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标题: 隧道全息变形监测新技术，预警保安全! [打印本页]

作者: 张女士 时间: 昨天 09:26
标题: 隧道全息变形监测新技术，预警保安全!
本帖最后由张女士于 2025-5-21 09:30 编辑

隧道地质的复杂多变和不可预见性决定了隧道施工是一个边开挖与边支护的过程，也是应力释放与控制的过程，亦是变形与控制变形的过程。

隧道施工中一个重要手段就是隧道监控量测，在整个施工过程中作连续的、系统的围岩整体形态的动态观测。根据现场量测的数据，不断地对隧道施工中围岩的稳定性及支护结构的安全性做出分析评估，并对支护设计作动态优化调整，以确保隧道施工安全。

传统监控量测是指在隧道施工过程中，使用全站仪等测量工具对隧道围岩、支护结构以及隧道内部环境进行定期或实时的数据采集和监测，传统监控量测方法虽然在隧道施工中应用广泛，但存在很大的局限性，如测量精度有限、数据处理复杂、施工干扰等问题。

图1 传统监测与三维激光监测

1.工作原理

三维激光扫描，也被称为“疯狂式的全站仪”，利用激光测距的原理，快速、全息记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标( X，Y，Z) 、反射率和纹理等信息，实景复制、3D再现被测物体。可用于隧道超欠挖、初期支护(或衬砌)平整度、初期支护( 或衬砌)净空限界、初期支护(或衬砌)全息厚度、衬砌钢筋安装质量、衬砌表面缺陷的全面检测，还可用于隧道开挖量、初期支护喷混凝土量、初期支护喷混凝土回弹率、衬砌灌注量的定量精准计算。

本文主要介绍变形监测功能，通过团队自研专业三维激光点云处理分析软件（TK-PCAS）进行数据处理和分析，可以实现对隧道整体收敛变形和局部变形的监测。

2.技术优势

高精度与高密度数据采集：三维激光扫描技术能够获取高精度的三维点云数据，这些数据具有毫米级的精度，为隧道的精确建模和变形监测提供了可靠的基础，可以全面反映隧道的几何形状和变形情况。

全方位监测：通过对隧道进行定期的三维扫描，可对隧道进行全断面、全空间的变形监测，不仅包括隧道的平面变形，还包括垂直方向的变形，也可进行裂缝等异常情况的观察，及时辅助发出预警信号，为隧道的维护和安全管理提供科学依据。

非接触式测量：该技术无需与被测物体直接接触，避免了因接触而产生的测量误差和安全隐患，特别是在隧道内部空间狭小、环境复杂的情况下，非接触式测量更加安全、高效。

自动化程度高：通过三维激光扫描技术，可以大大的减少人工测量的工作量，提高了监测效率。

全面性与可视化：三维激光扫描能够捕捉到隧道内部表面的全部信息，包括形状、尺寸、纹理等，为隧道的全面分析和评估提供了丰富的数据源。同时，通过可视化展示，使相关人员能够更直观地理解隧道的结构和形态。

3.工作流程

数据采集：利用三维激光扫描仪对隧道进行扫描，可以快速获取隧道表面的三维坐标数据。这些数据精度高、覆盖范围广，为后续变形分析提供了可靠的基础。

图2 三维激光现场数据采集

点云数据处理：点云滤波、去噪等操作都在三维激光点云专业处理软件（TK-PCAS）上操作，以剔除无效数据和噪声，一站数据自动处理3-5分钟，全息变形监测成果形象、丰富。

图3 偏压变形三维浏览

图4 偏压变形二维展开图

变形分析：通过软件对点云数据进行分析，计算隧道的变形量，包括整体收敛变形和局部变形。基于变形“红、黄、灰”三色预警体系，结合变形加速度及变形速率重构新的安全预警体系，实现时间与空间预警的有效统一。

图5 隧道变形累计变化值

图6 隧道变形监测动图

4.检测结果上传激光云平台

监测云平台：扫描的三维激光变形监测数据可以上传至TIM云平台，在线可以浏览隧道整体变形情况，根据变形情况，及时发出预警信号，为隧道的维护和安全管理提供科学依据。

图7 激光监测结果上云

图8 测点沉降监测时辰、速率曲线和断面净空值分析报告

图9 测点沉降监测回归分析曲线和断面变形值

5.总结

随着技术的不断进步，三维激光扫描技术在隧道变形监测中的应用将更加广泛。该技术克服了传统有限断面有限点监测的缺陷，真实再现了隧道施工现场，完全避免了数据造假的可能。重新构建新的隧道支护安全与经济评估体系,即变形加速度管安全、累计变形管限界及经济，达到了安全与经济统一量化评估,避免了监测假安全及数据有限无法经济性评价的可能。未来可能会结合人工智能和大数据技术，进一步提高监测的自动化程度和数据分析能力。

文章转载于：隧道施工之声公众号

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