導(dǎo)語(yǔ)：三維激光掃描儀在隧道施工的應(yīng)用一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

摘要：三維激光掃描儀掃面精度高、檢測(cè)效率高、數(shù)字化程度高，本文結(jié)合張吉懷鐵路魯家莊隧道施工為例，介紹三維激光掃描技術(shù)在高鐵隧道施工中的應(yīng)用,為以后的高鐵隧道超欠挖控制提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描；山嶺隧道；超欠挖

隧道施工中的超欠挖控制一直是隧道施工必不可少的控制環(huán)節(jié)，隧道超欠挖的控制好壞不僅直接影響到現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量，更與施工單位的經(jīng)濟(jì)效益密不可分，及時(shí)的測(cè)量分析現(xiàn)場(chǎng)隧道超欠挖情況，控制超挖，節(jié)約成本的同時(shí)，杜絕因欠挖引起的二襯厚度不足等質(zhì)量問(wèn)題。本文結(jié)合三維激光掃描儀在現(xiàn)場(chǎng)隧道施工中的應(yīng)用情況，為以后的隧道超欠挖控制測(cè)量提供參考。

1三維掃描儀原理

三維激光掃描是利用激光測(cè)距的原理，通過(guò)記錄被測(cè)物體表面大量的密集的點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息，可快速?gòu)?fù)建出被測(cè)目標(biāo)的三維模型及線(xiàn)、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)。三維激光掃描系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集的硬件部分和數(shù)據(jù)處理的軟件部分。根據(jù)其測(cè)量方式，三維掃描儀又可分為脈沖式和相位式。

2傳統(tǒng)測(cè)量手段與三維激光掃描對(duì)比

①傳統(tǒng)測(cè)量采用全站儀對(duì)隧道開(kāi)挖輪廓進(jìn)行測(cè)量，獲取的為單點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)分析與設(shè)計(jì)開(kāi)挖輪廓作出對(duì)比，得出隧道的超欠挖情況。由于受儀器和分析軟件的限制，存在著工作量大，數(shù)據(jù)分析不全面，無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)有施工工藝要求，測(cè)量點(diǎn)位不密集，點(diǎn)位間隔過(guò)大，雖然所測(cè)點(diǎn)位未存在欠挖，但是點(diǎn)位間隔間存在的欠挖無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，從而而造成欠挖位置未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。②三維激光掃描儀可連續(xù)、自動(dòng)、快速的收集大量的目標(biāo)物表面三維點(diǎn)數(shù)據(jù)，即點(diǎn)云（PointClouds），因此相較傳統(tǒng)測(cè)量有許多優(yōu)勢(shì)，如1）數(shù)據(jù)獲取速度快，實(shí)時(shí)性強(qiáng)；2）數(shù)據(jù)量大，精度高；3）主動(dòng)性強(qiáng)，能全天候工作；4）全數(shù)字特性，信息傳輸、加工、表達(dá)容易。它的工作過(guò)程實(shí)際上就是不斷的數(shù)據(jù)采集和處理過(guò)程，通過(guò)具有一定分辨率的空間點(diǎn)所組成的點(diǎn)云圖來(lái)表達(dá)系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)物表面發(fā)的采集結(jié)果。

3三維激光掃描儀技術(shù)參數(shù)

三維激光掃描儀通過(guò)發(fā)射的不可見(jiàn)激光束對(duì)物體表面進(jìn)行快速測(cè)量，主要技術(shù)參數(shù)如下：方法：相位式掃描，單站最大掃描距離270m，最小射程：0.3m，線(xiàn)性誤差：≤1mm，分辨率范圍：0.1mm，數(shù)據(jù)采集速率：≤1.016.00Pixel/s[1]，數(shù)據(jù)掃描分辨率：垂直視場(chǎng)：320°，水平視野：360°，垂直分辨率：0.0004°，水平分辨率：0.0002°，雙軸補(bǔ)償器：分辨率0.001°測(cè)量范圍：±0.5°，精度：＜0.007。

4現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程實(shí)例

4.1工程概況。新建張家界至吉首至懷化鐵路ZJHZQ-9標(biāo)段魯家莊隧道為雙線(xiàn)隧道，起訖樁號(hào)為：DK202+060～DK204+295.27，全長(zhǎng)2235.27m，洞內(nèi)單面上坡，最大埋深約90m。隧道進(jìn)口段巖層傾角教緩，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖質(zhì)差，開(kāi)挖易坍塌掉快，圍巖級(jí)別較低。4.2現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集。三維掃描儀隨意架設(shè)于隧道內(nèi)，儀器架設(shè)完成后對(duì)標(biāo)靶進(jìn)行擺設(shè)（為保證掃描精度，標(biāo)靶數(shù)量不少于三個(gè)），通過(guò)全站儀對(duì)標(biāo)靶中心進(jìn)行點(diǎn)位坐標(biāo)采集。）4.3模型處理。通過(guò)瑞士萊卡廠(chǎng)家生產(chǎn)的Cyclone+HdsAnalyzer軟件對(duì)設(shè)計(jì)線(xiàn)路進(jìn)行全線(xiàn)建模，由于后期數(shù)據(jù)量大，為保證處理速度，對(duì)隧道進(jìn)行分段建模，建模后的設(shè)計(jì)三維數(shù)據(jù)模型對(duì)原始掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪，對(duì)影響數(shù)據(jù)精度的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行刪除，從而保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。將降噪后的測(cè)量數(shù)據(jù)與建模數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，

5數(shù)據(jù)分析過(guò)程與成果應(yīng)用

附著隧道全斷面超欠挖數(shù)據(jù)，后導(dǎo)出隧道每個(gè)斷面超欠挖CAD圖。首先通過(guò)Cyclone軟件對(duì)兩站以上含兩站原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接（單次測(cè)量無(wú)需拼接）。將全站儀測(cè)量的標(biāo)靶坐標(biāo)帶入原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中，將相對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為絕對(duì)坐標(biāo)，建立統(tǒng)一坐標(biāo)系下的modelspace模型，然后對(duì)拼接后點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理，先進(jìn)行粗略處理噪點(diǎn)，然后將降噪后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)用LimitBox進(jìn)行細(xì)部數(shù)據(jù)去噪，進(jìn)一步處理表面的噪點(diǎn)生成點(diǎn)云模型，與設(shè)計(jì)斷面模型進(jìn)行匹配對(duì)比，分析出隧道的具體超欠挖情況，根據(jù)使用要求（設(shè)定橫斷面間隔0.2m，縱斷面間距1.0m）對(duì)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出。測(cè)量工程師根據(jù)導(dǎo)出的斷面數(shù)據(jù)分析斷面每個(gè)點(diǎn)的超欠挖情況，形成交底資料交由現(xiàn)場(chǎng)工程師或技術(shù)人員（見(jiàn)表1），現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員帶領(lǐng)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人員根據(jù)交底資料將欠挖點(diǎn)情況用紅漆標(biāo)記在初支混凝土面上，后采用銑刨機(jī)或人工鑿除夯實(shí)進(jìn)行處理，以滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)二襯混凝土施工要求（見(jiàn)圖6）。處理結(jié)果由測(cè)量工程師采用全站儀或者三維激光掃描儀進(jìn)行復(fù)測(cè)，形成閉合后方可進(jìn)行二次襯砌施工。該施工工藝及處理方案可從根本上控制隧道的超欠挖，在做到節(jié)約成本的前提下滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量及二襯厚度要求。

6結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)與傳統(tǒng)方式對(duì)比，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用情況，三維激光掃描儀的在隧道超欠挖控制方面具有更準(zhǔn)確、快速、全面的特點(diǎn)，對(duì)隧道的超欠挖控制也更全面，避免了因傳統(tǒng)測(cè)量存在盲區(qū)導(dǎo)致的欠挖不能發(fā)現(xiàn)的弊端。隨著科技的發(fā)展，三維激光隧道掃描將更廣泛的應(yīng)用于高鐵隧道的施工，為高鐵隧道的施工超欠挖控制帶來(lái)一次全新的技術(shù)改革。隨著應(yīng)用技術(shù)的成熟，也將更廣泛的應(yīng)用于其他領(lǐng)域。

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作者:顧漢廣 單位:中鐵十四局集團(tuán)第三工程有限公司