的进油量。

7.根据权利要求6所述的下穿既有线桥涵顶进水平导向纠偏系统，其特征在于，所述预警值为20mm。