一种基于点云数据的隧道超挖控制水平量化评价方法技术

本发明专利技术公开了一种基于点云数据的隧道超挖控制水平量化评价方法，属于隧道工程技术领域，解决现有技术没有考虑不同围岩等级的设计开挖横断面的设置不同，且不同围岩等级的开挖控制难度不同，只简单综合计算扫描区段的平均线形超挖值来判断超挖控制水平，从而造成判断隧道超挖控制水平量化评价依据不准确的问题,本发明专利技术以各工点开挖断面的平均线形超挖值及标准差对超挖控制水平进行判断，同时对各工点、隧道、项目标段或/和施工单位管理层级的超挖控制情况进行判断评价。本发明专利技术用于隧道超挖控制水平量化评价。控制水平量化评价。控制水平量化评价。

【技术实现步骤摘要】
一种基于点云数据的隧道超挖控制水平量化评价方法


[0001]一种基于点云数据的隧道超挖控制水平量化评价方法，用于隧道超挖控制水平量化评价，属于隧道工程


技术介绍

[0002]铁路隧道超挖控制决定着隧道初期支护、二次衬砌消耗的混凝土方量，是施工单位控制隧道施工成本的关键，准确量化评价不同子公司、不同项目的隧道超挖控制水平，是施工单位对不同子公司、不同项目考核工作的重要组成部分；同时隧道超挖控制也是建设单位的质量管理重点，建设单位准确量化评价不同工点、隧道、标段的超挖控制水平，有利于把控隧道开挖工序施工质量，提升管理水平。
[0003]随着三维激光扫描技术在隧道施工各工序中进行应用，利用三维激光扫描技术采集的开挖断面数据，结合计算机技术与设计横断面数据可快速计算得到开挖区段的超挖方量、扫描区段长度、扫描区段设计横断面弧长等数据；管理单位利用超挖方量、扫描区段长度、扫描区段设计横断面弧长等数据，通过简单计算得到的隧道开挖断面平均线性超挖值，以平均线性超挖值对不同工点、隧道、标段、施工单位的整体超挖情况及超挖控制水平进行粗略判断。
[0004]但目前以计算的整体平均线性超挖值判断隧道超挖情况及控制水平的方式存在以下问题：
[0005]1、没有考虑不同围岩等级的设计开挖横断面的设置不同，且不同围岩等级不同部位的开挖控制难度不同，只简单综合计算扫描区段的平均线形超挖值来判断超挖控制水平，从而造成判断隧道超挖控制水平量化评价依据不准确；
[0006]2、仅以平均线性超挖欠值超挖控制水平评价时，只有一个粗略的平均线性超挖值，若不同开挖区段的平均线性超挖值离散程度比较大，以其整体平均线形超挖值判断其超挖控制水平，会导致判断失真；
[0007]3、传统计算方法在计算不同隧道、工点、标段、施工单位的平均线性超挖值时，以标段下所有扫描数据进行计算，计算量比较大。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种基于三维激光扫描点云数据的隧道超挖控制水平量化评价方法，解决现有技术没有考虑不同围岩等级的设计开挖横断面的设置不同，且不同围岩等级的开挖控制难度不同，只简单综合计算扫描区段的平均线形超挖值来判断超挖控制水平，从而造成判断隧道超挖控制水平量化评价依据不准确的问题。
[0009]一种基于点云数据的隧道超挖控制水平量化评价方法，包括如下步骤：
[0010]步骤1.利用三维激光扫描技术及计算算法计算得到隧道各工点开挖断面的结果数据，各部位是指拱部、边墙和仰拱；
[0011]步骤2.基于结果数据计算隧道各工点开挖断面中、各扫描区段中各级围岩各部位
的平均线形超挖值；
[0012]步骤3.基于参考规范标准按照不同围岩、不同部位的开挖控制施工经验确定各扫描区段中、各围岩等级不同部位的平均线形超挖修正值，再基于修正值对步骤2得到的对应的平均线形超挖值进行修正，以将不同围岩等级不同横断面部位的平均线形超挖值修正到同一评判维度；
[0013]步骤4.计算各扫描区段中总扫描点云数据在开挖设计轮廓各部位的径向投影面积；
[0014]步骤5.基于步骤3
‑
步骤4得到的结果以各部位投影面积加权计算各工点开挖断面中各扫描区段的平均线形超挖值；
[0015]步骤6.计算各工点开挖断面中各扫描区段点云数据在设计图中纵向里程的正投影总长度；
[0016]步骤7.基于步骤5和步骤6得到的结果再次计算各工点开挖断面的平均线形超挖值；
[0017]步骤8.基于步骤7得到的结果，计算各工点开挖断面中、各扫描区段的平均线形超挖值的标准差；
[0018]步骤9.以各工点开挖断面的平均线形超挖值及标准差对超挖控制水平进行判断。
[0019]进一步，所述步骤1中的结果数据包括各工点开挖断面中、各扫描区段中不同围岩等级各部位的超挖方量，各工点开挖断面中各扫描区段点云数据在设计图中纵向里程的正投影总长度，和各工点开挖断面中各扫描区段在不同围岩等级设计开挖横断面不同部位的径向投影弧长，其中，计算算法根据三维激光扫描技术扫描得到的断面数据结合设计开挖断面计算超挖方量。
[0020]进一步，所述步骤2的计算公式为：
[0021][0022]式中，AOⅠq1g
为Ⅰ级围岩扫描区段1中拱部g线形平均超挖值，q1是指扫描区段1，CⅠq1g
为获取的Ⅰ级围岩扫描区段1中拱部g超挖方量，LⅠq1g
为获取的Ⅰ级围岩扫描区段1点云数据在开挖设计横断面的拱部g的径向投影弧长，lⅠq1
为获取的Ⅰ级围岩扫描区段1点云数据在设计图中纵向里程方向的正投影总长度；
[0023]同理，计算Ⅰ、Ⅱ、.....、VI级围岩余下的扫描区段中拱部g线形平均超挖值，以及边墙b和仰拱y的线形平均超挖值。
[0024]进一步，所述步骤3通过修正公式进行修正：
[0025]Ⅰ级围岩扫描区段1中拱部g线形平均超挖值的修正公式为：
[0026]AOⅠ′
q1g
＝AOⅠq1g
‑
a
[0027]式中，AOⅠ′
q1g
为修正后Ⅰ级围岩扫描区段1中拱部g线形平均超挖值，a为参考规范标准根据Ⅰ级围岩开挖控制施工经验确定的平均线形超挖值的拱部修正值；
[0028]同理，对Ⅰ、Ⅱ、.....、VI级围岩余下的扫描区段中拱部g线形平均超挖值进行修正，以及对边墙b和仰拱y线形平均超挖值进行修正。
[0029]进一步，所述步骤4中各扫描区段中总扫描点云数据在开挖设计轮廓径向投影面积的计算公式为：
[0030]M
q1
＝lⅠq1
*LⅠq1g
+lⅠq1
*LⅠq1b
+lⅠq1
*LⅠq1y
+...+l
Ⅵ
q1
*L
Ⅵ
q1y
[0031]式中，M
q1
为各工点开挖断面中扫描区段1中点云数据在开挖设计轮廓的径向投影面积，lⅠq1
、lⅡq1
、lⅢq1
、...、l
Ⅵ
q1
为扫描区段1中点云数据在第Ⅰ、Ⅱ、.....、V I等级围岩在设计图中纵向里程方向的正投影总长度，
[0032]LⅠq1g
、LⅠq1b
、LⅠq1y
、...、L
Ⅵ
q1y
为扫描区段1中点云数据在各等级围岩在开挖设计横断面的拱部g、边墙b、仰拱y各部位的径向投影弧长，Ⅰ、Ⅱ、.....、V I分别表示第1、2、.....、6等级围岩；
[0033]同理，计算各工点开挖断面中余下的扫描区段的点云数据在开挖设计轮廓的径向投影面积。
[0034]进一步，所述步骤5中计算各工点开挖断面中各扫描区段的平均线形超挖值的计算公式为：
[0035][0036]式中，AO
q1
为各工点开挖断面中扫描区段1的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于点云数据的隧道超挖控制水平量化评价方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1.利用三维激光扫描技术及计算算法计算得到隧道各工点开挖断面的结果数据，各部位是指拱部、边墙和仰拱；步骤2.基于结果数据计算隧道各工点开挖断面中、各扫描区段中各级围岩各部位的平均线形超挖值；步骤3.基于参考规范标准按照不同围岩、不同部位的开挖控制施工经验确定各扫描区段中、各围岩等级不同部位的平均线形超挖修正值，再基于修正值对步骤2得到的对应的平均线形超挖值进行修正，以将不同围岩等级不同横断面部位的平均线形超挖值修正到同一评判维度；步骤4.计算各扫描区段中总扫描点云数据在开挖设计轮廓各部位的径向投影面积；步骤5.基于步骤3
‑
步骤4得到的结果以各部位投影面积加权计算各工点开挖断面中各扫描区段的平均线形超挖值；步骤6.计算各工点开挖断面中各扫描区段点云数据在设计图中纵向里程的正投影总长度；步骤7.基于步骤5和步骤6得到的结果再次计算各工点开挖断面的平均线形超挖值；步骤8.基于步骤7得到的结果，计算各工点开挖断面中、各扫描区段的平均线形超挖值的标准差；步骤9.以各工点开挖断面的平均线形超挖值及标准差对超挖控制水平进行判断。2.根据权利要求1所述的一种基于点云数据的隧道超挖控制水平量化评价方法，其特征在于，所述步骤1中的结果数据包括各工点开挖断面中、各扫描区段中不同围岩等级各部位的超挖方量，各工点开挖断面中各扫描区段点云数据在设计图中纵向里程的正投影总长度，和各工点开挖断面中各扫描区段在不同围岩等级设计开挖横断面不同部位的径向投影弧长，其中，计算算法根据三维激光扫描技术扫描得到的断面数据结合设计开挖断面计算超挖方量。3.根据权利要求2所述的一种基于三维激光扫描点云数据的隧道超挖控制水平量化评价方法，其特征在于：所述步骤2的计算公式为：式中，AOⅠq1g
为Ⅰ级围岩扫描区段1中拱部g线形平均超挖值，q1是指扫描区段1，CⅠq1g
为获取的Ⅰ级围岩扫描区段1中拱部g超挖方量，LⅠq1g
为获取的Ⅰ级围岩扫描区段1点云数据在开挖设计横断面的拱部g的径向投影弧长，lⅠq1
为获取的Ⅰ级围岩扫描区段1点云数据在设计图中纵向里程方向的正投影总长度；同理，计算Ⅰ、Ⅱ、.....、VI级围岩余下的扫描区段中拱部g线形平均超挖值，以及边墙b和仰拱y的线形平均超挖值。4.根据权利要求3所述的一种基于三维激光扫描点云数据的隧道超挖控制水平量化评价方法，其特征在于：所述步骤3通过修正公式进行修正：Ⅰ级围岩扫描区段1中拱部g线形平均超挖值的修正公式为：AOⅠ′
q1g
＝AOⅠq1g
‑
a
式中，AOⅠ′
q1g
为修正后Ⅰ级围岩扫描区段1中拱部g线形平均超挖值，a为参考规范标准根据Ⅰ级围岩开挖控制施工经验确定的平均线形超挖值的拱部修正值；同理，对Ⅰ、Ⅱ、.....、VI级围岩余下的扫描区段中拱部g线形平均超挖值进行修正，以及对边墙b和仰拱y线形平均超挖值进行修正。5.根据权利要求4所述的一种基于点云数据的隧道超挖控制水平量化评价方法，其特征在于：所述步骤4中各扫描区段中总扫描点云数据在开挖设计轮廓径向投影面积的计算公式为：M
q1
＝lⅠq1
*LⅠq1g
+lⅠq1
*LⅠq1b
+lⅠq1
*LⅠq1y
+...+l
Ⅵ
q1
*L
Ⅵ
q1y
式中，M
q1
为各工点开挖断面中扫描区段1中点云数据在开挖设计轮廓的径向投影面积，lⅠq1
、lⅡq1
、lⅢq1
、...、l
Ⅵ
q1
为扫描区段1中点云数据在第Ⅰ、Ⅱ、.....、VI等级围岩在设计图中纵向里程方向的正投影总长度，LⅠq1g
、LⅠq1b
、LⅠq1y
、...、L
Ⅵ
q1y
为扫描区段1中点云数据在各等级围岩在开挖设计横断面的拱部g、边墙b、仰拱y各部位的径向投影弧长，Ⅰ、Ⅱ、.....、VI分别表示第1、2、.....、6等级围岩；同理，...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁策，朱庆，朱军，徐世东，姚辉，郭煜坤，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：