[发明专利]异型隧道开挖测量方法

说明书

本发明提供了一种异型隧道开挖测量方法，本发明通过在异型隧道内的盾构机的尾部后方和盾构机的刀盘后方布置三维激光扫描仪进行全角度扫描，得到异型隧道内表面及盾构机外壳的点云图，根据异型隧道内表面及盾构机外壳的点云图，通过隧道截面提取和盾构机外形轮廓截取得到异型隧道的异型隧道内表面模型和盾构机首尾轮廓模型，根据异型隧道内表面模型和盾构机首尾轮廓模型，确定异型隧道的中轴线，基于中轴线和基准点计算盾构机的姿态数据及异型隧道的中轴线坐标数据，解决传统测量技术只适应于圆形隧道的局限，通过本测量技术，可以同时了解盾构姿态偏差，开挖中轴线偏差和施工超欠挖情况，监测精度高，人工要求低，适用于所有形状隧道。

技术领域

本发明涉及一种异型隧道开挖测量方法。

背景技术

传统盾构开挖测量技术包括姿态测量和轴线测量。

姿态测量方法是在盾构机组装阶段提前在外壳设置6-8个测量点并安装棱镜或反光片，计算测量点与盾构机前后胴体中心的几何关系，在盾构推进中只需要测得其中3个测量点坐标，根据已有的几何关系就可以得到盾构机前后中心坐标，从而得到盾构姿态数据。

对于异型隧道的中轴线的测定则采用导线测量方法，导线点一般设置在开挖面一侧，在盾构推进一定距离时进行导线测量，与设计轴线进行比较即能得到实际轴线偏差。

这些盾构开挖测量技术在常规圆形隧道中被广泛应用，但在异型隧道如双圆或类矩形隧道中，相较于圆形隧道三点确立圆心的便捷，其开挖面几何中心的确定极为困难，尤其是在隧道弯曲段，使用常规的测量技术对隧道姿态和轴线进行测量误差极大，较不适宜。

此外，隧道挖掘作为隧道施工最关键的一环，挖掘土方量多少一直是一个比较模糊的数据，对于异型隧道，直接测量或用直角坐标法计算误差极大。如何精确计算盾构每环开挖量也是隧道施工一大难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种异型隧道开挖测量方法，能够解决异型隧道使用常规的测量技术对隧道姿态和轴线进行测量误差极大和无法精确计算盾构每环开挖量的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种异型隧道开挖测量方法，包括：

在连通异型隧道的盾构工作井的井壁上设置3个不动点作为基准点；

在异型隧道内的盾构机的尾部后方和盾构机的刀盘后方布置三维激光扫描仪进行全角度扫描，得到异型隧道内表面及盾构机外壳的点云图；

根据所述异型隧道内表面及盾构机外壳的点云图，通过异型隧道截面提取得到所述异型隧道的异型隧道内表面模型，并通过盾构机外形轮廓提取得到盾构机首尾轮廓模型；

根据所述异型隧道内表面模型和盾构机首尾轮廓模型，确定异型隧道的中轴线，基于所述中轴线和基准点计算所述盾构机的姿态数据及异型隧道的中轴线坐标数据。

进一步的，在上述方法中，在连通异型隧道的盾构工作井的井壁上设置不动点作为基准点，包括：

在连通异型隧道的盾构工作井的后方井壁设置不动点作为基准点，将地面监测控制网的坐标引测至所述基准点坐标上。

进一步的，在上述方法中，在异型隧道内的盾构机的尾部后方和盾构机的刀盘后方布置三维激光扫描仪进行全角度扫描，包括：

先在异型隧道内的盾构机的尾部后方通过三维激光扫描仪进行整环扫描，然后将所述三维激光扫描仪放置于盾构机的刀盘后方进行扫描。

进一步的，在上述方法中，在异型隧道内的盾构机的尾部后方通过三维激光扫描仪进行整环扫描，包括：

根据所述盾构工作井和盾构机间的距离，在异型隧道内的盾构机的尾部后方通过三维激光扫描仪进行整环扫描时采用多站扫描方式，两站之间间隔10-15米左右，扫描站数不低于2站。