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三 维 激 光 扫 描 技 术 在 矩 形 隧 道 管 片 变 形 监 测 中 的 应 用
程子 聪
上海建工集团工程研究总院 上海 201114
摘要：矩形隧道已经成为今后隧道发展的重心和方向，研究新型监测方法刻不容缓。介绍了三维激光扫描技术的原理
和优势，并从现场扫描步骤 、后期处理方法等方面 ，分析了三维激光扫描技术在矩形盾构掘进过程中的衬砌变形监测
应用。实际应用效果表明，三维激光扫描是一种高效的地铁隧道施工测量及分析手段。
关键词：三维激光扫描：矩形盾构管片；数据分析；变形监测
中圈分类号 ：TU17 文献标志码：A DOh 10．141444．cnki．jzsg．2017．09．036
3一D Laser Scanning Technology Applied to Deform ation
M onitoring of Rectangular，IIIl11ne】Segm ent
CHENG Zicong
Engineering General Institute of Shanghai Construction Group，Shanghai 201114，China
相对于普通圆形隧道 ，矩形隧道具有断面利用率高，
覆土深度小等优势 。20世纪80年代起 ，日本 由于土地资源
紧张，故已经将矩形盾构的研发和制造作为隧道设备发展
重心，至今 已经建设15台矩形盾构并完成众多工程。2010
年之后中国也逐渐重视矩形隧道的建设，研制出矩形盾构
机 ，在 人行通道 、车行通道工程中也有所尝试。然而，相
较圆形隧道衬砌管片受压为主 的力学特性，矩形隧道衬砌
需要承受一定的弯剪作用，受力性能较差 ，在相 同外荷载
条件下 自身应变也更大 。因此 ，衬砌变形是否满足施工和
正常使用要求是隧道建设期间的重点监测对象。
在隧道管片变形监测方面 ，常规主要使用水准测量方
式，在 需要监测的管片的四周设立6个左右观测点进行监
测 。这种监测方法存在2点不足：一是仅能获取离散状态的
衬砌上监测点的位移变形，对隧道整体变形情况 的掌握存
在遗漏；二是水准监测一次测量仅能监测一个点位 ，对整
条隧道进行监测存在监测时间长、效率低 的不足 。使用新
型三维扫描技术进行测量能克服常规水准测量的局限，具
有极大的应用前景。
1 基 于 三维 扫描 技 术 的 矩 形 隧 道 管 片 变 形 监 测 方
法
1．1 三维扫描技术原理
三维扫描技术是一种先进 的全自动高精度立体扫描技
基金项 目：上海市国有资产监督管理委 员会科研课题
(2013027)；上海建工集团股份有限公司科研课题
(13jcYJ一02)。
作者简介：程子聪 (1984一)，男。硕士。工程师。
通信地址：上海市新骏环路700号 (201114)。
收稿 日期：2016-12-05
术 ，又被称为 “实景复制技术”。它突破 了传统意义上的
单点测量 的方法 ，能够提供物体表面的三维点云数据 ，主
要应用于高精度工程三维数据的建立和数据捕捉 ，在文物
保护、生命医学 、城市建模 以及逆向工程等方面均有较多
利用。
三维激光扫描技术采用激光反射定位技术进行测量，
扫描时三维激光扫描仪发射器先发 出一个激光脉冲信号 ，
经扫描物体表面漫反射后，沿几乎相同的路径反向传 回到
接收器，从而可 以得到横 向和纵 向扫描角度 ，并依据反射
信号到达时间数据计算扫描对象与扫描仪间距，最终 自动
计算扫描点位相对于扫描仪的相对坐标。
1．2 三维扫描技术特点
三维扫描技术具有以下特点[1 ]：
1)数据采样率高、速度快 。三维激光扫描仪能够在数
秒 内采集上千个点，可以采获更多的物体空间信息。
2)精确度高。三维扫描采用激光扫描方式，测点精度
高于摄影测量 中的解析点，其精度分布较摄影测量更为平
均 ，能够避免表面的近似误差。
3)受外界影响小。传统测绘测量只能在白天作业，夜
间无法进行，而三
三维激光扫描技术在矩形隧道管片变形监测中的应用（论文）.pdf
