本發明涉及一種異型隧道開挖測量方法。
背景技術：
傳統盾構開挖測量技術包括姿態測量和軸線測量。
姿態測量方法是在盾構機組裝階段提前在外殼設置6-8個測量點并安裝棱鏡或反光片，計算測量點與盾構機前后胴體中心的幾何關系，在盾構推進中只需要測得其中3個測量點坐標，根據已有的幾何關系就可以得到盾構機前后中心坐標，從而得到盾構姿態數據。
對于異型隧道的中軸線的測定則采用導線測量方法，導線點一般設置在開挖面一側，在盾構推進一定距離時進行導線測量，與設計軸線進行比較即能得到實際軸線偏差。
這些盾構開挖測量技術在常規圓形隧道中被廣泛應用，但在異型隧道如雙圓或類矩形隧道中，相較于圓形隧道三點確立圓心的便捷，其開挖面幾何中心的確定極為困難，尤其是在隧道彎曲段，使用常規的測量技術對隧道姿態和軸線進行測量誤差極大，較不適宜。
此外，隧道挖掘作為隧道施工最關鍵的一環，挖掘土方量多少一直是一個比較模糊的數據，對于異型隧道，直接測量或用直角坐標法計算誤差極大。如何精確計算盾構每環開挖量也是隧道施工一大難題。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種異型隧道開挖測量方法，能夠解決異型隧道使用常規的測量技術對隧道姿態和軸線進行測量誤差極大和無法精確計算盾構每環開挖量的問題。
為解決上述問題，本發明提供一種異型隧道開挖測量方法，包括：
在連通異型隧道的盾構工作井的井壁上設置3個不動點作為基準點；
在異型隧道內的盾構機的尾部后方和盾構機的刀盤后方布置三維激光掃描儀進行全角度掃描，得到異型隧道內表面及盾構機外殼的點云圖；
根據所述異型隧道內表面及盾構機外殼的點云圖，通過異型隧道截面提取得到所述異型隧道的異型隧道內表面模型，并通過盾構機外形輪廓提取得到盾構機首尾輪廓模型；
根據所述異型隧道內表面模型和盾構機首尾輪廓模型，確定異型隧道的中軸線，基于所述中軸線和基準點計算所述盾構機的姿態數據及異型隧道的中軸線坐標數據。
進一步的，在上述方法中，在連通異型隧道的盾構工作井的井壁上設置不動點作為基準點，包括：
在連通異型隧道的盾構工作井的后方井壁設置不動點作為基準點，將地面監測控制網的坐標引測至所述基準點坐標上。
進一步的，在上述方法中，在異型隧道內的盾構機的尾部后方和盾構機的刀盤后方布置三維激光掃描儀進行全角度掃描，包括：
先在異型隧道內的盾構機的尾部后方通過三維激光掃描儀進行整環掃描，然后將所述三維激光掃描儀放置于盾構機的刀盤后方進行掃描。
進一步的，在上述方法中，在異型隧道內的盾構機的尾部后方通過三維激光掃描儀進行整環掃描，包括：
根據所述盾構工作井和盾構機間的距離，在異型隧道內的盾構機的尾部后方通過三維激光掃描儀進行整環掃描時采用多站掃描方式，兩站之間間隔10-15米左右，掃描站數不低于2站。
進一步的，在上述方法中，根據所述異型隧道內表面及盾構機外殼的點云圖，通過異型隧道截面提取得到所述異型隧道的異型隧道內表面模型，并通過盾構機外形輪廓提取得到盾構機首尾輪廓模型，包括：
對所述異型隧道內表面及盾構機外殼的點云圖進行去噪和數據精簡處理；
根據經過所述去噪和數據精簡處理的點云圖，通過異型隧道截面提取得到所述異型隧道的異型隧道內表面模型，并通過盾構機外形輪廓提取得到盾構機首尾輪廓模型。
進一步的，在上述方法中，在異型隧道內的盾構機的尾部后方和盾構機的刀盤后方布置三維激光掃描儀進行全角度掃描之前，還包括：
在所述異型隧道內的盾體周邊已經安裝的襯砌上布設3個左右不動點作為掃描數據整合基準點，所述掃描數據整合基準點采用標記球形式。
進一步的，在上述方法中，根據所述異型隧道內表面及盾構機外殼的點云圖，通過異型隧道截面提取得到所述異型隧道的異型隧道內表面模型，并通過盾構機外形輪廓提取得到盾構機首尾輪廓模型，包括：
根據掃描數據整合基準點對所述點云圖進行點云配準，根據點云配準后的點云圖，通過異型隧道截面提取得到所述異型隧道的異型隧道內表面模型，并通過盾構機外形輪廓提取得到盾構機首尾輪廓模型。
進一步的，在上述方法中，根據所述異型隧道內表面模型和盾構機首尾輪廓模型，確定異型隧道的中軸線，包括：
截取所述異型隧道內表面模型的各個斷面；
根據所述截取斷面尋找各斷面的中心云點位置，連接這些中心云點位置形成異型隧道的中軸線。
進一步的，在上述方法中，截取所述異型隧道內表面模型的各個斷面之后，還包括：
計算所述各個斷面的實際面積，將各個斷面的實際面積與設計圖紙中各個斷面的理論面積進行比較，得到每個斷面的超欠挖數據。
進一步的，在上述方法中，基于所述中軸線和基準點計算所述盾構機的姿態數據及異型隧道的中軸線坐標數據，包括：
基于井壁上的所述基準點坐標，確定所述中軸線的各點坐標；
基于所述中軸線的各點坐標，計算所述盾構機的姿態數據及異型隧道的中軸線坐標數據。
進一步的，在上述方法中，在異型隧道內的盾構機的尾部后方和盾構機的刀盤后方布置三維激光掃描儀進行全角度掃描之前，還包括：
在盾構機的外殼內壁上布設3個左右十字標簽作為姿態校核基準點，十字標簽的面積大于a4紙張大小。
進一步的，在上述方法中，在異型隧道內的盾構機的尾部后方通過三維激光掃描儀進行整環掃描時，確保掃描到所述盾構機的外殼內壁的姿態校核基準點。
進一步的，在上述方法中，基于所述中軸線的各點坐標和基準點坐標，計算所述盾構機的姿態數據及異型隧道的中軸線坐標數據，包括：
基于井壁上的所述基準點坐標，確定所述中軸線的各點坐標和姿態校核基準點的坐標；
基于所述中軸線的各點坐標、姿態校核基準點的坐標，計算所述盾構機的姿態數據及異型隧道的中軸線坐標數據。
與現有技術相比，本發明主要基于三維掃描建立一種異型盾構開挖測量技術，通過在連通異型隧道的盾構工作井的井壁上設置3個不動點作為基準點，在異型隧道內的盾構機的尾部后方和盾構機的刀盤后方布置三維激光掃描儀進行全角度掃描，得到異型隧道內表面及盾構機外殼的點云圖，根據所述異型隧道內表面及盾構機外殼的點云圖，通過異型隧道截面提取得到所述異型隧道的異型隧道內表面模型，并通過盾構機外形輪廓提取得到盾構機首尾輪廓模型，根據所述異型隧道內表面模型和盾構機首尾輪廓模型，確定異型隧道的中軸線，基于所述中軸線和基準點計算所述盾構機的姿態數據及異型隧道的中軸線坐標數據，解決傳統測量技術只適應于圓形隧道的局限，通過本測量技術，可以同時了解盾構姿態偏差，開挖中軸線偏差和施工超欠挖情況，監測精度高，人工要求低，適用于所有形狀隧道。
附圖說明
圖1是本發明一實施例的異型隧道開挖測量方法的原理圖。
具體實施方式
為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
如圖1所示，本發明提供一種異型隧道開挖測量方法，包括：
在連通異型隧道的盾構工作井1的井壁上設置3個不動點作為基準點2；在此，選取3個不動點作為基準點，后續可以精確地基于3個基準點坐標計算所述盾構機的姿態數據及異型隧道的中軸線坐標數據；
在異型隧道內的盾構機3的尾部后方4和盾構機3的刀盤6后方5布置三維激光掃描儀7進行全角度掃描，得到異型隧道內表面及盾構機3外殼的點云圖；
根據所述異型隧道內表面及盾構機3外殼的點云圖，通過異型隧道截面提取得到所述異型隧道的異型隧道內表面模型，并通過盾構機外形輪廓提取得到盾構機首尾輪廓模型；
根據所述異型隧道內表面模型和盾構機首尾輪廓模型，確定異型隧道的中軸線，基于所述中軸線和基準點計算所述盾構機的姿態數據及異型隧道的中軸線坐標數據。
在此，本發明主要基于三維掃描建立一種異型盾構開挖測量技術，解決傳統測量技術只適應于圓形隧道的局限，通過本測量技術，可以同時了解盾構姿態偏差，開挖中軸線偏差情況，監測精度高，人工要求低，適用于所有形狀隧道。
如圖1所示，本發明的異型隧道開挖測量方法一實施例中，在連通異型隧道的盾構工作井的井壁上設置不動點作為基準點，包括：
在連通異型隧道的盾構工作井1的后方井壁設置不動點作為基準點2，將地面監測控制網的坐標引測至所述基準點坐標上。在此，將地面監測控制網的坐標引測至所述基準點上，便于基于所述基準點坐標計算所述盾構機的姿態數據及異型隧道的中軸線坐標數據。
本發明的異型隧道開挖測量方法一實施例中，在異型隧道內的盾構機的尾部后方和盾構機的刀盤后方布置三維激光掃描儀進行全角度掃描，包括：
先在異型隧道內的盾構機的尾部后方通過三維激光掃描儀進行整環掃描，然后將所述三維激光掃描儀放置于盾構機的刀盤后方進行掃描，從而掃描全程只需要使用一臺三維激光掃描儀。
如圖1所示，本發明的異型隧道開挖測量方法一實施例中，在異型隧道內的盾構機的尾部后方通過三維激光掃描儀進行整環掃描，包括：
根據所述盾構工作井1和盾構機3的間距離，在異型隧道內的盾構機的尾部后方通過三維激光掃描儀7進行整環掃描時采用多站掃描方式，兩站之間間隔10-15米左右，掃描站數不低于2站。在此，鑒于三維激光掃描在儀器下方區域會出現掃描空缺，所述在異型隧道內的盾構機的尾部后方通過三維激光掃描儀進行整環掃描時采用多站掃描方式，以掃描到完整的數據。
本發明的異型隧道開挖測量方法一實施例中，根據所述異型隧道內表面及盾構機外殼的點云圖，通過異型隧道截面提取得到所述異型隧道的異型隧道內表面模型，并通過盾構機外形輪廓提取得到盾構機首尾輪廓模型，包括：
對所述異型隧道內表面及盾構機外殼的點云圖進行去噪和數據精簡處理；
根據經過所述去噪和數據精簡處理的點云圖，通過異型隧道截面提取得到所述異型隧道的異型隧道內表面模型，并通過盾構機外形輪廓提取得到盾構機首尾輪廓模型。在此，經過所述去噪和數據精簡處理的點云圖，可以便于得到更精確的異型隧道內表面模型和盾構機首尾輪廓模型。
如圖1所示，本發明的異型隧道開挖測量方法一實施例中，在異型隧道內的盾構機的尾部后方和盾構機的刀盤后方布置三維激光掃描儀進行全角度掃描之前，還包括：
在所述異型隧道內的盾體周邊已經安裝的襯砌8上布設3個左右不動點作為掃描數據整合基準點9，所述掃描數據整合基準點采用標記球形式。在此，通過布置掃描數據整合基準點，可以方便后續根據所述異型隧道內表面及盾構機外殼的點云圖的拼接，進而通過異型隧道截面提取得到所述異型隧道的異型隧道內表面模型，并通過盾構機外形輪廓提取得到盾構機首尾輪廓模型。
本發明的異型隧道開挖測量方法一實施例中，根據所述異型隧道內表面及盾構機外殼的點云圖，通過異型隧道截面提取得到所述異型隧道的異型隧道內表面模型，并通過盾構機外形輪廓提取得到盾構機首尾輪廓模型，包括：
根據掃描數據整合基準點對所述點云圖進行點云配準，根據點云配準后的點云圖，通過異型隧道截面提取得到所述異型隧道的異型隧道內表面模型，并通過盾構機外形輪廓提取得到盾構機首尾輪廓模型。在此，通過根據掃描數據整合基準點對所述點云圖進行點云配準，可以得到更精確的異型隧道內表面模型和盾構機首尾輪廓模型。
本發明的異型隧道開挖測量方法一實施例中，根據所述異型隧道內表面模型和盾構機首尾輪廓模型，確定異型隧道的中軸線，包括：
截取所述異型隧道內表面模型的各個斷面；
根據所述截取斷面尋找各斷面的中心云點位置，連接這些中心云點位置形成異型隧道的中軸線。在此，通過所述異型隧道內表面模型的各個斷面，可以精確確定異型隧道的中軸線。
本發明的異型隧道開挖測量方法一實施例中，基于所述中軸線和基準點計算所述盾構機的姿態數據及異型隧道的中軸線坐標數據，包括：
基于井壁上的所述基準點坐標，確定所述中軸線的各點坐標；
基于所述中軸線的各點坐標，計算所述盾構機的姿態數據及異型隧道的中軸線坐標數據。在此，根據中軸線的各點坐標，可以精確計算所述盾構機的姿態數據及異型隧道的中軸線坐標數據。
如圖1所示，本發明的異型隧道開挖測量方法一實施例中，在異型隧道內的盾構機的尾部后方和盾構機的刀盤后方布置三維激光掃描儀進行全角度掃描之前，還包括：
在盾構機3的外殼內壁上布設3個左右十字標簽10作為姿態校核基準點10，十字標簽10的面積大于a4紙張大小。在些，通過姿態校核基準點，便于后續更精確地計算所述盾構機的姿態數據及異型隧道的中軸線坐標數據。
本發明的異型隧道開挖測量方法一實施例中，在異型隧道內的盾構機的尾部后方通過三維激光掃描儀進行整環掃描時，確保掃描到所述盾構機的外殼內壁的姿態校核基準點。在些，通過掃描姿態校核基準點，便于后續更精確地計算所述盾構機的姿態數據及異型隧道的中軸線坐標數據。
本發明的異型隧道開挖測量方法一實施例中，基于所述中軸線的各點坐標和基準點坐標，計算所述盾構機的姿態數據及異型隧道的中軸線坐標數據，包括：
基于井壁上的所述基準點坐標，確定所述中軸線的各點坐標和姿態校核基準點的坐標；
基于所述中軸線的各點坐標、姿態校核基準點的坐標，計算所述盾構機的姿態數據及異型隧道的中軸線坐標數據。在些，通過中軸線的各點坐標和姿態校核基準點的坐標，便于更精確地計算所述盾構機的姿態數據及異型隧道的中軸線坐標數據。
本發明的異型隧道開挖測量方法一實施例中，截取所述異型隧道內表面模型的各個斷面之后，還包括：
計算所述各個斷面的實際面積，將各個斷面的實際面積與設計圖紙中各個斷面的理論面積進行比較，得到每個斷面的超欠挖數據。在此，本實施例同時了解盾構姿態偏差，開挖中軸線偏差和施工超欠挖情況。
綜上所述，本發明主要基于三維掃描建立一種異型盾構開挖測量技術，通過在連通異型隧道的盾構工作井的井壁上設置3個不動點作為基準點，在異型隧道內的盾構機的尾部后方和盾構機的刀盤后方布置三維激光掃描儀進行全角度掃描，得到異型隧道內表面及盾構機外殼的點云圖，根據所述異型隧道內表面及盾構機外殼的點云圖，通過異型隧道截面提取得到所述異型隧道的異型隧道內表面模型，并通過盾構機外形輪廓提取得到盾構機首尾輪廓模型，根據所述異型隧道內表面模型和盾構機首尾輪廓模型，確定異型隧道的中軸線，基于所述中軸線和基準點計算所述盾構機的姿態數據及異型隧道的中軸線坐標數據，解決傳統測量技術只適應于圓形隧道的局限，通過本測量技術，可以同時了解盾構姿態偏差，開挖中軸線偏差和施工超欠挖情況，監測精度高，人工要求低，適用于所有形狀隧道。
本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
顯然，本領域的技術人員可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包括這些改動和變型在內。