CN109612406B - 一种盾构隧道拼装管片环拼装质量的随机检测方法 - Google Patents

Abstract

一种盾构隧道拼装管片环拼装质量的随机检测方法，该随机检测方法通过三维激光扫描仪及数个标靶组的相对位置、获取点云数据、点云数据拟合拼接、点云数据处理、拼装质量检测数据计算完成盾构隧道第N环拼装管片环的拼装质量检测，本发明能够在盾构管片拼装机作业区施工空间狭小且不具备通视条件下测量出刚拼装成型管片环的椭圆长轴、短轴的方位角和长度值，能在拼装管片环拼装完成后及同步注浆前第一时间掌握拼装管片环的拼装质量控制效果，从源头进行拼装质量控制，施工人员不需要与拼装管片环直接接触就能够测出要检测区域的拼装管片环的椭圆度、环缝错台及宽度和纵缝错台及宽度，检测环境安全，检测数据准确。

Description

一种盾构隧道拼装管片环拼装质量的随机检测方法

技术领域：

本发明属于盾构施工检测技术领域，尤其是一种盾构隧道拼装管片环拼装质量的随机检测方法。

背景技术：

结合图1，盾构主要包含有管片拼装机3、盾壳5、盾构掘进设备4及拖车，盾构在掘进过程中需要及时进行管片拼装，然后进行同步注浆，进而盾构拖车随盾构机掘进向前行走，每环拼装管片环由数块管片拼装而成，同一环拼装管片环上相邻两块管片之间的拼装缝隙为纵缝，相邻两环拼装管片环之间的拼装缝隙为环缝。

在同步注浆之前，需要随机检测管片拼装的质量，主要通过全站仪来随机检测管片拼装的椭圆度，然后通过三角板、游标卡尺或塞尺来检测管片拼装的纵缝错台、纵缝宽度、环缝错台和环缝宽度。

上述检测方法会存在如下问题：

一、使用全站仪来检查管片拼装的椭圆度时受限于盾构机中管片拼装机作业区施工空间狭小的影响，此时全站仪不具备通视条件且无法直接确定刚拼装成型管片环的椭圆长轴a和短轴b的位置并对其进行直接测量，需要随机试测几组不同方位测线的长轴和短轴数据，然后粗选出参考长轴a和参考短轴b，粗选出的参考长轴a相对隧道断面是水平的，而对于长轴a不在水平方位的情况全站仪是无法测出的。

二、由于直径6米以上盾构隧道断面的空间高度较大，采用三角板、游标卡尺或塞尺等工具进行人工测量时，在不借助辅助设备的情况下检测人员难以对管片环中上部的纵缝错台、纵缝宽度、环缝错台及环缝宽度进行检测，检测环境危险、操作非常困难。

利用三维激光扫描技术对盾构隧道拼装管片环拼装质量的随机检测方法还未见到相关报道。

发明内容：

为解决上述问题，本发明提供了一种盾构隧道拼装管片环拼装质量的随机检测方法，该方法通过三维激光扫描仪来随机检测盾构隧道管片拼装后形成的管片环拼装质量，随机检测出的椭圆长轴和椭圆短轴是所述管片环的真实数据，并能随机快捷地对所述管片环中上部的纵缝错台、纵缝宽度、环缝错台及环缝宽度等情况进行全面质量检测，检测数据真实可靠。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种盾构隧道拼装管片环拼装质量的随机检测方法，该方法使用到三维激光扫描仪、数个标靶组及数据处理软件，拼装管片环由数块管片拼装成环状，通过三维激光扫描仪对拼装管片环进行三维扫描，获取拼装管片环的三维点云数据并输入数据处理软件进行点云数据拟合拼接、点云数据处理、拼装质量检测数据计算，其特征是：

一、三维激光扫描仪及数个标靶组的相对位置：

①在盾构隧道的任意里程位置即盾构管片拼装区域形成第N环拼装管片环后，N为自然整数，沿第N环拼装管片环的一周配置n个标靶组，n是大于2的自然整数，每个标靶组不少于三个标靶，其中三个标靶所处的位置连线必须是锐角三角形且各标靶之间的距离不能少于一米；

②标靶或是标靶纸，或是标靶球，标靶纸通过粘贴的方式固定在第N环拼装管片环表面上，标靶球则借助磁铁底座或者真空吸盘底座固定在拼装管片环表面；

二、获取点云数据：

将数个标靶组分别标记为标靶组I、标靶组II、标靶组III、...、标靶组n，先将三维激光扫描仪放置在盾构管片拼装区靶组I和标靶组II之间的无遮挡区域S₁处以获取标靶组I和标靶组II区域内的拼装管片环的P_I→II点云数据；

同理将三维激光扫描仪放置在盾构管片拼装区标靶组II和标靶组III之间的无遮挡区域S₂处以获取标靶组II和标靶组III区域内拼装管片环的P_II→III点云数据；以此类推在无遮挡区域S_n处获取标靶组n和标靶组I区域内拼装管片环的P_n→I点云数据，将所述S₁处、所述S₂处、…及所述S_n处作为三维激光扫描仪基座的固定位置；

三、点云数据拟合拼接：

先将上述获取的P_I→II点云数据导入数据处理软件，再将P_II→III点云数据导入数据处理软件，提取标靶组II中各标靶的相对位置坐标作为参考标记，再将P_II→III点云数据与P_I→II点云数据拼接在一起形成第N环拼装管片环的局部P_I→II→III点云数据；

同理将P_III→IV点云数据导入数据处理软件，提取标靶组III中各标靶的相对位置坐标作为参考标记，再将P_III→IV点云数据与P_I→II→III点云数据拼接在一起形成第N环拼装管片环的局部P_{I→II→III→IV}点云数据；

以此类推将P_n→I点云数据导入数据处理软件，提取标靶组I中各标靶的相对坐标位置作为参考标记，再将P_n→I点云数据与P_{I→II→III→...(n-1)}点云数据拼接在一起形成第N环拼装管片环完整的P_{I→II→III→IV→...→I}点云数据；

四、根据上述第三条得到的P_{I→II→III→IV→...→I}＝H_N点云数据，因为三维激光扫描仪能够360°旋转，因此在第N环拼装管片环拼装完成后进行扫描所得到的H_N点云数据包含有第N环和第N-1环拼装管片环的点云数据；

五、点云数据处理：

①使用数据处理软件在H_N点云数据中截取第N环拼装管片环和第N-1环拼装管片环区域内的点云数据得到H_N-1点云数据；

②继续使用数据处理软件去除H_N-1点云数据中的第N环拼装管片环和第[N-1]环拼装管片环以外干扰物的点云数据得到H_N-2点云数据；

③通过数据处理软件在上述H_N-2点云数据中提取第N环拼装管片环的三个横断面，从第N环管片环往里纵深5cm的位置切出第一个横断面M₁、往里纵深中间位置切出第二个横断面M₂、再往里纵深至第N管片环边缘5cm位置切出第三个横断面M₃，继续往里纵深在环缝另一侧第N-1环拼装管片环5cm位置切出第四个横断面M₄；

④使用数据处理软件对第一个横断面M₁进行拟合得到第一个横断面M₁的轮廓线L₁，同理得到第二个横断面M₂的轮廓线L₂、第三个横断面M₃的轮廓线L₃以及第四个横断面M₄的轮廓线L₄；

⑤使用数据处理软件对轮廓线L₁进行拟合能得到与第一个横断面M₁上轮廓线L₁形状最接近的一个椭圆T₁，同理得到第二横断面M₂的椭圆T₂、第三横断面M₃的椭圆T₃以及第四横断面M₄的椭圆T₄；

六、拼装质量检测数据计算：

①在数据处理软件中计算分析得出椭圆T₁的长轴a₁和短轴b₁的长度值并能得出长轴a₁和短轴b₁的方位角，同理能够得出椭圆T₂的长轴a₂和短轴b₂的长度值并能得出长轴a₂和短轴b₂的方位角、椭圆T₃的长轴a₃和短轴b₃的长度值并能得出长轴a₃和短轴b₃的方位角以及椭圆T₄的长轴a₄和短轴b₄的长度值并能得出长轴a₄和短轴b₄的方位角，此时依据公式椭圆度＝[(长轴a-短轴b)÷长轴a×100％]，分别将上述计算分析得出的长轴和短轴的长度值对应代入上述公式就能计算出椭圆T₁的椭圆度、椭圆T₂的椭圆度、椭圆T₃的椭圆度以及椭圆T₄的椭圆度，以椭圆T₂的椭圆度作为第N环拼装管片环的整体椭圆度，以椭圆T₁的椭圆度、椭圆T₂的椭圆度和椭圆T₃的椭圆度的平均值作为第N环拼装管片环的平均椭圆度，通过椭圆T₄的椭圆度和椭圆T₃的椭圆度对比分析能得出环缝两侧拼装管片环的椭圆度差异；

②以常规拼装管片环为六块管片拼装而成为例，第一块管片A→B在轮廓线L₁上具有A、B两个边缘点，第二块管片C→D在轮廓线L₁上具有C、D两个边缘点，第三块管片E→F在轮廓线L₁上具有E、F两个边缘点，第四块管片G→J在轮廓线L₁上具有G、J两个边缘点，第五块管片K→P在轮廓线L₁上具有K、P两个边缘点，第六块管片Q→V在轮廓线L₁上具有Q、V两个边缘点，此时轮廓线L₁由多段线A→B→C→D→E→F→G→J→K→P→Q→V组成；

以上述椭圆T₁的形心O作为第一横断面的轮廓线L₁的形心，将上述A点到形心O的连线AO与V点到形心O的连线VO长度之差作为第一块管片与第六块管片在第一横断面处的纵缝错台量，将A点与V点的连线AV长度值作为第一块管片与第六块管片之间的纵缝宽度；

同理能够得到Q点到形心O的连线QO与P点到形心PO的连线O长度之差作为第六块管片与第五块管片在第一横断面处的纵缝错台量，将Q点与P点的连线QP的长度值作为第六块管片与第五块管片之间的纵缝宽度；

以此类推得到任意相邻两块管片在第一横断面处的纵缝错台量和纵缝宽度；

根据上述方式能够得到任意相邻两块管片在第二横断面和第三横断面处的纵缝错台量和纵缝宽度；

上述方式对于不是由六块管片拼装组成的拼装管片环同样成立；

③在上述H_N-2点云数据中第N环拼装管片环与第N-1环拼装管片环之间环缝任意位置的两侧沿纵深方向取一个左边缘点和一个右边缘点，左边缘点和右边缘点的连线垂直于所述环缝；

使用数据处理软件分别得到左边缘点的三维坐标值(x₁，y₁，z₁)和右边缘点的三维坐标值(x₂，y₂，z₂)，将左边缘点与右边缘点的连线长度作为第N环拼装管片环与第N-1环拼装管片环在上述两个边缘点处的环缝宽度值，此时上述连线的长度能够通过公式

计算得出；

将所述第三横断面M₃的轮廓线L₃与所述第四横断面M₄的轮廓线L₄的形心都平移到O点，O点与轮廓线L₃上任意位置的一点U连线的延长线交汇在轮廓线L₄形成点W，所述点U至所述点W的距离即为第N环拼装管片环与第N-1环拼装管片环之间环缝在U→W处的环缝错台量；

按照上述方式能够得到第N环拼装管片环与第N-1环拼装管片环之间环缝任意位置处的环缝错台量；

同时在对第N环拼装管片环进行扫描时得到其H_N-2点云数据，通过数据处理软件能够查看第N环拼装管片环的任意部位是否存在缺角、裂缝、渗漏水质量缺陷，至此完成盾构隧道第N环拼装管片环的拼装质量检测。

由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果：

1、本发明能够在盾构管片拼装机作业区施工空间狭小且不具备通视条件下测量出刚拼装成型管片环的椭圆长轴、短轴的方位角和长度值，对于椭圆长轴相对隧道断面不是水平的情况也能够测出，解决了全站仪不能解决的问题。

2、本发明能在拼装管片环拼装完成后及同步注浆前第一时间掌握拼装管片环的拼装质量控制效果，从源头进行拼装质量控制，以点代面保证了隧道整体管片拼装质量。

3、本发明采用三维激光扫描技术获取点云数据，施工人员不需要与拼装管片环直接接触就能够测出要检测区域的拼装管片环的椭圆度、环缝错台及宽度和纵缝错台及宽度，检测环境安全，检测数据准确。

附图说明

图1是盾构与拼装管片环的局部结构示意简图。

图2是标靶组与三维激光扫描仪相对位置示意简图。

图3是相邻拼装管片环的横断面提取位置示意简图。

图4是拼装管片环横断面的拟合椭圆度示意简图。

图5是相邻管片纵缝错台量及纵缝宽度的示意简图。

图6是相邻拼装管片环的环缝宽度示意简图。

图7是相邻拼装管片环的环缝错台量示意简图。

上述图中：1-第N环拼装管片环，2-第N-1拼装管片环，3-管片拼装机，4-盾构掘进设备，5-盾壳，6-左边缘点，7-右边缘点。

具体实施方式：

本发明是一种盾构隧道拼装管片环拼装质量的随机检测方法，本发明能够解决背景技术中的两个问题。

结合图2，当盾构掘进到第20环拼装管片环所在里程，盾构管片拼装区域形成最新一环即第20环拼装管片环后，根据管片拼装区域内通视情况和拼装管片环的直径大小，对称设置标靶组的位置，沿第20环拼装管片环的一周对称配置4个标靶组，相邻标靶组的位置连线构成的多边形近似为与第20环拼装管片环同心的正四边形，每个标靶组设置3个标靶，3个标靶所处的位置连线必须是锐角三角形且各标靶之间的距离不少于1米，当各标靶之间的距离小于1米和不能构成锐角三角形时，可能导致通过三维激光扫描仪获取的点云数据在以上述3个标靶作为标记进行点云数据拼接时产生较大误差。

标靶一般分为两种，标靶纸和标靶球，均为常规的扫描仪配件，能够在市场上很方便地购得，标靶纸的背面一般为不干胶能够直接通过粘贴的方式固定在拼装管片环的内表面上，标靶球一般都带有磁铁底座，标靶球也可以安装真空吸盘底座以便固定在拼装管片环的内表面。

上述是三维激光扫描仪及数个标靶组的相对位置关系说明。

设置的四个标靶组依次标记为标靶组I、标靶组II、标靶组III、标靶组IV，先将三维激光扫描仪放置在盾构管片拼装区标靶组I和标靶组II之间的无遮挡区域S₁处以获取标靶组I和标靶组II区域内的拼装管片环的P_I→II点云数据，三维激光扫描仪放置在盾构管片拼装区标靶组II和标靶组III之间的无遮挡区域S₂处以获取标靶组II和标靶组III区域内拼装管片环的P_II→III点云数据，将三维激光扫描仪放置在盾构管片拼装区标靶组III和标靶组IV之间的无遮挡区域S₃处以获取标靶组III和标靶组IV区域内拼装管片环的P_III→IV点云数据，同理在标靶组IV和标靶组I之间的无遮挡区域S₄处获取标靶组IV和标靶组I区域内的拼装管片环P_IV→I点云数据。

能够通过试测的方式确定出所述S₁处、所述S₂处、所述S₃处、及所述S₄处的理想位置，来作为三维激光扫描仪基座的固定位置并设置固定基座，再次扫描时直接将三维激光扫描安置在固定基座上，能够提高三维激光扫描仪的工作效率和扫描精度，并且不影响盾构管片拼装区域的正常作业。

每处扫描时可以对标靶组所在位置区域加密扫描，使得标靶组位置的点云数据更加丰富，用数据处理软件进行处理时就可以对标靶组中的标靶识别的更加清楚、准确，进而提高使用数据处理软件将多次扫描的点云数据进行拟合拼接时的精度。

通过以上步骤获取了不同相邻标靶组之间的局部点云数据，将获取的P_I→II点云数据、P_II→III点云数据、P_III→IV点云数据和P_IV→I点云数据按照以下方式拼接在一起就能组成拼装管片环点云数据的三维模型。

先将获取的P_I→II点云数据导入数据处理软件，再将P_II→III点云数据导入数据处理软件，提取标靶组II中各标靶的相对位置坐标作为参考标记将P_II→III点云数据与P_I→II点云数据拼接在一起形成第20环拼装管片环的局部P_I→II→III点云数据。

同理将P_III→IV点云数据导入数据处理软件，提取标靶组III中各标靶的相对位置坐标作为参考标记将P_III→IV点云数据与P_I→II→III点云数据拼接在一起形成第20环拼装管片环的局部P_{I→II→III→IV}点云数据。

将P_IV→I点云数据导入数据处理软件，提取标靶组I中各标靶的相对坐标位置作为参考标记将P_IV→I点云数据与P_{I→II→III→IV}点云数据拼接在一起形成第20环拼装管片环完整的P_{I→II→III→IV→I}点云数据＝H₂₀点云数据，至此完成第20环拼装管片环的点云数据拼接。

因为三维激光扫描仪的测量镜头能够在水平和竖直方向上360°旋转，所以第20环拼装管片环拼装完成进行三维激光扫描时既能扫描到第20环管片，也能够扫描到第19环拼装管片环，因此所得到的H₂₀点云数据既包含有第20环拼装管片环的点云数据，也包含有第19环拼装管片环的点云数据，利用第20环拼装管片环的点云数据可以分析第20环拼装管片环的椭圆度、纵缝错台和纵缝宽度，利用第20环和第19环拼装管片环之间拼装环缝两侧的点云数据可以分析环缝错台和环缝宽度。

使用数据处理软件在H₂₀点云数据中截取第20环拼装管片环和第19环拼装管片环区域内的点云数据得到H_20-1点云数据，其中截取的第19环拼装管片环的点云数据可以是其全部点云数据，也可以是一部分点云数据，但是至少应包含其靠近第20环拼装管片环一侧不少于10cm纵深区段内的点云数据，这样环缝两侧的点云数据是完整的，才能进行环缝宽度和环缝错台数据分析。

因为H_20-1点云数据中会包含有大量的盾构管片拼装机、施工人员、和施工工具等其他物体的点云数据，这些点云数据对拼装质量检测是无用的，需要剔除，所以继续使用数据处理软件去除H_20-1点云数据中的第20环拼装管片环和第19环拼装管片环以外干扰物的点云数据得到H_20-2点云数据；当上述方法所得到的H_20-2点云数据的点云密度过高或数据文件较大时，可以使用数据处理软件进行过滤抽出其中少部分点云数据进行分析处理，以提高数据处理时的计算速度。

结合图3，通过数据处理软件在上述H_20-2点云数据中提取第20环拼装管片环的三个横断面，从第20环拼装管片环近端往里纵深5cm的位置切出第一个横断面M₁、往里纵深在中间位置切出第二个横断面M₂、再往里纵深至第20环拼装管片环边缘5cm位置切出第三个横断面M₃，继续往里纵深在环缝另一侧第19环拼装管片环5cm位置切出第四个横断面M₄。

使用数据处理软件对第一个横断面M₁进行拟合得到第一个横断面M₁的轮廓线L₁，同理得到第二个横断面M₂的轮廓线L₂、第三个横断面M₃的轮廓线L₃以及第四个横断面M₄的轮廓线L₄。继续使用数据处理软件对轮廓线L₁进行拟合能得到一个与轮廓线L₁形状最接近的椭圆T₁，同理得到第二横断面M₂的椭圆T₂、第三横断面M₃的椭圆T₃以及第四横断面M₄的椭圆T₄。至此完成第20环拼装管片环的点云数据处理，利用得到轮廓线L₁、轮廓线L₂、轮廓线L₃、椭圆T₁、椭圆T₂、椭圆T₃和椭圆T₄能够计算管片拼装环的椭圆度、纵缝错台量、纵缝宽度和环缝错台量。

结合图4，在数据处理软件中计算分析得出椭圆T₁的长轴a₁和短轴b₁的长度值并能得出长轴a₁与水平方向的夹角α₁和短轴b₁与竖直方向的夹角β₁，同理能够得出椭圆T₂的长轴a₂和短轴b₂的长度值并能得出长轴a₂与水平方向的夹角α₂和短轴b₂与竖直方向的夹角β₂、椭圆T₃的长轴a₃和短轴b₃的长度值并能得出长轴a₃与水平方向的夹角α₃和短轴b₃与竖直方向的夹角β₃以及椭圆T₄的长轴a₄和短轴b₄的长度值并能得出长轴a₄与水平方向的夹角α₄和短轴b₄与竖直方向的夹角β₄，此时依据公式椭圆度＝[(长轴a-短轴b)÷长轴a×100％]，分别将上述值依次代入上述公式就能计算出椭圆T₁的椭圆度、椭圆T₂的椭圆度、椭圆T₃的椭圆度以及椭圆T₄的椭圆度，以椭圆T₂的椭圆度作为第20环拼装管片环的整体椭圆度，以椭圆T₁的椭圆度、椭圆T₂的椭圆度和椭圆T₃的椭圆度的平均值作为第20环拼装管片环的平均椭圆度。通过椭圆T₄的椭圆度和椭圆T₃的椭圆度对比分析能得出环缝两侧拼装管片环的椭圆度差异。

结合图5，当拼装管片环为六块管片拼装而成时，沿逆时针方向，第一块管片A→B在轮廓线L₁上具有A、B两个边缘点，第二块管片C→D在轮廓线L₁上具有C、D两个边缘点，第三块管片E→F在轮廓线L₁上具有E、F两个边缘点，第四块管片G→J在轮廓线L₁上具有G、J两个边缘点，第五块管片K→P在轮廓线L₁上具有K、P两个边缘点，第六块管片Q→V在轮廓线L₁上具有Q、V两个边缘点，此时轮廓线L₁由多段线A→B→C→D→E→F→G→J→K→P→Q→V组成；

以上述椭圆T₁的形心O作为第一横断面的轮廓线L₁的形心，将上述A点到形心O的连线AO与V点到形心O的连线VO长度之差作为第一块管片与第六块管片在第一横断面处的错台量，将A点与V点的连线AV长度值作为第一块管片与第六块管片之间的纵缝宽度。同理能够得到Q点到形心O的连线QO与P点到形心O的连线PO长度之差作为第六块管片与第五块管片在第一横断面处的错台量，将Q点与P点的连线QP的长度值作为第六块管片与第五块管片之间的纵缝宽度。

以此类推得到第20环拼装管片环上任意相邻两块管片在第一横断面处的纵缝错台量和纵缝宽度。同理根据第20环管片环在轮廓线L2和L3的边缘点能够计算出第20环拼装管片环上任意相邻两块管片在第二横断面和第三横断面处的纵缝错台量和纵缝宽度；

结合图6，在上述H_20-2点云数据中，在第20环拼装管片环与第19环拼装管片环之间环缝任意位置的两侧沿纵深方向分别取一个左边缘点和一个右边缘点，所述左边缘点和所述右边缘点的连线垂直于所述环缝。使用数据处理软件分别得到所述左边缘点的三维坐标值(x₁，y₁，z₁)和所述右边缘点的三维坐标值(x₂，y₂，z₂)，将所述左边缘点与所述右边缘点的连线长度Δ作为第20环拼装管片环与第19环拼装管片环在上述两个边缘点处的环缝宽度值，此时上述连线的长度能够通过公式

计算得出。

结合图7，将所述第三横断面M₃的轮廓线L₃与所述第四横断面M4的轮廓线L₄的形心都平移到O点，O点与所述轮廓线L₃上任意位置的一点U连线的延长线交汇在所述轮廓线L₄形成点W，所述点U至所述点W的距离即为第20环拼装管片环与第19环拼装管片环之间环缝在U→W处的环缝错台量。按照上述方式能够得到第20环拼装管片环与第19环拼装管片环之间环缝任意位置处的环缝错台量。

同时通过使用三维激光扫描仪设备的高清相机的拍照功能，在数据处理软件中查看H_20-2点云数据，能够查看第20环拼装管片环的任意部位是否存在缺角、裂缝、渗漏水质量缺陷。

上述各步骤形成一个有机的整体，可以同时完成对拼装管片环椭圆度、纵缝错台、纵缝宽度、环缝错台和环缝宽度等方面的综合检测。

通过上述阐述，本发明的技术方案完全能解决背景技术中的两个问题，扫描仪和数据处理软件也不是唯一的，在不背离本发明之目的情况下，任何改进、替换均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种盾构隧道拼装管片环拼装质量的随机检测方法，该方法使用到三维激光扫描仪、数个标靶组及数据处理软件，拼装管片环由数块管片拼装成环状，通过三维激光扫描仪对拼装管片环进行三维扫描，获取拼装管片环的三维点云数据并输入数据处理软件进行点云数据拟合拼接、点云数据处理、拼装质量检测数据计算，其特征是：

一、三维激光扫描仪及数个标靶组的相对位置：

①在盾构隧道的任意里程位置即盾构管片拼装区域形成第N环拼装管片环后，N为自然整数，沿第N环拼装管片环的一周配置n个标靶组，n是大于2的自然整数，每个标靶组不少于三个标靶，其中三个标靶所处的位置连线必须是锐角三角形且各标靶之间的距离不能少于一米；

②标靶或是标靶纸，或是标靶球，标靶纸通过粘贴的方式固定在第N环拼装管片环表面上，标靶球则借助磁铁底座或者真空吸盘底座固定在拼装管片环表面；

二、获取点云数据：

将数个标靶组分别标记为标靶组I、标靶组II、标靶组III、…、标靶组n，先将三维激光扫描仪放置在盾构管片拼装区标靶组I和标靶组II之间的无遮挡区域S₁处以获取标靶组I和标靶组II区域内的拼装管片环的P_I→II点云数据；

同理将三维激光扫描仪放置在盾构管片拼装区标靶组II和标靶组III之间的无遮挡区域S₂处以获取标靶组II和标靶组III区域内拼装管片环的P_II→III点云数据；以此类推在无遮挡区域S_n处获取标靶组n和标靶组I区域内拼装管片环的P_n→I点云数据，将所述S₁处、所述S₂处、…及所述S_n处作为三维激光扫描仪基座的固定位置；

三、点云数据拟合拼接：

先将上述获取的P_I→II点云数据导入数据处理软件，再将P_II→III点云数据导入数据处理软件，提取标靶组II中各标靶的相对位置坐标作为参考标记，再将P_II→III点云数据与P_I→II点云数据拼接在一起形成第N环拼装管片环的局部P_I→II→III点云数据；

同理将P_III→IV点云数据导入数据处理软件，提取标靶组III中各标靶的相对位置坐标作为参考标记，再将P_III→IV点云数据与P_I→II→III点云数据拼接在一起形成第N环拼装管片环的局部P_{I→II→III→IV}点云数据；

以此类推将P_n→I点云数据导入数据处理软件，提取标靶组I中各标靶的相对坐标位置作为参考标记，再将P_n→I点云数据与P_{I→II→III→…(n-1)}点云数据拼接在一起形成第N环拼装管片环完整的P_{I→II→III→IV→…→I}点云数据；

四、根据上述第三条得到的P_{I→II→III→IV→…→I}＝H_N点云数据，因为三维激光扫描仪能够360°旋转，因此在第N环拼装管片环拼装完成后进行扫描所得到的H_N点云数据包含有第N环和第N-1环拼装管片环的点云数据；

五、点云数据处理：

①使用数据处理软件在H_N点云数据中截取第N环拼装管片环和第N-1环拼装管片环区域内的点云数据得到H_N-1点云数据；

②继续使用数据处理软件去除H_N-1点云数据中的第N环拼装管片环和第N-1环拼装管片环以外干扰物的点云数据得到H_N-2点云数据；

③通过数据处理软件在上述H_N-2点云数据中提取第N环拼装管片环的三个横断面，从第N环管片环往里纵深5cm的位置切出第一个横断面M₁、往里纵深中间位置切出第二个横断面M₂、再往里纵深至第N管片环边缘5cm位置切出第三个横断面M₃，继续往里纵深在环缝另一侧第N-1拼装管片环5cm位置切出第四个横断面M₄；

④使用数据处理软件对第一个横断面M₁进行拟合得到第一个横断面M₁的轮廓线L₁，同理得到第二个横断面M₂的轮廓线L₂、第三个横断面M₃的轮廓线L₃以及第四个横断面M₄的轮廓线L₄；

⑤使用数据处理软件对轮廓线L₁进行拟合能得到与第一个横断面M₁上轮廓线L₁形状最接近的一个椭圆T₁，同理得到第二横断面M₂的椭圆T₂、第三横断面M₃的椭圆T₃以及第四横断面M₄的椭圆T₄；

六、拼装质量检测数据计算：

①在数据处理软件中计算分析得出椭圆T₁的长轴a₁和短轴b₁的长度值并能得出长轴a₁和短轴b₁的方位角，同理能够得出椭圆T₂的长轴a₂和短轴b₂的长度值并能得出长轴a₂和短轴b₂的方位角、椭圆T₃的长轴a₃和短轴b₃的长度值并能得出长轴a₃和短轴b₃的方位角以及椭圆T₄的长轴a₄和短轴b₄的长度值并能得出长轴a₄和短轴b₄的方位角，此时依据公式椭圆度＝[(长轴a-短轴b)÷长轴a×100％]，分别将上述计算分析得出的长轴和短轴的长度值对应代入上述公式就能计算出椭圆T₁的椭圆度、椭圆T₂的椭圆度、椭圆T₃的椭圆度以及椭圆T₄的椭圆度，以椭圆T₂的椭圆度作为第N环拼装管片环的整体椭圆度，以椭圆T₁的椭圆度、椭圆T₂的椭圆度和椭圆T₃的椭圆度的平均值作为第N环拼装管片环的平均椭圆度，通过椭圆T₄的椭圆度和椭圆T₃的椭圆度对比分析能得出环缝两侧拼装管片环的椭圆度差异；

②以常规拼装管片环为六块管片拼装而成为例，第一块管片A→B在轮廓线L₁上具有A、B两个边缘点，第二块管片C→D在轮廓线L₁上具有C、D两个边缘点，第三块管片E→F在轮廓线L₁上具有E、F两个边缘点，第四块管片G→J在轮廓线L₁上具有G、J两个边缘点，第五块管片K→P在轮廓线L₁上具有K、P两个边缘点，第六块管片Q→V在轮廓线L₁上具有Q、V两个边缘点，此时轮廓线L₁由多段线A→B→C→D→E→F→G→J→K→P→Q→V组成；

以上述椭圆T₁的形心O作为第一横断面的轮廓线L₁的形心，将上述A点到形心O的连线AO与V点到形心O的连线VO长度之差作为第一块管片与第六块管片在第一横断面处的纵缝错台量，将A点与V点的连线AV长度值作为第一块管片与第六块管片之间的纵缝宽度；

同理能够得到Q点到形心O的连线QO与P点到形心PO的连线O长度之差作为第六块管片与第五块管片在第一横断面处的纵缝错台量，将Q点与P点的连线QP的长度值作为第六块管片与第五块管片之间的纵缝宽度；

以此类推得到任意相邻两块管片在第一横断面处的纵缝错台量和纵缝宽度；

同理根据管片环在轮廓线L₂和L₃的边缘点能够计算出任意相邻两块管片在第二横断面和第三横断面处的纵缝错台量和纵缝宽度；

由上述管片在横断面拟合轮廓线上的轮廓点，计算同一拼装管片环上任意相邻管片之间的纵缝错台量和纵缝宽度的方法，对于不是六块管片拼装组成的拼装管片环同样成立；

③在上述H_N-2点云数据中第N环拼装管片环与第N-1环拼装管片环之间环缝任意位置的两侧沿纵深方向取一个左边缘点和一个右边缘点，左边缘点和右边缘点的连线垂直于所述环缝；

使用数据处理软件分别得到左边缘点的三维坐标值(x₁，y₁，z₁)和右边缘点的三维坐标值(x₂，y₂，z₂)，将左边缘点与右边缘点的连线长度作为第N环拼装管片环与第N-1环拼装管片环在上述两个边缘点处的环缝宽度值，此时上述连线的长度能够通过公式

计算得出；

将所述第三横断面M₃的轮廓线L₃与所述第四横断面M₄的轮廓线L₄的形心都平移到O点，O点与轮廓线L₃上任意位置的一点U连线的延长线交汇在轮廓线L₄形成点W，所述点U至所述点W的距离即为第N环拼装管片环与第N-1拼装管片环之间环缝在U→W处的环缝错台量；

按照上述方式能够得到第N环拼装管片环与第N-1环拼装管片环之间环缝任意位置处的环缝错台量；

同时在对第N环拼装管片环进行扫描时得到其H_N-2点云数据，通过数据处理软件能够查看第N环拼装管片环的任意部位是否存在缺角、裂缝、渗漏水质量缺陷，至此完成盾构隧道第N环拼装管片环的拼装质量检测。

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