盾构隧道预制轨道板落板的复核方法
阅读说明：本技术 盾构隧道预制轨道板落板的复核方法 (Method for rechecking falling plate of shield tunnel prefabricated track plate ) 是由 刘文武 史海欧 罗信伟 贺利工 吴嘉 王仲林 袁江 刘堂辉 李平 潘鹏 尹华拓 于 2021-09-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及地铁施工技术领域,公开了一种盾构隧道预制轨道板落板的复核方法,包括以下步骤：对隧道内壁进行三维测量扫描；生成隧道内壁的三维图形,以此得到隧道内壁的各点位坐标；输入任意一处两根钢轨的顶轨连线中点O点的坐标和顶轨连线至预制轨道板的板底的垂向距离h1,计算得到预制轨道板的板底中心C点坐标；通过三维扫描的结果查询得到预制轨道板的板底所在的平面与隧道内壁的左交点A1和右交点A2；对比预制轨道板的板底宽度L与A1C、A2C连线的长度,判断预制轨道板可否正常吊装落板；可以快速高效地复核既有隧道的各个位置是否具备铺设预制轨道板的条件,工艺简单,增加了施工效率,便于铺轨时的物资备料。(The invention relates to the technical field of subway construction, and discloses a rechecking method for a shield tunnel prefabricated track slab falling plate, which comprises the following steps of: carrying out three-dimensional measurement scanning on the inner wall of the tunnel; generating a three-dimensional graph of the inner wall of the tunnel so as to obtain coordinates of each point of the inner wall of the tunnel; inputting the coordinate of the point O in the top rail connecting line of any two steel rails and the vertical distance h1 from the top rail connecting line to the bottom of the prefabricated rail plate, and calculating to obtain the coordinate of the point C in the bottom of the prefabricated rail plate; inquiring and obtaining a left intersection point A1 and a right intersection point A2 of the plane where the plate bottom of the prefabricated track plate is located and the inner wall of the tunnel through the three-dimensional scanning result; comparing the slab bottom width L of the prefabricated track slab with the length of a connecting line A1C and A2C, and judging whether the prefabricated track slab can be normally hoisted to be a slab; the method can quickly and efficiently recheck the condition whether each position of the existing tunnel has the condition of laying the prefabricated track plate, has simple process, increases the construction efficiency and is convenient for material preparation during track laying.)
技术领域
本发明涉及地铁施工技术领域，特别是涉及一种盾构隧道预制轨道板落板的复核方法。
背景技术
目前，轨道是地铁或者高速铁路重要的组成部分，其直接承受列车荷载，并将其传递给线下基础。随着我国装备工艺能力的提升，同时考虑到装配式施工工艺具有施工效率高、精度高、现场作业环境友好等优点，装配式预制轨道目前已在高速铁路、各城市地铁大规模推广应用。
高速铁路、地铁的敷设方式包括高架、地面及地下三种。当其经由城市中心区域时，受用地条件限制，一般采用地下的敷设方式。地下线圆形隧道内径R一般为2.7m～3m，限界较紧张，施工时，受不利地质条件、施工操作人员技术水平高低的影响，盾构隧道的掘进路线与设计规划路线往往存在一定程度的横向或竖向偏差。预制轨道板吊装落板就位时，须以线路平面为基准进行定位，因路线平面位置无法调整，当盾构施工偏差过大时，将会导致装配式预制轨道的轨道板与隧道管片位置冲突而无法正常吊装落板。另外，施工时，受管片拼装施工误差、周边地质条件的影响，盾构隧道往往会发生一定的椭变，即隧道横断面不为圆形，而是椭圆形。如现场盾构隧道形态为上下尖、左右窄的椭圆形，预制轨道板板底处的横向净空会变小，也会影响预制轨道板的正常落板。
行业内目前暂无可靠、高效的盾构隧道预制轨道板落板复核方法。对于隧道掘进偏差较大或者盾构隧道椭变度较大的地段，从保守的角度出发，一般直接将装配式预制轨道调整为现浇轨道来规避这个问题。由于无法精确判断预制轨道板是否可以落板，大量装配式预制轨道直接调整为了现浇轨道，导致预制与现浇道床施工工艺频繁转换，降低了施工效率，给铺轨时物资备料也带来了极大的不便。
发明内容
本发明的目的是：提供一种盾构隧道预制轨道板落板的复核方法，其对隧道内壁进行三维测量扫描后，无须借助其它工具，可以快速高效地复核既有隧道的各个位置是否具备铺设预制轨道板的条件，工艺简单，增加了施工效率，便于铺轨时的物资备料。
为了实现上述目的，本发明提供了一种盾构隧道预制轨道板落板的复核方法，包括以下步骤：
对隧道内壁进行三维测量扫描；
生成所述隧道内壁的三维图形，以此得到所述隧道内壁的各点位坐标；
输入任意一处两根钢轨的顶轨连线中点O点的坐标和所述顶轨连线至预制轨道板的板底的垂向距离h1，计算得到所述预制轨道板的板底中心C点坐标；
通过所述三维测量扫描的结果查询得到所述预制轨道板的板底所在的平面与所述隧道内壁的左交点A1和右交点A2；
对比所述预制轨道板的板底宽度L与A1C、A2C连线的长度，判断预制轨道板可否正常吊装落板。
本发明实施例一种盾构隧道预制轨道板落板的复核方法与现有技术相比，其有益效果在于：通过对隧道内壁进行三维测量扫描确定隧道内壁各点的位置以及坐标，得到预制轨道板板底所在平面和隧道内壁的交点的坐标，还得到预制轨道板板底中心的坐标，通过计算得到交点和中心点的连线的长度，对比其与预制轨道板的板底宽度便可得知当前位置是否具有足够的宽度用于预制轨道板的落板；这一方法用于隧道竣工，铺轨未开始的阶段，即可快速对隧道内壁进行三维测量扫描后，无须借助其它工具，可以快速高效地复核既有隧道的各个位置是否具备铺设预制轨道板的条件，快速精准判断任意里程处预制轨道板是否可以正常在隧道内壁吊装落板，且工艺简单，增加了施工效率，便于铺轨时的物资备料。
本发明实施例的盾构隧道预制轨道板落板的复核方法，在所述隧道内壁的曲线段，计算得到所述预制轨道板的板底中心C点坐标时，包括：通过外钢轨顶高出内钢轨顶的数值h，得到所述钢轨顶轨连线与水平线间的夹角a，再通过角度a得到所述C点坐标。
本发明实施例的盾构隧道预制轨道板落板的复核方法，所述O点坐标为(x0，y0)，两根所述钢轨的顶轨连线长度为L1，所述a的角度为arcsin(h/L1)，所述C点的坐标为(x0±h1sina，y0－h1cosa)。
本发明实施例的盾构隧道预制轨道板落板的复核方法，将所述C点坐标和夹角a的数据输入所述三维图形中，得到所述左交点A1的坐标(x1，y1)和所述右交点A2的坐标(x2，y2)。
本发明实施例的盾构隧道预制轨道板落板的复核方法，对比所述预制轨道板的板底宽度L与A1C、A2C连线的长度包括：计算A1C和A2C的长度，其中A1C的长度为
A2C的长度为
本发明实施例的盾构隧道预制轨道板落板的复核方法，两根所述钢轨的顶轨连线长度L1为1500mm。
本发明实施例的盾构隧道预制轨道板落板的复核方法，对比所述预制轨道板的板底宽度L与A1C、A2C连线的长度的步骤，包括：判断A1C与L/2大小以及判断A2C与L/2的大小。
本发明实施例的盾构隧道预制轨道板落板的复核方法，所述预制轨道板和所述隧道内壁间需留有施工富余量L2，判断所述预制轨道板可正常吊装落板需要满足A1C≥L/2+L2且A2C≥L/2+L2。
本发明实施例的盾构隧道预制轨道板落板的复核方法，所述施工富余量L2为45mm－55mm。
本发明实施例的盾构隧道预制轨道板落板的复核方法，在对所述隧道的内壁进行三维测量扫描前，还包括以下步骤：所述隧道内壁施工完毕后，对所述隧道内壁进行杂物和积水的清理。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明实施例的盾构隧道预制轨道板落板的复核方法中隧道内壁的结构示意图；
图2是本发明实施例的盾构隧道预制轨道板落板的复核方法的流程框图。
图中，1、隧道内壁；2、预制轨道板；3、钢轨。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明实优选实施例的一种盾构隧道预制轨道板2落板的复核方法，包括以下步骤：
S1：对隧道内壁1进行三维测量扫描；
在本发明的一些实施例中，步骤S1之前，还包括以下步骤：收集线路平面及纵断面资料。
在本发明的一些实施例中，在步骤S1之前，还包括以下步骤：隧道内壁1施工完毕后，对隧道内壁1进行杂物和积水的清理，防止隧道内的杂物和积水对三维测量扫描结果造成影响。
在本发明的一些实施例中，在S1中采用隧道内壁1三维测量扫描工艺，设计线路中心线的坐标为基准，通过三维扫描仪在隧道中行进，完成三维坐标的收集和定位。
S2：生成隧道内壁1的三维图形，以此得到隧道内壁1的各点位坐标；扫描完成后，根据生成的隧道内壁1的几何图形以及各点的定位，可以快速查询任意里程处对应隧道内壁1任意一点处的坐标。
S3：输入任意一处两根钢轨3的顶轨连线中点O点的坐标和顶轨连线至预制轨道板2的板底的垂向距离h1，计算得到预制轨道板2的板底中心C点坐标；
在本发明的一些实施例中，在隧道内壁1为直线段时，C点位于O点的正下方，O点坐标为(x0，y0)，此时C点的坐标为(x0，y0－h1)。
如图1和图2所示，在本发明的一些实施例中，在隧道内壁1的曲线段中，为克服地铁离心力的影响，两侧铁轨预设高度不一致，此时计算得到预制轨道板2的板底中心C点坐标时，则需要通过外钢轨顶高出内钢轨顶的数值h，得到钢轨3顶轨连线与水平线间的夹角a，再通过角度a得到C点坐标。这一方式用于曲线段轨道内壁的计算，通过角度转换得到C点的坐标，结果较为精确。
如图1和图2所示，在本发明的一些实施例中，O点坐标为(x0，y0)，两根钢轨3的顶轨连线长度为L1，L1和h之间形成的夹角为a，因此a＝arcsin(h/L1)，C点与O点的距离在x方向上为h1sina，C点与O点的距离在y方向上为h1a，因此算的C点的坐标为(x0±h1sina，y0－h1cosa)，根据算得的C点坐标可。
在本发明的一些实施例中，两根钢轨3的顶轨连线长度L1为1500mm，因此a的角度为arcsin(h/1500)。
S4：通过三维测量扫描的结果查询得到预制轨道板2的板底所在的平面与隧道内壁1的左交点A1和右交点A2，由于之前对轨道内壁进行过三维扫描，可以快速得到截取的O点所在的截面的信息，再通过已知的信息查询左交点A1和A2的坐标，用于下一步的计算和比对，这一方式较为方便快捷，数据准确，有利于提高复核效率；
如图1和图2所示，在本发明的一些实施例中，在确定预制轨道板2的板底中心C点的坐标和预制轨道板2的板底与水平面的夹角a的角度后，结合扫描测量完成后自动生成的隧道内壁1几何图形，可以快速读取轨道板板底所在的平面与隧道内壁1交点A1、A2的坐标；具体地，将C点坐标和夹角a的数据输入三维图形中，得到左交点A1的坐标(x1，y1)和右交点A2的坐标(x2，y2)。
S5：对比预制轨道板2的板底宽度L与A1C、A2C连线的长度，判断预制轨道板2可否正常吊装落板。
在本发明的一些实施例中，S5中先计算A1C和A2C连线的长度，通过A1C、A2C分别和L/2的对比大小，L/2代表预制板底板一半的长度，A1C代表预制轨道板2的板底中心距离隧道内壁1的距离，当预制轨道板2的板底中心两侧距离隧道内壁1的距离均大于一半预制板底板的长度时，即A1C大于等于L/2以及A2C大于等于L/2时，即可判定具有足够的空间进行预制轨道板2的落板。
如图1和图2所示，在本发明的一些实施例中，在隧道内壁1为直线段时，C点位于O点的正下方，其与两侧的交点位于同一水平面上，此时其一侧距离隧道内壁1的距离A1C＝(x0－x1)，其另一侧距离隧道内壁1的距离A2C＝(x2－x0)。
如图1和图2所示，在本发明的一些实施例中，在隧道内壁1为曲线段时，对比预制轨道板2的板底宽度L与A1C、A2C连线的长度包括计算A1C和A2C的长度，此时C点的坐标为(x0±h1sina，y0－h1cosa)，以此计算得到A1C的长度为
A2C的长度为
如图1和图2所示，在本发明的一些实施例中，从工程实际角度出发，预制轨道板2和隧道内壁1间需留有施工富余量L2，用于给落板过程留下足够的空间。进一步的，判断预制轨道板2可正常吊装落板需要满足A1C≥L/2+L2且A2地≥L/2+L2。
在本发明的一些实施例中，施工富余量L2为45mm－55mm。优选地，施工富余量L2为50mm。
本发明的流程为：通过对隧道内壁1进行三维测量扫描确定隧道内壁1各点的位置以及坐标，得到预制轨道板2板底所在平面和隧道内壁1的交点的坐标，还得到预制轨道板2板底中心的坐标，通过计算得到交点和中心点的连线的长度，对比其与预制轨道板2的板底宽度便可得知当前位置是否具有足够的宽度用于预制轨道板2的落板。
综上，本发明实施例提供一种盾构隧道预制轨道板2落板的复核方法，其用于隧道竣工，铺轨未开始的阶段，对隧道内壁1进行三维测量扫描后，无须借助其它工具，可以快速高效地复核既有隧道的各个位置是否具备铺设预制轨道板2的条件，工艺简单，增加了施工效率，便于铺轨时的物资备料。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。