[发明专利]一种基于扫描点云的双圆盾构隧道横径解算方法

说明书

本发明提供了一种基于扫描点云的双圆盾构隧道横径解算方法，所述解算方法包括如下步骤：S1、利用三维激光扫描技术获得双圆隧道点云，利用最小二乘算法分别对断面点云中的圆弧段和直线段点云进行拟合，得到其中一圆弧段的如下参数：圆心O坐标X₀、Y₀，圆半径r₁，直线段参数A、B、C；S2、计算各个圆弧段圆心O到D型管片侧壁之间的垂直距离d₁；S3、计算当前双圆盾构隧道单侧隧道的隧道横径R₁＝r₁+d₁；S4、重复步骤S1‑S3，得到另一侧隧道的横径R₂；S5、计算出整个双圆盾构隧道横径R＝R₁+R₂+Δd，其中Δd为D型管片的厚度。本发明创新性的提出利用三维激光扫描技术来普查双圆盾构隧道横径，无需人工布点，精确率高。

技术领域

本发明涉及双圆盾构隧道的维护，具体涉及到一种基于扫描点云的双圆盾构隧道横径解算方法。

背景技术

双圆盾构隧道的衬砌管片与传统单圆盾构隧道的管片有所不同，如图1-2所示，双圆盾构隧道每一环衬砌管片由11块管片组成，包括A、B、C、D共4种类型。圆形衬砌部分由8块A型管片组成，两圆交接处上下分别设置一块B型(大海鸥)和一块C型(小海鸥)管片，中间柱由一块D型管片分隔上下行隧道。组装衬砌管片时，前后相邻两环的B型和C型管片上下交错排列，这样错缝拼装管片可避免出现连续软弱面从而增加隧道结构整体性。

盾构隧道容易发生沉降和结构变形，为了解轨道交通线路在运营期的隧道径向变形情况，需定期普查隧道横径的变形情况。

传统方法需要大量人工实地量取布设隧道横径端点，效率极低，且受限于实际情况，隧道横径断点时常出现偏转，极大影响了监测成果质量，不利于反映隧道的真实变形。

发明内容

本发明提供了一种基于扫描点云的双圆盾构隧道横径解算方法，能够快速有效的解算出双圆盾构隧道横径，具体方案如下：

S1、利用三维激光扫描技术获得双圆隧道点云，利用最小二乘算法分别对断面点云中的圆弧段和直线段点云进行拟合，得到其中圆弧段如下参数：圆心O坐标X₀、Y₀，圆半径r₁，直线段参数A、B、C；

S2、计算各个圆心O到D型管片侧壁之间的垂直距离d₁；

S3、计算当前单侧隧道的横径R₁＝r₁+d₁；

S4、重复步骤S1-S3，得到另一侧隧道的横径R₂；

S5、计算出整个双圆盾构隧道横径R＝R₁+R₂+Δd，其中Δd为D型管片的厚度。

进一步的，步骤S1具体包括：

圆弧段拟合的函数模型为：(X_i-X₀)²+(Y_i-Y₀)²＝r²,直线段拟合的函数模型为：AX_i+BY_i+C＝0；其中(X_i,Y_i)为扫描的隧道点云二维坐标。

利用间接平差的方法求分别得圆弧段以及直线段相应参数，步骤如下：

(1)圆弧段的误差方程为：

v₁＝(X₁-X₀)²+(Y₁-Y₀)²-r²