一种基于激光轮廓技术建立隧道轮廓超欠挖质量指数制造技术

本发明专利技术涉及一种基于激光轮廓技术建立隧道轮廓超欠挖质量指数(TCI)，包括如下步骤：S1定义构成轮廓质量指数的元素；S2分析各个元素对轮廓质量的影响；S3为每个元素设置归一化的校正因子以及分配不同的权重；S4分析隧道形状和尺寸对TCI的影响；S5现场调查以确定TIC各要素；S6测量隧道轮廓剖面；S7设定修正系数、要素权重、数值范围常数的数值，并带入TCI的初步公式得到TCI最终的公式；S8进行评估质量的现场调查。调查。调查。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光轮廓技术建立隧道轮廓超欠挖质量指数


[0001]本专利技术涉及隧道轮廓领域，具体涉及一种基于激光轮廓技术建立隧道轮廓质量指数(TCI)。

技术介绍

[0002]超挖的产生在钻爆隧道和地质作业条件下是不可避免的，是影响隧道轮廓质量的要素之一，是增加施工时间和成本的主要原因。一般来说，爆破是一种经济的隧道开挖方法，但其中一个问题是超挖/欠挖，即爆破后破碎的岩体部分大于或小于隧道的设计轮廓，这使得隧道轮廓不均匀，它称为轮廓粗糙度。超挖和轮廓粗糙度是构成隧道轮廓质量的主要因素。换句话说，隧道的轮廓质量不仅可以用超挖来表征，还可以用轮廓粗糙度来表征。过度的超挖和轮廓粗糙度需要额外的喷射混凝土体积或岩石锚杆，增加了支撑成本。因此，迄今为止，已经进行了大量研究以提高轮廓质量并使用各种激光机评估轮廓质量。本专利提出基于激光轮廓技术建立隧道轮廓质量指数(TCI)，以有效管理隧道轮廓质量，并通过在N区域和M区域使用激光轮廓仪进行现场调查，分析TCI及其影响因素。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的提一种基于激光轮廓技术建立隧道轮廓质量指数(TCI)，其优点是基于激光轮廓技术建立的TCI可用于更有效地管理隧道轮廓质量。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于激光轮廓技术建立隧道轮廓质量指数(TCI)，包括如下步骤：
[0005]S1：定义构成轮廓质量指数的元素：
[0006]若在理想条件开挖隧道，则实际轮廓与计划轮廓相匹配，然而在实际情况下，由于岩体条件、钻孔条件和爆炸力，隧道开挖通常比计划轮廓大，而轮廓本身也非常粗糙，这样的实际轮廓可以用三个元素来描述：超挖深度(Od)、轮廓粗糙度(RCL)和纵向超挖变化(Vo)；所以用公式(1)来表示：
[0007]TCI＝f(O
d
，RCL，V
o
)
ꢀꢀꢀ
(1)
[0008]第一个元素超挖深度定义一个断面内从计划等高线到实际等高线的平均距离，用公式(2)表示：
[0009][0010]其中，d为计划轮廓到实际轮廓之间的距离。
[0011]第二个元素，轮廓粗糙度是指隧道轮廓的不平整程度，为了评价隧道的总体轮廓质量，需要一种检查横截面方向轮廓粗糙度的方法，随着轮廓粗糙度的增加，特定横截面的实际轮廓长度通常会变长，因为圆周方向的实际轮廓长度通常与粗糙度成正比，但由于其随隧道尺寸和形状的变化而变化，因此使用它是不现实的，最后，隧道横截面的实际轮廓长度与计划轮廓长度之比(RCL)可以作为量化轮廓粗糙度的合理指标，用公式(3)表示：
[0012]RCL＝L
a
/L
p
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0013]其中，L
a
为实际轮廓长度，L
p
为计划轮廓长度，L
a
的计算可用公式(4)表示：
[0014][0015]因此，轮廓粗糙度由RCL定义，一轮的RCL是每轮两个区段的平均RCL。此外，应考虑隧道纵向的超挖变化，因为超挖深度和轮廓粗糙度这两个要素只能用于量化横截面方向的轮廓条件，为了考虑更实际的等高线情况，该元素定义为两个相邻部分之间的超挖深度差绝对值的平均值，用公式(5)表示：
[0016][0017]S2：比较分析各元素对轮廓质量的影响：
[0018]分别分析在横截面上超挖深度与轮廓粗糙度对TCI的影响还有在纵向上V
o
对TCI的影响。
[0019]S3：调整元素的范围、设置元素的权重、调整TIC值的常数：
[0020]三种元素的分布范围和大小有很大的不同；因此，为了根据正常范围客观地比较尺寸，需要对每个元素进行归一化的校正因子，即使包括修正系数在内的要素具有相同的值，但根据各个隧道施工现场工程师的判断，每个要素的相对重要性可能有所不同，TIC的每个元素应具有不同的权重，然而，为了比较不同隧道之间的TCI，需要使用标准权重，在此假设超挖深度和轮廓粗糙度具有相同的权重且各占45％，纵向超挖变化的权重占10％；同时TIC应设置一个合适的范围，可设置这个数值范围在0至100之间，以便于理解指标的高低，所以应在TCI的公式中设置一个分子，使TCI的值落入0至100这个的范围。
[0021]S4：分析隧道形状和尺寸对TCI的影响：
[0022]因为TCI仅用于评估轮廓质量，与隧道横截面无关，所以不考虑隧道的形状和尺寸，因此，TCI可定义为公式(6
‑
1)和公式(6
‑
2)，TCI
T
是用于评价整条隧道或超过5个爆破的隧道，TCI
R
是用于仅一次爆破或每次爆破。
[0023][0024][0025]其中，C
r
是调整TCR数值范围的常数，W1、W2、W3是用来考虑每个元素重要性的权重，是用来评估一轮或整个隧道的平均超挖深度，是评估轮或整个隧道的实际轮廓长度与计划轮廓长度之比(RCL)的平均值，C1、C2、C3分别是V
O
的修正系数。
[0026]S5：现场调查以确定TIC各要素：
[0027]为了找到TCI的常数和校正系数，收集实际隧道的各类型数据。
[0028]S6：测量隧道轮廓剖面：
[0029]爆破后的轮廓线由安装在钻孔台车上的仿形系统进行测量，并使用相关软件进行分析，通过该系统可沿隧道轮廓线和纵向检查计划轮廓线与实际轮廓线之间的偏差。
[0030]S7：设定修正系数、要素权重、数值范围常数的数值，并带入TCI的初步公式得到TCI最终的公式：
[0031]超挖深度、轮廓粗糙度、纵向超挖变化的修正系数都由各自的实测数据分布得出；
然后根据隧道的现场情况设置不同的权重；调整设置范围常数；基于之前的分析得出TCI的最终公式。
[0032]S8：进行评估质量的现场调查。
[0033]通过上述方法，基于激光仿形技术建立的TCI可用于隧道轮廓质量的有效管理，以及导致轮廓质量的原因分析。
附图说明
[0034]图1本专利技术工作流程图
[0035]图2是影响轮廓质量的三个条件；
[0036]图3是RCL的定义图；
[0037]图4是TCI中3个元素与TCI的关系；
具体实施方式
[0038]下面对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术中S1表示步骤1，S101表示S1中的01步骤，S102表示S1中的02步骤，依次类推。
[0039]一种基于激光轮廓技术建立隧道轮廓质量指数(TCI)，包括如下步骤：
[0040]S1：定义构成轮廓质量指数的元素，若在理想条件开挖隧道，则实际轮廓与计划轮廓相匹配，然而在实际情况下，由于岩体条件、钻孔条件和爆炸力，隧道开挖通常比计划轮廓大，而轮廓本身也非常粗糙，这样的实际轮廓可以用三个元素来描述：超挖深度(Od)、轮廓粗糙度(RCL)和纵向超挖变化(Vo本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光轮廓技术建立隧道轮廓超欠挖质量指数(TCI)，其特征在于：包括如下步骤：S1：定义构成轮廓质量指数的元素；S2：分析各个元素对轮廓质量的影响；S3：为每个元素设置归一化的校正因子以及分配不同的权重；S4：分析隧道形状和尺寸对TCI的影响；S5：现场调查以确定TIC各要素；S6：测量隧道轮廓剖面；S7：设定修正系数、要素权重、数值范围常数的数值，并带入TCI的初步公式得到TCI最终的公式；S8：进行评估质量的现场调查。2.根据权利要求1所述一种基于激光轮廓技术建立隧道轮廓超欠挖质量指数(TCI)，其特征在于：所述S1步骤中，构成轮廓质量影响因素为超挖深度(Od)、轮廓粗糙度(RCL)和纵向超挖变化(Vo)，即TCI＝f(O
d
,RCL,V
o
)3.如权利要求2所述一种基于激光轮廓技术建立隧道轮廓超欠挖质量指数(TCI)，其特征在于：所述超挖深度(Od)定义为一个断面内从计划等高线到实际等高线的平均距离可用公式表示：其中d的含义为计划轮廓与实际轮廓之间的距离。所述轮廓粗糙度(RCL)反映隧道轮廓的不平整程度，隧道横截面的实际轮廓长度与计划轮廓长度之比(RCL)可以作为量化轮廓粗糙度的合理指标：RCL＝L
a
/L
p
其中，L
a
为实际轮廓长度，L
p
为计划轮廓长度，L
p
可由隧道资料得出，L
a
的计算可用如下公式表示：所述纵向超挖变化为两个相邻部分之间的超挖深度差绝对值的平均值，可用如下公式表示：4.根据权利要求1所述一种基于激光轮廓技术建立隧道轮廓超欠挖质量指数(TCI)，其特征在于：所述步骤S3中：为了根据正常范围客观地比较尺寸，需要对每个元素进行归一化的校正因子，即使包括修正系数在内的要素具有相同的值，但根据各个隧道施工现场工程师的判断，每个要素的相对重...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔维华，曹元均，杨海清，阮超，李宗田，李卓航，李文庆，
申请(专利权)人：重庆大学中铁十四局集团第五工程有限公司，
类型：发明
国别省市：