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。     

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。     

地铁隧道结构断面测量方法探讨及编程实现

地铁隧道的结构断面测量是铺轨建设期间的一项重要工作,常规的测量方法内外业工作量较大,内业处理较为繁琐,数据计算效率较为低下。为了尽可能提高测量工作效率,减少仪器成本及人工成本,探讨了在地铁隧道内的控制点上架设全站仪,采用三维坐标测量的方法测得每个结构断面的特征点坐标,进而计算相应的断面尺寸偏差,并用C#编程语言编制了计算软件,使数据处理更为方便。工程实践表明,相比传统测量方法,该方法可以减少一定的外业工作量,同时内业数据处理相对简单便捷,效率高,可为类似工程提供参考。     

下穿既有电缆隧道的地铁暗挖隧道稳定性研究

以北京地铁10号线二期终-火区间地铁暗挖隧道下穿2条电缆隧道工程为背景,通过地铁暗挖隧道施工的全程动态数值模拟,并基于现场初期支护收敛监测结果进行对比分析,研究砂卵石地层条件下地铁暗挖隧道初期支护收敛变形特点。结果表明： 1）地表最大沉降为6.46 mm,地铁隧道数值模拟得到的最大收敛值为7.10 mm,实测最大收敛值为6.77 mm,地铁隧道初期支护变形控制在合理、安全的范围内; 2）减小钢拱架间距和全断面注浆这2种技术措施对于提高地铁隧道初期支护及围岩的稳定性效果显著; 3）先施工的右线隧道对周边环境引起的损伤大,后施工的左线隧道对周边环境引起的损伤小; 4）先施工的隧道应设计更高的初期支护强度、全断面注浆等技术措施来保证隧道衬砌及围岩的稳定。     

地铁盾构隧道弯矩和变形控制值研究

为评估紧邻基坑施工对地铁盾构隧道结构安全和运营安全的影响,需确定盾构隧道结构的弯矩和变形控制值。以广州地铁一号线黄沙车站地铁上盖基坑工程为背景,首先,根据盾构管片尺寸、配筋和接头螺栓情况,计算盾构隧道管片的弯矩控制值,评估依托工程盾构隧道结构的应力水平;其次,通过等效轴向刚度模型理论和简易接缝张开量计算方法,分析盾构隧道纵向变形曲率与管片环缝接头张开量的关系;然后,结合地铁盾构隧道保护经验和管片环模型试验结果,提出盾构隧道变形的控制值;最后,通过依托工程地铁盾构隧道结构的三维变形实测数据分析,评估目前盾构隧道结构的安全现状,并对隧道变形的监测工作提出建议。研究成果可为今后类似工程地铁盾构隧道的安全保护提供指导。     

基于图像点云空间测距算法的隧道初期支护整体变形监测技术研究与应用

为快速、准确获取施工隧道初期支护整体及局部变形信息,基于计算机视觉算法获取的隧道初期支护图像稀疏点云和密集点云数据,结合基于Hausdorff 距离的整体模型和基于最小二乘拟合平面的局部模型各自的特点,提出将两者相结合的图像点云空间测距算法。该方法可为每个点保留整体模型和局部模型分别计算的距离值中的较小值,解决前者对点云密度要求高以及后者局部拟合平面存在较大偏差问题,实现多期隧道图像点云直接比较分析,简化计算步骤和后处理过程,提高隧道初期支护变形监测速率和精度。通过对云南香丽高速公路白岩子隧道进口左线ZK61+990~ +994 段初期支护整体变形的监测分析,结果表明: 该技术能直观、可视化反映隧道初期支护整体变形情况,计算结果准确、可靠。     

明挖隧道坑中坑支护结构影响分析

针对南昌艾溪湖隧道明挖段隧道工程,选取基坑中部由地铁隧道内坑和公路隧道外坑组成的典型断面为例,通过Plaxis 2D有限元数值模拟并结合现场实测,对基坑的变形特性进行模拟分析和验证,在此基础上,研究探讨地铁内坑的支撑形式、宽度和深度对公路隧道外坑支护结构墙体水平侧向位移和弯矩的影响。     

平行小净距黄土隧道施工力学分析

为同时满足双线正常行车和右线停车线扩大断面的工程功能需要,西安轨道交通工程一号线枣园北路站-汉城路站一区段成为非等大断面盾构法与新奥法小净距黄土地铁隧道。针对断面不等、盾构法与新奥法组合施工方案、小净距黄土地铁隧道的特点,进行了左线小断面盾构法与右线大断面双侧壁导坑法或CRD法双线依次先后贯通共4种施工方案的数值模拟与比选分析。计算结果表明:与先贯通小洞后开挖大洞方案相比较,采用先双侧壁导坑法贯通大断面隧道后采用盾构法掘进小断面隧道的施工方案对围岩扰动较小,能够更有利于减小拱顶下沉,控制地表变形和中间土体应力。结合西安地铁隧道工程实践开展的数值模拟分析研究,可为今后在黄土地区修建地铁隧道提供宝贵的工程实践经验。     

软土盾构近距离下穿地铁双圆隧道变形实测分析

为研究盾构下穿对地铁双圆隧道变形的影响，以上海地铁14号线盾构下穿地铁6号线双圆隧道为工程背景，对双圆隧道在前后2次盾构下穿过程中的变形进行实测分析。结果发现： 1）盾构穿越导致双圆隧道发生竖向隆起变形和双线差异变形产生的断面扭转变形，断面扭转变形引起的轨道变形难于控制； 2）双圆隧道竖向变形为隆起变形，其变形分布形态随切口位置变化而变化，穿越后交叉点附近呈现特有的“驼峰状”隆起分布； 3）2次穿越扰动与叠加效应显著，表现为隧道隆起变形时间延长，累计量增大，2次穿越引起的最大变形位置发生改变； 4）双圆隧道的扭转变形随切口位置呈波浪形动态变化，出现多个拐弯点，对其环缝受力与变形十分不利，第2次穿越时的扭转变形较第1次穿越有所减小； 5）双圆隧道断面最不利扭转出现时刻不同于隧道最大变形出现时刻，且扭转最不利位置与最大隆沉发生位置产生了错位； 6）盾尾注浆对双圆隧道变形的控制效果明显，但将导致双圆隧道的扭转变形增大。     

三维激光扫描仪在隧道工程建设中的应用

基于下穿既有公路的铁路隧道工程建设,对三维激光扫描仪ILRIS—3D在铁路隧道建设中的应用进行了研究。通过分析三维激光扫描仪原理、ILRIS—3D扫描仪应用范围和特点,以上海某下穿既有公路的铁路隧道为研究对象,该段隧道长度为65.2 m,选取中分辨率进行扫描,在满足精度要求下,中分辨率扫描时间为151.1min,测站间距为13.79 m。隧道进行扫描测量时,分别在前端、中端、末端布设控制点,配准后,最大点位误差控制在0.003 1 m内,满足地铁隧道工程测量的需要。并结合全站仪,进行三维激光扫描作业,通过工程控制点坐标,进行点云配准,提高测量效率和精度。     

三维激光扫描仪在青岛胶州湾海底隧道的应用

介绍了三维激光扫描仪的结构特点、用于隧道工程安全监测的方法流程及数据处理分析过程和应用前景。结合青岛胶州湾海底隧道实践,针对公路隧道矿山开挖法易产生安全事故等问题,提出采用三维激光扫描仪进行隧道安全监测的方法进行监控,从而保证了工程施工安全。该项测量技术将逐步替代目前简易的测量模式,成为未来隧道工程安全监控的主要方法。     

非等大断面小净距地铁隧道施工方案分析及优化

为同时满足双线行车和右线停车线扩大断面的功能需要,西安地铁一号线枣园北路站—汉城路站区间采用非等大断面小净距黄土地铁隧道。针对断面不等大、盾构法与新奥法组合施工方案、小净距黄土地铁隧道的特点,进行了左线小断面盾构法、右线大断面双侧壁导坑法或CRD法双线依次先后贯通3种施工方案的数值模拟与比选分析。计算结果表明,与先贯通小洞、后开挖大洞的方案相比较,采用先新奥法贯通大断面隧道、后盾构法掘进小断面隧道的施工方案对围岩扰动较小,能更有利于控制地表变形;双侧壁导坑法较CRD法虽更能充分体现围岩的自承能力,有效发挥初期支护的承载能力,提高二次衬砌的安全储备,但若将先贯通的大断面隧道施工方案由双侧壁导坑法改为CRD法,可在确保工程安全的前提下降低施工成本,并加快施工进度,顺利地完成隧道建设。     

隧道结构围岩变形监测技术研究进展

综述隧道变形监测技术的现状,讨论该领域的研究热点,指出基于测量机器人、基于三维扫描技术、分布式光纤监测技术和基于影像的多传感器集成远程在线监测系统是隧道变形监测的重要发展方向.     

基坑支护结构变形对邻近地铁隧道的影响研究

对广州某深基坑开挖支护结构变形对邻近地铁隧道的影响进行了有限元模拟,并将模拟结果和实测结果进行了对比分析.结果表明:基坑支护结构的侧向位移,不仅对邻近地铁隧道产生侧向位移,也产生一定的竖向位移,而位移增量以竖向变形为主.运营地铁隧道的变形增量,随着新建基坑支护结构的变形增大而增大,隧道顶部的位移变化量比底部处的大,靠近基坑支护结构一侧的变形比远离基坑支护结构一侧的大.建议采取有效措施来控制深基坑支护结构的侧向变形,以防止引起既有地铁隧道竖向变形过大,确保地铁运营的安全.     

大别山隧道围岩破碎带全断面开挖施工方案研究

以客运专线合武铁路大别山隧道工程大断面施工为背景，在通过隧道施工设计中存在的围岩破碎带时，应用TSP超前地质预报初步确定破碎带的距离和走向，并结合隧道施工现场开挖揭露出的围岩情况，应用离散单元法（UDEC）对围岩破碎带全断面施工开挖、支护方案参数进行数值模拟理论分析。现场实测结果表明，监控量测成果和离散元计算成果中隧道拱顶下沉规律基本一致，且变形量小于设计允许值，证明隧道围岩及初期支护结构处于完全稳定状态。     

大断面矩形土压平衡式顶管上跨施工对运营地铁隧道变形的影响分析

以川大停车场下穿人民南路地下人行通道矩形顶管隧道工程为依托,采用数值模拟方法对大断面矩形土压平衡式顶管隧道上跨地铁运营区间隧道所引起的地铁隧道变形进行全过程分析研究,并将模拟结果与现场监测数据进行对比,验证模型的合理性。主要结论如下： 1）顶管法隧道上跨施工引发的既有地铁隧道竖向变形受前期掌子面支护压力影响较大,随着开挖面的推进,开挖卸载效应逐渐占据主导地位; 2）地铁隧道横向位移受顶管隧道掌子面支护压力和开挖卸载效应的共同影响,且地铁隧道管片衬砌上半断面的横向位移对掌子面支护压力极为敏感。     

隧道施工引起地表变形预测的半解析法

基于弹性力学Mindlin解,假定隧道围岩为均质弹性体,给出了用于预测隧道施工引起地表变形的半解析法。该方法是采用三点勒让德-高斯求积法利用点荷载下的Mindlin位移解,推导了均质弹性地层中隧道开挖施工引起地表变形的半解析计算公式,可以模拟并预测隧道开挖面不同支护方式引起的地表变形。通过对地铁隧道工程的实例分析并与Verruijt方法计算出的地表变形比较分析,结果表明：用该方法计算出的地表变形预测值与实际沉降曲线较吻合,较用Verruijt方法计算出的结果更精确。     

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。     

基于三维激光扫描技术的隧道预留变形量优化研究

目前隧道预留变形量的研究大多依赖于监控量测数据基于点的分析，很难得到隧道断面整体的变化情况。为解决传统监测技术单点监测无法满足隧道预留变形量调整的局限性，提出一种利用三维激光扫描技术基于全断面整体分析优化预留变形量的方法。以新安1号隧道为依托，发现试验段最大变形量7.5 cm小于设计预留变形量15 cm，结合质量保证率针对性地提出阶梯状设置预留变形量的优化方法。最终确定在试验段拱顶区域预留变形量设置为7 cm，其余区域预留变形量设置为5 cm。     

软弱围岩条件下CRD法隧道三维变形规律研究

软弱围岩隧道施工变形问题一直是工程领域的热点问题。CRD(Center Cross Diaphragm)法是软岩隧道施工的常用工法之一。现以某地新建隧道为背景,采用三维有限元模型对CRD法隧道典型断面进行变形分析。得到了以下结论:隧道变形以拱顶沉降和拱底隆起为主,施工中应注意对这两部分重点观察防护;拱腰和边墙会发生一定的变形方向转变情况;观察断面的变形会受到前后断面施工的影响,变形多发生在观察断面的前后断面开挖处。