沉管法隧道管段三維姿態(tài)實時監(jiān)測探析

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1、沉管法隧道管段三維姿態(tài)實時監(jiān)測探析　　【摘要】沉管管段三維姿態(tài)實時監(jiān)測作為一項新的沉管輔助技術(shù)，提高了沉管管段的在浮運(yùn)、沉放期間的安全性、準(zhǔn)確性。為工程指揮人員提供了高效、直觀的決策依據(jù)。本文結(jié)合工程實例，就沉管管段三維姿態(tài)實時監(jiān)測的積極意義及具體應(yīng)用進(jìn)行了介紹、探討?！娟P(guān)鍵詞】沉管法隧道；三維姿態(tài)；實時監(jiān)測1、引言1894年，世界上第一條沉管法隧道——美國波士頓的雪莉排水管隧洞成功完成施工，至今，世界上已經(jīng)修建了一百多座沉管隧道，沉管法隧道也有百年多的歷史了。沉管法作為一種先進(jìn)的隧道施工方法發(fā)展至今，已有了其成熟的施

2、工工藝。近年來，沉管法隧道在珠三角地區(qū)更是有了廣泛的應(yīng)用和長足的發(fā)展。隨著科技的飛速發(fā)展，沉管法隧道技術(shù)也是與時俱進(jìn)，管段三維姿態(tài)實時監(jiān)測也是近年來新興的一項沉管法輔助技術(shù)，作為管段拖運(yùn)及沉放安裝過程中重要的輔助措施，其實施的好壞也直接關(guān)系到整個過程的安全。本文以廣州市洲頭咀隧道為例，介紹沉管法隧道管段三維姿態(tài)監(jiān)測的意義、主要內(nèi)容及方法。2、工程簡介6廣州市洲頭咀隧道工程是連接海珠區(qū)與荔灣區(qū)芳村之間的一條重要通道。隧道全長3253.034m，其中江中沉管段起點里程K1+426.000，終點里程K1+766.000，全長

3、共340m。沉管分四節(jié)管段，管段采用軸線干塢法進(jìn)行預(yù)制，干塢設(shè)于西端岸上段靠河側(cè)，呈縱向長條形布置。管段安裝采用水力壓接法，最終接頭采用水下接頭，管段間采用柔性接頭，接頭間采用鋼索連接。3、沉管管段實時監(jiān)測的意義沉管管段一般采用干塢作為預(yù)制場地，預(yù)制完成后引水入塢，將管段浮起，然后通過牽引，將管段浮運(yùn)至指定位置。沉管管段的體積、質(zhì)量都非常巨大（如洲頭咀E1沉管重量約為25500噸），需要事先設(shè)計并開挖好沉管浮運(yùn)航道，整個浮運(yùn)過程必須進(jìn)行監(jiān)控，確保管段按照既定航道運(yùn)動，保證管段的安全。3.1傳統(tǒng)監(jiān)測方法基本原理傳統(tǒng)監(jiān)測主

4、要采用全站儀進(jìn)行，在管段軸線上設(shè)置兩個測量塔，以此測定管段的軸線。然后與設(shè)定的航道軸線或基槽軸線進(jìn)行對比，達(dá)到監(jiān)測目的。傳統(tǒng)監(jiān)測一般只能監(jiān)測管段平面的偏移情況，監(jiān)測數(shù)據(jù)是間斷、非連續(xù)的。3.2實時監(jiān)測方法基本原理6實時監(jiān)測采用全自動儀器系統(tǒng)，包括GPS系統(tǒng)（測定管段平面參數(shù)），數(shù)字型傾角傳感器（測量管段傾斜角度），壓力傳感器（采集管段干舷高度數(shù)據(jù)），最后運(yùn)用計算機(jī)輔助技術(shù)將各項數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，完成空間建模，實時地監(jiān)測管段的位置、姿態(tài)。3.3實時監(jiān)測的意義傳統(tǒng)監(jiān)測方法其實質(zhì)是一種靜態(tài)測量，由于管段的體積非常龐大，移動非

5、常緩慢，整個過程軌跡被簡化為一個個間斷點，代表性不好。例如，在某一時刻，測量人員對測量塔進(jìn)行了觀測，根據(jù)數(shù)據(jù)計算得出觀測時刻的管段軸線位置，然后與設(shè)定軸線進(jìn)行對比，得出偏差數(shù)據(jù)，最后報告給指揮人員進(jìn)行控制。指揮人員得到數(shù)據(jù)的時刻，管段早已經(jīng)移到新的位置，指揮人員的決策數(shù)據(jù)總是滯后數(shù)據(jù)，無法有效的預(yù)測管段的移動趨勢，做出及時有效的預(yù)防措施。如果管段浮運(yùn)航道存在曲線，管段需要進(jìn)行轉(zhuǎn)彎或者掉頭，那傳統(tǒng)的監(jiān)測方法很難保證及時有效的提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。6實時監(jiān)測方法通過全自動儀器密集采集數(shù)據(jù)，能更加真實的描述管段的運(yùn)動狀態(tài)。采集的數(shù)據(jù)

6、經(jīng)過計算機(jī)處理，可以形成三維管段模型，再將管段浮運(yùn)航道掃測得出的水下地形的三維模型圖疊加入系統(tǒng)（必須為統(tǒng)一坐標(biāo)系），這樣就可以非常直觀的監(jiān)測到管段在浮運(yùn)航道內(nèi)的實時姿態(tài)情況。指揮人員可以非常直觀的通過數(shù)據(jù)模型預(yù)測管段的運(yùn)動趨勢，同時系統(tǒng)也可以設(shè)置各項預(yù)警值（例如浮運(yùn)航道的邊緣、浮運(yùn)航道的淺點位置），幫助指揮人員做出決策。管段在水中浮運(yùn)，流速、涌浪對管段的影響都非常大，相比傳統(tǒng)方法只能監(jiān)測平面位置的情況，實時監(jiān)測能夠全面的反映管段的三維姿態(tài)，便于對管段的安全狀態(tài)做出全方位的評估。特別是浮運(yùn)航道情況復(fù)雜（非直線航道）或者管

7、段需要長距離的浮運(yùn)，那么實時監(jiān)測系統(tǒng)更能體現(xiàn)出它的優(yōu)越性。這正是實時監(jiān)測的意義所在。4、實時監(jiān)測系統(tǒng)在施工中的實現(xiàn)下面以洲頭咀隧道E1管段浮運(yùn)過程闡釋一下實時監(jiān)測系統(tǒng)在工程中的具體應(yīng)用。4.1工序指標(biāo)簡述E1管段為異型管段，長85m，頭部（放射端）寬39.36m，尾部寬31.40m，高9.68m。在干塢內(nèi)起浮后，拉移至安裝準(zhǔn)備位置，浮運(yùn)航道基本為直線，航道寬度50m，浮運(yùn)距離356m。在浮運(yùn)期間，對沉管構(gòu)件平面移動軌跡安全監(jiān)測，沉管干舷高度安全監(jiān)測、沉管構(gòu)件自身姿態(tài)安全監(jiān)測，目的是檢查沉管構(gòu)件的平面運(yùn)動狀態(tài)、干舷高度是

8、否符合精度要求。4.2監(jiān)測儀器的選用1）多功能測量型GPS接收機(jī)系統(tǒng)由一套雙頻RTK基準(zhǔn)站和一套雙頻RTK流動站和一套靜態(tài)機(jī)組成，靜態(tài)機(jī)精度±（5mm+1ppm），RTK水平精度±（1cm+1.5ppm），垂直精度±（3cm+1.5ppm）。2）雙軸數(shù)字型傾角傳感器6數(shù)字型傾角傳感器分辨率達(dá)0.001°。內(nèi)置高精度16bitA/D