■王鵬 張旺

（遼寧省有色地質(zhì)局一〇七隊(duì)遼寧大連116113）

三維激光掃描儀在某隧洞項(xiàng)目竣工測(cè)量中的應(yīng)用

■王鵬 張旺

（遼寧省有色地質(zhì)局一〇七隊(duì)遼寧大連116113）

通過(guò)采用Focus3D 330地面三維激光掃描系統(tǒng)對(duì)某隧洞項(xiàng)目進(jìn)行初期支護(hù)實(shí)際開挖情況測(cè)量。真實(shí)反映隧洞的實(shí)際開挖情況，并準(zhǔn)確計(jì)算超、欠挖工程量，繪制隧洞開挖斷面。以便實(shí)施信息化施工和管理，方便業(yè)主和各方科學(xué)、適時(shí)地對(duì)工程情況進(jìn)行分析與研究，采取相應(yīng)的預(yù)防措施，以確保工程質(zhì)量。

三維激光掃描系統(tǒng)某隧洞

0　引言

某水洞為地下隧洞，常規(guī)測(cè)繪常采用斷面儀或全站儀等進(jìn)行階段竣工測(cè)量，但常規(guī)儀器采集數(shù)據(jù)量較少，測(cè)繪過(guò)程中受操作技術(shù)人員影響較大，施測(cè)進(jìn)度和計(jì)算工作量龐大，工期時(shí)間長(zhǎng)。隧洞及地下工程修建技術(shù)不斷提高的同時(shí)，信息化施工已成為地下工程發(fā)展的必然趨勢(shì)。三維激光掃描技術(shù)可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、全方位獲取隧洞空間數(shù)據(jù)，進(jìn)行隧洞施工過(guò)程分析和反分析，對(duì)隧洞施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)，通過(guò)相關(guān)專業(yè)軟件處理采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，得到任意斷面的剖面圖形和任一區(qū)間超欠挖量，指導(dǎo)隧洞信息化施工。

1　工程概況

為了解決某地供水問(wèn)題，更進(jìn)一步提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，加快地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，在水源地至該地區(qū)間進(jìn)行供水隧洞的建設(shè)工作。在供水隧洞開挖初期支護(hù)階段的竣工進(jìn)行驗(yàn)收測(cè)量。根據(jù)供水隧洞的規(guī)模及施工特點(diǎn)，為反映隧洞的初期支護(hù)實(shí)際開挖情況并準(zhǔn)確計(jì)算超、欠挖工程量，隧洞開挖斷面采用三維激光掃描系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。

2　三維激光掃描技術(shù)簡(jiǎn)介

隧洞三維激光掃描技術(shù)采用三維激光掃描儀進(jìn)行隧洞全斷面非接觸掃描測(cè)量，測(cè)量時(shí)儀器主動(dòng)獲取和存儲(chǔ)隧洞實(shí)體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，包括實(shí)體在同一空間坐標(biāo)系或參考系下描述目標(biāo)實(shí)體的空間分布和目標(biāo)表面光譜特性的海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)集合。通過(guò)點(diǎn)云拼接和濾波分析等，得到隧洞空間的三維實(shí)體模型，進(jìn)行數(shù)字信息化處理和隧洞任意斷面剖面圖的繪制，指導(dǎo)隧洞信息化施工和設(shè)計(jì)。Focus3D 330三維激光掃描儀最遠(yuǎn)掃描330米，精度為2mm；垂直角度300度，最大化垂直覆蓋；水平360度，完整掃描周邊區(qū)域。

3　工程應(yīng)用與實(shí)踐

3.1項(xiàng)目中點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取

三維激光掃描儀的掃描密度是隨著掃描距離的增加而下降的，所以在隧洞有限的管狀空間內(nèi)，為了保證有充足的點(diǎn)云數(shù)據(jù)用于提取隧洞的形變信息，通常每個(gè)測(cè)站所獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中有效范圍只有幾十米，這是隧洞特殊結(jié)構(gòu)下不可避免的特殊問(wèn)題。項(xiàng)目實(shí)施初期經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定兩測(cè)站間距為50米，遇到特殊部位如避車洞需縮短間距。為了使測(cè)量數(shù)據(jù)連續(xù)可靠，掃描數(shù)據(jù)必須有一定的重合度，即保證點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接過(guò)程中每?jī)蓚€(gè)測(cè)站間的公共部分，監(jiān)測(cè)時(shí)需根據(jù)隧洞斷面尺寸大小，每隔一定距離設(shè)置一個(gè)測(cè)站，測(cè)站經(jīng)過(guò)控制點(diǎn)時(shí)，需要在控制點(diǎn)處加設(shè)反光片或標(biāo)靶紙，將控制點(diǎn)點(diǎn)位數(shù)據(jù)掃描到儀器存儲(chǔ)，便于內(nèi)業(yè)里程位置處理。

3.2掃描數(shù)據(jù)后處理軟件應(yīng)用

通過(guò)三維激光掃描儀獲取隧洞三維數(shù)據(jù)后，我們可以使用3DReshaper軟件快速構(gòu)建隧洞的三維模型，使用3DReshaper軟件可以自動(dòng)提取三維掃描數(shù)據(jù)中隧洞任意里程的斷面數(shù)據(jù)（如圖1所示）自動(dòng)繪制剖面圖。

根據(jù)提供的設(shè)計(jì)斷面及施工圍巖類別，建立三維設(shè)計(jì)模型，并將其導(dǎo)入到3DReshaper軟件，生成設(shè)計(jì)隧洞三維模型，并與實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)生成的實(shí)際隧洞三維模型套合，使用軟件功能進(jìn)行超欠挖方量的分析和計(jì)算。

軟件對(duì)于超欠挖量的計(jì)算要求實(shí)測(cè)斷面和模型斷面都是封閉的，否則不能計(jì)算出超欠挖量。在實(shí)際的測(cè)量中隧洞底部的凹凸不平但由于個(gè)別區(qū)段有積水，所以不能準(zhǔn)確測(cè)出底板積水水面以下的實(shí)際地形，造成無(wú)法除去底板積水對(duì)超欠挖量的影響，這也是我們?cè)谝院蟮墓ぷ髦行枰⒁夂椭攸c(diǎn)解決的問(wèn)題。

4　三維技術(shù)在項(xiàng)目應(yīng)用中的意義

隧洞施工過(guò)程中，嚴(yán)重的超欠挖將影響隧洞的施工成本和其長(zhǎng)期安全穩(wěn)定。因此對(duì)超欠挖的控制對(duì)隧洞施工同樣意義重大，3DReshaper可將隧洞的三維數(shù)據(jù)快速構(gòu)建mesh網(wǎng)格，用生成的網(wǎng)格與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，獲得實(shí)際施工超欠挖體積與設(shè)計(jì)體積的偏差，獲得的數(shù)據(jù)可以作為施工檢測(cè)的依據(jù)或依照檢測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整施工方案節(jié)省施工成本。

這些斷面及其對(duì)比數(shù)據(jù)可導(dǎo)出至AutoCAD中，用于其他專業(yè)應(yīng)用，供工程師或現(xiàn)場(chǎng)施工人員查閱。

5　結(jié)論與建議

隧洞三維激光掃描技術(shù)是具備實(shí)時(shí)、全方位、高精度、高密度獲取海量實(shí)體點(diǎn)云數(shù)據(jù)的方法，通過(guò)專業(yè)軟件進(jìn)行點(diǎn)云拼接、濾波處理等得到隧洞實(shí)體的三維模型和分析結(jié)果，可以生成了不同里程斷面的剖面圖和分析圖，可用來(lái)分析隧洞施工在不同地質(zhì)環(huán)境中超欠挖的變化規(guī)律，具有數(shù)據(jù)真實(shí)可靠、實(shí)時(shí)處理和全信息數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)。三維技術(shù)在該隧洞竣工測(cè)量項(xiàng)目使用后表明，隧洞三維激光掃描方法可以快速、實(shí)時(shí)地獲取隧洞施工的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，掌握隧洞的超欠挖變化規(guī)律，指導(dǎo)隧洞信息化安全施工，是目前最理想的測(cè)繪方法，取得了較好的應(yīng)用效果。

［1］馬立廣.地面三維激光掃描測(cè)量技術(shù)研究【D】武漢武漢大學(xué)2005.

［2］歐斌 黃承亮.三維激光掃描技術(shù)在分方測(cè)量中的應(yīng)用研究【J】城市勘測(cè) 2012（2）：123-125.

［3］孔祥玲 歐斌.三維激光掃描技術(shù)在隧道工程竣工測(cè)量中的應(yīng)用研究【J】城市勘測(cè)2013（2）：100-102.

P2［文獻(xiàn)碼］ B

1000-405X（2016）-8-270-1