CN104457572A - 基于三维扫描技术提取盾构隧道错缝错台量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三维扫描技术提取盾构隧道错缝错台量的方法，该方法包括如下步骤：根据三维激光扫描获取的隧道内壁正射影像提取相邻管片之间的纵缝位置信息，垂直于隧道衬砌环的中心轴线设置切面S，并提取相邻管片纵缝切面S两侧ε/2距离范围内的隧道衬砌环点集P1、P2；分别将所述切面S两侧的所述点集P1、P2投影到切面S上获得两个断面切片；对所述断面切片上的圆弧分弧段进行数据检查，剔除粗差点后将两个所述断面切片上的圆弧进行拟合，计算所述纵缝处相邻弧段沿半径方向的错开量，该错开量即为相邻所述管片纵缝两侧的错台量。本发明的优点是，错台量提取精度和效率较高。
Description
技术领域
本发明属于盾构隧道测量技术领域，具体涉及一种基于三维扫描技术提取盾构隧道错缝错台量的方法。
背景技术
影响地铁隧道结构变形的原因是多方面的。施工活动本身导致建成的隧道结构产生一定的结构变形，如盾构推进过程中对周边土体的扰动，完成隧道结构拼装区段的注浆及浆液置换，进出洞位置、区间横旁通道的特殊位置的专项施工措施等；投入运营后，列车的震动作用使隧道周边土体液化，导致隧道结构的变形；地铁沿线地块开发的施工活动对隧道结构周边土体产生扰动，同样会导致隧道结构的变形。
盾构隧道通常由长度1米或1.2米的衬砌圆环通过纵向固定螺栓固定连接而成，各衬砌圆环由六块管片通过横向固定螺栓固定拼装而成，为确保隧道结构的不渗漏，管片接缝处设置有橡胶止水带。由于管片的刚度较大，圆隧道结构的变形首先表现为对管片拼装缝处的拉张和挤压，导致管片两端的碎裂和影响止水带的隔水效果。衬砌管片间的相对变形表现为：1）相邻管片的相对角度变化（相对旋转）；2）相邻管片的相对张开或挤压；3）相邻管片的相对位移（相对错开）。第三种称之为衬砌环的错台，错台对连接螺栓产生内力，较大的错台导致连接螺栓。错缝错台的传统测量方法主要是通过人工采用游标卡尺或塞尺进行测量，需登高作业且受人为因素影响较大，作业效率也比较低。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种基于三维扫描技术提取盾构隧道错缝错台量的方法，该方法通过利用三维激光扫描获取的隧道点云数据，分别提取相邻衬砌环间的环缝错台量以及相邻管片间的纵缝错台量。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种基于三维扫描技术提取盾构隧道错缝错台量的方法，所述错台量为相邻所述管片纵缝两侧的错台量，其特征在于所述方法包括如下步骤：根据三维激光扫描获取的隧道内壁正射影像提取相邻管片之间的纵缝位置信息；垂直于隧道衬砌环的中心轴线设置切面S，并提取所述切面S两侧ε/2距离范围内的隧道衬砌环点集P1、P2；分别将所述切面S两侧的所述点集P1、P2投影到切面S上获得两个断面切片；对两个所述断面切片上的圆弧分弧段进行拟合，计算所述纵缝处相邻弧段沿半径方向的错开量，该错开量即为相邻所述管片纵缝两侧的错台量。
所述纵缝信息是指所述纵缝的里程及其切面的三维空间参数。
一种基于三维扫描技术提取盾构隧道错缝错台量的方法，所述错台量为相邻所述衬砌环的环缝两侧的错台量，其特征在于所述方法根据三维激光扫描获取的隧道内壁正射影像提取相邻衬砌环之间的环缝信息；平行于所述隧道的中心轴线沿所述隧道内壁横跨相邻所述衬砌环之间的环缝设置基准线段L，所述基准线段L与所述隧道中心轴线构成平面η；提取距离所述基准线段L在隧道衬砌环ε/2范围内弧段的点集Q；将点集Q投影到所述平面η内，将所述环缝两侧的投影线段各自分别按直线拟合，拟合后的两条所述投影线段的错开量即为相邻所述衬砌环的环缝两侧的错台量。
所述基准线段L在所述环缝两侧的距离为所述衬砌环环宽度的二分之一。
所述环缝信息是指所述环缝的里程及其切面的三维空间参数。
所述ε的取值为0-2cm之间。
本发明的优点是，该方法可应用于盾构隧道相邻管片间的错台量提取以及相邻衬砌环之间的错台量提取，精确度和效率较高，提取的错台量可标注于隧道正射展开影像图中，用于对隧道结构拼接质量和变形参数进行评估，适用于盾构管片结构施工、定期维护检测等行业。
附图说明
图1为本发明中切面S示意图；
图2为本发明中存在错台的拼装缝两侧的点云示意图；
图3为本发明中两侧点云数据依次投影至切面S示意图；
图4为本发明中衬砌环内管片间的纵缝错缝示意图；
图5为本发明中衬砌环之间的环缝错缝示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-5，图中标记1-5分别为：衬砌环1、错缝2、错缝3、管片4、管片5。
实施例：如图1-5所示，本实施例具体涉及一种基于隧道三维激光扫描测量数据提取单圆盾构隧道相邻管片间和相邻衬砌环错台量的方法，具体如下：
【相邻管片间的纵缝错台量提取】：
（1）将三维激光扫描获取的隧道点云数据展开获得内壁正射影像数据，从内壁正射影像数据中提取相邻管片之间的拼接纵缝的位置信息，即纵缝的里程及切面的三维空间参数等；
（2）计算同一衬砌环1内的纵缝位置两侧的错台量（即错缝2）：衬砌环1是由若干管片构成的，相邻管片之间具有拼接纵缝；在待计算的里程处，垂直于隧道的中心轴线设置切面S，提取相邻管片纵缝切面S两侧ε/2距离范围内的点集P1、P2，该点集P1、P2是从三维激光扫描测量获得的隧道点云数据中提取的，ε为断面厚度，本实施例中ε取2cm，如图1所示；将切面S两侧的点集P1、P2分别投影到切面S上以获得两个断面切片N1、N2，如图3所示；根据盾构管片设计结构的几何参数，分弧段（各弧段对应各管片）对数据进行有效性检查，对断面切片上的圆弧投影分弧段进行数据检查，剔除粗差点后拟合出几何参数（如圆弧段的圆心、半径等）；计算所有纵缝拼接处相邻弧段沿衬砌环半径方向的错开量，该错开量即为相邻管片纵缝两侧的错台量，如图2所示，图中中间倾斜区域为错台变化处的点云，上、下两部分的区域则为衬砌环上的点云；如图4所示，管片4与管片5之间的纵缝错台量即为错缝2。
【相邻衬砌环之间的环缝错台量提取】：
（1）将三维激光扫描获取的隧道点云数据展开获得内壁正射影像数据，从内壁正射影像数据中提取相邻衬砌环之间的拼接环缝的位置信息，即环缝的里程及切面的三维空间参数等；
（2）计算相邻所述衬砌环之间的环缝两侧的错台量（即错缝3）：平行于隧道的中心轴线沿隧道壁横跨相邻衬砌环之间的环缝设置基准线段L（基准线段在环缝两侧的距离小于衬砌环宽，在本实施例中取二分之一衬砌环宽），提取距离基准线段L在ε/2范围内的隧道衬砌环点集Q，隧道衬砌环点集Q由环缝一侧和另一侧的两部分点集构成，本实施例中ε取2cm；将点集Q投影到由隧道中心轴线与基准线段L所共同确定的平面η内，将环缝两侧的投影线段各自剔除错差并按直线拟合，两条投影线段在环缝处的错开量即为相邻所述衬砌环的环缝两侧的错台量，即如图5中所示的错缝3。
本实施例中的方法可应用于盾构隧道相邻管片间的错台量提取以及相邻衬砌环之间的错台量提取，精确度和效率较高，提取的错台量可标注于隧道正射展开影像图中，用于对隧道结构拼接质量和变形参数进行评估，适用于盾构管片结构施工、定期维护检测等行业，应用前景和经济效益良好。
Claims (6)
1.一种基于三维扫描技术提取盾构隧道错缝错台量的方法，所述错台量为相邻所述管片纵缝两侧的错台量，其特征在于所述方法包括如下步骤：根据三维激光扫描获取的隧道内壁正射影像提取相邻管片之间的纵缝位置信息；垂直于隧道衬砌环的中心轴线设置切面S，并提取所述切面S两侧ε/2距离范围内的隧道衬砌环点集P1、P2；分别将所述切面S两侧的所述点集P1、P2投影到切面S上获得两个断面切片；对两个所述断面切片上的圆弧分弧段进行拟合，计算所述纵缝处相邻弧段沿半径方向的错开量，该错开量即为相邻所述管片纵缝两侧的错台量。
2.根据权利要求1所述的一种基于三维扫描技术提取盾构隧道错缝错台量的方法，其特征在于所述纵缝信息是指所述纵缝的里程及其切面的三维空间参数。
3.一种基于三维扫描技术提取盾构隧道错缝错台量的方法，所述错台量为相邻所述衬砌环的环缝两侧的错台量，其特征在于所述方法根据三维激光扫描获取的隧道内壁正射影像提取相邻衬砌环之间的环缝信息；平行于所述隧道的中心轴线沿所述隧道内壁横跨相邻所述衬砌环之间的环缝设置基准线段L，所述基准线段L与所述隧道中心轴线构成平面η；提取距离所述基准线段L在隧道衬砌环ε/2范围内弧段的点集Q；将点集Q投影到所述平面η内，将所述环缝两侧的投影线段各自分别按直线拟合，拟合后的两条所述投影线段的错开量即为相邻所述衬砌环的环缝两侧的错台量。
4.根据权利要求3所述的一种基于三维扫描技术提取盾构隧道错缝错台量的方法，其特征在于所述基准线段L在所述环缝两侧的距离为所述衬砌环环宽度的二分之一。
5.根据权利要求3所述的一种基于三维扫描技术提取盾构隧道错缝错台量的方法，其特征在于所述环缝信息是指所述环缝的里程及其切面的三维空间参数。
6.根据权利要求1或3所述的一种基于三维扫描技术提取盾构隧道错缝错台量的方法，其特征在于所述ε的取值为0-2cm之间。
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