一种三维激光扫描隧道全覆盖变形监测试验平台及其方法技术

本发明专利技术公开了一种三维激光扫描隧道全覆盖变形监测试验平台及其方法，解决了目前对隧道结构分析需要实地测量，难以应对复杂断面形式，且受到的误差难以深入研究的问题，其技术方案要点是包括有设置于两侧用于安装的两个基座、固定安装于两个基座上呈拱形的顶板、设置于两个基座之间用于供三维激光扫描仪安装的固定支架；顶板包括有设置于外侧的刚性外板、贴合于刚性外板内侧设置的柔性内板；刚性外板的表面沿径向连通开设有若干螺栓孔，还包括有穿设于螺栓孔以能抵接于柔性内板使其变形的螺栓，螺栓上设置有刻度线，本发明专利技术的一种三维激光扫描隧道全覆盖变形监测试验平台及其方法，操作设置简便，可进行对应隧道断面变形试验分析，更加准确。更加准确。更加准确。

【技术实现步骤摘要】
一种三维激光扫描隧道全覆盖变形监测试验平台及其方法


[0001]本专利技术涉及结构变形测绘技术，特别涉及一种三维激光扫描隧道全覆盖变形监测试验平台及其方法。

技术介绍

[0002]隧道结构特征在隧道开挖稳定性分析、隧道支护形式、二衬施作时机等方面均有重要作用。在隧道建设中，传统的人工对隧道结构变形进行采集由于效率低、统计范围有限等缺点已经逐渐被效率高、人工参与度低、精确度高、统计范围大的非接触式三维激光扫描方法所取代。但是三维激光对变形的测量主要还是通过点云形状拟合的方式进行，仅适用于简单的断面形式，实际操作中存在多种问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种三维激光扫描隧道全覆盖变形监测试验平台及其方法，操作设置简便，可进行对应隧道断面变形试验分析，更加准确。
[0004]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0005]一种三维激光扫描隧道全覆盖变形监测试验平台，包括有设置于两侧用于安装的两个基座、固定安装于两个基座上呈拱形的顶板、设置于两个基座之间用于供三维激光扫描仪安装的固定支架；
[0006]所述顶板包括有设置于外侧的刚性外板、贴合于刚性外板内侧设置的柔性内板；
[0007]所述刚性外板的表面沿径向连通开设有若干螺栓孔，还包括有穿设于螺栓孔以能抵接于柔性内板使其变形的螺栓，所述螺栓上设置有刻度线。
[0008]一种三维激光扫描隧道全覆盖变形监测试验方法，包括有以下步骤：
[0009]根据隧道端面制作顶板，分为刚性外板和柔性内板，并将贴合的刚性外板和柔性内板固定安装至两侧的基座，形成隧道模型；
[0010]将带有刻度的螺栓安装至刚性外板表面沿径向的螺栓孔中，此时螺栓的刻度为0；通过固定支架在基座之间安装三维激光扫描仪，并对隧道模型进行初始扫描，获取初始三维点云数据；
[0011]通过预设的变形调整螺栓，螺栓抵接于柔性内板使其发生形变，并记录此时螺栓刻度线读数；
[0012]通过三维激光扫描仪再次进行扫面，获取二次变形三维点云数据，并通过依次扫描标靶，获取标靶坐标作为基准进行坐标转换；
[0013]对初始三维点云数据和二次变形三维点云数据进行比较，获取隧道变形云图，获取变形数据，并于螺栓刻度线读数进行比对，获取测量误差。
[0014]综上所述，本专利技术具有以下有益效果：
[0015]通过根据隧道断面设置的基座、顶板，顶板通过刚性外板能成型支撑，通过刚性外板上开设的螺栓孔及穿设的带刻度线的螺栓，配合于柔性内板，能实现对柔性内板定点变
形的调整和设置，通过三维激光扫描仪即可实现扫描获取点云数据，且通过标靶能实现基准获取进行空间坐标的转换，进行多次调整和扫描比对后可进行误差的测量，能提高对不同变形情况下变形数据获取的准确度，便于更深入的研究误差影响因素，可推进后续的算法改进。
附图说明
[0016]图1为本试验平台的结构示意图；
[0017]图2为顶板螺栓孔处的结构示意图；
[0018]图3为基座与顶板之间的连接结构爆炸示意图。
[0019]图中：1、基座；2、刚性外板；3、柔性内板；4、螺栓孔；5、安装孔；6、固定支架；7、标靶；8、螺栓；9、刻度线；10、反光片；11、螺钉；12、螺母；13、插槽；14、卡块。
具体实施方式
[0020]以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。
[0021]根据一个或多个实施例，公开了一种三维激光扫描隧道全覆盖变形监测试验平台，如图1所示，包括有基座1、顶板、固定支架6、标靶7。
[0022]基座1有两个分设于两侧，基座1沿长度方向平行设置，顶板呈拱形设置，两侧分别固定安装于基座1的上表面，与基座1形成拱形隧道状作为隧道模型。固定支架6设置于两个基座1之间，用于对进行构建的隧道模型扫描的三维激光扫描仪进行安装。标靶7设置有三个，同样设置于两个基座1之间，且三个标靶7呈不共线设置，用于对扫描后获取的结果进行后续的空间坐标转换。
[0023]顶板分为刚性外板2和柔性内板3，刚性外板2设置于外侧，柔性内板3贴合于刚性外板2的内侧设置。刚性外板2采用刚性材料，以实现顶板的整体成型支撑，柔性内板3采用柔性或半刚性结构，在外力的作用下实现一定量变形，可实现模拟变形。刚性外板2的表面沿径向连通开设有若干螺栓孔4，螺栓孔4的位置可根据需要测试的变形点进行开设。如图2所示，在螺栓孔4内螺纹穿设有螺栓8，螺栓8上设置有刻度线9，且端部可抵接于柔性内板3，通过螺栓8的穿入可使得柔性内板3对应位置发生变形，通过刻度线9可进行变形的控制和调节。柔性内板3的内侧壁在对应于螺栓8可抵接的位置设置有金属反光片10，在三维激光扫描仪进行激光变形扫描时，通过金属反光片10能进行反光，便于后续的采集和处理。通过螺栓8可对柔性内板3内侧进行定点变形控制，实现变形的定点变量控制。
[0024]顶板和基座1之间可拆卸连接，基座1采用混凝土浇筑生成，基座1的上表面沿着长度方向设置有插槽13，顶板的刚性外板2和柔性内板3独立设置，如图3所示，刚性外板2和柔性内板3的两侧均向基座1一侧延伸有卡块14，对应的每个基座1上表面开设的插槽13开设有两个，分别对应于刚性外板2和柔性内板3的卡块14进行卡接限位，基座1在插槽13的侧壁和顶板两个卡块14上水平横向连通开设有相对的若干安装孔5，当卡块14卡嵌于插槽13内时，安装孔5相对整体连通呈通孔状，通过螺钉11穿设螺母12拧紧可对基座1及顶板进行固定连接。通过顶板与基座1的可拆卸设置，可根据隧道断面形状设置对应的顶板，便于快速的调整和试验，便于不同隧道断面多种变形模式的模拟试验。
[0025]根据隧道断面形式制作顶板，包括设置于外侧的刚性外板2和贴合于内侧的柔性
内板3，通过混泥土浇筑获取基座1，并对顶板与基座1通过开设的插槽13和卡块14配合进行固定安装，形成隧道模型。
[0026]将三维激光扫描仪固定安装于固定支架6上，在隧道模型内可进行扫描；将三个标靶7进行放置，三个标靶7处于不共线状态，作为基准用于进行空间坐标转换。
[0027]刚性外板2的表面沿径向连通开设有若干的螺栓孔4，且在螺栓孔4内设置有带刻度线9的螺栓8，螺栓8的头部抵接于柔性内板3，通过螺栓8的调节拧紧，抵住柔性内板3使其对应位置产生变形。
[0028]柔性内板3的内侧壁在相对于螺栓孔4的位置固定安装有反光片10，三维激光扫描仪进行扫描时，发生变形处的反光片10光强相对改变，通过扫描获取的点云数据进行分析，并可与螺栓8的刻度进行比对，获取测量误差。
[0029]根据一个或多个实施例，公开了一种三维激光扫描隧道全覆盖变形监测试验方法，包括有以下步骤：
[0030]根据隧道端面制作顶板，分为刚性外板2和柔性内板3，并将贴合的刚性外板2和柔性内板3固定安装至两侧的基座1，形成隧道模型；
[0031]将带有刻度的螺栓8安装至刚性外板2表面沿径向的螺栓孔4中，此时螺栓8的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维激光扫描隧道全覆盖变形监测试验平台，其特征是：包括有设置于两侧用于安装的两个基座、固定安装于两个基座上呈拱形的顶板、设置于两个基座之间用于供三维激光扫描仪安装的固定支架；所述顶板包括有设置于外侧的刚性外板、贴合于刚性外板内侧设置的柔性内板；所述刚性外板的表面沿径向连通开设有若干螺栓孔，还包括有穿设于螺栓孔以能抵接于柔性内板使其变形的螺栓，所述螺栓上设置有刻度线。2.根据权利要求1所述的三维激光扫描隧道全覆盖变形监测试验平台，其特征是：所述基座的上表面沿长度方向开设有供顶板卡嵌安装的插槽；所述插槽对应于刚性外板和柔性内板设置有两个；所述刚性外板和柔性内板的两侧边缘均向基座一侧延伸有卡嵌于插槽的卡块；所述基座和卡块上连通开设有供螺钉穿设固定的安装孔。3.根据权利要求1所述的三维激光扫描隧道全覆盖变形监测试验平台，其特征是：所述柔性内板内侧壁于螺栓孔对应处设置有金属反光片。4.根据权利要求1所述的三维激光扫描隧道全覆盖变形监测试验平台，其特征是：还包括有设置于两个基座之间用于空间转换计算的标靶，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凡，艾祖斌，谢雄耀，陈同勇，周彪，马磊，翟俊莅，
申请(专利权)人：上海同的岩土科技有限公司，
类型：发明
国别省市：