ZJ1HBGF-27-2018-智慧土方开挖施工工法.docx

PAGE PAGE 1 智慧土方开挖施工工法 工法编号： 编制单位：深圳北理莫斯科大学项目 主要执笔人：苏黎、胡旭华、蔡亮、申超、王超 1 前言 目前，在土方开挖工程中，尤其是开挖地形复杂、精度要求较高或是水下盲挖工程中，由于缺少精确定位及控制的方法和手段，开挖施工主要依赖于机手的操作经验，另需要配备专门的测量人员进行反复测量确认，施工质量极其不稳定。在这种状况下，一些高程、坡度精度要求高、地势状况复杂的土方开挖项目，需要耗费大量的人力、机械以及工期完成，综合效率低下。因此，如何安全有效地解决复杂地形、水下盲挖等恶劣环境下的土方开挖施工作业意义深远。本篇结合北理莫斯科大学项目人工湖项目土方智慧开挖的成功施工，总结形成此工法，为后续类似工程提供参考。 2 工法特点 2.0.1 本工法有效解决了地形复杂、水下盲挖等恶劣环境下的土方开挖施工作业精度差、效率低的难题，为土方工程智能化开挖提供了一种行之有效的思路和方法。 2.0.2 相较于传统的以测量放线，人工反复复核等方式所开展的土方开挖方法，本工法无需测量放线及人工复核，以图形、数值、不同高程LED显示和声音信号等多种方式综合指示实际铲斗与目标工作面的相对位置，智能引导操作手直接在工作面进行开挖施工，直观可视，提高定位、高程、坡度的精度。 2.0.3 相较于传统的土方开挖方法，本工法无需等待测量人员打桩放样、检查复核等作业，减少人机混合的作业时间，消除安全隐患，不仅提高机械工作效率，更缩短了工程工期。 2.0.4 传统的土方开挖方法受限于夜间施工以及视力不及的盲区（例如水下），而本工法在此类环境中也能进行正常施工，适用于此类特殊工程，同时，也减少了施工等待时间，缩短施工工期。 3 适用范围 本工法适用于地形复杂、施工精度较高的土方开挖工程，可用于河道清淤等水下盲挖工程，一般工程土方开挖也适用。 4 工艺原理 根据设计图纸建立三维模型后导入安装在挖机上的智慧开挖系统，同时在现场的开阔地段设置基站，以现场设置的基准点为参照标准，精准定位挖掘机铲斗所处位置，并将该位置所需的挖填值显示在控制箱的显示屏上，操作手可根据显示屏上的控制数值进行施工作业。 智慧开挖系统运行时，互联工地基准站实时向挖掘机上的接收机发送差分信号，安装在挖掘机上的GNSS接收机和无线电接收器，接收卫星信号和基站发送的差分信号进行实时厘米级定位；经过读取安装在挖掘机上的各种坡度传感器，解算校准过的主要枢轴尺寸，获得铲斗实时、精确的三维位置信息。系统通过比较数字化三维设计基准模型与当前铲斗所处位置信息，以机器模拟图形、数值和声音信号等多种方式指示实际铲斗与目标工作面的相对位置，引导操作手精确施工。 5 施工工艺流程及操作要点 5.1 施工工艺流程 施工操作流程如下： 建立模型→建立基准站→智慧开挖系统安装调试→导入三维设计基准模型→操作手培训→施工作业→跟踪复查。 5.2 操作要点 5.2.1 建立模型 根据设计图纸，使用TBC（Business Center - HCE Powered by Trimble）模型软件建立三维设计基准模型。在建模前应确保设计图使用的坐标系及高程，与施工现场的平面控制轴网所使用的坐标系及高程一致，否则需换算后再建模，确保模型与施工现场的平面控制轴网吻合且定位准确。设计图纸应根据工程要求进行深化，细化坐标点以满足工程质量要求，例如：对于多级坡而言，需将每级坡与平台之间折点或角点计算出来用于建模，保证模型的精确。 图5.2.1-1 三维设计基准模型 5.2.2 建立基准站 在建立互联工地基准站之前应对现场进行勘察，结合已知控制点位置综合考虑互联工地基准站的设立位置。基准建立的原则如下： ①选择设立在开阔区域，互联工地基准站设立好后信号应能覆盖整个施工区域； ②基准站信号覆盖半径可达20km，可根据施工区域大小设置基准站数量。以北理莫斯科大学建设工程施工总承包I标段人工湖为例，开挖面积约1.4万m2，长度方向长约290m，共设置基准站1个。 ③基准站内的坐标及标高数据通过施工现场的平面控制轴网获得，必须与模型中的坐标及标高形成对应，确保施工时对挖机实时定位的准确。 ④基准站浇筑成400X400X400的正方体，其内预埋强制对中器（如图5.2.2-1），待混凝土达到强度后通过施工现场的平面控制轴网测量出强制对中器中心点的坐标和高程，然后再安装基准站的其余部件，并将强制对中器中心点的坐标和高程输入基准站。基准站的地基应坚实稳定，保证施工定位的精确。 ⑤互联工地基准站四周设置防护并贴上相应标识，避免施工过程中遭到破坏，影响施工的精确。 图5.2.2-1 互联基准站 5.2.3 智慧开挖系统安装调试 将系统各个部件通过焊接的方式安装到挖机的相应部位，挖机应使用较新的挖机，保证挖机各主要