• 值得信賴的 FARO 三維掃描技術為城市隧道監測保駕護航

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      值得信賴的 FARO 三維掃描技術為城市隧道監測保駕護航

       

      如今,軌道交通已然成為一項不可或缺的出行方式,其運量大、全天候、少污染,安全且快速,是城市公共運輸系統的骨幹。作為中國大力發展的新型基礎建設之一,城際高速鐵路和城市軌道交通秉承了銜接協調,集約高效的基本原則,對城市交通運輸起到支撐引導作用。同時,政府運營部門及相關安全監測單位也在不遺餘力,努力加強安全生產和運營管理,進一步推動城市軌道交通建設、運營模式創新,增強可持續發展能力。

      廣州南方高速鐵路測量技術有限公司,簡稱“南方高鐵”,隸屬於南方測繪集團。集研發、生產、銷售於一體,致力於高速鐵路精密測量技術和設備的國產化。公司同時建立企業級的南方特種精密測量研究院,以雄厚的軟硬體自主研發實力,提供創新源動力。南方高鐵致力於為高鐵、地鐵、隧道、大壩、邊坡等提供結構形變精密測量,並為礦山、港口、管道等方面提供特種精密測量解決方案
       

      FARO 三維掃描技術為隧道安全檢測保駕護航

      採用鑽爆法施工的隧道超欠挖的情況是不可避免的,而2018 年 1 月 1 日正式實施鐵路建設項目品質安全紅線管理規定中也明確了隧道初支、襯砌厚度問題的重要性。這些問題若不進行及時處理不僅會增加工程的建設成本,更是會對隧道的施工品質和運營安全產生嚴重影響。建成後的隧道也會因地質條件、材料性能劣化、列車振動等綜合因素的影響,發生滲漏水、襯砌裂損及混凝土掉塊等典型病害, 從而產生安全隱患。因此,安全檢測已經成為隧道建設一項必不可少的施工程式。

      隧道施工現場情況 

      隧道滲水現象 。

      紮根鐵路行業的南方高鐵,很早就開始了在軌道檢測領域的探索。“2008 年我們就開始了軌道檢測設備的研發,經過 10 年的技術積累和沉澱,監測事業部於 2018 年正式成立,” 李中立經理介紹到。南方高鐵在 2018 年相繼正式採購了兩台 FARO Focus 系列三維雷射掃描儀 FocusS 350 和 FocusM 70,並基於 FARO FocusS 350 推出了一套移動隧道檢測系統。該系統以動態無控制方式進行測量,減少外業對設計資料的依賴,高效獲取隧道點雲資料,為隧道檢測提供更豐富的資料支撐,極大地提高了現場作業的工作效率。

      (小車測量系統- SOUTH ALTIS)

      隧道檢測面臨的困難和挑戰

      談到隧道超欠挖檢測時,李中立經理介紹到,“超欠挖檢測的現場情況非常複雜,測量人員只能在施工間歇期進入現場,考慮到安全因素及施工進度,現場允許停留的工作時間非常短暫。” 隧道在開挖階段和初支階段, 四壁極其不穩固,拱頂位置伴有掉渣的危險。此外,施工現場光線昏暗,通風差多粉塵,路面不平有暗溝等,環境可謂十分惡劣。

       

      在使用三維雷射掃描技術之前,測量人員通常依靠人工的經驗並結合全站儀對隧道進行超欠挖檢測。測量人員往往通過用眼睛觀察隧道內部的凹凸情況並在明顯鼓包處使用全站儀進行斷面測量。無論人工估測或是使用全站儀測量都存在各自的局限性,人工觀察無法獲得精確且真實的資料,誤判的情況時常發生,全站儀雖能夠獲得準確的資料, 但實際操作中的斷面選取點數有限、斷面間隔較大,測量成果與現場實際情況。

      工作人員正在人工採集隧道斷面。

       

      FARO 三維掃描儀幫助提高隧道檢測效率

      在南方高鐵,FARO 三維雷射掃描儀主要被運用于隧道建設期和運維期的隧道檢測。建設期通過超欠挖分析以及點雲資料比較,計算出混凝土方量,為安全施工提供指導; 運維期通過檢測隧道變形和收斂直徑,為安全通車提供真實可靠的資料支撐。



      環片正射影像 。

      超欠挖分析圖。

      針對超欠挖檢測,通常此時地面軌道還未鋪設完成,將三維雷射掃描儀架設在隧道內,掃描需要測量超欠挖的里程段;同時,使用全站儀採集球棱鏡鏡面座標,用於後期絕對座標轉換。完成資料獲取後,將擁有絕對座標的點雲資料和隧道的設計模型同時導入隧道三維監測軟體,即可進行隧道超欠挖分析,混凝土方量計算等,為隧道施工提供有效的安全指導。

      架站式掃描現場正在進行現場測量。

       

      FARO 掃描儀的掃描速度非常快,每秒最快可記錄976,000 個點,在幾分鐘內就可以完成對隧道內壁的掃描。這不僅提高了測量人員在現場的工作效率,更重要的是可以做到最大限度的還原隧道內壁,避免了資訊的遺漏,節省時間、人力和財務成本。FocusM  70 在隧道中的最遠掃描距離可達100 米,完全能夠滿足開挖階段的掃描需求。“進入現場後,僅用 3-5 分鐘就能完成快速完成掃描,”李經理介紹到。

      針對運維期隧道檢測,南方高鐵則採用結合 FARO 三維雷射掃描技術研發的移動隧道檢測系統,移動雷射掃描技術比傳統的站式掃描技術獲取資料速度更快、同時不需要資料拼接過程,更加適用於空窗期較短的運維期隧道。經180 米實測驗證,移動採集速度為1.4km/h,外業操作只需2-3人,同時保證點雲資料相對精度可達 3mm。通過軟體對點雲資料進行分析處理即可獲取隧道結構的斷面分析、收斂直徑、淨空斷面、正射影像等測量成果。
       

      目前,南方高鐵正與深圳市建設工程品質檢測中心合作, 運用結合 FARO 掃描儀研發的移動小車測量技術,對深圳市穗莞深城際鐵路寶安機場段(未運營)進行運維檢測。深圳市建設工程品質檢測中心是專門為建設行政主管部門在建設工程品質方面的行政執法、監督管理提供技術支援和技術保障,配合市建設工程品質監督機構開展工作。

      在現場時,深圳市建設工程品質檢測中心岩土部工程師介紹:“掃描小車的出現,讓地鐵檢測效率大大提高。”談到後續技術改進時工程師表示,希望能夠進一步考慮坡度對固定勻速行駛的影響及提高移動掃描的精度,從而得到更加優化的掃描結果。對於穗莞深城際鐵路寶安機場段的運維檢測結果,深圳市建設工程品質檢測中心給予了充分肯定。


      測量小車現場工作照片 。

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