杜榮武， 翁 順， 曾鐵梅， 陳世杰， 溫凱倫， 吳賢國(guó)

(1. 華中科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院， 湖北 武漢 430074；2. 武漢地鐵集團(tuán)有限公司， 湖北 武漢 430030)

城市軌道交通的高速發(fā)展在為我國(guó)的交通事業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也帶來(lái)了安全隱患。由于地質(zhì)條件、列車運(yùn)營(yíng)、地鐵隧道結(jié)構(gòu)自身負(fù)荷、施工水平等因素，軌道交通地下結(jié)構(gòu)在全壽命運(yùn)營(yíng)周期內(nèi)將會(huì)發(fā)生沉降、變形、裂縫等病害。這些病害不僅會(huì)影響城市軌道地下交通作為快速安全通道的使用功能，而且若不能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)、并采取相應(yīng)的維修措施，將有可能導(dǎo)致隧道主體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、嚴(yán)重開(kāi)裂甚至坍塌等重大事故，最終威脅公眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。提前獲知隧道隱患可通過(guò)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)通過(guò)利用現(xiàn)場(chǎng)的、無(wú)損的、實(shí)時(shí)的方式采集環(huán)境與結(jié)構(gòu)信息，分析結(jié)構(gòu)反應(yīng)的各種特征，獲取結(jié)構(gòu)因環(huán)境因素、損傷或退化而造成的改變[1]。如王軍等[2]對(duì)南京長(zhǎng)江隧道進(jìn)行了施工階段的監(jiān)測(cè)，使用土壓力計(jì)、溫度計(jì)、位移計(jì)、應(yīng)變計(jì)等實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)隧道的工作狀態(tài)，并建立了預(yù)警報(bào)警系統(tǒng)。陳衛(wèi)忠等[3]在南京揚(yáng)子江隧道建立了以光纖光柵式傳感器為主的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用混凝土壓變計(jì)、鋼筋計(jì)、滲壓計(jì)、土壓計(jì)和溫度計(jì)等監(jiān)測(cè)土水壓力、結(jié)構(gòu)內(nèi)力、結(jié)構(gòu)變形等，實(shí)現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，并依此開(kāi)發(fā)了預(yù)警和評(píng)價(jià)模塊。

目前，這種通過(guò)特征點(diǎn)變形來(lái)評(píng)估地鐵隧道健康狀況的監(jiān)測(cè)模式在地鐵隧道的變形監(jiān)測(cè)中應(yīng)用廣泛，但是這種模式也存在兩方面缺點(diǎn)[4,5]：(1)地鐵為超長(zhǎng)線狀結(jié)構(gòu)，單線長(zhǎng)達(dá)二三十公里，線網(wǎng)長(zhǎng)達(dá)上千公里，若需監(jiān)測(cè)地鐵隧道全范圍內(nèi)的變形狀況，且不遺漏能夠反映地鐵隧道變形的重要信息，需要布設(shè)大量的傳感器，耗費(fèi)大量的財(cái)力物力；(2)地鐵隧道內(nèi)管線分布密集，可利用空間狹小，這導(dǎo)致監(jiān)測(cè)傳感器、數(shù)據(jù)采集儀等硬件設(shè)施布局安裝困難。除此之外，由于固定裝置的老化、列車的擾動(dòng)等原因，設(shè)備在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生脫落，這給地鐵的運(yùn)營(yíng)帶來(lái)新的安全隱患。

因此，綜合考慮地鐵隧道超長(zhǎng)線狀特征和變形特點(diǎn)，對(duì)地鐵隧道的監(jiān)測(cè)應(yīng)該從獲取有限監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的點(diǎn)監(jiān)測(cè)模式擴(kuò)展至能夠表征隧道整體變形的三維全景監(jiān)測(cè)模式。監(jiān)測(cè)儀器也應(yīng)該從需要進(jìn)行前期安裝的接觸式向無(wú)需進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)的非接觸式發(fā)展。三維激光掃描技術(shù)的出現(xiàn)，為這種手段的實(shí)現(xiàn)提供了可能。三維激光掃描技術(shù)又被稱之為實(shí)景復(fù)制技術(shù)，它以激光測(cè)距的方式快速獲取大量三維坐標(biāo)形成點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的還原分析處理，得到被掃描物體的高精度模型[6]。目前，三維激光掃描技術(shù)在室內(nèi)設(shè)計(jì)、建筑監(jiān)測(cè)、交通事故處理、災(zāi)害評(píng)估、船舶設(shè)計(jì)、數(shù)字城市、軍事分析等領(lǐng)域均得到廣泛應(yīng)用。隨著三維掃描技術(shù)的智能化發(fā)展，三維激光掃描技術(shù)也開(kāi)始應(yīng)用在隧道監(jiān)測(cè)中。候海民[7]以青島膠州灣海底隧道為工程實(shí)例，將三維激光掃描技術(shù)運(yùn)用于隧道工程安全監(jiān)測(cè)中，通過(guò)對(duì)開(kāi)挖過(guò)程中隧道開(kāi)挖面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和分析處理，有效地解決了隧道大斷面開(kāi)挖的安全監(jiān)控問(wèn)題。謝雄耀等[8]采用三維激光掃描技術(shù)測(cè)量隧道全斷面變形，通過(guò)幾何分析方法對(duì)測(cè)站間距、掃描分辨率和標(biāo)靶進(jìn)行優(yōu)化，并沿隧道軸線方向依次布設(shè)多個(gè)測(cè)站完成對(duì)整條隧道的掃描?？抵局业萚9]使用三維激光掃描技術(shù)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行收斂變形監(jiān)測(cè)，基于最小二乘的橢圓擬合算法對(duì)隧道輪廓進(jìn)行橢圓擬合，將擬合后的橢圓與隧道初始設(shè)計(jì)半徑進(jìn)行對(duì)比，從而得到結(jié)構(gòu)的收斂變形情況。

地鐵為超長(zhǎng)線狀結(jié)構(gòu)，上述固定式的三維掃描技術(shù)若需掃描全段隧道，則存在掃描儀搬運(yùn)困難、采集站點(diǎn)更換頻繁等問(wèn)題。針對(duì)固定式三維掃描的缺點(diǎn)，本文建立了地鐵隧道移動(dòng)三維激光掃描系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)武漢地鐵三號(hào)線王家灣—宗關(guān)跨江段，獲取了地鐵沿長(zhǎng)度方向的三維掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)。然后，通過(guò)對(duì)隧道點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分析處理，本文得到了隧道結(jié)構(gòu)變形、收斂、錯(cuò)臺(tái)和軌道變形。分析結(jié)果表明三維激光掃描技術(shù)能有效監(jiān)測(cè)地鐵隧道結(jié)構(gòu)變化，避免了點(diǎn)式布置大量傳感器及固定搬站導(dǎo)致的工作量的增加和測(cè)量精度的降低。

1 移動(dòng)式三維掃描監(jiān)測(cè)

1.1 監(jiān)測(cè)對(duì)象

本文以武漢地鐵三號(hào)線王家灣—宗關(guān)段區(qū)間跨江段為監(jiān)測(cè)對(duì)象，監(jiān)測(cè)區(qū)間選取該段右線里程YDK11+157—YDK11+369。由于該段為跨江段，同時(shí)覆蓋暗挖段—空推段、空推段—盾構(gòu)段兩處交界面，成孔工法覆蓋全，在運(yùn)營(yíng)期內(nèi)隧道病害相對(duì)突出。因此，對(duì)該段進(jìn)行監(jiān)測(cè)具有特殊的工程意義。

1.2 監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)采用徠卡SiTrack:One型移動(dòng)軌道掃描系統(tǒng)，如圖1所示。徠卡SiTrack:One移動(dòng)軌道掃描系統(tǒng)集成了GNSSIMU系統(tǒng)、激光DMI里程計(jì)、三維激光掃描儀、激光軌道斷面儀等多種傳感器，可用于軌道檢測(cè)、線路維護(hù)、竣工分析、限界測(cè)量等多個(gè)領(lǐng)域。徠卡SiTrack:One移動(dòng)軌道掃描系統(tǒng)可提供快速連續(xù)的掃描采集過(guò)程，最高連續(xù)測(cè)量速度可達(dá)6.4 m/s，掃描范圍能全面覆蓋軌道、標(biāo)靶及周邊環(huán)境。高解析度的軌道斷面儀可獲取0.03 mm分辨率的軌道表面信息，即使在隧道掃描過(guò)程中完全失去GNSS信號(hào)，也能高精度持續(xù)獲取定位信息。

圖1 徠卡SiTrack:One型移動(dòng)軌道掃描系統(tǒng)

1.3 掃描監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)配準(zhǔn)

利用徠卡SiTrack:One移動(dòng)軌道掃描系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，可高效率、高精度地獲取隧道點(diǎn)云數(shù)據(jù)，掃描監(jiān)測(cè)的主要步驟如圖2所示。先選取合適的位置作為起止點(diǎn)及基準(zhǔn)點(diǎn)，并在監(jiān)測(cè)路線上沿途均勻布設(shè)控制點(diǎn)，在起止點(diǎn)、基準(zhǔn)點(diǎn)和沿途控制點(diǎn)處安裝好靶球，用全站儀測(cè)量靶球的點(diǎn)位坐標(biāo)，然后對(duì)掃描儀進(jìn)行初始化校驗(yàn)，并以勻速掃描隧道的管片和軌道獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，最后對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)坐標(biāo)進(jìn)行配準(zhǔn)歸并。

圖2 移動(dòng)軌道掃描系統(tǒng)監(jiān)測(cè)流程

1.3.1 起止點(diǎn)及基準(zhǔn)點(diǎn)選取

選擇隧道風(fēng)井偏右YDK11+157處為掃描起點(diǎn)，YDK11+369處為掃描終點(diǎn)。在掃描的起止點(diǎn)位置均標(biāo)記四個(gè)控制點(diǎn)，控制點(diǎn)兩兩分布在隧道中線兩端，同側(cè)的控制點(diǎn)前后間距為1.5 m左右。由于監(jiān)測(cè)區(qū)間內(nèi)每隔60 m便在線路兩側(cè)成對(duì)留有供地鐵軌道施工時(shí)使用的CP-Ⅲ控制點(diǎn)，所以將這些CP-Ⅲ控制點(diǎn)作為激光掃描的基準(zhǔn)點(diǎn)，如圖3所示。掃描區(qū)間內(nèi)有全自動(dòng)全站儀監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用于測(cè)量控制點(diǎn)在地鐵隧道坐標(biāo)系下的絕對(duì)坐標(biāo)，然后將點(diǎn)云坐標(biāo)與地鐵隧道坐標(biāo)系歸并統(tǒng)一。

圖3 起止點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)靶球布置示意

1.3.2 靶球安置及坐標(biāo)測(cè)量

因隧道中無(wú)GNSS信號(hào)，除了在起止點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)位置安裝靶球外，仍需沿途均勻布設(shè)每20 m一個(gè)的控制點(diǎn)，在控制點(diǎn)上安裝靶球，然后使用棱鏡與全站儀測(cè)量出每個(gè)靶球的點(diǎn)位坐標(biāo)。靶球?qū)嵨飯D如圖4所示。

圖4 基準(zhǔn)點(diǎn)靶球布設(shè)

1.3.3 掃描儀檢校初始化

將組裝好的掃描設(shè)備放置在軌道上，推至起點(diǎn)處兩排靶球的中間位置，保證四個(gè)靶球在掃描儀初始檢校時(shí)能夠同時(shí)被掃描到，如圖5所示。然后初始化掃描軟件，掃描軟件會(huì)根據(jù)掃描車上的四個(gè)靶球和軌道兩側(cè)的四個(gè)靶球進(jìn)行自檢校。再以3.6 km/h勻速推動(dòng)掃描車運(yùn)行小段距離，來(lái)檢查儀器設(shè)備的運(yùn)行狀況。

圖5 激光掃描儀實(shí)物照片

1.3.4 掃描監(jiān)測(cè)

手推SiTrack軌道掃描車以正常行走速度(3.6 km/h)前行，連續(xù)不斷地推至終點(diǎn)。掃描車移動(dòng)過(guò)程中，徠卡P40三維激光掃描儀能夠連續(xù)自動(dòng)掃描，獲取360°范圍內(nèi)隧道三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，系統(tǒng)內(nèi)部的IMU慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及DMI里程計(jì)則提供點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精確定位。本文為了獲取更密集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，采取低于正常值的行走速度。采集全段數(shù)據(jù)共用時(shí)約8 min，速度約為1.6 km/h。設(shè)備推至終點(diǎn)之后再根據(jù)終點(diǎn)處的四個(gè)靶球?qū)呙鑳x進(jìn)行一次自檢校。

1.3.5 掃描數(shù)據(jù)配置

掃描原始數(shù)據(jù)由SiTrack移動(dòng)軌道掃描系統(tǒng)配套專業(yè)軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，自動(dòng)解算自檢校數(shù)據(jù)，確定所有掃描點(diǎn)相對(duì)位置關(guān)系，再根據(jù)全站儀測(cè)量的靶球坐標(biāo)對(duì)掃描儀掃描的靶球點(diǎn)云坐標(biāo)進(jìn)行修正，從而生成具有實(shí)際位置坐標(biāo)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)如圖6所示。

圖6 地鐵隧道三維激光掃描點(diǎn)云圖

2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理和分析

2.1 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的切片、降噪和擬合

為了掌握地鐵隧道中每一環(huán)盾構(gòu)管片的變形情況，根據(jù)掃描儀生成的隧道中心軌跡線對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行切片處理，切片所在平面垂直于隧道中心軌跡線。由于里程YDK11+157—YDK11+369的點(diǎn)云坐標(biāo)是根據(jù)全站儀測(cè)量數(shù)據(jù)配置的，因此在切片過(guò)程中，切片所在平面與隧道中心軌跡線交點(diǎn)坐標(biāo)即為切片所在里程位置，本文所截取的切片里程位置坐標(biāo)區(qū)間為901.24～1113 m。

沿隧道走線方向在每環(huán)管片的中間位置截取掃描的點(diǎn)云斷面。由于掃描得到的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中包含了管線、電機(jī)設(shè)備、消防管道等若干對(duì)于成果處理無(wú)效甚至?xí)a(chǎn)生不良影響的點(diǎn)，所以在分析點(diǎn)云數(shù)據(jù)之前，根據(jù)分析需求將有效的點(diǎn)保留，將無(wú)效的點(diǎn)刪除，對(duì)截取的斷面進(jìn)行去噪處理。其中，噪音數(shù)據(jù)主要是道床、軌道、電纜、照明設(shè)備和其他附著在管壁上的設(shè)施。最終保留反映隧道管片的點(diǎn)，如圖7所示。

圖7 橫向斷面切片

由于斷面的切片數(shù)據(jù)是一組離散的點(diǎn)，這些離散的點(diǎn)只具有其坐標(biāo)信息，僅依據(jù)離散的點(diǎn)云坐標(biāo)無(wú)法準(zhǔn)確地獲取斷面的收斂變形情況。因此，在對(duì)地鐵隧道斷面進(jìn)行收斂變形分析時(shí)，需要根據(jù)離散的斷面點(diǎn)云坐標(biāo)擬合出連續(xù)的斷面曲線。工程實(shí)際中，由于隧道斷面受到不均勻荷載的作用，使得管片發(fā)生不均勻變形，形成近似橢圓的形狀[10]。

因此，將去噪后的斷面切片點(diǎn)云進(jìn)行橢圓擬合。設(shè)管片斷面曲線的一般方程為橢圓曲線方程[6]，即

Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0

將曲線方程的參數(shù)A，B，C，D，E，F(xiàn)初設(shè)為一個(gè)參數(shù)矩陣P0=[A0B0C0D0E0F0]，將斷面切片點(diǎn)云坐標(biāo)代入?yún)?shù)方程運(yùn)用最小二乘法進(jìn)行擬合[11,12]，圖8為斷面擬合曲線。

圖8 斷面擬合曲線

2.2 隧道斷面變形

將擬合后的隧道斷面上的每個(gè)點(diǎn)到橢圓中心的距離與初始設(shè)計(jì)半徑相比較，計(jì)算差值后可獲得圖9所示的監(jiān)測(cè)區(qū)間各環(huán)管片變形后的半徑與設(shè)計(jì)半徑差值的變化曲線，將其中一環(huán)管片的變化曲線單獨(dú)畫出，如圖10所示。由圖10可知，隧道斷面除了在豎向方向被壓扁，在橫向方向還會(huì)向外擴(kuò)張。隧道斷面的變形差值分別在頂部與兩腰達(dá)到峰值，變形形狀基本呈現(xiàn)出兩側(cè)向外擴(kuò)大，上下收斂縮小的規(guī)律，整個(gè)隧道斷面形成一個(gè)扁平的橢圓。

圖9 各環(huán)管片的變形后半徑與設(shè)計(jì)半徑的差值曲線

圖10 某環(huán)管片變形后半徑與設(shè)計(jì)半徑的差值曲線

圖11所示為監(jiān)測(cè)區(qū)間內(nèi)各斷面的最大變形值，由圖可以看出，監(jiān)測(cè)里程內(nèi)各環(huán)管片的直徑變化值基本在20～50 mm之間，其中里程為1095 m處的管片直徑變化值最大，達(dá)到71.89 mm。

圖11 監(jiān)測(cè)區(qū)間內(nèi)各斷面最大變形值

本文監(jiān)測(cè)區(qū)間的管片錯(cuò)縫拼裝，根據(jù)《城市軌道交通隧道結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》中對(duì)運(yùn)營(yíng)隧道錯(cuò)縫拼裝管片的要求，其斷面變形的直徑變化率控制值為10‰。將圖12所示的監(jiān)測(cè)區(qū)間各斷面直徑最大變化率曲線值與規(guī)范值進(jìn)行對(duì)比。

圖12 監(jiān)測(cè)區(qū)間內(nèi)各斷面直徑變化率曲線

根據(jù)擬合的橢圓曲線計(jì)算每個(gè)斷面的最大直徑變化率，即直徑變化最大值與設(shè)計(jì)直徑的比值。在監(jiān)測(cè)區(qū)間內(nèi)的所有環(huán)管片斷面中，有15環(huán)管片的直徑變化率超過(guò)10‰，占總數(shù)的12.9%，其中里程為1095 m處的直徑變化率最大，為13.1‰。

表1列出了監(jiān)測(cè)區(qū)間內(nèi)直徑變化率超過(guò)規(guī)范控制值的管片變形情況?？梢钥闯?，在直徑變化率超過(guò)規(guī)范值的15環(huán)管片中，其與規(guī)范的差值在0.1‰～3‰之間，略超出規(guī)范控制值，但是其直徑變化率基本在規(guī)范要求的控制值附近。

表1 直徑變化率和斷面變形監(jiān)測(cè)結(jié)果

2.3 隧道凈空收斂

根據(jù)斷面擬合橢圓，計(jì)算橢圓的短半軸長(zhǎng)度與隧道設(shè)計(jì)半徑的差值，即為隧道斷面的最大凈空收斂值。收斂值隨里程的變化曲線如圖13所示。隧道的凈空收斂值基本在10～30 mm之間，其中里程為1095 m處的管片收斂值最大，達(dá)到35.94 mm。在監(jiān)測(cè)區(qū)段內(nèi)，凈空收斂值在10 mm以下管片占總數(shù)的22.6%，收斂值在10～20 mm之間的管片占總數(shù)的51.34%，收斂值在20～30 mm之間的管片占總數(shù)的20.86%，收斂值超過(guò)30 mm的管片占總數(shù)的5.2%。

圖13 凈空收斂變化曲線

然后計(jì)算每個(gè)隧道斷面的最大凈空收斂值所在位置偏轉(zhuǎn)角。如圖14所示，擬合橢圓短軸與設(shè)計(jì)隧道豎向半徑的夾角β(順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為負(fù)，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為正)即為隧道凈空收斂最大值所在位置偏轉(zhuǎn)角。計(jì)算后形成如圖15所示的曲線。由圖15可以看出，管片的凈空收斂最大值所在斷面的徑向位置一般出現(xiàn)在頂部偏左或偏右的位置，其到斷面中心的連線與豎直方向的夾角β最大為44.14°，位于里程斷面916.2 m處，其余大部分分布在-30°～30°之間。

圖14 隧道斷面收斂最大處偏轉(zhuǎn)角示意

圖15 收斂最大處到斷面中心連線與豎直方向偏轉(zhuǎn)角曲線

2.4 隧道管片錯(cuò)臺(tái)

將隧道點(diǎn)云數(shù)據(jù)縱向切片，量取管片與管片之間的錯(cuò)臺(tái)情況，圖16所示為監(jiān)測(cè)區(qū)間內(nèi)管片錯(cuò)臺(tái)值1 mm以上的錯(cuò)臺(tái)情況。在監(jiān)測(cè)區(qū)間的所有環(huán)管片中，錯(cuò)臺(tái)值基本在10 mm以下，錯(cuò)臺(tái)值在10 mm以上的占總數(shù)的18.4%；其中錯(cuò)臺(tái)值在10～15 mm之間的共有14環(huán)管片，占總數(shù)的12%；錯(cuò)臺(tái)值在15～20 mm之間及超過(guò)20 mm的各有1環(huán)管片。

圖16 監(jiān)測(cè)區(qū)間內(nèi)管片間錯(cuò)臺(tái)值

根據(jù)《城市軌道交通隧道結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》對(duì)管片錯(cuò)臺(tái)的要求，其錯(cuò)臺(tái)控制值為20 mm。監(jiān)測(cè)區(qū)間內(nèi)僅有里程為1027.353 m處的管片錯(cuò)臺(tái)量超過(guò)規(guī)范要求，為21 mm?？傮w來(lái)看，該區(qū)間的隧道管片間錯(cuò)臺(tái)較小。

2.5 軌道變形

徠卡SiTrack:One激光掃描儀兩側(cè)安裝的高分辨率軌道掃描裝置可以單獨(dú)對(duì)兩側(cè)軌道進(jìn)行高分辨率掃描，從掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取軌道軌跡線，如圖17所示。

圖17 軌道軌跡線

《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定地鐵的標(biāo)準(zhǔn)軌距為1435 mm，根據(jù)提取出的軌跡線計(jì)算實(shí)際軌距，并與標(biāo)準(zhǔn)軌距進(jìn)行對(duì)比，可得到軌距差值曲線，如圖18所示。

圖18 與標(biāo)準(zhǔn)軌距差值曲線

根據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》對(duì)軌距的要求，實(shí)際規(guī)矩與標(biāo)準(zhǔn)軌距的差值應(yīng)在-4～+6 mm之間。由圖18可知，監(jiān)測(cè)區(qū)間內(nèi)的軌道軌距基本在規(guī)范的控制值之內(nèi)，其中里程為928.699～930.317，1001.021～1003.520，1115.990～1116.484 m范圍內(nèi)軌距差值最小為-5 mm，里程為962.001～962.997，1072.237～1078.697 m范圍內(nèi)軌距的差值最大為7 mm，均只超出規(guī)范要求1 mm。

3 結(jié) 論

(1)本文采用移動(dòng)三維激光掃描技術(shù)對(duì)地鐵隧道進(jìn)行了三維全景監(jiān)測(cè)，得到了監(jiān)測(cè)區(qū)段的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。使用切片、降噪、擬合等方法對(duì)移動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析處理。通過(guò)點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取地鐵隧道的三維全景影像，把監(jiān)測(cè)工作從“點(diǎn)”和“線”突破到了空間和全景，克服了傳感器監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)布設(shè)維護(hù)復(fù)雜、傳感器需求量大等缺點(diǎn)。

(2)通過(guò)對(duì)移動(dòng)三維激光掃描得到的隧道斷面點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘擬合，得到了斷面的整體變形，其變形基本呈現(xiàn)出兩側(cè)向外擴(kuò)大，上下收斂縮小的規(guī)律，整個(gè)隧道斷面呈現(xiàn)一個(gè)扁平的橢圓形狀。其次，隧道斷面相較于其初始設(shè)計(jì)半徑值發(fā)生了較大的變形，但總體仍處于穩(wěn)定狀態(tài)。管片錯(cuò)臺(tái)、軌道變形基本滿足規(guī)范控制值要求。

(3)移動(dòng)三維激光掃描技術(shù)是一種高效、精確的健康監(jiān)測(cè)方法，但是在應(yīng)用于地鐵隧道監(jiān)測(cè)過(guò)程中，只能在非運(yùn)營(yíng)時(shí)段進(jìn)行掃描，無(wú)法實(shí)時(shí)獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，而且所測(cè)量的數(shù)據(jù)無(wú)法通過(guò)無(wú)線傳輸方式實(shí)時(shí)傳輸至外部分析平臺(tái)。因此，如何真正實(shí)現(xiàn)軟件平臺(tái)對(duì)移動(dòng)三維激光掃描儀器的遠(yuǎn)端無(wú)線控制，并使其進(jìn)行數(shù)據(jù)自采集、自傳輸，這是下一步需要解決的問(wèn)題。