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轨道运营期间的隧道断面监测

摘要：随着轨道交通不断增多与运行速度大幅度的提高，对于轨道运动过程中

所产生的一些影响和轨道限界检测的速度、质量提出了更高的要求。怎么精确、

高效地采集到隧道断面数据，并根据采集的数据自动化地获取相关参数，在此基

础上进行相关分析与应用。以上问题本文结合三维激光扫描技术，提供了基于地

面三维激光扫描仪的一体化、智能化隧道（地下空间）限界检测应用整体解决方

案。经验证，该解决方案数据采集效率高，能够提取更为准确的断面数据成果，

并一键智能地输出符合工程标准的限界检测报表。

关键词：快速运营；隧道断面监测；激光断面仪；三维激光扫描技术

一、运营过程中产生哪些影响

当列车进入隧道时，原来占据着空间的空气被排开，空气粘性以及气流对隧道壁面和列

车表面摩擦作用使别排开的空气不能像在隧道外那样及时、流畅的沿列车两侧和上部流动，

形成绕流。因此列车前方的空气受压缩随之所产生特定的压力变化过程，引起相应的空气动

力学效应。这种空气动力学效应将诱发地下列车在快速运营中产生与地铁隧道热环境有关的

一些影响。

比如；行车阻力加大，引起列车动力和总能量消耗的特殊要求；由于行车阻力加大，引

起的隧道内热量集聚和温度升高；列车冯加剧，影响隧道内通风和热量交换等。

列车进入隧道产生的空气动力学效应是由多种因素确定的，比如；机车车辆方面、隧道

方面等等原因。

二、断面仪法

在地铁隧道开挖中，激光断面仪是一种利用先进技术来给出开挖中超欠挖对比检测报告

的光机电一体化的产品。是通过以无合作目标中的激光测距技术与精密数字侧角技术相结合，

再利用极坐标与先进的计算机技术紧扣，通过电脑控制软件和图像处理器来得到实际测量的

数据并形成曲线图。这些实际测量数据会自动通过软件与原设计图进行对比，进而得到超欠

挖数据报告。

在运用断面仪法进行隧道断面测量时，用仪器对隧道断面的起始、终止及其所测点数的

设置是一项基本工作。在进行此项工作之前，施工人员要先保证一起测量头与隧道轴线是处

于垂直。在这些都做好之后，就可以测量实际开挖的轮廓线了。

首先，以某物理方向为此次测量的起算方向，通过软件来控制测头，按顺序逐次测定仪

器中心位置与隧道的实际开挖轮廓线以及矢径及其与水平形成的夹角，再将其相连从形成实

际开挖的轮廓线。施工控制导线在对于断面仪的定点定向数据获得后，会将其反应到计算机

上，计算机软件会自动实现实际与设计数据的对比，最后给出超欠挖图形。这种检测是否超

欠挖，和超欠挖了多少的断面仪测量法在隧道开挖中非常有用，简单的操作能够让施工员易

于掌握，减少了施工人员在对开挖数据测量时产生的误差，提高了测量的准确率。

但断面仪法也存在着一些优缺点。价格便宜，并且操作简单，是隧道开挖中断面仪法的

优点之处，而且它对于技术作业人员要求也低；但有时也由于需要测量断面个数多而造成测

量效率低，并且架站时需要放样出线路中线点，这是断面仪法的缺点之处。

三、三维激光扫描技术

三维激光技术区别于传统的单点定位测量、点线测绘技术以及摄影测量技术，具有以下

特点

、全1数字特征，直接获取三维点坐标；无须太阳光或光线的特别角度；高精度高密度步

进扫描测量；扫描距离长；快速高效获取数据等。国内外三维激光扫描仪已经被广泛被应用

于文物保护、城市测量等。现阶段如何精确高效采集隧道断面数据及智能化进行隧道限界检

测分析应用，三维激光扫描技术是有效的解决之道。

2、在轨道隧道（地下空间）实际测量中，对于每个测量工程，需要保证两个以上控制点，

并采用传统的测量方式获取控制点坐标。此外，在隧道控制点上方架设大靶球，整平对中控

制点，用于点云拟合获取大靶球中心点坐标，便于进行坐标转换。通过坐标转换参数，将点

云坐标转换为大地坐标。至此，完成点云数据的预处理。此技术已经用于实际地铁隧道限界

检测项目，为隧道检测、监测、维护管理提供高效可靠的检测和分析手段。整体来说，该解

决方案利用地面三维激光扫描技术，结合自主研发的海达三维激光点云处理软件及隧道限界

分析处理软件进行大数据点云分析，智能地生成隧道中心轴线及进行断面分析，在提高作业

效率的同时提取出了更为准确的断面成果数据及相关符合行业标准的表格。此外，结合各项

成果还可以进行后续的隧道模型构建，以及隧道变形分析和隧道信息挖掘等相关的应用。

三维激光扫描仪测量是近年来的一种新型测量技术，其高效率、高精度的优势打破了传

统的单点测量法。三维激光扫描仪能够获取到被测物体表面三维坐标和反射光强度，这些动

作靠是三维激