本發(fā)明涉及一種整跨橋梁施工。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種整跨橋梁吊裝施工方法。

背景技術(shù)：

1、在橋梁工程建設(shè)領(lǐng)域，傳統(tǒng)橋梁施工方法存在諸多局限性。以往常見(jiàn)的施工方式如現(xiàn)澆法，施工周期長(zhǎng)，需在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行大量的模板搭建、鋼筋綁扎與混凝土澆筑工作，受天氣等外界因素影響大，且現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)多，易出現(xiàn)混凝土澆筑質(zhì)量不均等問(wèn)題。分節(jié)段施工法雖在一定程度上優(yōu)化了施工流程，但節(jié)段拼接過(guò)程復(fù)雜，拼接處的質(zhì)量把控難度高，容易產(chǎn)生拼接縫隙、錯(cuò)臺(tái)等缺陷，影響橋梁整體的結(jié)構(gòu)性能與外觀。

2、隨著城市化進(jìn)程的加快以及交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求的增長(zhǎng)，對(duì)橋梁施工效率、質(zhì)量和環(huán)保性提出了更高要求。在此背景下，整跨橋梁吊裝施工方法應(yīng)運(yùn)而生。它通過(guò)在工廠或預(yù)制場(chǎng)預(yù)先制作整跨橋梁構(gòu)件，再利用起重設(shè)備將其整體吊運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。這種方法極大地縮短了現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間，減少了現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)量，降低了天氣等自然因素對(duì)施工的干擾，同時(shí)能更好地保證橋梁構(gòu)件的制作質(zhì)量，提升了橋梁的整體性能與穩(wěn)定性。

3、在整跨橋梁吊裝施工領(lǐng)域，存在諸多亟待解決的問(wèn)題，嚴(yán)重影響施工的安全性、精確性與效率。例如，吊車(chē)的站位選擇和作業(yè)參數(shù)設(shè)定往往具有盲目性，這可能導(dǎo)致地基因無(wú)法承受吊車(chē)及橋梁構(gòu)件的荷載而發(fā)生沉降、塌陷等問(wèn)題；起吊作業(yè)時(shí)，橋梁構(gòu)件的定位與姿態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)落后。以往多采用人工觀測(cè)結(jié)合簡(jiǎn)單測(cè)量工具的方式，這不僅耗費(fèi)大量人力，且精度極低。施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，存在建筑物、樹(shù)木、其他施工設(shè)備以及施工人員等眾多障礙物，主要依靠施工人員的經(jīng)驗(yàn)和肉眼觀察來(lái)判斷是否存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)。因此，迫切需要一種全新的施工方法來(lái)克服這些問(wèn)題，以提升橋梁吊裝施工的質(zhì)量、安全與效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種整跨橋梁吊裝施工方法，其能夠?qū)崟r(shí)精確監(jiān)測(cè)橋梁構(gòu)件的位置與姿態(tài)，并根據(jù)偏差及時(shí)精準(zhǔn)調(diào)控吊車(chē)動(dòng)作，且能夠?qū)崿F(xiàn)碰撞預(yù)警與避讓?zhuān)岣吡耸┕ぞ群桶踩浴?/p>

2、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種整跨橋梁吊裝施工方法，包括：

3、s1、將預(yù)制橋梁構(gòu)件運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)；

4、s2、施工準(zhǔn)備階段，構(gòu)建施工現(xiàn)場(chǎng)的地基監(jiān)測(cè)力學(xué)模型，以能夠動(dòng)態(tài)模擬地基在吊車(chē)不同站位和作業(yè)參數(shù)下的應(yīng)力應(yīng)變分布，從而確定吊車(chē)的最佳站位與作業(yè)參數(shù)；

5、s3、起吊前，安裝激光定位系統(tǒng)，具體為：在所述橋梁構(gòu)件的四個(gè)頂角位置安裝激光發(fā)射裝置，在所述吊車(chē)的吊臂前端安裝激光接收裝置，在橋墩預(yù)定安裝位置周邊布置多個(gè)激光反射靶標(biāo)；

6、s4、使用所述吊車(chē)將所述橋梁構(gòu)件吊起，在起吊和平移過(guò)程中，所述激光定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述橋梁構(gòu)件與所述吊臂空間位置和姿態(tài)信息，通過(guò)三角測(cè)量方法計(jì)算所述橋梁構(gòu)件三維空間坐標(biāo)及偏航、俯仰和翻滾角度，并將計(jì)算的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至控制中心，其中，在所述控制中心預(yù)設(shè)有起吊路徑和就位精度要求；

7、s5、所述控制中心根據(jù)預(yù)設(shè)的起吊路徑和就位精度要求，實(shí)時(shí)對(duì)比實(shí)際與目標(biāo)位置偏差，當(dāng)偏差超出閾值范圍時(shí)，通過(guò)can總線向所述吊車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)發(fā)送控制指令，調(diào)整所述吊車(chē)的起升速度、回轉(zhuǎn)角度以及變幅動(dòng)作。

8、優(yōu)選的是，還包括碰撞預(yù)警與避讓步驟：a、在施工現(xiàn)場(chǎng)周邊設(shè)置有多個(gè)3d激光雷達(dá)，所述3d激光雷達(dá)實(shí)時(shí)將監(jiān)測(cè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)傳輸至所述控制中心；b、所述控制中心實(shí)時(shí)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)周?chē)h(huán)境進(jìn)行三維建模，并通過(guò)點(diǎn)云聚類(lèi)算法，識(shí)別出障礙物、其它施工設(shè)備以及人員的位置信息；c、基于時(shí)間碰撞預(yù)測(cè)算法計(jì)算橋梁構(gòu)件起吊路徑與障礙物的最小距離，當(dāng)預(yù)測(cè)3秒內(nèi)最小距離低于2米時(shí)，通過(guò)can總線向所述吊車(chē)的液壓控制系統(tǒng)發(fā)送路徑修正指令，同時(shí)觸發(fā)安裝于吊車(chē)駕駛艙頂部的聲光報(bào)警器，其中，所述路徑修正指令包含吊臂回轉(zhuǎn)角度調(diào)整量及變幅行程修正值，由吊車(chē)電液比例閥執(zhí)行調(diào)整。

9、優(yōu)選的是，所述s2中構(gòu)建地基監(jiān)測(cè)力學(xué)模型的具體步驟包括：

10、s201、通過(guò)地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)土樣試驗(yàn)，確定地基土體的物理力學(xué)參數(shù)，包括彈性模量、泊松比、粘聚力和內(nèi)摩擦角；

11、s202、基于吊車(chē)支腿的接觸面積與荷載分布，以及獲取的地基土體的物理力學(xué)參數(shù)，建立有限元分析模型，模擬所述吊車(chē)在不同站位、起吊重量及傾角下的地基應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)；

12、s203、引入實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)修正模型，包括：

13、在吊車(chē)支腿下方埋設(shè)土壓力傳感器，實(shí)時(shí)反饋地基接觸壓力；

14、采用傾角傳感器監(jiān)測(cè)所述吊車(chē)支腿沉降差異；

15、s204、通過(guò)迭代計(jì)算，動(dòng)態(tài)優(yōu)化所述吊車(chē)站位坐標(biāo)、支腿墊板尺寸及最大允許起吊載荷，確保地基局部應(yīng)力不超過(guò)土體承載力特征值的80%。

16、優(yōu)選的是，所述s3中，所述橋梁構(gòu)件的四個(gè)頂角位置安裝激光發(fā)射裝置，具體為：

17、在預(yù)制廠制作橋梁構(gòu)件時(shí)，在橋梁構(gòu)件的四個(gè)角位置預(yù)埋4個(gè)不銹鋼基座，在所述不銹鋼基座上預(yù)留有螺栓孔；

18、通過(guò)螺栓將激光發(fā)射裝置固定在不銹鋼基座上，其中，在四個(gè)頂角的不銹鋼基座內(nèi)預(yù)埋有mems加速度傳感器；

19、若橋梁構(gòu)件為直線段構(gòu)件，則每個(gè)激光發(fā)射裝置的光軸平行于所述橋梁構(gòu)件的理論邊緣，若橋梁構(gòu)件為弧形段構(gòu)件，則每個(gè)激光發(fā)射裝置的光軸平行于所述橋梁構(gòu)件的當(dāng)前安裝點(diǎn)的切線方向。

20、優(yōu)選的是，所述s4中，所述激光定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和位姿解算的具體過(guò)程為：

21、在吊臂前端布置6個(gè)四象限光電探測(cè)器，呈y型陣列，實(shí)時(shí)捕獲所述橋梁構(gòu)件的四個(gè)頂角激光發(fā)射裝置的光斑位置坐標(biāo)；

22、所述激光定位系統(tǒng)通過(guò)spi接口同步讀取mems加速度傳感器的角速度數(shù)據(jù)；

23、以橋墩預(yù)定安裝位置為基準(zhǔn)，通過(guò)全站儀標(biāo)定至少三個(gè)激光反射靶標(biāo)的絕對(duì)坐標(biāo)，建立全局坐標(biāo)系；

24、基于橋梁構(gòu)件cad模型，預(yù)存四個(gè)激光發(fā)射裝置在橋梁構(gòu)件局部坐標(biāo)系中的安裝位置坐標(biāo)；

25、通過(guò)pnp算法，將激光接收裝置采集的二維光斑坐標(biāo)與激光發(fā)射裝置的安裝位置坐標(biāo)進(jìn)行匹配，求解橋梁構(gòu)件從局部坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的剛體變換矩陣；

26、從剛體變換矩陣中提取出橋梁構(gòu)件的三維坐標(biāo)以及歐拉角；

27、采用擴(kuò)展卡爾曼濾波融合激光測(cè)量值與mems角速度數(shù)據(jù)，輸出最終位姿信息。

28、優(yōu)選的是，所述s5中，所述激光定位系統(tǒng)以100hz頻率將橋梁構(gòu)件的實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)及姿態(tài)角傳輸至所述控制中心；

29、所述控制中心基于預(yù)設(shè)路徑的離散點(diǎn)序列，通過(guò)線性插值生成當(dāng)前時(shí)刻的目標(biāo)坐標(biāo)和目標(biāo)姿態(tài)角，并計(jì)算實(shí)際值與目標(biāo)值的歐氏距離偏差δd及角度偏差δθ；

30、當(dāng)δd＞50mm或δθ＞1°時(shí)，判定為超出閾值范圍；

31、通過(guò)can總線發(fā)送如下調(diào)整指令：對(duì)于動(dòng)力系統(tǒng)，調(diào)節(jié)起升電機(jī)轉(zhuǎn)速，使垂直速度偏差δv≤±10mm/s；液壓控制系統(tǒng)：調(diào)整電液比例閥開(kāi)度，控制吊臂回轉(zhuǎn)角速度≤0.5°/s、變幅油缸伸縮速率≤200mm/s；

32、每50ms更新一次偏差值，直至橋梁構(gòu)件就位精度滿足δd≤10mm且δθ≤0.2°。

33、優(yōu)選的是，所述s1中，在裝車(chē)前，采用三維激光掃描儀對(duì)構(gòu)件進(jìn)行形貌復(fù)核，生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)并與cad模型比對(duì)，偏差超過(guò)±5mm時(shí)禁止出廠；采用龍門(mén)吊或履帶吊將構(gòu)件平穩(wěn)吊裝至運(yùn)輸車(chē)輛。

34、優(yōu)選的是，所述激光反射靶標(biāo)采用高反射率棱鏡陣列，反射率>90%，且布置于橋墩的至少三個(gè)非共線位置，構(gòu)成測(cè)量基準(zhǔn)坐標(biāo)系；所述激光發(fā)射裝置采用可調(diào)功率激光二極管。

35、優(yōu)選的是，所述三維建模和識(shí)別障礙物具體為：在施工現(xiàn)場(chǎng)周邊布置至少4個(gè)3d激光雷達(dá)，安裝高度為3m-5m，覆蓋吊車(chē)作業(yè)半徑及盲區(qū)；所述控制中心采用slam算法，融合激光雷達(dá)點(diǎn)云與吊車(chē)位姿數(shù)據(jù)，構(gòu)建施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)三維數(shù)字孿生模型；基于密度的聚類(lèi)算法對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行分割，識(shí)別動(dòng)態(tài)障礙物與靜態(tài)障礙物，并標(biāo)注其三維邊界框。

36、優(yōu)選的是，所述mems加速度傳感器為陀螺儀或imu。

37、本發(fā)明至少包括以下有益效果：

38、第一、通過(guò)構(gòu)建地基監(jiān)測(cè)力學(xué)模型，能夠根據(jù)地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)土樣試驗(yàn)結(jié)果以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)模擬地基應(yīng)力應(yīng)變分布，確定吊車(chē)最佳站位與作業(yè)參數(shù)，確保地基局部應(yīng)力不超過(guò)土體承載力特征值的80%，有效預(yù)防地基沉降、塌陷等安全事故。同時(shí)，碰撞預(yù)警與避讓系統(tǒng)利用3d激光雷達(dá)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，結(jié)合三維建模、點(diǎn)云聚類(lèi)算法和時(shí)間碰撞預(yù)測(cè)算法，在預(yù)測(cè)到橋梁構(gòu)件與障礙物3秒內(nèi)最小距離低于2米時(shí)，及時(shí)發(fā)送路徑修正指令并觸發(fā)聲光報(bào)警，極大降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)，保障施工人員與設(shè)備安全。

39、第二、激光定位系統(tǒng)配合位姿解算過(guò)程，在橋梁構(gòu)件四個(gè)頂角安裝激光發(fā)射裝置，吊臂前端安裝激光接收裝置，結(jié)合激光反射靶標(biāo)，利用三角測(cè)量方法精確計(jì)算橋梁構(gòu)件三維空間坐標(biāo)及偏航、俯仰和翻滾角度?？刂浦行幕陬A(yù)設(shè)起吊路徑和就位精度要求，實(shí)時(shí)對(duì)比實(shí)際與目標(biāo)位置偏差，當(dāng)偏差超出閾值時(shí)，迅速通過(guò)can總線調(diào)整吊車(chē)動(dòng)作，使橋梁構(gòu)件就位精度最終滿足要求，滿足現(xiàn)代高精度橋梁建設(shè)需求。

40、本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。