应用3D激光扫描仪监控隧道围岩.doc

应用3D激光扫描仪监控隧道围岩 【摘要】 3D激光扫描仪在隧道内的围岩监控量测；隧道的安全监测；工作流程及数据处理。 【关键词】三维激光扫描仪 隧道围岩监控 工作流程 1 前言 随着国内拉动内需政策的执行，铁路、高速公路、高速铁路、地铁等工程项目相继开工，随之而来的大批隐蔽工程正如火如荼的进行施工，安全问题越来越被列入最重要的施工问题。隐蔽工程如隧道、地铁的开挖，围岩的稳定性、安全性成为施工安全隐患的根源。如何安全、有效、便捷的控制隐蔽工程中围岩的稳定性、安全性的问题得到广泛关注。传统的围岩量测是利用在洞壁上埋点，利用全站仪、水平仪、收敛仪等进行监控，不但耗费大量的人力、物力，占用过多的施工时间，而其埋在洞壁上的监控点很容易在施工中被破坏掉，导致之前的监控数据不能得以连续，变得没有意义，不能真正的控制围岩的变形，更给施工带来安全隐患。3D激光扫描仪正好弥补了这方面的问题。3D激光扫描技术原理是将实际的物体以点云的形式转换到电脑当中，用以进行编辑、测量、对比、实物建模等后续的数据处理工作。单从围岩监控量测功能上来说，这台仪器完全运用一种逆向的思维工作流程。隧道的掌子面开挖后，整个开挖面完全是不规则的形体，没办法将其真实的记录、监控。传统的围岩监控量测办法是运用全站仪，在拱顶及边墙处埋点，通过每天观察预埋点的变化，来判断围岩的变化，这是以点盖面的错误理论。3D激光扫描仪则是真实记录开挖后整个拱顶及边墙的实际数据，通过与上一次扫描结果的对比，整段围岩任意点的变化都将被显示，做到了真正意义上的围岩监测。3D激光扫描仪的应用，为隐蔽工程的安全做到保驾护航！ 图一 扫描仪配件 图二 现场扫描情况 2 技术特点 2.1作业程序时间短，工效高，不影响施工工序。利用隧道放炮、出渣后，测量人员进行测量的时间，即可完成扫描工作。 2.2仪器设备简单，操作方便，无需埋点。传统的围岩量测，是在隧道围岩上埋固定点，通过对固定点的测量，进而得出隧道围岩的变形情况，一旦固定点在施工过程中被破坏，围岩量测将无法进行，这给隧道的安全施工带来很大的风险和隐患，而且这是以点代面的理论，实际施工中有太多的例子可以供我们参考，往往围岩变形塌方的地方不在我们观测的固定点处。3D激光扫描仪的高频率激光点扫描更是主要特点之一，它每秒钟发射2000个激光点，假设扫描10分钟，我们就会获得120万个激光点的信息，这与传统的单点测量比较，显而易见。 2.3及时反映监控情况，数据图形直观。并不需要多次的观测与数据积累来判断围岩变化情况，只需要两次，后一次与前一次对比，围岩每一点的变化情况完全反应出来，而且数据、图形直观，更快、更全面的反应围岩的变化情况，给隧道施工带来更安全、正确的指导。 3 适用范围 3D激光扫描仪适用于铁路、公路隧道的围岩监控量测，桥梁的监控量测，地铁施工中的变形监控量测，工民建中基坑的变形监控量测。由于将激光扫描仪应用于工程上在国内乃至世界上都是第一次，所以我们正摸索着将这台仪器应用于工程的更多方面。 4 施工工艺 4.1 工艺原理 3D激光扫描技术原理：3D三维激光扫描系统可以深入到任何复杂的现场环境及空间中，通过三维激光扫描直接将各种大型的、复杂的、不规则、标准或非标准等实体或实景的三维数据完整的采集到电脑中，进而快速重构出目标的三维实体模型，同时，所采集的三维激光点云数据还可将目标的完整数据用于各种后处理工作（如：测绘、计量、应力分析、有限元分析、仿真分析、任务模拟、…等）。3D激光扫描技术原理是将实际的物体以点云的形式转换到电脑当中，用以进行编辑、测量、对比、实物建模等后续的数据处理工作。单从围岩监控量测功能上来说，这台仪器完全运用一种逆向的思维工作流程。隧道的掌子面开挖后，整个开挖面完全是不规则的形体，没办法将其真实的记录、监控。传统的围岩监控量测办法是运用全站仪，在拱顶及边墙处埋点，通过每天观察预埋点的变化，来判断围岩的变化，这是以点盖面的错误理论。而3D激光扫描仪则是真实记录开挖后整个拱顶及边墙的实际数据，通过与上一次扫描结果的对比，整段围岩任意点的变化都将被显示，做到了真正意义上的围岩监测。在隧道内包括边墙在内进行全断面扫描，开挖后立即进行第一次，待第二次扫描后与第一次扫描进行对比，得出整个断面的变化图形，所有变化均包括在内，随即导出数据。第三次扫描再与第二次进行对比，直至变形量达到要求，或保持稳定为止，最终形成回归曲线及数据，形成报告。 4.2 工艺流程 施工准备 ↓ 控制点放置 ↓ 控制点坐标读取 ↓ 选定仪器位置 ↓ 扫描断面 ↓ 数据转换 ↓ 软件处理 ↓ 对比处理 ↓ 得出报告 4.3数据分析 3D激光扫描仪采集到的数据通过Parser软件的转化，然后转让polyworks软件，以下为数据分析过程： A将数据导入polywork