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        三維激光掃描技術(shù)在地鐵隧道中的應(yīng)用

        2019-07-05 06:05:52江濟(jì)強(qiáng)張慧娟曹千紅
        測(cè)繪通報(bào) 2019年6期
        關(guān)鍵詞:全站儀斷面報(bào)告

        江濟(jì)強(qiáng),張慧娟,曹千紅

        (1. 廣東省國(guó)土資源測(cè)繪院,廣東 廣州 510500; 2. 武漢天寶耐特科技有限公司,湖北 武漢 430000; 3. 湖北省國(guó)土資源研究院,湖北 武漢 430000)

        近年來(lái),施工單位加強(qiáng)了在隧道施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量管理,高效獲取現(xiàn)場(chǎng)海量真實(shí)數(shù)據(jù)是擺在施工單位面前的一道難題。傳統(tǒng)作業(yè)方式使用斷面儀或全站儀進(jìn)行隧道初支、二襯前后的隧道測(cè)量,但外業(yè)作業(yè)效率低,內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理煩瑣,而且全站儀或斷面儀點(diǎn)位間隔與斷面間隔都較大。這種以點(diǎn)概面的作業(yè)模式,很容易使數(shù)據(jù)成果出現(xiàn)誤差,極有可能超欠挖部分在設(shè)站間隔內(nèi),測(cè)量數(shù)據(jù)無(wú)法及時(shí)體現(xiàn),而單憑測(cè)量人員肉眼查看現(xiàn)場(chǎng),既沒有直觀有效的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),也容易受現(xiàn)場(chǎng)人員的經(jīng)驗(yàn)程度、主觀意愿所限制,最終導(dǎo)致檢查結(jié)果的不準(zhǔn)確性,出現(xiàn)較大的施工隱患。

        海量的隧道現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)云數(shù)據(jù)可完美解決上述問(wèn)題。如何高效、高質(zhì)量地獲取不同施工階段現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)云數(shù)據(jù),是目前隧道施工單位需要解決的主要問(wèn)題。

        本項(xiàng)目采用Trimble SX10進(jìn)行作業(yè),能夠快速高效地獲取高質(zhì)量點(diǎn)云數(shù)據(jù),配合后續(xù)TBC內(nèi)業(yè)處理軟件,能夠快速生成成果報(bào)告。

        1 項(xiàng)目及設(shè)備介紹

        本次項(xiàng)目位于廣州市某地鐵隧道,成果主要有縱斷面信息、超欠挖分析和隧道竣工報(bào)告。隧道總長(zhǎng)1.5 km,由于SX10本身具備1″級(jí)機(jī)器人全站儀所有功能,其作業(yè)模式為全站儀作業(yè)模式,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量人員可直接上手操作,共設(shè)站5站,架設(shè)完成后即可自動(dòng)開始掃描。SX10影像掃描儀隧道掃描方案主要由兩部分組成:硬件SX10、軟件TBC,如圖1所示。

        Trimble SX10影像掃描儀集成了天寶全新掃描技術(shù)——“閃電”掃描技術(shù),能同時(shí)實(shí)現(xiàn)掃描速度與掃描精度的完全匹配。

        2 項(xiàng)目實(shí)施

        2.1 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)

        本項(xiàng)目為正在施工的設(shè)計(jì)時(shí)速為320 km/h的鐵路客運(yùn)專線,項(xiàng)目標(biāo)段主要位于廣東省。其中該標(biāo)段有長(zhǎng)短隧道十余座,最長(zhǎng)隧道接近10 km,穿越的地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,涉及隧道的圍巖等級(jí)為2~5級(jí),而且大部分為5級(jí)圍巖,施工難度大,技術(shù)指標(biāo)要求高,工期短。

        隧道現(xiàn)場(chǎng)已進(jìn)行了初支處理,約有80 m的隧道初支面需要進(jìn)行超欠挖斷面測(cè)量。

        現(xiàn)場(chǎng)將SX10架設(shè)在距離掌子面100 m處的已知點(diǎn)上,采用全站儀已知點(diǎn)架站模式進(jìn)行儀器設(shè)站。設(shè)站完成后,在控制器手簿視窗內(nèi)用多邊形掃描法對(duì)掘進(jìn)方向進(jìn)行掃描,同時(shí)設(shè)置相關(guān)參數(shù),如圖2所示。

        2.2 數(shù)據(jù)處理

        外業(yè)文件直接拖到TBC中即可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,無(wú)需進(jìn)行點(diǎn)云拼接。在TBC軟件中將現(xiàn)場(chǎng)人員、通風(fēng)管、臺(tái)車等噪點(diǎn)進(jìn)行半自動(dòng)化剔除,如圖3所示。

        在TBC中設(shè)置超欠挖限差、起止里程,軟件自動(dòng)生成相關(guān)報(bào)告,簡(jiǎn)單高效,如圖4所示。

        3 成果展示

        3.1 隧道超欠挖報(bào)告

        將現(xiàn)場(chǎng)掃描點(diǎn)云與設(shè)計(jì)隧道模型進(jìn)行對(duì)比,軟件自動(dòng)生成超欠挖報(bào)告;基于現(xiàn)場(chǎng)海量點(diǎn)云數(shù)據(jù),可以在后期生成任意間隔斷面竣工報(bào)告。針對(duì)確實(shí)存在問(wèn)題的里程區(qū)間,可以生成間隔10 cm的斷面報(bào)告。斷面上用不同顏色與數(shù)值顯示超欠挖點(diǎn)位分布,如圖5、圖6所示。

        3.2 超欠挖面積、體積報(bào)告

        根據(jù)設(shè)計(jì)模板與點(diǎn)云,TBC軟件可根據(jù)項(xiàng)目需要一鍵式生成每個(gè)斷面的超欠挖面積報(bào)告和里程區(qū)間內(nèi)的超欠挖體積報(bào)告。這樣可以在項(xiàng)目初支完成后,計(jì)算二襯完成預(yù)期使用的混凝土方量,方便施工單位進(jìn)行項(xiàng)目精細(xì)化管理與質(zhì)量管理,如圖7所示。

        3.3 模型制作成果

        將隧道噪點(diǎn)去除后,使用TBC軟件對(duì)掃描的隧道點(diǎn)云進(jìn)行一鍵式模型重構(gòu),如圖8所示。

        3.4 初支與二襯設(shè)計(jì)模型對(duì)比

        使用TBC軟件將隧道定線與隧道模板進(jìn)行定義后,一鍵生成二襯設(shè)計(jì)模型,之后將其與隧道掃描初支點(diǎn)云進(jìn)行對(duì)比,如圖9所示。

        3.5 現(xiàn)場(chǎng)全景照片

        SX10高清影像功能可將現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行360°實(shí)景還原,不在現(xiàn)場(chǎng)也能看到現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)環(huán)境,同時(shí)疊加點(diǎn)云數(shù)據(jù),完美呈現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境與測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)合,如圖10所示。

        4 結(jié) 語(yǔ)

        針對(duì)本文項(xiàng)目隧道情況,Trimble SX10具有以下優(yōu)勢(shì):

        (1) 掃描距離長(zhǎng):經(jīng)過(guò)實(shí)際數(shù)據(jù)測(cè)試,Trimble SX10單站有效掃描范圍高達(dá)200 m。

        (2) 單站效率高:Trimble SX10掃描作業(yè)時(shí)間為10 min,即可獲取200 m數(shù)據(jù)。

        (3) 獨(dú)有的選區(qū)掃描模式:在現(xiàn)場(chǎng)可以任意選擇掃描區(qū)域,大大增加了作業(yè)靈活度,同時(shí)減少了內(nèi)業(yè)冗余數(shù)據(jù)。

        (4) 高清影像:Trimble SX10擁有4款500萬(wàn)像素相機(jī),能夠獲取現(xiàn)場(chǎng)細(xì)節(jié)。

        (5) 作業(yè)簡(jiǎn)單:全站儀式操作流程,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量人員無(wú)額外學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。

        (6) 內(nèi)業(yè)自動(dòng)化:全部數(shù)據(jù)處理、竣工報(bào)告生成均為軟件自動(dòng)化進(jìn)行。

        (7) 報(bào)告符合規(guī)范:軟件自動(dòng)導(dǎo)出的報(bào)告格式,完全符合竣工驗(yàn)收要求。

        (8) 應(yīng)用場(chǎng)景多:Trimble SX10不僅能用于隧道作業(yè),還可利用于其他傳統(tǒng)測(cè)繪領(lǐng)域,如導(dǎo)線測(cè)量、精確土方計(jì)算、高速路路面沉降觀測(cè)、地形測(cè)量、高精度邊坡監(jiān)測(cè)、建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)等。

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