徐衛(wèi)東，王 磊，蘆榮海，朱水鵬

(1. 北京九碧木測信科技有限公司, 北京100085； 2. 拓佳豐圣(上海)科貿(mào)有限公司, 北京 100124； 3. 北京市政建設(shè)集團有限責(zé)任公司，北京 100055)

隨著城市軌道交通要求的不斷增多，對城市區(qū)域的隧道開挖要求需求越來越多,無疑對隧道開挖監(jiān)測和檢查的速度和質(zhì)量提出了更高的要求[1]。如何精確、高效地采集隧道斷面數(shù)據(jù),根據(jù)采集的數(shù)據(jù)自動化地獲取相關(guān)參數(shù),并在此基礎(chǔ)上進行相關(guān)分析與應(yīng)用是國內(nèi)隧道(地下空間)目前亟需的解決方案[2]。解決方案對數(shù)據(jù)采集要求效率高,能夠提取更為準(zhǔn)確的斷面數(shù)據(jù)成果,并一鍵智能地輸出符合工程標(biāo)準(zhǔn)的報告[3]。而地面激光掃描技術(shù),也稱“實景復(fù)制”技術(shù),是一種新型的空間數(shù)據(jù)獲取技術(shù)。與傳統(tǒng)的測量手段相比,該技術(shù)具有數(shù)據(jù)獲取速度快,實時性強,數(shù)據(jù)量大,主動性強,能全天候工作,全數(shù)字特征,信息傳輸、加工、表達容易,操作方便等優(yōu)點[4]。

本文參考B樣條曲線擬合的主點選取方法及非斷面信息的剔除等方法[5-7]，以地鐵7號線東延01標(biāo)段隧道斷面掃描數(shù)據(jù)為例。三維激光掃描儀的測量精度能夠滿足隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測的要求，可以準(zhǔn)確、快速獲取隧道空間數(shù)據(jù)，提高了作業(yè)效率[8]，并基于斷面曲線及隧道中軸線的變形分析方法能夠從局部和整體兩個層面反映隧道結(jié)構(gòu)的變形情況[9-10]，利用自主研發(fā)的TMS隧道三維激光掃描監(jiān)控平臺軟件為地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測提供一種科學(xué)可行的解決方案。

1 項目背景

北京地鐵7號線東延01標(biāo)段全長3.25 km，包含2站2區(qū)間，采用明挖車站、盾構(gòu)區(qū)間的結(jié)構(gòu)形式，整個標(biāo)段有下穿燃氣調(diào)壓站和東五環(huán)路、上跨南水北調(diào)東干渠等施工難點。其中，焦黃區(qū)間盾構(gòu)段長981 m，隧道斷面直徑6 m；黃豆區(qū)間盾構(gòu)段長1541 m，隧道斷面直徑6 m。該標(biāo)段如圖1所示。

隧道開挖過程中，需要及時對隧道開挖的現(xiàn)狀進行測量，確定隧道的超欠挖情況，并監(jiān)控隧道的風(fēng)險，以防發(fā)生隧道塌方事故。如圖2、圖3所示。

因此，本文項目采用拓普康GLS-2000三維激光掃描儀對開挖的隧道進行掃描，獲得高精度的點云數(shù)據(jù)，然后利用針對本文項目部自主研發(fā)的TMS隧道三維激光掃描監(jiān)控平臺軟件，進行隧道超欠挖分析、監(jiān)控量測及分析預(yù)警，滿足標(biāo)段項目部的生產(chǎn)需要。具體功能如圖4所示。

2 項目實施方案

在隧道現(xiàn)場，本文項目采用拓普康GLS-2000三維激光掃描儀進行掃描，獲取高精度的點云，儀器如圖5所示；儀器的每一站都安置在隧道的已知點上，并掃描后視點的棱鏡進行定向，如圖6所示。

由于拓普康GLS-2000三維激光掃描儀具有“測站后視法”掃描功能，每一站掃描的點云均具有全局的坐標(biāo)，因此只需直接將每一站掃描的點云合并到一起即可，無需拼接，方便了點云的后處理。GLS-2000三維激光掃描儀可以直接掃描后視棱鏡，提高了后視定向的精度。GLS-2000的3.5 mm@150 m測距精度，也確保了點云數(shù)據(jù)的高精度，能夠滿足隧道工程對測量精度的要求。隧道掃描點云如圖7所示。

自主研發(fā)的TMS隧道三維激光掃描監(jiān)控平臺軟件，可以滿足本標(biāo)段項目部的生產(chǎn)需要，如圖8—圖10所示。

此外，該軟件還可以針對項目部的特殊需求，定制開發(fā)所需的功能。

3 結(jié) 語

采用三維激光掃描儀進行隧道測量，是目前先進的技術(shù)手段之一。三維激光掃描儀獲取的點云不但精度高，而且點密度高，又可以全自動地進行掃描觀測，具有全站儀方式不可比擬的技術(shù)優(yōu)勢，必將會在隧道測量的工程項目中得到越來越廣的應(yīng)用。