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

张思明

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摘要：在科技发展日新月异的背景下，隧道检测技术也得到了一定优化和完善，已经从传统有损检测逐步发展为无损检测，同时测量仪器也呈现出了集成化、精密化特点。激光断面仪作为一种精度较高的测量工具，当前被广泛应用到隧道检测工作中，不仅提高了检测效率和质量，还有效降低了检测成本，同时无需对隧道结构进行破坏，只需准确计算光线反射回来的角度和实践，即可对隧道的尺寸、形状等质量进行有效检测。所以，本文将对激光断面仪进行概述，分析其运行原理和检测方法，并探索其在隧道检测工作中的实际运用，旨在为更多人研究提供参考。

关键词：激光断面仪；隧道检测；高精度；应用

引言：

隧道断面能够以直观的方式展现隧道工程，其在施工方面普遍存在技术性、复杂性特点。在实际施工过程中，支护环节能够直接影响施工现场的安全性和稳定性。众所周知，支护结构是承载围岩压力的重要基础，能够为施工任务有条不紊进行夯实基础。施工单位在开挖隧道过程中，大多会选择钻爆法，但需要注意的是，由于施工过程受多种因素影响容易出现欠挖、超挖等情况，所以会使衬砌产生空洞现象，甚至会对二衬施工造成不良影响，最终导致隧道工程质量不达标。对此，需要施工单位在全面掌握隧道断面情况的同时，切实提高隧道工程施工质量，这也在一定程度上突出了隧道断面质量检测的重要性和必要性。需要施工单位采取针对性检测技术，对隧道断面进行全方位、深层次检测，既要了解初衬砌情况，还要控制好二次衬砌厚度，同时要对隧道开挖、混凝土浇筑等环节的施工质量进行客观评价。而激光断面仪作为一种高精度测量仪器，能够更准确地反映隧道断面的实际情况，并且不会对隧道表面造成损害，能够延长隧道的使用寿命。

一、激光断面仪概述

激光断面仪主要通过激光扫描的方式检测隧道断面质量，在对反射回来的光线进行准确记录的同时，对光线反射的时间和角度进行准确计算，进而得出隧道断面形状、尺寸等数据，为质量评定工作开展提供准确依据。由于激光断面仪质量检测是一种非接触性的测量方式，所以不会对隧道表面造成任何损害，可以为施工现场安全、高效施工奠定良好基础[1]。正是因为激光断面仪在隧道检测过程中具有安全性、便捷性等优势，所以应用范围逐步拓宽，以下将对激光断面仪的工作原理和检测方法进行详细分析

（一）工作原理

基于极坐标法，从水平方向开始，在控制好间距、角度等参数的基础上，对激光断面仪旋转中心及隧道开挖轮廓线焦点之间的距离、夹角等进行测量，最后将所有测量数据进行整合、处理，最终得到隧道开挖轮廓线的真实数据[2]。基于隧道中的施工控制导线，能够得到准确无误的定点定向数据，利用计算机软件的自动化计算功能进行计算，能够将施工过程中的隧道开挖实际轮廓线与设计图纸进行匹配，进而构建出三维空间。在此基础上，将检测点的数据准确输入，即可及时发现隧道开挖轮廓线是否出现欠挖、超挖等问题。如果检测人员按照一定距离沿着轴线对断面进行测量，还能够对隧道开挖的欠挖方量、超挖方量进行准确计算。

利用激光断面仪对砂浆灌注情况的检测原理。第一，在隧道施工现场根据设计图纸标注的参数，在不同性质的围堰周围设置相应数量的锚杆，通常每组1-2根即可。第二，在锚杆合理设置的基础上对反射波振幅值进行准确测定，并且将测定结果作为其他锚杆检测的主要依据。将测定结果作为标准值储存到激光断面仪中，在其他锚杆开展检测工作过程中，激光断面仪能够对锚杆的长度、砂浆灌注的密实度等参数进行自动显示。

利用激光断面仪检测锚杆砂浆注满度的原理。其应用原理就是在锚杆体外发射超声脉冲，是超声波沿着杆体不断传播，直到达到底端后反射回来，此时检测人员从杆体外端即可收集到完整的反射波，进而对钢筋外密实度、注浆饱满度等进行检测。激光断面仪是一种利用激光束对被测物体进行扫描，并通过接收反射光信号获取被测物体形状信息的一种仪器。将其应用于锚杆砂浆注满度的检测时，激光束照射到锚杆端面上，并通过接收反射光信号获取锚杆端面的形状信息。通过对这些信息进行处理和分析，可以确定锚杆砂浆的注满程度。

（二）检测方法

激光断面仪主要分为两种类型，意识中扫描式激光断面仪，另一种是固定式激光断面仪。其中扫描式激光断面仪在隧道检测过程中，就是将激光束扫描被检测主体的表面，斌谷底反射光的强度和分布情况进行准确测量，进而生成主体测量的三维形貌图。而固定式激光断面仪在检测过程中，就是将激光束固定在一定高度，而后对折射光的角度和强度进行测量，在此基础上形成隧道断面的二维图。在检测工作开展中，检测人员无论选择哪种类型的激光断面仪，都要熟练掌握检测方法和要点，首先对隧道断面检测位置进行确定，将中心线明确标出，而后对坐标值进行精准测量。其次，基于纵向轴设置一个轴线和定向点。最后，在标志点的上方设置激光断面仪，并对仪器高度进行测量。检测人员在操作过程中需要沿着垂直方向，对激光断面仪进行旋转，进而对断面进行精准测量。检测人员需要对测量数据进行收集和处理，并生成完整的检测报告。

二、激光断面仪在隧道检测中的实际应用分析

（一）合理选择测量基点

所谓测量基点，就是在隧道测量过程中，激光断面仪使用所形成的对中点，主要作用是对测量过程的测站进行监控。如果基点设置不当，即便后续检测行为再规范、检测技术再先进，也无法充分保障检测结果的准确性。使用激光断面仪对隧道进行检测过程中，需要保证几点和断面仪对中。检测人员在几点选择过程中，应优先选择隧道断面底板线位置的重点，主要原因是激光断面仪在检测过程中主要对等角进行测量，只有确保隧道断面两侧设置的测点数量相同，才能够有效提高检测结果的准确性[3]。但不可否认的是，由于施工现场情况复杂，所以很多情况下无法在底板线重点上选择几点，此时可以退而求其次，在距离中心线较近的位置设置基点，尽可能规避不均匀测量造成的负面影响。与此同时，检测过程还要对水平、高差等数据进行精准测量吗，将测量结果与设计图纸相对比，分析隧道断面是否出现欠挖、超挖等情况。

（二）使隧道断面和设计断面完整重合

在隧道工程质量检测过程中，使用激光断面仪如果只设置基点，但是没有设置对角度定位点，则无法充分保证隧道断面与设计图纸的断面完整重合，这也是造成检测结果超挖值超过实际值的主要原因，不能真实反映部分存在侵袭限的位置。针对这一问题，需要检测人员在使用激光断面仪检测前，合理设置角度定位点，如果隧道断面正好位于隧道的直线段，那么设置的基点和角度定位点要处于隧道断面的中轴线上，或者与隧道断面中轴线相互平行。如果隧道断面位于隧道的曲线段上，那么选择的基点和角度定位点要与隧道正中线的切线重合，或者与切线相互平行。检测人员在工作实施过程中，要在设置好角度定位点的基础上，将激光达到该点上，确保激光断面仪的激光和定位点完全重合。并对角度制进行准确记录，最后结合实际情况，对激光断面仪进行旋转[4]。需要注意的是，在该环节操作中，无论顺时针旋转，还是逆时针旋转，角度都要控制到90°，这也是保证激光断面仪检测的断面和设计断面完整重合的关键所在。

（三）选择检测过程的起始方向

在隧道检测工作开展中，很多检测人员使用激光断面仪时并没有给予起始方向相应关注，由于一起在数据记录过程中主要按照逆时针方向进行，所以容易使隧道断面的检测数据出现左右分布相反的情况。一旦检测过程发现存在侵限部位，会导致施工单位在整改过程中对镜像部位进行操作，不仅会消耗施工单位大量人力、物力、财力，还无法对这正侵限的部位进行整改。对此，需要检测人员给予高度重视，并灵活选择检测过程的起始方向。以BJSD-4激光断面仪为例进行分析，这一型号的一起在生产过程中在表面设置了一个广告牌。在使用过程中，如果检测人员使用右手测量，那么广告牌面向右手的方向，就是激光断面仪坐标轴的x轴。所以在检测工作开展中，检测人员要将广告牌作为基准逆时针记录数据。为了从源头规避检测结果左右不分出现相反情况，需要在检测过程中制定明确的方向规定。以隧道工程检测工作为例进行分析，在左右区分时，应将从小里程过渡到大里程的走向作为正确方向。但不可否认的是，也有部分隧道工程的掘进方向正好相反，也就是从大里程过渡到小里程，所以为了保证检测结果左右不分和实际情况相对应，在检测过程中需要保证激光断面仪的广告牌始终面向小里程方向，如此无论施工单位按照什么顺序掘进，都不会出现左右区分不当现象。如图1和图2，分别为广告牌面向小里程和大里程的方向。

图1  广告牌面向小里程的方向

图1  广告牌面向大里程的方向

（四）数据处理

在进行激光断面仪的数据分析时，需要注意以下几点。首先，需要对数据进行预处理，排除一些无效的数据和干扰数据。其次，需要进行数据平滑处理，以消除一些波动和噪声。最后，需要进行数据分析和解释，以便找到数据中隐藏的规律和特征。在进行数据分析时，可以采取各种数学方法和计算方法，例如统计分析、回归分析、神经网络等等。通过这些方法的应用，可以更好地发现数据中的特征和规律，从而更好地评估隧道的状况和安全性。

结束语：

综上所述，隧道检测是一项非常重要的工作，因为隧道的形状和尺寸会随着时间的推移而发生变化。这些变化可能是由于隧道内部和外部的环境因素所引起的，例如温度、湿度、土壤压力等等。因此，使用激光断面仪进行测量是非常有用的，可以帮助工程师和设计师了解隧道的状况，并采取必要的措施来确保隧道的稳定性和安全性。

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(06):30-31.

[2]冀玉魁.激光断面仪在隧道断面检测中的应用[J].交通世界,2017(08):70-71.

[3]张斌,史冀波.激光隧道断面仪在实腹式钢筋混凝土拱桥检测中的应用[J].交通标准化,2017,42(16):125-128+132.

[4]彭飞.激光断面仪在隧道初衬质量检测中的应用[J].山西建筑,2017,36(30):333-334.