[發明專利]隧道橢圓度檢測分析方法及系統

在審

• 申請號: 201710625565.2
• 申請日: 2017-07-27
• 公開（公告）號: CN107388988A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 王西沖;胡文兵;曹大明
• 申請（專利權）人: 成都暢達通檢測技術股份有限公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙)51218
• 代理人: 袁英

技術領域

本發明涉及隧道檢測技術，尤其涉及一種隧道橢圓度檢測分析方法及系統。

背景技術

隨著城市化進程及城市的大規模發展，我國各大城市均在建設高效的地下軌道交通網以解決越來越嚴重的交通阻塞問題。盾構法以其掘進速度快，自動化高及不影響地面交通與設施等優點在地鐵隧道結構建設中被廣泛應用。在地鐵隧道建成以后，由于所處地質條件差或者周邊臨近基坑施工等原因，隧道會出現漏水、裂縫、下沉等病害，隧道結構的安全性關系著廣大群眾的生命及財產安全。

盾構隧道管片在理論上要求是圓形的，但是由于盾構管片在生產、安裝、使用過程中均會出現偏差，因此采用橢圓圖（也叫不圓度）來量化盾構隧道管片的不圓度。橢圓度是定量分析盾構管片的整體形變的重要參數，地鐵隧道盾構法施工設計、驗收和保護規范都對盾構管片的橢圓度檢測進行了規定和要求。隨著城市的發展，盾構隧道的日益增多，對隧道橢圓度的檢測也變得日益重要。

隧道橢圓度的計算，關鍵是在于求得隧道管片的橢圓長短半軸。隧道實際的長半軸不一定在水平方向上，如何根據大量的實際隧道輪廓坐標點確定隧道模擬計算得到長短半軸成為該軟件系統的關鍵。國內外隧道變形主要是對隧道限界進行檢測，是根據隧道結構內輪廓線測量數據，在綜合考慮線路條件、車輛尺寸及技術參數、軌道參數、管線布置等的基礎上，檢測設備限界與隧道結構內輪廓線間的有效凈空是否滿足標準要求，檢測軌頂面距離隧道底板的高度是否滿足軌道結構標準要求，若不滿足則提出調整方案，為線路、軌道的調整提供依據。國內現有的測量手段可分為直接法和間接法。最直接的方法為吊錘法。該方法采用皮尺和鉛垂測量隧道管片的長半軸和短半軸。長半軸重水平方向上用皮尺多次量取，找到最長的邊認為是長半軸；短半軸通過吊鉛垂使鉛垂線通過長半軸中心即可確定。該方法適用的前提是認為橢圓的短半軸與鉛垂方向平行，但實際情況隧道的長半軸不一定在水平方向上，故具有一定的狹隘性。間接法檢測部直接測量長、短半軸，通過測量隧道的表面輪廓，采用橢圓擬合得到橢圓度長短半軸以及橢圓的旋轉角度，常見的測量隧道內輪廓表面坐標的方法有全站儀斷面掃描法、激光隧道斷面儀、移動式三維掃描系統（GRP5000系統）提出采用激光隧道斷面儀獲取隧道內輪廓數據點，基于MATLAB軟件開發出隧道橢圓度的計算程序。該程序導入需經手工處理激光斷面儀斷面掃描結果，自動擬合橢圓，并計算出橢圓的長軸、短軸及隧道的橢圓度。

基于隧道GRP5000掃描系統掃描生成的隧道輪廓坐標點數據較多，不同的坐標點數據擬合生成的橢圓曲線各不相同，很難找到最佳擬合橢圓曲線。因此，本申請在隧道掃描系統的基礎上進行二次研發，該系統連續掃描隧道表面，后期處理可提取單個隧道輪廓斷面得到大量連續的坐標點，利用這些坐標點二次研發隧道橢圓度分析軟件系統，其主要功能是基于真實隧道輪廓坐標點數據模擬計算出隧道斷面橢圓度、長半軸、短半軸和橢圓度等作為隧道工程監管人員的輔助參考資料，保障隧道安全運行。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種隧道橢圓度檢測分析方法及系統，基于真實隧道輪廓坐標點數據模擬計算出隧道斷面橢圓度、長半軸、短半軸和橢圓度等作為隧道工程監管人員的輔助參考資料，可防止安全隱患累積轉化為事故縮減的安全事故成本，使隧道施工和運營安全管理中常見的安全隱患得以及時發現，有效避免重大安全責任事故的發生。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種隧道橢圓度檢測分析方法，基于隧道掃描系統采集的檢測數據，通過獲取隧道輪廓坐標點數據，生成橢圓曲線；然后計算最佳擬合橢圓曲線；再計算最佳擬合橢圓的橢圓度。

進一步地，在選取真實的隧道輪廓坐標點數據的步驟中，包括獲取軌頂以上內輪廓坐標點數據的步驟。

進一步地，在選取真實的隧道輪廓坐標點數據的步驟中，包括獲取隧道襯砌的內表面影像圖像數據和隧道襯砌表面各點距離軌道中心線的距離數據。

進一步地，在計算最佳擬合橢圓曲線的步驟中，包括去除飛點數據的步驟。

進一步地，在計算最佳擬合橢圓曲線的步驟中，首先計算單個斷面隧道輪廓坐標點數據的初始擬合橢圓曲線，再計算單個斷面隧道輪廓坐標點數據的初始擬合橢圓曲線的橢圓度，接著執行去除飛點的步驟，再采用多次迭代擬合來確定單個斷面隧道輪廓坐標點數據的最佳擬合橢圓曲線。