基于地面三维激光扫描技术的隧道全断面变形测量方法

谢雄耀1，卢晓智1，田海洋1，季倩倩2，李攀1

(1. 同济大学地下建筑与工程系，上海 200092； 2. 上海长江隧桥建设发展有限公司，上海 201209)

在隧道工程中变形测量是必不可少的，工程师可根据测量结果评价隧道结构的安全状态，并及时调整设计参数。

地面三维激光扫描技术(terrestrial laser scanning)是一种以激光测距方式快速获取大量测点三维坐标的测量技术，能够克服传统测量技术的局限性，从而获取更加全面的隧道变形信息。

一、基于点云的隧道三维建模算法与变形分析

本文提出一种基于点云的隧道三维建模算法，用于获取隧道的相对变形。算法的流程如图1所示。下文将以一条圆形隧道为例介绍该算法，该隧道采用顶管法施工，内径2.7 m，管节宽度2 m。

图2所示的点云仍无法直观表示隧道的相对变形，本文通过建立椭圆柱面三维模型，使隧道变形可视化。

对图2所示的点云进行三维建模和变形分析，结果如图3所示。

二、激光扫描仪与全站仪在隧道变形测量中的精度比较试验

本次试验采用Leica C10激光扫描仪与Leica TS30全站仪，其厂家标称精度见表1。本试验在上海市浦东新区某污水隧道进行，该隧道采用顶管法施工，隧道内径4 m，管节宽度2 m，如图4所示。采用C10激光扫描仪与TS30全站仪对图4所示的一段隧道管节进行变形测量。

表1　TS30全站仪和C10激光扫描仪的厂家标称精度

图4　顶管隧道的一段管节

本试验结果表明(见表2)，采用基于地面三维激光扫描技术的隧道变形测量方法，得到的隧道相对变形与全站仪的测量结果相差在2 mm以内。……