[發明專利]基于三維激光技術的施工隧道初支侵限檢測裝置與方法

在審

• 申請號: 202310089406.0
• 申請日: 2023-02-03
• 公開（公告）號: CN116291727A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 張田濤;崔立樁;鄭廣順;劉健;李心秋;呂高航;解全一
• 申請（專利權）人: 山東高速基礎設施建設有限公司;山東大學
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;E21D9/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王雪

本發明屬于隧道施工技術領域，提供了一種基于三維激光技術的施工隧道初支侵限檢測裝置與方法。該裝置包括，安裝在隧道內壁上的懸臂支座，懸臂支座上由下至上依次安裝有雙向俯仰機構、三維激光雷達和測量棱鏡；雙向俯仰機構、三維激光雷達和測量棱鏡均與上位機通信；雙向俯仰機構用于帶動三維激光雷達與測量棱鏡；三維激光雷達用于獲取施工隧道初次襯砌的三維點云數據；測量棱鏡用于建立大地坐標系和三維激光雷達相對坐標系，根據已知控制點坐標計算得到三維激光雷達的絕對坐標機；上位機用于根據所述三維點云數據，結合三維激光雷達的絕對坐標，進行整體侵限檢測分析和初支局部侵限檢測分析。本發明實現了隧道開挖圍巖變形初支侵限監測。

技術領域

本發明屬于隧道施工技術領域，具體涉及一種基于三維激光技術的施工隧道初支侵限檢測裝置與方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

在鉆爆法公路隧道施工過程中，當圍巖應力超過初支抗變形能力時，即容易造成圍巖開裂變形侵限，公路隧道初期支護嚴重變形侵界，存在著很大的安全隱患，如果無法得到及時有效的處理，那么很容易出現隧道坍塌現象，從而嚴重威脅著施工人員的生命財產安全。在對公路隧道進行施工的過程中，施工人員一旦發現初支變形侵入限界，就需要對其進行精準的測量，并且還要對期出現初支變形侵限界的情況進行分析。

由于鉆爆法隧道施工空間及環境條件限制，一般鉆爆法隧道施工期較多采用人工+全站儀或水準儀的監測方法，傳統的人工測量耗時長、頻率低、誤差大，不但影響正常的隧道施工工序，而且不能及時、快速、準確地反映隧道結構變形的情況。若出現初支變形過大時，未采取及時有效的支護措施，造成初支整體或局部大變形，遠超過設計預留變形量，導致初支侵入二襯凈空，嚴重影響著二次襯砌結構的安全及使用壽命。若出現初支變形速率過大時，未及時采取及時有效控制措施，甚至會出現初支坍塌施工風險，嚴重威脅著鉆爆法隧道施工的安全。

發明內容

本發明為了解決施工期公路隧道初支變形導致的侵限檢測問題，提出了一種基于三維激光技術的施工隧道初支侵限檢測裝置與方法，本發明通過該裝置能夠獲取隧道初支段整體變形點云數據，實現隧道開挖圍巖變形初支侵限監測，確保施工安全，實現隧道施工整體安全管控水平的提高。

根據一些實施例，本發明采用如下技術方案：

第一個方面，本發明提供了一種基于三維激光技術的施工隧道初支侵限檢測裝置。

基于三維激光技術的施工隧道初支侵限檢測裝置，包括：安裝在隧道內壁上的懸臂支座，所述懸臂支座上安裝有雙向俯仰機構，所述雙向俯仰機構上安裝有三維激光雷達，所述三維激光雷達上安裝有測量棱鏡；所述雙向俯仰機構、三維激光雷達和測量棱鏡均與上位機通信；

所述雙向俯仰機構，用于帶動三維激光雷達與測量棱鏡；

所述三維激光雷達，用于獲取施工隧道初次襯砌的三維點云數據，并上傳至上位機；

所述測量棱鏡用于建立大地坐標系和三維激光雷達相對坐標系，根據已知控制點坐標計算得到三維激光雷達的絕對坐標，并上傳至上位機；

所述上位機，用于根據所述三維點云數據，結合三維激光雷達的絕對坐標，進行整體侵限檢測分析和初支局部侵限檢測分析。

進一步地，所述懸臂支座通過膨脹螺栓安裝在施工隧道仰拱附近。

進一步地，所述帶動三維激光雷達與測量棱鏡包括，帶動三維激光雷達與測量棱鏡俯仰擺動和周向旋轉。

進一步地，所述三維點云數據包括覆蓋當時初支表面點的空間位置坐標信息。

進一步地，所述三維激光雷達根據監控量測要求在規定的時間間隔內進行自動掃描作業。

第二個方面，本發明提供了一種基于三維激光技術的施工隧道初支侵限檢測方法。