一种盾构隧道拼装管片环拼装质量的随机检测方法技术

一种盾构隧道拼装管片环拼装质量的随机检测方法，该随机检测方法通过三维激光扫描仪及数个标靶组的相对位置、获取点云数据、点云数据拟合拼接、点云数据处理、拼装质量检测数据计算完成盾构隧道第N环拼装管片环的拼装质量检测，本发明专利技术能够在盾构管片拼装机作业区施工空间狭小且不具备通视条件下测量出刚拼装成型管片环的椭圆长轴、短轴的方位角和长度值，能在拼装管片环拼装完成后及同步注浆前第一时间掌握拼装管片环的拼装质量控制效果，从源头进行拼装质量控制，施工人员不需要与拼装管片环直接接触就能够测出要检测区域的拼装管片环的椭圆度、环缝错台及宽度和纵缝错台及宽度，检测环境安全，检测数据准确。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构隧道拼装管片环拼装质量的随机检测方法
：本专利技术属于盾构施工检测
，尤其是一种盾构隧道拼装管片环拼装质量的随机检测方法。
技术介绍
：结合图1，盾构主要包含有管片拼装机3、盾壳5、盾构掘进设备4及拖车，盾构在掘进过程中需要及时进行管片拼装，然后进行同步注浆，进而盾构拖车随盾构机掘进向前行走，每环拼装管片环由数块管片拼装而成，同一环拼装管片环上相邻两块管片之间的拼装缝隙为纵缝，相邻两环拼装管片环之间的拼装缝隙为环缝。在同步注浆之前，需要随机检测管片拼装的质量，主要通过全站仪来随机检测管片拼装的椭圆度，然后通过三角板、游标卡尺或塞尺来检测管片拼装的纵缝错台、纵缝宽度、环缝错台和环缝宽度。上述检测方法会存在如下问题：一、使用全站仪来检查管片拼装的椭圆度时受限于盾构机中管片拼装机作业区施工空间狭小的影响，此时全站仪不具备通视条件且无法直接确定刚拼装成型管片环的椭圆长轴a和短轴b的位置并对其进行直接测量，需要随机试测几组不同方位测线的长轴和短轴数据，然后粗选出参考长轴a和参考短轴b，粗选出的参考长轴a相对隧道断面是水平的，而对于长轴a不在水平方位的情况全站仪是无法测出的。二、由于直径6米以上盾构隧道断面的空间高度较大，采用三角板、游标卡尺或塞尺等工具进行人工测量时，在不借助辅助设备的情况下检测人员难以对管片环中上部的纵缝错台、纵缝宽度、环缝错台及环缝宽度进行检测，检测环境危险、操作非常困难。利用三维激光扫描技术对盾构隧道拼装管片环拼装质量的随机检测方法还未见到相关报道。
技术实现思路
：为解决上述问题，本专利技术提供了一种盾构隧道拼装管片环拼装质量的随机检测方法，该方法通过三维激光扫描仪来随机检测盾构隧道管片拼装后形成的管片环拼装质量，随机检测出的椭圆长轴和椭圆短轴是所述管片环的真实数据，并能随机快捷地对所述管片环中上部的纵缝错台、纵缝宽度、环缝错台及环缝宽度等情况进行全面质量检测，检测数据真实可靠。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种盾构隧道拼装管片环拼装质量的随机检测方法，该方法使用到三维激光扫描仪、数个标靶组及数据处理软件，拼装管片环由数块管片拼装成环状，通过三维激光扫描仪对拼装管片环进行三维扫描，获取拼装管片环的三维点云数据并输入数据处理软件进行点云数据拟合拼接、点云数据处理、拼装质量检测数据计算，其特征是：一、三维激光扫描仪及数个标靶组的相对位置：①在盾构隧道的任意里程位置即盾构管片拼装区域形成第N环拼装管片环后，N为自然整数，沿第N环拼装管片环的一周配置n个标靶组，n是大于2的自然整数，每个标靶组不少于三个标靶，其中三个标靶所处的位置连线必须是锐角三角形且各标靶之间的距离不能少于一米；②标靶或是标靶纸，或是标靶球，标靶纸通过粘贴的方式固定在第N环拼装管片环表面上，标靶球则借助磁铁底座或者真空吸盘底座固定在拼装管片环表面；二、获取点云数据：将数个标靶组分别标记为标靶组I、标靶组II、标靶组III、…、标靶组n，先将三维激光扫描仪放置在盾构管片拼装区靶组I和标靶组II之间的无遮挡区域S1处以获取标靶组I和标靶组II区域内的拼装管片环的[I→II]点云数据；同理将三维激光扫描仪放置在盾构管片拼装区标靶组II和标靶组III之间的无遮挡区域S2处以获取标靶组II和标靶组III区域内拼装管片环的[II→III]点云数据；以此类推在无遮挡区域Sn处获取标靶组n和标靶组I区域内拼装管片环的[n→I]点云数据，将所述S1处、所述S2处、…及所述Sn处作为三维激光扫描仪基座的固定位置；三、点云数据拟合拼接：先将上述获取的[I→II]点云数据导入数据处理软件，再将[II→III]点云数据导入数据处理软件，提取标靶组II中各标靶的相对位置坐标作为参考标记，再将[II→III]点云数据与[I→II]点云数据拼接在一起形成第N环拼装管片环的局部[I→II→III]点云数据；同理将[III→IV]点云数据导入数据处理软件，提取标靶组III中各标靶的相对位置坐标作为参考标记，再将[III→IV]点云数据与[I→II→III]点云数据拼接在一起形成第N环拼装管片环的局部[I→II→III→IV]点云数据；以此类推将[n→I]点云数据导入数据处理软件，提取标靶组I中各标靶的相对坐标位置作为参考标记，再将[n→I]点云数据与[I→II→III→…([n-1])]点云数据拼接在一起形成第N环拼装管片环完整的[I→II→III→IV→…→I]点云数据；四、根据上述第三条得到的[I→II→III→IV→…→I]＝HN点云数据，因为三维激光扫描仪能够360°旋转，因此在第N环拼装管片环拼装完成后进行扫描所得到的HN点云数据包含有第N环和第N-1环拼装管片环的点云数据；五、点云数据处理：①使用数据处理软件在HN点云数据中截取第N环拼装管片环和第[N-1]环拼装管片环区域内的点云数据得到[HN]1点云数据；②继续使用数据处理软件去除[HN]1点云数据中的第N环拼装管片环和第[N-1]环拼装管片环以外干扰物的点云数据得到[HN]2点云数据；③通过数据处理软件在上述[HN]2点云数据中提取第N环拼装管片环的三个横断面，从第N环管片环往里纵深5cm的位置切出第一个横断面M1、往里纵深中间位置切出第二个横断面M2、再往里纵深至第N管片环边缘5cm位置切出第三个横断面M3，继续往里纵深在环缝另一侧第[N-1]环拼装管片环5cm位置切出第四个横断面M4；④使用数据处理软件对第一个横断面M1进行拟合得到第一个横断面M1的轮廓线L1，同理得到第二个横断面M2的轮廓线L2、第三个横断面M3的轮廓线L3以及第四个横断面M4的轮廓线L4；⑤使用数据处理软件对轮廓线L1进行拟合能得到与第一个横断面M1上轮廓线L1形状最接近的一个椭圆T1，同理得到第二横断面M2的椭圆T2、第三横断面M3的椭圆T3以及第四横断面M4的椭圆T4；六、拼装质量检测数据计算：①在数据处理软件中计算分析得出椭圆T1的长轴a1和短轴b1的长度值并能得出长轴a1和短轴b1的方位角，同理能够得出椭圆T2的长轴a2和短轴b2的长度值并能得出长轴a2和短轴b2的方位角、椭圆T3的长轴a3和短轴b3的长度值并能得出长轴a3和短轴b3的方位角以及椭圆T4的长轴a4和短轴b4的长度值并能得出长轴a4和短轴b4的方位角，此时依据公式椭圆度＝[(长轴a-短轴b)÷长轴a×100％]，分别将上述值对应代入上述公式就能计算出椭圆T1的椭圆度、椭圆T2的椭圆度、椭圆T3的椭圆度以及椭圆T4的椭圆度，以椭圆T2的椭圆度作为第N环拼装管片环的整体椭圆度，以椭圆T1的椭圆度、椭圆T2的椭圆度和椭圆T3的椭圆度的平均值作为第N环拼装管片环的平均椭圆度，通过椭圆T4的椭圆度和椭圆T3的椭圆度对比分析能得出环缝两侧拼装管片环的椭圆度差异；②以常规拼装管片环为六块管片拼装而成为例，第一块管片A→B在轮廓线L1上具有A、B两个边缘点，第二块管片C→D在轮廓线L1上具有C、D两个边缘点，第三块管片E→F在轮廓线L1上具有E、F两个边缘点，第四块管片G→J在轮廓线L1上具有G、J两个边缘点，第五块管片K→P在轮廓线L1上具有K、P两个边缘点，第六块管片Q→V在轮廓线L1上具有Q、V两个边缘点，此时轮廓线L1由多段线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盾构隧道拼装管片环拼装质量的随机检测方法，该方法使用到三维激光扫描仪、数个标靶组及数据处理软件，拼装管片环由数块管片拼装成环状，通过三维激光扫描仪对拼装管片环进行三维扫描，获取拼装管片环的三维点云数据并输入数据处理软件进行点云数据拟合拼接、点云数据处理、拼装质量检测数据计算，其特征是：一、三维激光扫描仪及数个标靶组的相对位置：①在盾构隧道的任意里程位置即盾构管片拼装区域形成第N环拼装管片环后，N为自然整数，沿第N环拼装管片环的一周配置n个标靶组，n是大于2的自然整数，每个标靶组不少于三个标靶，其中三个标靶所处的位置连线必须是锐角三角形且各标靶之间的距离不能少于一米；②标靶或是标靶纸，或是标靶球，标靶纸通过粘贴的方式固定在第N环拼装管片环表面上，标靶球则借助磁铁底座或者真空吸盘底座固定在拼装管片环表面；二、获取点云数据：将数个标靶组分别标记为标靶组I、标靶组II、标靶组III、…、标靶组n，先将三维激光扫描仪放置在盾构管片拼装区靶组I和标靶组II之间的无遮挡区域S1处以获取标靶组I和标靶组II区域内的拼装管片环的[I→II]点云数据；同理将三维激光扫描仪放置在盾构管片拼装区标靶组II和标靶组III之间的无遮挡区域S2处以获取标靶组II和标靶组III区域内拼装管片环的[II→III]点云数据；以此类推在无遮挡区域Sn处获取标靶组n和标靶组I区域内拼装管片环的[n→I]点云数据，将所述S1处、所述S2处、…及所述Sn处作为三维激光扫描仪基座的固定位置；三、点云数据拟合拼接：云数据导入数据处理软件，提取标靶组II中各标靶的相对位置坐标作为参考标记，再将[II→III]点云数据与[I→II]点云数据拼接在一起形成第N环拼装管片环的局部[I→II→III]点云数据；同理将[III→IV]点云数据导入数据处理软件，提取标靶组III中各标靶的相对位置坐标作为参考标记，再将[III→IV]点云数据与[I→II→III]点云数据拼接在一起形成第N环拼装管片环的局部[I→II→III→IV]点云数据；以此类推将[n→I]点云数据导入数据处理软件，提取标靶组I中各标靶的相对坐标位置作为参考标记，再将[n→I]点云数据与[I→II→III→…([n‑1])]点云数据拼接在一起形成第N环拼装管片环完整的[I→II→III→IV→…→I]点云数据；四、根据上述第三条得到的[I→II→III→IV→…→I]＝HN点云数据，因为三维激光扫描仪能够360°旋转，因此在第N环拼装管片环拼装完成后进行扫描所得到的HN点云数据包含有第N环和第N‑1环拼装管片环的点云数据；五、点云数据处理：①使用数据处理软件在HN点云数据中截取第N环拼装管片环和第[N‑1]环拼装管片环区域内的点云数据得到[HN]1点云数据；②继续使用数据处理软件去除[HN]1点云数据中的第N环拼装管片环和第[N‑1]环拼装管片环以外干扰物的点云数据得到[HN]2点云数据；③通过数据处理软件在上述[HN]2点云数据中提取第N环拼装管片环的三个横断面，从第N环管片环往里纵深5cm的位置切出第一个横断面M1、往里纵深中间位置切出第二个横断面M2、再往里纵深至第N管片环边缘5cm位置切出第三个横断面M3，继续往里纵深在环缝另一侧第[N‑1]环拼装管片环5cm位置切出第四个横断面M4；④使用数据处理软件对第一个横断面M1进行拟合得到第一个横断面M1的轮以及第四个横断面M4的轮廓线L4；⑤使用数据处理软件对轮廓线L1进行拟合能得到与第一个横断面M1上轮廓线L1形状最接近的一个椭圆T1，同理得到第二横断面M2的椭圆T2、第三横断面M3的椭圆T3以及第四横断面M4的椭圆T4；六、拼装质量检测数据计算：①在数据处理软件中计算分析得出椭圆T1的长轴a1和短轴b1的长度值并能得出长轴a1和短轴b1的方位角，同理能够得出椭圆T2的长轴a2和短轴b2的长度值并能得出长轴a2和短轴b2的方位角、椭圆T3的长轴a3和短轴b3的长度值并能得出长轴a3和短轴b3的方位角以及椭圆T4的长轴a4和短轴b4的长度值并能得出长轴a4和短轴b4的方位角，此时依据公式椭圆度＝[(长轴a‑短轴b)÷长轴a×100％]，分别将上述值对应代入上述公式就能计算出椭圆T1的椭圆度、椭圆T2的椭圆度、椭圆T3的椭圆度以及椭圆T4的椭圆度，以椭圆T2的椭圆度作为第N环拼装管片环的整体椭圆度，以椭圆T1的椭圆度、椭圆T2的椭圆度和椭圆T3的椭圆度的平均值作为第N环拼装管片环的平均椭圆度，通过椭圆T4的椭圆度和椭圆T3的椭圆度对比分析能得出环缝两侧拼装管片环的椭圆度差异；②以常规拼装管片环为六块管片拼装而成为例，第一块管片A→B在轮廓线L1上具有A、B两个边缘点，第二块管片C→D在轮廓线L1上具有C、D两个边缘点，第三块管片E→F在轮廓线L1上具有E、F两...

【技术特征摘要】
1.一种盾构隧道拼装管片环拼装质量的随机检测方法，该方法使用到三维激光扫描仪、数个标靶组及数据处理软件，拼装管片环由数块管片拼装成环状，通过三维激光扫描仪对拼装管片环进行三维扫描，获取拼装管片环的三维点云数据并输入数据处理软件进行点云数据拟合拼接、点云数据处理、拼装质量检测数据计算，其特征是：一、三维激光扫描仪及数个标靶组的相对位置：①在盾构隧道的任意里程位置即盾构管片拼装区域形成第N环拼装管片环后，N为自然整数，沿第N环拼装管片环的一周配置n个标靶组，n是大于2的自然整数，每个标靶组不少于三个标靶，其中三个标靶所处的位置连线必须是锐角三角形且各标靶之间的距离不能少于一米；②标靶或是标靶纸，或是标靶球，标靶纸通过粘贴的方式固定在第N环拼装管片环表面上，标靶球则借助磁铁底座或者真空吸盘底座固定在拼装管片环表面；二、获取点云数据：将数个标靶组分别标记为标靶组I、标靶组II、标靶组III、…、标靶组n，先将三维激光扫描仪放置在盾构管片拼装区靶组I和标靶组II之间的无遮挡区域S1处以获取标靶组I和标靶组II区域内的拼装管片环的[I→II]点云数据；同理将三维激光扫描仪放置在盾构管片拼装区标靶组II和标靶组III之间的无遮挡区域S2处以获取标靶组II和标靶组III区域内拼装管片环的[II→III]点云数据；以此类推在无遮挡区域Sn处获取标靶组n和标靶组I区域内拼装管片环的[n→I]点云数据，将所述S1处、所述S2处、…及所述Sn处作为三维激光扫描仪基座的固定位置；三、点云数据拟合拼接：云数据导入数据处理软件，提取标靶组II中各标靶的相对位置坐标作为参考标记，再将[II→III]点云数据与[I→II]点云数据拼接在一起形成第N环拼装管片环的局部[I→II→III]点云数据；同理将[III→IV]点云数据导入数据处理软件，提取标靶组III中各标靶的相对位置坐标作为参考标记，再将[III→IV]点云数据与[I→II→III]点云数据拼接在一起形成第N环拼装管片环的局部[I→II→III→IV]点云数据；以此类推将[n→I]点云数据导入数据处理软件，提取标靶组I中各标靶的相对坐标位置作为参考标记，再将[n→I]点云数据与[I→II→III→…([n-1])]点云数据拼接在一起形成第N环拼装管片环完整的[I→II→III→IV→…→I]点云数据；四、根据上述第三条得到的[I→II→III→IV→…→I]＝HN点云数据，因为三维激光扫描仪能够360°旋转，因此在第N环拼装管片环拼装完成后进行扫描所得到的HN点云数据包含有第N环和第N-1环拼装管片环的点云数据；五、点云数据处理：①使用数据处理软件在HN点云数据中截取第N环拼装管片环和第[N-1]环拼装管片环区域内的点云数据得到[HN]1点云数据；②继续使用数据处理软件去除[HN]1点云数据中的第N环拼装管片环和第[N-1]环拼装管片环以外干扰物的点云数据得到[HN]2点云数据；③通过数据处理软件在上述[HN]2点云数据中提取第N环拼装管片环的三个横断面，从第N环管片环往里纵深5cm的位置切出第一个横断面M1、往里纵深中间位置切出第二个横断面M2、再往里纵深至第N管片环边缘5cm位置切出第三个横断面M3，继续往里纵深在环缝另一侧第[N-1]环拼装管片环5cm位置切出第四个横断面M4；④使用数据处理软件对第一个横断面M1进行拟合得到第一个横断面M1的轮以及第四个横断面M4的轮廓线L4；⑤使用数据处理软件对轮廓线L1进行拟合能得到与第一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，王刚，李治国，林纯鹏，赵宝华，段清超，张丹枫，逄锦伟，吕瑞虎，
申请(专利权)人：中铁隧道局集团有限公司，中铁隧道勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44