[发明专利]一种隧道横断面几何形态检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种利用隧道横断面几何形态检测装置的检测方法，其特征在于，所述隧道横断面几何形态检测装置包括：定位纠偏系统、测量系统、数据处理与存储系统、控制系统、输入系统、输出系统及底座，所述定位纠偏系统连接测量系统，所述定位纠偏系统通过所述控制系统连接所述数据处理与存储系统，所控制系统通过控制线连接所述测量系统，所述输入系统连接所述控制系统，所述输出系统连接所述数据处理与存储系统；所述定位纠偏系统用于测量前的隧道水平、倾斜以及轴线纠偏，所述测量系统用于隧道轴线纠偏与断面轮廓测量阶段的数据采集，所述数据处理与存储系统将采集的数据进行处理得到隧道轴线坐标、断面轮廓线及可视化结果；所述控制系统控制所述测量系统的旋转以及数据的采集频率；所述输入系统与输出系统用于参数输入以及数据与分析结果的导出；

该利用隧道横断面几何形态检测装置的检测方法包括：

利用定位纠偏系统对检测装置进行姿态调整，包括：对检测装置进行整平，对检测装置进行隧道倾斜纠偏，对检测装置进行轴线纠偏；

利用测量系统采集隧道断面轮廓极坐标数据，并存入数据处理与存储系统；

利用数据处理与存储系统对轮廓数据进行处理，包括：超欠挖分析，初衬、二衬施工质量分析，运营阶段隧道收敛变形检测；

通过输出系统显示分析结果；

所述对检测装置进行隧道倾斜纠偏的具体操作步骤为：把水平刻度盘的0刻度线方向调整到隧道轴线的迎坡方向，在输入系统中输入轴线坡度值θ后，竖直转轴控制测杆沿竖直刻度盘旋转θ+90°角度，使测杆与隧道底面垂直，完成隧道倾斜纠偏；

所述对检测装置进行轴线纠偏的具体步骤如下：

以检测装置放置位置为原点，以水平刻度盘0刻度线方向为极坐标轴，建立极坐标系；

取水平刻度盘0度方向为测头的电子刻度的0度方向，测头绕测杆旋转一周，得到一组极坐标系下的数据：

(l_1a,α_1a)，(l_1b,α_1b),(l_2a,α_2a)，(l_2b,α_2b)...(l_na,α_na)，(l_nb,α_nb)，将该组极坐标数据输入数据处理与存储系统，通过数据处理与存储系统由最小二乘拟合原理得到隧道两壁的拟合方程La、Lb；

求得La、Lb在笛卡尔坐标系下的角平分线方程Lx，再将其转化为极坐标方程即为隧道轴线方程L轴，其与极坐标轴的夹角即轴线纠偏的角度α；通过控制系统控制水平转轴，沿水平刻度盘旋转相应的纠偏角度，此时水平刻度盘0刻度线与隧道轴线平行，完成轴线纠偏；

所述由最小二乘拟合原理得到隧道两壁的拟合方程La、Lb的方式为：

将隧道一侧壁极坐标数据(l1a,α1a)，(l2a,α2a)，...，(lna,αna)通过下述公式转化为一系列笛卡尔坐标点(x1a,y1a)，(x2a,y2a)，...，(xna,yna)；

对于该坐标平面内一系列直线la,假设存在一条最优直线La，满足

由此得到一侧隧道壁上采集离散点的最小二乘拟合直线La，同理可得隧道另一侧壁拟合直线Lb。