三维激光扫描仪在某隧洞项目竣工测量中的应用

■王鹏 张旺

（辽宁省有色地质局一〇七队辽宁大连116113）

三维激光扫描仪在某隧洞项目竣工测量中的应用

■王鹏 张旺

（辽宁省有色地质局一〇七队辽宁大连116113）

通过采用Focus3D 330地面三维激光扫描系统对某隧洞项目进行初期支护实际开挖情况测量。真实反映隧洞的实际开挖情况，并准确计算超、欠挖工程量，绘制隧洞开挖断面。以便实施信息化施工和管理，方便业主和各方科学、适时地对工程情况进行分析与研究，采取相应的预防措施，以确保工程质量。

三维激光扫描系统某隧洞

0　引言

某水洞为地下隧洞，常规测绘常采用断面仪或全站仪等进行阶段竣工测量，但常规仪器采集数据量较少，测绘过程中受操作技术人员影响较大，施测进度和计算工作量庞大，工期时间长。隧洞及地下工程修建技术不断提高的同时，信息化施工已成为地下工程发展的必然趋势。三维激光扫描技术可以实时、准确、全方位获取隧洞空间数据，进行隧洞施工过程分析和反分析，对隧洞施工质量风险进行预警预报，通过相关专业软件处理采集的点云数据，得到任意断面的剖面图形和任一区间超欠挖量，指导隧洞信息化施工。

1　工程概况

为了解决某地供水问题，更进一步提高农业产量，加快地区经济发展速度，在水源地至该地区间进行供水隧洞的建设工作。在供水隧洞开挖初期支护阶段的竣工进行验收测量。根据供水隧洞的规模及施工特点，为反映隧洞的初期支护实际开挖情况并准确计算超、欠挖工程量，隧洞开挖断面采用三维激光扫描系统进行测量。

2　三维激光扫描技术简介

隧洞三维激光扫描技术采用三维激光扫描仪进行隧洞全断面非接触扫描测量，测量时仪器主动获取和存储隧洞实体的点云数据，包括实体在同一空间坐标系或参考系下描述目标实体的空间分布和目标表面光谱特性的海量点云数据集合。通过点云拼接和滤波分析等，得到隧洞空间的三维实体模型，进行数字信息化处理和隧洞任意断面剖面图的绘制，指导隧洞信息化施工和设计。Focus3D 330三维激光扫描仪最远扫描330米，精度为2mm；垂直角度300度，最大化垂直覆盖；水平360度，完整扫描周边区域。

3　工程应用与实践

3.1项目中点云数据的获取

三维激光扫描仪的扫描密度是随着扫描距离的增加而下降的，所以在隧洞有限的管状空间内，为了保证有充足的点云数据用于提取隧洞的形变信息，通常每个测站所获取的点云数据中有效范围只有几十米，这是隧洞特殊结构下不可避免的特殊问题。项目实施初期经过现场试验，确定两测站间距为50米，遇到特殊部位如避车洞需缩短间距。为了使测量数据连续可靠，扫描数据必须有一定的重合度，即保证点云数据拼接过程中每两个测站间的公共部分，监测时需根据隧洞断面尺寸大小，每隔一定距离设置一个测站，测站经过控制点时，需要在控制点处加设反光片或标靶纸，将控制点点位数据扫描到仪器存储，便于内业里程位置处理。

3.2扫描数据后处理软件应用

通过三维激光扫描仪获取隧洞三维数据后，我们可以使用3DReshaper软件快速构建隧洞的三维模型，使用3DReshaper软件可以自动提取三维扫描数据中隧洞任意里程的断面数据（如图1所示）自动绘制剖面图。

根据提供的设计断面及施工围岩类别，建立三维设计模型，并将其导入到3DReshaper软件，生成设计隧洞三维模型，并与实际测量数据生成的实际隧洞三维模型套合，使用软件功能进行超欠挖方量的分析和计算。

软件对于超欠挖量的计算要求实测断面和模型断面都是封闭的，否则不能计算出超欠挖量。在实际的测量中隧洞底部的凹凸不平但由于个别区段有积水，所以不能准确测出底板积水水面以下的实际地形，造成无法除去底板积水对超欠挖量的影响，这也是我们在以后的工作中需要注意和重点解决的问题。

4　三维技术在项目应用中的意义

隧洞施工过程中，严重的超欠挖将影响隧洞的施工成本和其长期安全稳定。因此对超欠挖的控制对隧洞施工同样意义重大，3DReshaper可将隧洞的三维数据快速构建mesh网格，用生成的网格与设计数据进行比对，获得实际施工超欠挖体积与设计体积的偏差，获得的数据可以作为施工检测的依据或依照检测数据调整施工方案节省施工成本。

这些断面及其对比数据可导出至AutoCAD中，用于其他专业应用，供工程师或现场施工人员查阅。

5　结论与建议

隧洞三维激光扫描技术是具备实时、全方位、高精度、高密度获取海量实体点云数据的方法，通过专业软件进行点云拼接、滤波处理等得到隧洞实体的三维模型和分析结果，可以生成了不同里程断面的剖面图和分析图，可用来分析隧洞施工在不同地质环境中超欠挖的变化规律，具有数据真实可靠、实时处理和全信息数字化等优点。三维技术在该隧洞竣工测量项目使用后表明，隧洞三维激光扫描方法可以快速、实时地获取隧洞施工的动态数据，掌握隧洞的超欠挖变化规律，指导隧洞信息化安全施工，是目前最理想的测绘方法，取得了较好的应用效果。

［1］马立广.地面三维激光扫描测量技术研究【D】武汉武汉大学2005.

［2］欧斌 黄承亮.三维激光扫描技术在分方测量中的应用研究【J】城市勘测 2012（2）：123-125.

［3］孔祥玲 欧斌.三维激光扫描技术在隧道工程竣工测量中的应用研究【J】城市勘测2013（2）：100-102.

P2［文献码］ B

1000-405X（2016）-8-270-1