基于实测点云数据的隧道分割及形变检测方法

为了解决隧道形变检测准确性低、分析不全面的问题,对隧道三维点云轴线提取、隧道影像生成及分割、隧道点云数据分割和隧道断面形变检测等方面进行研究。对于三维激光扫描仪获取到的隧道原始点云数据,首先基于设计轴线,对RANSAC算法进行改进,来拟合等间距隧道断面圆心,并采用基于最小二乘优化的3次B样条曲线拟合方法,获取隧道实测轴线;其次,通过从点云数据到影像的数据转换方法,生成隧道反射率影像,并进一步利用点云数据几何特征生成几何权重图,应用边界检测提取隧道影像中的边界线;然后,将边界线像素映射至隧道三维点云数据空间,实现隧道点云数据的分割;最后,设计一种精确的隧道断面形变分析方法,分析断面形变。试验表明:本算法可精确分割隧道点云数据,提高隧道断面形变检测的准确度和可靠性。     

特大断面小间距公路隧道边仰坡监测分析研究

大断面隧道因隧道施工复杂,工序转换繁多,进洞施工时对隧道边仰坡多次扰动,其变形特征不同于小断面隧道,大断面小间距隧道的边仰坡变形特征更加复杂。同三、京珠国道主干线绕广州公路东环段龙头山隧道属四车道特大断面小间距公路隧道,出口Ⅴ级围岩段地质条件恶劣,采用双侧壁导坑法施工。对龙头山隧道边仰坡变形进行监测,通过对监测曲线进行分析拟合,研究了该隧道边仰坡变形的基本特点与规律,对边仰坡稳定性进行了评价。在隧道施工过程中,根据边仰坡位移以及位移速度、加速度大小调整施工进度和施工方案,取得了良好的效果。     

隧道拱顶沉降及周边收敛动态过程预测的Richards时间函数模型

隧道围岩变形(拱顶沉降、周边收敛)一直是岩土工程中的热门问题。针对传统的曲线预测模型存在的不足,提出含有4个参数的增长曲线模型-Richards模型。对隧道开挖造成的围岩拱顶沉降及周边收敛的动态过程进行分析,得出掌子面后方围岩变形过程的3个阶段,将此作为依据,获取变形(拱顶沉降、周边收敛)—时间曲线的基本特征,表明围岩沉降及收敛过程是一个先加速后减速的过程,且相应的速度-时间曲线的起点为零,终点也为零。因此,能描述围岩变形过程的时间函数模型可较好地拟合其位移-时间曲线,也能拟合速度-时间曲线。最后通过工程实例验证了Richards时间函数模型的合理性,发现所提出的模型对拱顶沉降及周边收敛的预测结果精度高,具有一定的参考和使用价值。     

一种真圆型隧道激光扫描断面变形检测新方法的研究

本文介绍了一种基于高密度三维激光扫描仪的高精度快速全断面变形检测新方法——Tunnelscan隧道扫描测量系统,该系统采用扫描仪绝对定位法进行点云配准和隧道控制坐标系坐标传递,使用与断面点距离最小的最小二乘法进行隧道实测断面中心点计算和基于与参考断面的断面差环状过滤器进行隧道点云切片杂点过滤,通过多次过滤、拟合迭代后获得去噪后的真圆管环实测断面。该系统还通过参考断面轮廓线投影法将三维点云投影成激光雷达隧道正射影像,为实现隧道结构安全"全面检测"提供了一种全新用户成果类型,用于全面分析隧道断面变形、结构侵界和裂缝渗水等隧道病害。采用该方法在昆明地铁3号线马眠区间做了一段竣工测量实地测试,经过总体分析后,再按图索骥去找断面变形量较大里程的断面图可谓是事半功倍,非常适合地铁隧道变形检测大数据量的批量化分析,而且成果查看比直接在三维点云或者三维模型上分析更加直观,没有视角遮挡问题。     

潮位变化对上海某越江盾构隧道变形的影响规律研究

为了探究潮位变化与越江盾构隧道的沉降和收敛变形之间的关联性,采用数据统计分析、相关性分析和周期性分析方法,对上海某越江盾构隧道的监测数据与同时期隧道上部的潮位变化进行研究分析。研究表明:1)江中段隧道在潮位变化的作用下产生均匀沉降,其波动性与潮位起伏具有近似的周期性;2)陆域段隧道沉降变化的波动性程度与河流的距离有关;3)潮位变化引起隧道管片断面的横径和竖径产生循环的收敛变形,其横径收敛变形大于竖径收敛变形。以上研究可为越江盾构隧道设计、施工和运维提供参考。     

三维激光扫描技术在公路隧道施工监测中的应用研究

以某一隧道工程施工监测为对象,提出一种基于三维激光扫描技术的隧道断面变形监测。采用隧道外强制对中装置,将测量控制装置置于墙体有效的避免控制点变形而影响测量精度;采用全局拼接方法,通过在隧道两端设定标靶,实现点云各点三维坐标属性、反射强度、三维真彩色信息集合;通过隧道分割,根据三维不变矩平移旋转稳定特性,提取隧道中轴线姿态;利用MDP法(最小距离投影算法)进行隧道断面三维变形计算,确定隧道收敛和扩张变形量。通过降低区段选取长度,对区段间的点云信息抽稀,降低点云的密度。对比未进行抽稀和局部测量的激光扫描数据,可以发现采用该方式有效降低了监测过程中变形信号的标准差,缩短了计算量,提高了测量精度。     

数字化隧道断面量测系统

数字化隧道断面量测系统可以兼容多种隧道断面数据采集方式,将采集到的隧道断面数据变换到隧道断面坐标系统,采用三次样条插值曲线将测得的离散值拟合成光滑的实测断面曲线并以数学公式表达,实测的隧道断面曲线与标准隧道断面的拟合曲线进行比较,在计算机屏幕上显示隧道的超、欠挖量和超、欠挖面积以及开挖体积,可为优化隧道施工提供可靠的信息。     

大断面隧道台阶法开挖净空收敛数据分段回归分析

以台阶法开挖大断面隧道净空收敛典型数据为例,介绍了台阶法施工净空收敛实测曲线特性,并对实测数据分别就整体回归和分段回归进行了对比,得出分段回归方式更符合台阶法开挖实测曲线的变形趋势,对隧道施工监控量测数据分析具有一定的指导意义。     

软岩大断面隧道施工数值模拟与监控量测对比分析

隧道在开挖过程中的稳定性受到众多因素影响,其中软弱围岩大断面隧道尤为突出。文中以某隧道工程为依托,采用FLAC3D有限元软件分别建立隧道在围岩等级、埋深等不同工况下的施工阶段模型,得出位移云图、应力云图及塑性云图,通过对计算结果整理分析,根据隧道开挖步所对应的位移量作出位移-时间关系曲线及拟合回归曲线,并对比实际监测数据总结得到软弱围岩大断面隧道在施工过程中的变形特征和变形规律,确定合理二衬施作时间。     

高速公路高填方路基沉降变形数据拟合与预测研究

为了更好地研究高填方路基沉降发展的动态过程和走势,依托武汉天河机场第二通道高速公路S2标段典型断面K4+860处长达186 d的实测数据,分别利用双曲线拟合法、指数曲线拟合法和Asaoka法三种曲线拟合方法,每种曲线拟合法分为3种工况,共得到9个沉陷拟合曲线模型。通过与实测数据关联度和方差的分析,得出指数曲线拟合在120t160的情况下,拟合精度最高。并利用FLAC~(3D)建立数值模拟模型,将得到的沉降曲线与指数曲线拟合模型(120t160)和实测曲线对比,结果表明两者均可以较好地反映出路基沉降的动态过程。总体上,在沉降发生初期,利用数值模拟法进行拟合预计更为合适,而其它阶段指数曲线拟合模型更为准确。     

软弱围岩隧道的受力和变形研究

以山东某高速公路隧道的工程实例为依托,根据新奥法修筑隧道的特点,采用收敛仪、激光断面仪对拱顶下沉和周围收敛位移进行了动态监控量测,结合当地的地质条件和理论分析,运用Origin数据处理软件对该公路隧道的实测数据分别进行三种不同的曲线函数的回归分析,通过分析得出:拱顶下沉和周边位移收敛量采用指数函数进行拟合效果最佳,确定了拱顶下沉和周边收敛的变化规律和最终值,并提出了二衬施作的合理时间,最后通过拱顶下沉和周边收敛的沉降速率评价了该断面围岩的稳定性。该结论表明了隧道施工过程中进行监控量测的必要性,该方法为提高该类似软弱围岩隧道结构物的使用安全性和可靠度提供必要的基础信息,为类似工程提供参考和指导性建议。     

渗流作用对深埋富水区围岩开挖变形影响的数值分析

为了探明隧道开挖具体影响因素,根据揭惠高速小北山一号隧道水文地质情况,运用midas GTS NX软件进行数值模拟,分析了围岩等级、支护和开挖方式对围岩开挖变形的影响,同时分析渗流作用下的开挖变形。研究结果表明:随着围岩等级的降低,围岩变形速度、变形总量及变形基本收敛距离依次增加。支护主要影响围岩开挖后的变形且随着围岩等级的降低,支护的作用越来越明显。采用台阶法开挖相比于全断面法能有效地减少围岩开挖位移变形速度,显著减少围岩变形基本收敛距离。渗流可导致整个隧道向下的固结沉降和水平方向的两腰收敛,使得隧道净空减小。     

宴家隧道围岩收敛灰色系统预测模型

通过分析隧道围岩的收敛变形特征,基于宴家隧道典型断面开挖过程中的实测围岩收敛变形数据,建立了宴家隧道围岩收敛变形预测GM(l,l)灰色模型。结果表明:采用GM(l,l)灰色系统模型能较好地反映围岩收敛短期数据的变化规律,是对围岩收敛进行短期预测的一种有效方法。当添加实测的新数据,实时更新GM(1,1)模型后,可以提高运用GM(l,l)灰色系统模型预测围岩变形预测的时效性及预测精度,从而成为预测围岩变形的一种更为有效的方法。     

大断面公路隧道围岩变形地质因素分析

新七道梁隧道是甘肃省在建的开挖断面最大的公路隧道,地质条件复杂.对隧道围岩收敛测量数据进行曲线分析,并从岩体质量、断层破碎带、不连续面空间位置、地下水、隧道埋深等方面分析它们对围岩变形的影响程度.结果显示:1)岩体质量与隧道开挖后围岩的变形成反比;2)断层破碎带区段围岩变形量大、持续时间长;3)隧道开挖与不连续面成逆倾向、大倾角时,围岩变形小;4)地下水引起围岩稳定性下降,变形增大;5)隧道埋深也是影响围岩变形的因素.     

基于图像点云的多维度隧道初期支护大变形监测研究和应用

为获取隧道初期支护全方位的变形信息,解决传统监测方法中单点测量、变形监测点稀疏、无可视化效果、难以发现无监测点区域变形等不足,提出一种基于隧道初期支护计算机视觉图像点云的多维度变形监测方法,可实现隧道初期支护三维整体变形监测分析和二维拱顶沉降、周边收敛、典型截面全断面变形监测分析。应用结果表明:所提方法可全面、直观地获取隧道变形特征,是对传统监测方法的补充和完善,对隧道施工监测具有指导意义。变形监测结果可为研究隧道围岩变形规律和特征提供详实的数据资料。     

不同地表倾角下台阶法施工对大断面隧道变形的影响分析

依托简浦高速公路长秋山大断面隧道工程,运用有限差分软件FLAC3D对该隧道采用三台阶工法的动态开挖进行了模拟,分析了不同地表倾角下台阶长度对隧道洞周位移的影响规律。结果表明:浅埋大断面公路隧道三台阶法施工,隧道洞周位移大小顺序为:仰拱隆起 拱顶沉降 水平收敛;不同地表倾角下,隧道拱顶沉降及仰拱隆起变化主要发生在台阶长度为4~6 m之间,说明短台阶或超短台阶法能够较好地控制隧道的洞周变形,更为适合软弱围岩大断面隧道的施工;台阶长度从10 m开始,隧道洞周位移逐渐收敛,可作为浅埋大断面隧道台阶法施工下洞周位移的"起始收敛点";隧道地表倾角对隧道洞周位移的变化影响较大,因此,实际施工中应根据地表的不同倾角,选择更为合理的台阶长度进行施工,确保软弱围岩大断面隧道的安全施工。     

基于CATIA软件的楔形盾构隧道管片参数化建模与排版

为提高楔形盾构隧道管片拼装拟合设计效率,基于达索CATIA V6软件平台,分析管片几何结构模型建模与隧道设计曲线拟合原理。通过盾构管片参数换算,建立楔形盾构隧道管片环参数化建模标准库,设计函数运算关系并编辑脚本,然后以局部坐标系转换的方式实现隧道曲线参数化拟合,编写排版拟合程序,并应用排版程序分析不同楔形量对通用楔形盾构管片隧道曲线拟合精度的影响。最后,依托杭州市艮山快速路下沙段提升改造工程,对工程初设中直径为14 m的盾构管片进行建模排版模拟,结果表明排版程序计算结果满足工程需求,能为实际工程提供一定依据。     

隧道收敛变形监测及围岩特性参数反演

通过岭南高速公路分水岭隧道的现场收敛变形监控,对量测数据进行了曲线拟合和回归分析,据此研究了隧道围岩的稳定性,实时确定了合理的二次衬砌施工最佳时间.结合现场收敛观测数据,利用系统识别灵敏度分析理论开展了隧道围岩特性参数反演分析,确定了不同围岩类型的材料特性参数.研究结果表明:隧道开挖后围岩稳定性较好,未出现超出规范规定的异常变形;经反演分析可知,围岩材料特性参数均在规定范围之内,符合规范要求.     

管幕冻结法浅埋大断面隧道开挖方案对衬砌性态及地层位移的影响

经验表明,在软土、浅埋大断面隧道开挖方案中,加固方式对衬砌结构受力、隧道收敛变形和地层位移影响显著。港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道具有隧道埋深浅、结构断面尺寸大、地质条件差、地理位置政治敏感性强等特点。以该隧道为背景,利用数值模拟方法,分析大直径钢管管幕冻结法施工和隧道开挖方案对衬砌结构受力和地层变形的影响。经分析发现:不同开挖方案对衬砌受力、变形和地层位移的影响显著;在分台阶开挖过程中,台阶越小,引起的衬砌受力、隧道收敛变形和地层位移越小;管幕冻结对改善衬砌受力和地层位移效果显著,根据管幕冻土受力特性对其关键受力部位提出建议。     

大断面公路隧道CRD法施工影响下围岩变形规律研究

以山东滨莱高速双向8车道公路大断面乐疃隧道为依托工程,采用ABAQUS软件对CRD法施工过程中围岩变形规律进行了研究,并结合现场监测结果进行对比分析。研究结果表明:1)CRD法施工过程中,地表沉降呈现出阶梯状增大规律;2)随着开挖的进行,地表沉降最大值点不断移动,全断面开挖完成后,最终地表沉降曲线呈正态分布;3)隧道开挖对地表的影响范围在隧道中心线两侧40 m左右,约为2倍隧道跨度,在该影响范围内,应加强监测;4)通过统计53个实测断面监测数据,得到浅埋段地表下沉及拱顶下沉监测值分布具有一定相似性,在类似的工程条件下,建议拱顶沉降值宜控制在30 mm、周边收敛控制在20 mm。