激光断面仪在隧道检测中的实际应用

激光断面仪在隧道检测中的实际应用

蒋代林

深圳市太科检测有限公司

摘要：为提升隧道检测的实效性，要结合检测环境和检测要求选取适配的设备，围绕隧道检测工作落实相匹配的处理方案，从而最大程度上提高隧道修建的质量水平，减少安全隐患因素的留存，为隧道工程施工全面进步提供保障。本文介绍了激光断面仪的原理和基本流程，并结合案例对隧道检测中激光断面仪的具体使用内容展开讨论。

关键词：激光断面仪；隧道检测；原理

    隧道断面是隧道施工表现形式中较为突出的一种，为保证隧道质量安全，要在掌握隧道断面基本情况的同时，有效建立全方位的实时性检测分析，从而开展针对性的处理机制，为全面评估和优化隧道质量予以支持。

一、激光断面仪概述

    及激光断面仪主要是应用在隧道施工过程开挖断面检测、工程限界验收检测、隧道形变检测等工作内，还能对60m以内建筑物距离检测或者是类似条件检测工作予以分析，有效建立数值评估和汇总模式，最大程度上确保检测的及时性和规范性，也为工程项目安全开展提供保障。

（一）工作原理

    激光断面仪在实际应用过程中主要是依据极坐标法，借助激光测距技术以及精密数字测角技术的融合处理机制，加之计算机技术的实时性量化分析，就能获取专门的图像信息，以便于数据分析的及时性，将其作为后续相应测定结果评估的依据。在隧道断面检测分析环节中，激光断面仪能在完成测试任务的同时，对数据信息进行汇总处理。此时，操作人员将汇总的收集信息和标准断面信息予以对比，就能了解隧道是否存在超挖、欠挖等问题，汇总为详细的检测报告。与此同时，技术人员掌握隧道施工情况后就能落实相匹配的支护处理机制，保证隧道施工的整体安全性和工程项目的质量效果。

（二）基本流程

    在激光断面仪检测分析的过程中，确定了隧道检测断面后，就能标识出隧道中心线的位置，计算坐标数值，并且，纵向轴确定定向点以及纵向轴线。将隧道断面仪直接放置在标志点位的上方，就能完成测试，垂直旋转隧道断面仪，激光指向纵向，若是水平旋转，则激光束指向横断面的右侧。完成一系列操作之后，扫描对应的测量对象，就会完成数据的分析汇总，最终生成测量报告[1]。

二、激光断面仪在隧道检测中应用的具体内容

    正是因为激光断面仪的应用效能较好，能最大程度上完成隧道的实时性检测工作，因此，要结合工程项目的实际情况，选取适配的测量仪器，并落实相应的测定分析方案，严格按照规范化流程逐步开展测定分析工作，汇总数据和信息，以保证操作人员能结合测定信息开展后续的维护养护工作，为隧道施工质量水平的全面优化奠定基础。

（一）工程案例

本文以某高速公路隧道工程项目为例，工程全长为4km，属于长隧道工程项目。由于隧道布设的位置多数都是地形结构较为复杂的山区，因此，对地质勘查工作提出了更高的要求。在进行地质勘查分析并汇总数据后发现，岩层受到褶皱结构的强力挤压，造成大片挤压破碎带。为此，在隧道施工作业中要在地质条件全面评估分析的基础上制定对应的方案，最终确定基于新奥法原理，配合柔性支护体系复合式衬砌模块完成相关工作。

另外，施工部门为保证隧道施工作业的稳定性和安全性，减少安全事故造成的经济损失，决定指派专人借助激光断面仪完成隧道断面的检测分析工作，汇总数据后进一步评估目前隧道工程项目的质量效果，为工程项目顺利展开提供保障。

（二）具体内容

1.选择测量基点

基于激光断面仪的应用要求，要选取适当的测量基点，以便于成后续作业。测量基点指的就是激光断面仪在测量过程中的中点位置，也是监控量测中测站的中点位置，只有保证基点设置的合理性和科学性，才可以完成后续的测定分析工作。若是检测隧道本身是净空断面，则要配合激光断面仪和测量基点整平对中处理（图1）。

图1 整平对中测试现场图

另外，基点选择重要尽量选取断面底板线的中点，主要是由于激光断面仪本身就是等角测量设备，采取这种分析处理的方式能维持两侧测定的均匀性，保证测试结果的准确性更高。在完成测量分析后，将偏移后数值和设计断面数值进行对比，就能有效评估隧道断面的超挖、欠挖数值[2]。

2.断面重合评估

    为了保证测定分析的准确性和合理性，激光断面仪测定隧道净空断面位置的过程中，若是检测基点无对应角度定位点，则无法有效确定被检测断面和设计断面是否重合，此时，超挖值测量结果偏大。因此，要在测定分析过程中设置角度定位点。首先，断面在直线隧道，角度定位点和检测基点连接，与隧道断面中轴线重合或者是平行。其次，断面为隧道曲线段中位置，角度定位点就要和基础测点连线在隧道中轴线切线位置。只有这样，才能最大程度上提升测定的准确性。

3.选取检测起始方向

结合激光断面仪实际应用要求，在隧道检测过程中要对检测时的起始方向予以关注，主要是因为若是激光断面仪记录检测数据时采取逆时针方向开始记录，会造成检测结果左右位置和实际情况相反的现象。一旦出现侵限情况，施工方整改的位置可能是故障位置的镜像区域。基于此，在激光断面仪实际使用过程中，要确定基准后匹配相应的操作模式。

（1）选取设备

本工程项目中主要选取的激光断面仪是BJSD-4型号设备。仪器能实现快速测量架设点位置开展隧道当前断面和仪器架设点前后若干米位置隧道断面的实时性检测，并且，结合设计炮眼数据就能全面分析掌子面设置的准确性，便于施工的同时还能为隧道轮廓放样处理、围岩收敛测量等进行分析，汇总数据的同时，提升检测的精度。

另外，该设备对使用条件有一定的要求，温度范围是-10℃到+45℃，湿度要控制在85%以内，并确保环境基本清洁的条件下使用，一些轻微粉尘烟雾环境下也能使用。

（2）确定位置

在设备底部有参数标识（图2），检测人员要将次标识作为基准，检测人员面向标识右手就是激光断面仪系统坐标的X轴正方向，并在每次检测工作结束后进行数值的记录，配备方向等参数，以此为基准再重新完成逆时针检测和分析记录，就能形成完整的检测结果[3]。

图2 激光断面仪参数标识牌

4.编辑隧道断面标准曲线

在隧道初衬测量过程中，断面IV级标准曲线会利用二次断面外轮廓线作为检测基准，此时，要确保检测数据汇总的及时性，以便于能更精准地评估测量资料。本工程项目中二衬测量断面的圆形位置r（半径）=5.6m，能实现标准曲线编辑工作，且满足测量设计的具体要求。值得一提的是，断面标准曲线的偏差数值指的就是曲线和设计曲线之间的距离，一旦偏差数值超过零，就说明测量点没有直接侵入设计施工作业界限。结合设计规范的具体要求，对包括圆心坐标、初始角、终止角等一系列参数在内的数据进行核对，就能获取最终准确的测定分析数据。

（三）测定结果

在完成一系列操作后，仪器检测获取的数据要借助配套的数据分析软件予以核算和评估，确保数据分析的可靠性和准确性，满足检测评估工作的基本要求，最大程度上为隧道施工作业安全水平的优化提供保障。 

1.初衬

选取的断面编号为1YK83+515，结合实际测量分析的要求，选取了5个特殊点位作为测量基础数据。具体信息见表1。

表1 初衬测定数值

结合相关数据可知，初衬结构1YK83+515断面区域是IV级围岩类，设计半径为6.100m，偏差最小值11.1cm，偏差最大值21.0cm，就能完成线性超挖、欠挖等数值的分析。区域内最大超挖达到0.210m，最大欠挖为0，线性超挖平均数值为0.151m。

2.二衬

选取的断面编号为2ZK83+280，结合实际测量分析的要求，选取了5个特殊点位作为测量基础数据。具体信息见表1。

表1 初衬测定数值

结合相关数据可知，二衬结构2ZK83+280断面区域并不存在围岩结构，设计半径为5.650m，偏差最小值3.0cm，偏差最大值12.5cm，区域内最大超挖达到0.125m，最大欠挖为0，线性超挖平均数值为0.079m。

    综上所述，隧道断面检测结果统计分析数据能非常直观地展示出隧道是否存在超挖、欠挖等问题，将其作为指导施工操作人员开展后续工作的基本依据，就能建立更加可控且合理的分析模式，提升断面的处理效果，减少断面问题对隧道安全造成的影响[4]。

3.断面标准曲线

    由于初衬测量断面是IV级一般段，标准曲线圆形部分利用设计二衬断面的外轮廓线进行标记，隧道二衬测量断面的标准曲线则利用二衬断面内轮廓线进行标记。利用这种方式就能全面分析实际断面曲线和设计断面曲线之间的差距，若是偏差数值为正数，则证明表面测点没有侵入设计施工作业限界。若是偏差数值为负数，则表面测点已经侵入设计施工作业限界。

结束语：

    总而言之，在隧道检测中应用激光断面仪具有重要的实践意义，要结合现场的实际需求，选取适配的设备，并按照操作规范流程陆续开展相关作业，借助后期的软件处理环节完成数据对比分析，就能更好地评估是否存在超挖、欠挖等问题，及时发现问题并解决，避免断面问题对隧道安全造成影响，为隧道施工可持续健康发展奠定坚实基础。

参考文献：

[1]满银,李洪建,孟庆生. 激光断面仪在隧道检测中的实际应用[J]. 江西建材,2019(6):30-31.

[2]胡玉祥,范珊珊,王智,等. 站式三维激光扫描仪在地铁隧道断面检测中的应用研究[J]. 城市勘测,2020(1):130-134.

[3]尤相骏,成俊. 一种真圆型隧道激光扫描断面变形检测新方法的研究[J]. 隧道建设,2019,37(7):794-802.

[4]胡志刚,颜蓉,朱军,等. 基于图像处理技术的激光断面检测仪校准装置[J]. 精密制造与自动化,2021(4):20-21,37.