三維激光掃描儀在某隧洞項目竣工測量中的應用

■王鵬 張旺

（遼寧省有色地質局一〇七隊遼寧大連116113）

三維激光掃描儀在某隧洞項目竣工測量中的應用

■王鵬 張旺

（遼寧省有色地質局一〇七隊遼寧大連116113）

通過采用Focus3D 330地面三維激光掃描系統對某隧洞項目進行初期支護實際開挖情況測量。真實反映隧洞的實際開挖情況，并準確計算超、欠挖工程量，繪制隧洞開挖斷面。以便實施信息化施工和管理，方便業主和各方科學、適時地對工程情況進行分析與研究，采取相應的預防措施，以確保工程質量。

三維激光掃描系統某隧洞

0　引言

某水洞為地下隧洞，常規測繪常采用斷面儀或全站儀等進行階段竣工測量，但常規儀器采集數據量較少，測繪過程中受操作技術人員影響較大，施測進度和計算工作量龐大，工期時間長。隧洞及地下工程修建技術不斷提高的同時，信息化施工已成為地下工程發展的必然趨勢。三維激光掃描技術可以實時、準確、全方位獲取隧洞空間數據，進行隧洞施工過程分析和反分析，對隧洞施工質量風險進行預警預報，通過相關專業軟件處理采集的點云數據，得到任意斷面的剖面圖形和任一區間超欠挖量，指導隧洞信息化施工。

1　工程概況

為了解決某地供水問題，更進一步提高農業產量，加快地區經濟發展速度，在水源地至該地區間進行供水隧洞的建設工作。在供水隧洞開挖初期支護階段的竣工進行驗收測量。根據供水隧洞的規模及施工特點，為反映隧洞的初期支護實際開挖情況并準確計算超、欠挖工程量，隧洞開挖斷面采用三維激光掃描系統進行測量。

2　三維激光掃描技術簡介

隧洞三維激光掃描技術采用三維激光掃描儀進行隧洞全斷面非接觸掃描測量，測量時儀器主動獲取和存儲隧洞實體的點云數據，包括實體在同一空間坐標系或參考系下描述目標實體的空間分布和目標表面光譜特性的海量點云數據集合。通過點云拼接和濾波分析等，得到隧洞空間的三維實體模型，進行數字信息化處理和隧洞任意斷面剖面圖的繪制，指導隧洞信息化施工和設計。Focus3D 330三維激光掃描儀最遠掃描330米，精度為2mm；垂直角度300度，最大化垂直覆蓋；水平360度，完整掃描周邊區域。

3　工程應用與實踐

3.1項目中點云數據的獲取

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，為了保證有充足的點云數據用于提取隧洞的形變信息，通常每個測站所獲取的點云數據中有效范圍只有幾十米，這是隧洞特殊結構下不可避免的特殊問題。項目實施初期經過現場試驗，確定兩測站間距為50米，遇到特殊部位如避車洞需縮短間距。為了使測量數據連續可靠，掃描數據必須有一定的重合度，即保證點云數據拼接過程中每兩個測站間的公共部分，監測時需根據隧洞斷面尺寸大小，每隔一定距離設置一個測站，測站經過控制點時，需要在控制點處加設反光片或標靶紙，將控制點點位數據掃描到儀器存儲，便于內業里程位置處理。

3.2掃描數據后處理軟件應用

通過三維激光掃描儀獲取隧洞三維數據后，我們可以使用3DReshaper軟件快速構建隧洞的三維模型，使用3DReshaper軟件可以自動提取三維掃描數據中隧洞任意里程的斷面數據（如圖1所示）自動繪制剖面圖。

根據提供的設計斷面及施工圍巖類別，建立三維設計模型，并將其導入到3DReshaper軟件，生成設計隧洞三維模型，并與實際測量數據生成的實際隧洞三維模型套合，使用軟件功能進行超欠挖方量的分析和計算。

軟件對于超欠挖量的計算要求實測斷面和模型斷面都是封閉的，否則不能計算出超欠挖量。在實際的測量中隧洞底部的凹凸不平但由于個別區段有積水，所以不能準確測出底板積水水面以下的實際地形，造成無法除去底板積水對超欠挖量的影響，這也是我們在以后的工作中需要注意和重點解決的問題。

4　三維技術在項目應用中的意義

隧洞施工過程中，嚴重的超欠挖將影響隧洞的施工成本和其長期安全穩定。因此對超欠挖的控制對隧洞施工同樣意義重大，3DReshaper可將隧洞的三維數據快速構建mesh網格，用生成的網格與設計數據進行比對，獲得實際施工超欠挖體積與設計體積的偏差，獲得的數據可以作為施工檢測的依據或依照檢測數據調整施工方案節省施工成本。

這些斷面及其對比數據可導出至AutoCAD中，用于其他專業應用，供工程師或現場施工人員查閱。

5　結論與建議

隧洞三維激光掃描技術是具備實時、全方位、高精度、高密度獲取海量實體點云數據的方法，通過專業軟件進行點云拼接、濾波處理等得到隧洞實體的三維模型和分析結果，可以生成了不同里程斷面的剖面圖和分析圖，可用來分析隧洞施工在不同地質環境中超欠挖的變化規律，具有數據真實可靠、實時處理和全信息數字化等優點。三維技術在該隧洞竣工測量項目使用后表明，隧洞三維激光掃描方法可以快速、實時地獲取隧洞施工的動態數據，掌握隧洞的超欠挖變化規律，指導隧洞信息化安全施工，是目前最理想的測繪方法，取得了較好的應用效果。

［1］馬立廣.地面三維激光掃描測量技術研究【D】武漢武漢大學2005.

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

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

P2［文獻碼］ B

1000-405X（2016）-8-270-1