激光隧道限界仪在公路隧道初衬轮廓断面检测中的应用.docx

激光隧道限界仪在公路隧道初衬轮廓断面检测中的应用藤金龙1,于炳炎2(11中铁十四局集团第四工程有限公司临沂市271018;21石家庄铁道学院石家庄市050043)摘要:激光隧道限界仪检测方法在隧道断面量测中有着较为广泛的应用,结合公路隧道初衬轮廓断面检测,总结激光隧道限界仪在隧道工程中的应用过程和数据处理方法,得出用激光隧道限界仪进行公路隧道初衬轮廓断面检测是可行的、有效的,并可推断开挖轮廓,得到的数据真实可靠。关键词:公路隧道;初衬轮廓;开挖轮廓;激光隧道限界仪在公路隧道工程施工中,开挖断面的检测是工程质量评价的重要指标之一。在开挖施工中,按设计和规范要求控制超、欠挖量和断面平整程度,不仅关系到隧道施工的成本,还要影响初衬和二次衬砌的质量以及围岩与支护结构的受力状态。隧道工程断面的检测有多种方法,主要可分为接触性检测和非接触性检测,传统的接触性检测方法有支距法、极坐标法等。由于接触性检测的准确性受人为因素影响大,测量环节多、积累误差大、资料整理工作费时费力,会造成检测结果严重滞后,影响施工进度,达不到即时性要求,而且由于检测断面数量少,往往达不到检测标准的要求。因此这种效率低、精度差的方法给施工、检测带来很多困难。非接触性检测方法,如激光隧道限界仪、近景摄影测量等,就克服了接触性检测的许多缺点。本文主要介绍激光隧道限界仪在公路隧道施工中的断面检测方法。激光隧道限界仪检测隧道断面轮廓作为一种非接触性的检测方法,具有安全、方便、准确、快速等特点,可用于检测隧道结构的开挖断面、衬砌断面,若能进行施工动态检测,可用于监测隧道开挖后的收敛变形,以判断围岩的稳定性,以及衬砌厚度和平整度。距装置,以实现非接触性测量的方法,用自进马达装置对所测断面进行圆周扫描,用激光测距并在控制器中记录每个测点与初始方向的夹角和距离。现场检测时,为使检测数据有可比性并且便于操作,以隧道设计轴线为基准,在选定里程的轴线上测出中心桩高程,调校好激光隧道限界仪,并测出中心桩到激光测距头旋转中心的高度,此时旋转中心即成为一极坐标的圆心,按照与隧道轴线垂直的方向进行测量。112激光隧道限界仪主要技术参数以BJSD22型激光隧道限界检测仪为例,主要技术参数见表1。表1BJSD-2型激光隧道限界检测仪的主要技术参数BJSD22型激光隧道限界检测仪的检测方法利用BJSD22型隧道限界检测仪,在对隧道初衬断面的施测中,为了保证测量精度和测量断面位置里程的准确,首先采用全站仪沿隧道中心线每间隔20m放设一个测站点,并精确测定和记录该点的平面坐标和高程。同时以该点为中心,垂直隧道中心线在隧道两侧分别放设一点,分别作为BJSD22型隧道限界检测仪测量该断面的定向点和检查点。隧道初衬断面轮廓量测测站点、断面的定向点和校正点如图1所示。1131激光隧道限界仪检测隧道初衬断面111检测的基本原理激光隧道限界仪检测的基本原理是采用激光测收稿日期:2003-04-02距离测量精度mm角度分辨率(°)测量角度范围(°)控制器存储量kbt±101160～30018—164—公路2003年第8期(下)其专用后处理软件进行数据和图形处理,从图形上可直观地反映出超欠挖情况,主要的分布位置等。根据数据资料可分别计算出超挖的最大值和平均值、超欠挖面积等。另外,在开挖过程中,对同一断面进行多次检测,用后处理软件可准确地计算出隧道的收敛位移。并且通过在同一里程位置进行开挖断面、初衬和二次衬砌检测,资料处理完成后,采用自编的后处理软件,将3次的数据进行处理,可计算出断面的初衬和二次衬砌的厚度。图1断面测量检测站点、定向点和校正点示意2现场检测实例根据某高速公路隧道现场检测结果,不同围岩类别的其中2个初衬断面的数据资料经过后处理软件分析,结果分别见表2、图3和表3、图4。根据初衬断面的测量数据,分析开挖轮廓的步骤如下(假定初衬厚度等于设计厚度)。(1)把原来的极坐标转化为平面直角坐标来进行结果分析,起止几个点是由于测点位于填充了混凝土的底板上,计算时要分别处理。(2)通过数据资料,分别计算出隧道断面超欠挖的平均值和最大值、欠挖面积、欠挖体积及超欠挖率,见表4。114断面设置及测点分布以现有的隧道控制网坐标系统为隧道断面轮廓量测的坐标系统,如图1所示,即以隧道纵向中心线为y轴(里程增加方向为正),隧道断面水平横轴为x轴,隧道断面中心线轴为z轴。每20m设置一个断面,每个断面均匀分布的量测点数为35～50个。以不同围岩类型的设计开挖断面为基准,假定初衬厚度等于设计厚度,与实测初衬断面轮廓数据比较,计算出超欠挖值及超欠挖面积。计算方法如图2所示,R为标准断面的一个弧段半径,P点为检测仪器轴线所在位置,也就是极坐表2III类围岩断面测量数据(里程:YK193+605)标的圆心,A点为测量点。设定竖直向下方向为0°,测出