三维激光扫描应用--龙泉山隧道三维激光扫描测试

1、龙泉山隧道三维激光扫描测试一、工程概况龙泉山隧道位于成都东简阳南区间，属于新建成都至重庆铁路客运专线工程CYSG-1标段，其隧道进口位于成都市龙泉驿区，出口位于简阳市。工程全长7328m,为双线单洞铁路隧道，进口里程DK22+485，出口里程DK29+813。全隧位于直线上，设有平导一座和斜井三座。龙泉山山脉系四川盆地西部成都平原和川中丘陵的地理界线，是岷江与沱江的分水岭，在四川盆地内部，山脉形成一条高高的、狭长的隆起，其西面是成都平原，东面是川中丘陵。龙泉山呈一条形山脉，高程480985m，由北东南西纵贯境内，为本区最高地形，丘陵和平原分别依附于两侧，地形起伏较大，相对高差50150m，自然

2、坡度3050，坡面植被发育。测试召集单位：铁道科学研究院西南院测试实施单位：龙泉山隧道第三方监测项目部北京数联空间科技股份有限公司二、测试项目和使用仪器1、测试项目1）隧道超欠挖检测分析2）喷锚层平整度检测分析3）TMSTunnelscan系统断面收敛内符合精度测试2、观测仪器表1TMS配置清单设备名称数量单位说明FAROFocus3D扫描仪1套全站仪1台APM定位测量，最好是徕卡全站仪，带激光对中，要带数据下载工具全站仪三脚架2只用于架设全站仪和扫描仪全站仪后视棱镜2套含基座、支架、棱镜后视棱镜三脚架2只视隧道现场如果导线点有强制对中装置可以不带APM定位基座1只含内六角扳手、小十字螺丝刀、

3、2个棱镜连接杆三角基座1只连接APM基座，最好带激光对中定位靶球1套APM定位半球棱镜靶球轻便三脚架1只可以使用轻质三脚架、三角基座和棱镜支架替代APM定位棱镜2只可以用徕卡圆棱镜（带单框）替代隧道设计数据1项平曲线、竖曲线、横坡、设计断面三、工作概述我单位于2012年7月12日对龙泉山隧道进行了测量，测量段为进口DK22+585DK22+615,围岩等级为V级，该段初期支护已稳定，二次衬砌未施作。根据实际施工情况，共进行了6次测站，分别为：Z004、Z005、Z006、Z007、Z008、Z009。其中各站所在里程（扫面仪所在里程）如表2所示。并依据实际项目需求,使用TMSTunnelsca

4、n软件对测量数据进行了分析比较。表2测站里程站名里程Z004Z005DK22+592.181Z006Z007DK22+601.496Z008Z009DK22+610.097四、测量项目成果1、超欠挖检测分析通过TMSTunnelscan每2米截取一个断面，共16个断面，理论断面采用V级围岩初期支护设计断面，去除通风管对欠挖的影响，统计内轨顶面之上断面真实超欠挖情况，从附件2所知，在DK22+589之后的的13个断面存在较为严重的侵限情况。结合下图分析知，在DK22+589围岩出现明显的错台现象，高度差在25cm左右。DK22+589DK22+596右拱墙侵限20cm左右，左拱墙侵限严重绝大部分

5、在25cm以上，个别部分达到50cm。DK22+596DK22+615存在严重的侵限，右拱部侵限20cm左右，右边墙侵限在25cm之上，个别部分达到50cm，左拱墙侵限更为严重，绝大部分在50cm左右。旳*nwmgIE勵盃jw-i_wie*smmn冉耳m浑砂iw?】沖jjww*mwim3图1超欠挖影像图2、平整度高速铁路对衬砌表面的外观及粗糙度有一定要求的，则必须对衬砌表面的平整度加以重视。使用TMSTunnelscan隧道扫描系统，可快速获得高密度，高精度的扫描点云，配合专业算法支持的处理软件，可以将整个隧道表面的影像图以投影的方式展开，在其它的图层中用不同色阶的颜色表现平整度的满足程度，这

6、样隧道表面的平整度成果既真实又直观。Tunnelscan平整度检测采用尺算法，其平整度指数的计算公式如下:If(L*Lmm)?P=D/L*心屯vVvVxww.jM*.其中尸L:尺长aL*：两蝕点间的距离4A：用户定义的尺长百分数如，50%亠D：任意点到尺豹距离*Lmin：=A%XIP：平整度指数a图2平整度指数的计算公式图3所示，黄色区域的平整度指数大于0.1(相当于采用一个“虚拟的”1米靠尺以任意角度测量隧道表面所得到的最大凹凸不平度超过10厘米)，桔红色到红色区域平整度指数为0.2-0.3。可知整个区间段的边墙底部平整度较差，DK22+589出现较大的裂缝或错台，高差为2530cm,DK2

7、2+600DK22+615区间段隧道拱顶部位平整度较差。图3隧道平整度影像图图4：隧道壁激光雷达影像圆柱投影展开图3、TMSTunnelscan系统断面收敛内符合精度测试测试方法：将扫描仪置于同一位置进行两次扫描，例如Z004和Z005，通过TMSTunnelscan在同一里程分别截取两次扫描的断面，然后将Z005作为理论断面，分析Z004断面到Z005断面的投影距离从附件3中两个断面的对比来看，对于表面起伏比较大的山岭隧道来说，在同一个测站上设站，监测同一个断面的精度基本在0.001米0.002米之间，个别位置存在较大差异，其原因如下：1）两次测站扫描的点随机落在的位置不太一样。2）隧道底部

8、泥泞，扫描过程中有车开过，车辙发生改变。3）人员和车量对扫面过程造成遮挡，产生噪点，直接造成点云稀疏。4）隧道围岩平整度指数较大为了尽量排除上诉误差因素，将分析断面设在通风管之上（见附件4），分析其线性平均误差。1、线性平均误差=（超挖面积+欠挖面积）/多段线长度2、两次收敛检测偶然误差中误差=丁（工（*）/（n-1）；其计算结果如表3所示，可知线性平均误差均值为0.00127m，10个断面中误差在0m0.001m之间有5个，在0.001m0.002m之间有4个，大于0.002m（0.0028m）有1个是由于DK22+597断面拱顶有一处起伏大造成（平整度指数大于0.2），如图3和图4所示。表

9、3线性平均误差里程超挖面积血）欠挖面积血）多断线长（m）线性平均误差（m）DK22+5850.0140.0116.3480.0015DK22+5870.0090.0116.450.0012DK22+5890.020.01116.3070.0019DK22+5910.0120.01415.2390.0017DK22+5930.0070.00715.1130.0009DK22+5950.0010.00615.2450.0005DK22+5970.0080.03415.0740.0028DK22+5990.0050.00514.6630.0007DK22+6010.0060.00814.7190.001DK22+6030.0050.00315.1120.0005平均值0.00127图4DK22+597断面误差分析断面图综上所述，对于隧道围岩表面起伏不严重的部位（平整度指数小于0.2）,TMS系统满足监测同一个断面的精度要求（误差小于2毫米）。五、测试结论1、本次测试发现并验证了客户之前已经发现的欠挖现象，但这次的报告更加全面和精确的展示了欠挖的全部区域、面积和体积；2、本次测试首次同时使用目前国际上最先进的激光扫