《隧道测量技术的发展新方向-隧道扫描技术在德国纽 伦堡 - 英戈施塔特高速铁路竣工测量中的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《隧道测量技术的发展新方向-隧道扫描技术在德国纽 伦堡 - 英戈施塔特高速铁路竣工测量中的应用（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、隧道测量技术的发展新方向 隧道测量技术的发展新方向 隧道扫描技术在德国纽伦堡隧道扫描技术在德国纽伦堡 - 英戈施塔特高速铁路竣工测量中的应用英戈施塔特高速铁路竣工测量中的应用 肖 书 安 （AMBERG 技术公司 瑞士） Abstract: 摘摘 要：要： 伴随着德国高速铁路线的建设，德国国铁对高速铁路隧道的建造和质量检测技术标准等提出了更高的要求。于2006年5月建成投入运营的纽伦堡 - 英戈施塔特高速铁路线采用GRP5000激光扫描技术作为隧道竣工质量检测验收依据。本文介绍项目背景和建立在无损检测技术基础上的GRP5000激光扫描技术在该工程中的应用，对国内高速铁路隧道的质量检测和了解隧道
2、测量技术的发展有一定意义。 Abstract: With respect to the highspeed rail construction in Germany, German Railway raises higher requirements to the construction and quality control standard to the highspeed rail tunnels. For the final acceptance and quality control of the in May 2006 completed new ICE high speed r
3、ail link between Nuremberg and Ingoldstadt, GRP5000 laser scanning technology was applied. This paper introduces the project background and the application of GRP5000 laser scanning which is based on the non-destructive inspection method. The technology presented is useful for the quality control of
4、 the high speed rail tunnel in China and helps better understanding to the development of the tunnel measuring technique. 关键词：关键词：高速铁路 隧道 扫描 竣工 测量 0前言 0前言 从上世纪70年代始，欧洲以德国和法国为代表的许多国家相继开始了高速铁路建设，以提高铁路运输方式的综合竞争力，满足社会和经济发展对交通运输（客运，货运）的需求。 德国的高速铁路建设大体经历了三个阶段： 第一阶段 汉诺威-维尔茨堡铁路新线，全长327公里，是德国建成的第一条高速铁路（客货混合运
5、输），设计车速为250公里/小时，线路最大纵坡为1.25%，于1991年建成通车。全线包括61座隧道，总长121公里，其中最长的单座隧道Landruckentunnel，长10.78公里，隧道施工采用新奥法。轨道结构型式主要为有碴，部分隧道采用整体道床结构。第二阶段 法兰克福/美茵-科隆铁路新线(客运专线)，全长177公里，设计车速为300公里/小时，线路最大纵坡为4.00%，于2002年建成通车。全线包括30座隧道，总长47公里，其中最长的单座隧道Schulwaldtunnel 长4.5公里，施工方法为新奥法。 全线采用RHEDA型无碴轨道结构。 第三阶段 纽伦堡-茵戈施塔特铁路新线（客货混
6、合运输），全长89公里，设计车速为300公里/小时，线路最大纵坡为2.00%，于2006年建成通车。全线包括9座隧道，其中两座隧道长度超过7公里，分别是Euerwang隧道（长7.7公里）和Irlahull（长7.3公里），隧道总长度为27公里。全线采用RHEDA型和博格型无碴轨道结构。 2006 中国高速铁路隧道国际技术交流会 2006 年 11 月 20 日21 日北京 - 2 -回顾德国高速铁路建设历程，可以发现，德国的高速铁路隧道在修建技术方面与其它地下工程并无本质上的差别，不同之处主要表现在高速铁路对隧道的设计、施工和质量检测等提出了更高的要求。无碴轨道结构是德国高速铁路修建技术中的
7、一个重要标志，无碴轨道是一种将钢轨通过弹性扣件紧密固定在一个以混凝土为基础的轨道基座的建筑技术。与传统的有碴轨道相比，无碴轨道具有结构简单、稳定性高、轨道养护维修量小，铺设方便和弹性好等优点。但无碴轨道的结构和部件一旦破坏，修复十分困难。因此，无碴轨道对设计和施工精度的要求较高。隧道作为铁路工程中的重要控制元素，其施工质量（控制测量精度，贯通精度等）对无碴轨道的全面应用具有重大影响。基于上述考虑，在纽伦堡-茵戈施塔特高速铁路隧道竣工质量检测方面，德国国铁采用了以GRP5000隧道激光扫描技术为基础的无损检测技术作为隧道竣工验收依据。本文重点介绍GRP5000隧道激光扫描技术在德国纽伦堡-茵戈施
8、塔特铁路工程中的应用。 1工程概述 1工程概述 全长89公里的纽伦堡-茵戈施塔特铁路新线是德国政府于1994年批准修建的第8号重点铁路工程，是柏林-莱比锡- 纽伦堡-慕尼黑铁路主干线的重要路段，土建工程于1998年开工，2005年10月进行线路综合测试，2006年5月正式交付运营，及时为2006年的观看德国世界杯足球赛的旅客运输提供了一条新的快捷运输通道。 图1 显示纽伦堡-茵戈施塔特铁路新线的平面图及? - ?隧道所在位置。 纽伦堡-茵戈施塔特铁路新线共包含下列9座隧道： ? Goggelsbuch 暗挖法施工 长2287m ? Offenbau 明挖法施工 长1333m ? Euerwan
9、g 暗挖法施工 长7700m ? Schellenberg 暗挖法施工 长650m ? Irlahull 暗挖法施工 长7260m ? Deckendorf 明挖法施工 长1925m ? Stammhamm 暗挖法施工 长1320m ? Geisberg 暗挖法施工 长3289m ? Audi 明挖法施工 长1258m 图 1:纽伦堡-茵戈施塔特铁路新线的平面图及隧道所在位置 123456789纽伦堡纽伦堡 茵戈施塔特茵戈施塔特 2006 中国高速铁路隧道国际技术交流会 2006 年 11 月 20 日21 日北京 - 3 -纽伦堡-茵戈施塔特铁路新线穿越的地层为德国岩溶较发育的石灰岩地区，多
10、座隧道在施工中都曾遭遇巨大的岩溶管道和漏斗，给隧道施工带来相当大的困难，导致工程延期和费用增加。 根据德国国铁有关标准，需要在工程竣工验收前，对隧道衬砌内表面缺陷和净空进行检测，具体包括 ? 统计和评价所有大于0.3mm的裂纹 ? 混凝土表面缺陷，包括掉块，蜂窝，施工缝不规整 ? 内部设施安装质量 ? 净空测量 上述检测资料构成隧道质量验收和缺陷责任的组成部分，为了保证检测结果的质量，德国国铁采用邀请招标的方式挑选有资质的专业公司完成上述测量任务，对所使用测量仪器的可适用性以及承担测量任务的人员资格，评价和解释结果所需要的工作步骤等都有详细的技术要求。 经过对测量仪器的技术性能（测量速度，裂纹
11、分辨率，系统操作的灵活性和可适用性以及数据的兼容性）和经济性等多种因素的综合比较和现场测试，德国国铁最终选择了以GRP5000隧道激光扫描技术为基础的无损检测技术作为隧道竣工验收依据。 2 GRP5000 隧道激光扫描技术特点 2 GRP5000 隧道激光扫描技术特点 GRP5000隧道激光扫描技术是一种集光、机、电技术为一体的，多功能的轻型隧道检查小车，该小车装备有一个可以高速旋转的激光发射器，当小车在轨道上行走时，激光器发射的激光以螺旋线的形式对隧道表面进行全断面扫描，通过分析发射和接收到激光信号（强度和相位差），可以获得隧道衬砌的内表面影像图像以及隧道衬砌表面各点距轨道中心线的距离，上述
12、测量成果构成隧道状态测量和隧道净空测量的基础资料。 图2显示GRP5000的测量原理。 2006 中国高速铁路隧道国际技术交流会 2006 年 11 月 20 日21 日北京 - 4 -表 1：GRP5000 主要技术指标 为了获取高清晰度的隧道衬砌的内表面影像图像（图像分辨率约5mm x 5mm,与5百万像素的数码相机相当），隧道检查小车的行进速度通常需要控制在 0.7km/h以内。如果仅需要进行隧道净空测量，小车的行进速度通常可以提高到2.5km/h。 GRP5000主要技术指标如下： 硬件硬件 隧道表面激光扫描装置 LEICA HDS4500 超高速相位式激光扫描仪 扫描频率 33Hz
13、扫描样本数 20,000 测点/圈 采样频率 500,000 测点/秒 隧道表面成像测量速度 0.7 公里/小时(分辨率 5mm x5mm) 隧道限界测量速度 2.5 公里/小时(分辨率 20mm x 20 mm) 测距范围 1-53m(激光载波相移测量原理) 测距精度 5-10mm(相对于 5 米半径测距) 轨距（mm） 1000,1067,1435,1520/24,1600,1668/76 轨距传感器量程 -25 mm 到+65mm(接触式位移传感器) 轨距传感器精度 0.5mm (动态) 水平传感器量程 -10到+10/225mm （相对与 1435mm 标准轨距） 水平传感器精度 1.
14、0mm(动态,相对 1435mm 标准轨距) 系统重量 59.0 公斤 专用软件专用软件 GRP SCANcontrol 控制 软件 用于控制系统操作，数据存储和断面数据的实时动态显示 GRP RAILSCAN 数据处 理和分析软件包 Windows 操作界面，包括 GRP OFFICE，GRP RAILcloud, GRP PROfit 软件包，能完成工程定义，数据准备/隧道几何尺寸矫正，数据 分析（影像成果显示和输出，限界测量成果显示和输出等）,适合于隧 道竣工验收测量;隧道状态和限界检查，隧道改建和整治设计等 功能扩展和系统兼容功能扩展和系统兼容 无碴轨道施工测量;轨道 竣工测量 GRP
15、5000 采用多功能、模块化设计理念，根据用户后期需求可以通过 加装其它功能模块进行功能扩展，比如，通过加装其它配件和相应的软 件模块，可以完成无碴轨道铺轨(放样)测量;轨道几何尺寸竣工测量等方 面的工作 隧道衬砌状态统计分析 和评级 GRP5000 与隧道绘图(TunnelMap)技术兼容，可以通过隧道绘图技术 实现对隧道衬砌状态统计分析和评级以及隧道维护的信息化管理 2006 中国高速铁路隧道国际技术交流会 2006 年 11 月 20 日21 日北京 - 5 -3 GRP5000 在德国纽伦堡-茵戈施塔特高速铁路隧道竣工测量中的应用 3 GRP5000 在德国纽伦堡-茵戈施塔特高速铁路隧
16、道竣工测量中的应用 GRP5000 测量时间被安排在纽伦堡-茵戈施塔特高速铁路交付运营前的综合测试期内（2005 年6 月），完成全部 27 公里的隧道内表面状态和净空测量共用时 50 小时，采集的数据流量达 1 Terabyte (相当于 1430 个 CD 光盘或 250 个 DVD 光盘的容量)。随后的数据处理和评估报告用时约 4周。评估报告构成隧道质量验收和缺陷责任的依据。 图3显示GRP5000在纽伦堡-茵戈施塔特高速铁路隧道中的测量情况。 。 通过对隧道衬砌扫描影像分析，可以评价隧道衬砌的各种现象（裂纹，变形，侵限，衬砌开裂，施工缝不规整，以及隧道内设施等）的分布，作为隧道质量鉴定评级的依据（优良率，合格率）和隧道维护管理的数据信息平台。 图 3.GRP5000 在纽伦堡-茵戈施塔特高速铁路隧道中的测量 图4.显示高清晰度的隧道衬砌扫描影像展开图（Schellenberg隧道，洞口段） 2006 中国高速铁路隧道国际技术交流会 2006 年 11 月 20 日21 日北京 - 6 -图5显示根据隧道影像扫描结
