袁金宝

中铁隧道局集团三处有限公司 广东深圳 518000

1 隧道测量现状

目前国内施工地下隧道工程的建筑企业，在隧道测量放样过程控制中普遍采用全站仪，全站仪具有操作简便、灵活，测量精度高，效率快等特点，在隧道施工线型、标高方面等控制运用广泛，但全站仪测量也有其局限性，因为其对点位的测量精度非常高，而我们在隧道断面侵限测量（尤其是隧道初期支护断面）时，使用全站仪测量仅能对目测有鼓包的部位进行打点测量，或认为操作一定的纵环向间距进行测量并采集数据，所得到的数据具有局限性，不能全面反映测量段内断面的侵限情况，容易造成局部漏测而产生的侵限，以及二衬施工后的欠厚等质量缺陷。精度更高、更快速的过程控制设备的引入，势在必行。

2 FARO Focus3D-X70 3D全断面检测扫描仪简介

经多方调研，我单位采用FARO Focus3D-X70全断面检测扫描仪，作为初支表面超欠挖的过程控制设备，该设备中硬件采用的是美国法如机身，软件部分采用的是瑞士生产的安伯格后处理软件系统，这套系统具有快速、精度高、成果直观三大特点。

（1）快速：3分钟即可完成一段隧道全断面扫描（一般有效距离以仪器中心前后15米为佳）。

（2）精度高、范围广：以每秒100万次的点云扫描，精度为点间距2mm（最高精度可达0.6mm），单次工作最大测量洞长为70m。

（3）成果直观：在电脑展开的2D图中我们设置绿色为不侵限，黄色为不超不欠，红色为有侵限部分。扫描后现场在电脑上可以通过顔色直观看到整个隧道断面有无侵限情况。具体操作流程如下图所示。

（4）衬砌混凝土方量把控：通过对隧道轮廓的扫描数据自动采集与设计轮廓线进行分析和计算，能精确计算出本段二衬需要的砼方量（可精确值0.5m3）。对下一步的砼用量提供了数据支持，提高了管理效率和生产效率。

3 工作流程

3D全断面检测扫描仪欠挖检查处理流程图

（1）测量组对本循环的开挖轮廓线进行放样，在开挖结束后，采用3D扫描仪对开挖断面进行扫描检查，数据导入电脑之中进行处理，2D、3D成像检查，保留好断面数据。若存在初支断面侵限，架子队立即组织对侵限部位进行处理，待处理完成后再次进行复核[1]。如果有超挖，则保留好相应的数据，用做后续工序的材料消耗验证和材料消耗考核。

（2）检测小组复测无侵限后，再次出具书面技术交底，由检测小组负责人、架子队队长、技术主管共同签认后现场方可进行转序作业。隧道在施作防排水系统即铺设土工布前必须完成初支断面的全断面扫描工作，确保初支断面无侵限现象；断面确定没有侵限后开始进行下一工序施工。

（3）初支全断面检测由架子队技术主管提前（即仰拱施工完成后的初支段均可）向全断面检测小组报检。

（4）检测小组在接到架子队报检后24h内组织人员到场进行初支断面检测，同时将检测结果向现场负责人、架子队队长、架子队技术主管等进行书面交底。

（5）初支喷射混凝土施工，在喷射混凝土施工过后，各作业单元对喷射混凝土进行统计，对比，将混凝土消耗量提交给工作小组，工作小组根据设计及交底数据做出对比分析，计算出混凝土节超，判断初支是否存在空洞。

（6）现场初支验证孔验证疑问部位是否真的存在空洞，根据验证结果及时处理初支空洞，为后续的二衬施工提供保障。

4 管理方法

4.1 组织机构

中铁隧道集团兴泉铁路XQNQ-5标项目经理部为一级机构。成立以项目总工为组长，测量主任、3D测量扫描队人员为副组长，各架子队主管、技术员为组员的隧道3D全断面扫描系统管理小组，负责对本项目已经施工的初支面进行全覆盖检测，并按照程序及时上报资料，确保二衬施工前初支欠挖检测工作已结束。

领导小组下设办公室（设在项目部工程部），归口管理测工作；项目部工程部、安质部、现场负责人和技术负责人，负责对重大异常情况的施工方案进行研究，并作为隧道实施性施工组织设计和隧道测量工作实施办法的重要组成部分。

4.2 考核制度

隧道3D全断面扫描系统作为本项目的重点关注工作，为确保该项工作的顺利推进，特制定以下考核办法：

⑴3D扫描仪属贵重、精密仪器，为了使测量仪器保持良好状态，3D扫描仪仪器实行统一管理，专人负责。对于人为原因造成仪器损坏，可根据损坏程度给予当事人维修费用10%～20%的处罚。

⑵对于检查发现二衬已经施工，但未出具相应签字完善的3D扫描资料时，对于3D扫描测量队长、对应架子队测量主管、技术主管予以每人500元/组的处罚。

⑶以第三方检测结果为准，根据每次检测范围，给予本系统相关组织人员相应的考核[2]。

5 3D扫描数据应用

借助该套设备的工作机制，通过对开挖断面和初支断面扫描结果进行拟对，可对初支砼厚度进行验证、通过对防水板铺挂完成的断面进行扫描，可对防水板铺挂质量进行检查、通过对初支断面和衬砌施工完成的内净空断面扫描结果拟对可对衬砌厚度进行初步验证、通过对衬砌内净空断面检测数据，可对模板台车变形情况进行检测、通过防水板和初支净空断面检测数据，分析防水板托空数据。上述几项研究结果，对衬砌厚度、防水板铺挂、衬砌台车施工情况，提供真正意义上数据指导，但针对开挖面扫描，在某些工法下存在一定的局限性：

5.1 台阶法单次开挖进尺短(0.6～0.8m)和围岩较差段落（存在掉块、渗水等）开挖面扫描施工开展难度大，无法实行

受工法和围岩条件制约，单次开挖距离短（0.6～0.8m），扫描段落被已施工完成的初期支护遮挡，无法进行扫描；若仪器架设在开挖段正下方，开挖台架须进行挪动，且仪器架单次架设时间为15min（再无设备等因素干扰下），对施工循环时间影响较大；同时围岩稳定性较差段，未初喷前进行测量，拱顶掉块儿或渗水对测量人员和设备存在安全隐患。

5.2 全面段开挖段实行的限制条件

⑴为保证断面扫描正常进行，开挖台架须进行挪动；仪器架单次架设时间为15min（再无设备等因素干扰下），对施工循环时间影响较大；

⑵单次开挖长度为3m，初支厚度为8cm。扫描时须将仪器置于待扫描段落后方15m。

6 现场实际应用效果

结合第三方衬砌无损检测分析情况来看，在引入该设备后，我标段隧道由于初支面欠挖造成的衬砌厚度欠厚现象，大大降低，大部分隧道口现阶段实现了零欠厚，控制效果显著。

7 3D扫描仪的研究成果

7.1 扫描参数确定

单次工作精度最优：测量洞长为35m，覆盖网格大小为5cmx5cm。

7.2 首次测量限制条件

在隧道口首次进行测量时，因防水板台架在台车正前方，受台架遮挡影响该段初支扫描数据无法收集，须采用原始的全面段扫描仪进行超欠挖检测，后续检测不受该项制约。

7.3 断面检测时机

待拱墙初支完成50m以上时即可对30m数据进行采集，在采集过程中，段落内不得有设备、人员、台架等工装遮挡物的存在，减少人工数据分析量，提高检测精度。

检测须在隧道通风完成无大量粉尘存在的环境下进行，防止灰尘影响激光扫描效果，影响测量精度。

8 结束语

一种新的科技手段应用于新的领域，总是需要实践的检验。三维激光扫描技术应用于围岩量测上，无论从理论上还是手段上，都不会很快被现场技术人员所接受。但它的测量理念将成为未来监控测量上的主流思想。