[發明專利]一種利用激光飛行時間對樁基底部已鉆通干溶洞三維結構與尺度的快速測量方法

在審

• 申請號: 202110825912.2
• 申請日: 2021-07-21
• 公開（公告）號: CN113534181A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 劉動;吳旭彬;黃文彬
• 申請（專利權）人: 深圳市巖土綜合勘察設計有限公司
• 主分類號: G01S17/86
• 分類號: G01S17/86;G01B11/00;G01B11/02;G01B11/22;G01B11/06;G01B11/30
• 代理公司: 東莞市卓易專利代理事務所(普通合伙) 44777
• 代理人: 王慧敏

本發明涉及巖土工程中地下空間探測技術領域，尤其為一種利用激光飛行時間對樁基底部已鉆通干溶洞三維結構與尺度的快速測量方法，其方法包括如下步驟：選定已知有巖溶的復雜地區，在巖溶地區樁基開挖施工中，利用鉆探方式確認樁基底部含有未知結構干溶洞；利用激光飛行時間探測裝置，對目標物體進行距離標定；本發明提出的方法利用激光飛行時間對樁基底部已鉆通干溶洞的三維結構和尺度進行快速測量，同時實現對干溶洞的三維結構和尺度的高精度測量，降低了測量的時間與資金成本，解決了現有的溶洞結構與尺寸的探測方法存在缺陷，不僅三維結構的探測精度較低，三維結構的探測時間需求較久，且耗費的時間和金錢成本較多的問題。

技術領域

本發明涉及巖土工程中地下空間探測技術領域，具體為一種利用激光飛行時間對樁基底部已鉆通干溶洞三維結構與尺度的快速測量方法。

背景技術

隨著我國城市化的進展，越來越多的工程施工區域在含巖溶的復雜地質區域。巖溶地區廣泛分布著大小及埋深不明的溶洞，這為工程施工以及后續的項目全壽命維護帶來了巨大的挑戰。因此需要在建筑物樁基施工過程中，對樁基底部干溶洞的三維結構與尺度進行勘察，并對可能的災害源進行填補等預防手段。

現有的溶洞勘察手段主要有水文地質鉆探、物探、水位統測和水文地球化學分析等，其中干溶洞可以使用鉆孔攝像機對溶洞的形貌進行簡單拍攝，或者用超聲波法等對溶洞進行溶洞三維結構的探測，但是現有的溶洞結構與尺寸的探測方法具有下述缺陷：(1)三維結構的探測精度較低；(2)三維結構的探測時間需求較久；(3)專門用于勘察的時間以及資金要求比較多。

發明內容

本發明的目的在于提供一種利用激光飛行時間對樁基底部已鉆通干溶洞三維結構與尺度的快速測量方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種利用激光飛行時間對樁基底部已鉆通干溶洞三維結構與尺度的快速測量方法，其方法包括如下步驟：

(S1)：選定已知有巖溶的復雜地區，在巖溶地區樁基開挖施工中，利用鉆探方式確認樁基底部含有未知結構干溶洞；

(S2)：利用激光飛行時間探測裝置，對目標物體進行距離標定，利用紅外激光向物體發射等時間(TP)等幅值(A)的雙脈沖激光，通過相機傳感器接收物體處反射回來的激光，相機在三個窗口時間內采集光信號，即第一個窗口W1的時間與雙脈沖激光的第一個脈沖時間一致，第二個窗口W2的開始時間與第一個窗口結束時間差2TP，與反射回來的激光中第二個脈沖時間相交，第三個窗口W1與第一個窗口結束時間差TP，采集背景光能量，使C1、C2、CB為相機在上述三個窗口分別采集到的光能量，假設目標距離為D，收集到的有效光幅值為AR，背景光幅值為AB，飛行時間為TTOF，已知激光在空氣中飛行速度為C，那么目標距離D可以由下述公式計算，同時通過小孔成像原理，將待測物體任意點P的三維坐標(X，Y，Z)將相機感光單元的坐標(xi，yi)與深度D相互對應，得到待測物體的三維坐標(X，Y，Z)，其中f為相機焦距；

(S3)：將激光飛行時間探測裝置安裝到鉆桿上，將探測裝置通過鉆機下放到未知結構溶洞對應的深度，每60度進行一次溶洞的三維結構識別，將相機所收集的光信號上傳至地面計算機中進行合成處理，在掃描完對應深度溶洞后，通過合成出的三維結構判斷是否將溶洞完整掃描，如果對應深度以下依然含有溶洞結構，則將探測裝置下降至未探測區域，并重復上述步驟，直至溶洞掃描完成；

(S4)：在掃描完成后，通過掃描得到的數據對標識好的溶洞進行幾何分析，在計算后得到對應溶洞的三維結構與尺寸關鍵幾何參數。

優選的，所述步驟(S1)中，鉆探時采用直觀的方法，并采用鉆孔彩色電視來對孔內溶洞進行原位觀察，同時對鉆孔獲取的土層或巖芯進行觀察描述，成像系統進行孔壁圖像實時采集，初步獲取到溶洞的數據。

優選的，所述步驟(S2)中，脈沖激光的能量密度為1.5-2.5J/cm²，脈沖激光的頻率為30MHz。