隧道施工中的超欠挖控制一直是隧道施工必不可少的控制環(huán)節(jié)，隧道超欠挖的控制好壞不僅直接影響到現(xiàn)場施工質(zhì)量，更與施工單位的經(jīng)濟(jì)效益密不可分，及時的測量分析現(xiàn)場隧道超欠挖情況，控制超挖，節(jié)約成本的同時，杜絕因欠挖引起的二襯厚度不足等質(zhì)量問題。本文結(jié)合三維激光掃描儀在現(xiàn)場隧道施工中的應(yīng)用情況，為以后的隧道超欠挖控制測量提供參考。

1．三維掃描儀原理

三維激光掃描是利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面大量的密集的點的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息，可快速復(fù)建出被測目標(biāo)的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)。三維激光掃描系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集的硬件部分和數(shù)據(jù)處理的軟件部分。根據(jù)其測量方式，三維掃描儀又可分為脈沖式和相位式。

2．傳統(tǒng)測量手段與三維激光掃描對比

2.1傳統(tǒng)測量

采用全站儀對隧道開挖輪廓進(jìn)行測量，獲取的為單點數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)分析與設(shè)計開挖輪廓作出對比，得出隧道的超欠挖情況。由于受儀器和分析軟件的限制，存在著工作量大，數(shù)據(jù)分析不全面，無法滿足現(xiàn)有施工工藝要求，測量點位不密集，點位間隔過大，雖然所測點位未存在欠挖，但是點位間隔間存在的欠挖無法及時發(fā)現(xiàn)，從而而造成欠挖位置未能及時發(fā)現(xiàn)。

2.2三維激光掃描儀測量

可連續(xù)、自動、快速的收集大量的目標(biāo)物表面三維點數(shù)據(jù)，即點云（PointClouds），因此相較傳統(tǒng)測量有許多優(yōu)勢，如1）數(shù)據(jù)獲取速度快，實時性強(qiáng)；2）數(shù)據(jù)量大，精度高；3）主動性強(qiáng)，能全天候工作；4）全數(shù)字特性，信息傳輸、加工、表達(dá)容易。它的工作過程實際上就是不斷的數(shù)據(jù)采集和處理過程，通過具有一定分辨率的空間點所組成的點云圖來表達(dá)系統(tǒng)對目標(biāo)物表面發(fā)的采集結(jié)果。

3．三維激光掃描儀技術(shù)參數(shù)

三維激光掃描儀通過發(fā)射的不可見激光束對物體表面進(jìn)行快速測量，本次使用的是法如350 premium三維激光掃描儀。主要技術(shù)參數(shù)如下：方法：相位式掃描，單站最大掃描距離350m，最小射程：0.3m，測距誤差：≤1mm，分辨率范圍：0.1mm，數(shù)據(jù)采集速率：200萬點云/秒，數(shù)據(jù)掃描分辨率：垂直視場：320°，水平視野：360°，掃描時間：1-2分鐘。

4．三維激光掃描儀外業(yè)采集

首先對需要進(jìn)行檢測的二襯斷面進(jìn)行三維激光掃描，每一站擺站間距大約為10-15米，并在掃描過程中標(biāo)記好控制點位置，可以使用現(xiàn)有的控制點或者貼標(biāo)靶紙然后用全站儀采集坐標(biāo)。

采集完成后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入法如scene預(yù)處理軟件，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行自動處理及拼接，拼接完成后根據(jù)采集到的坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后導(dǎo)出點云數(shù)據(jù)。

5．三維激光掃描儀內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

本次內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理采用的團(tuán)建支持各種隧道施工工法和施工階段。該系統(tǒng)由軟硬件共同構(gòu)成，軟件配合和引導(dǎo)高精度測量硬件設(shè)備，高效、精準(zhǔn)完成各個施工階段的測量作業(yè)任務(wù)，，不但顯著提高了數(shù)據(jù)采集和分析的效率和精度，而且在隧道掘進(jìn)引導(dǎo)、高密度掃描斷面超欠挖分析、精細(xì)化開挖方量分析、襯砌厚度分析、巖土工程監(jiān)測分析和隧道竣工資料存檔等方面有優(yōu)秀表現(xiàn)。

6.導(dǎo)入點云

雙擊：測量數(shù)據(jù)→平導(dǎo)初支→點擊點云右鍵導(dǎo)入點云：

6.點云線掃描2D和3D分析

點云導(dǎo)入成功后下一步進(jìn)行點云的分析處理，先做點云的投影分析 點擊項目目錄：分析→增加點云分析：

如圖所示，灰色的小方框表示這一段有數(shù)據(jù)，右側(cè)是理論斷面，選中有數(shù)據(jù)的里程右鍵 點擊：處理選擇的，等待便可即可完成投影處理。 處理好的界面如下圖所示，灰色的小方框變成綠色，表示投影處理完成；如果當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā) 生變化或設(shè)置參數(shù)改變，顏色會變成紅色，需要重新處理。 左下角選項，可以選擇彩色偏差圖，中間粉紅色表示鼠標(biāo)當(dāng)前放的里程位置，右側(cè)實時顯示當(dāng)前里程的超欠挖的里程分析，下圖所示：

6.2斷面分析

點擊項目目錄：分析→新增斷面分析→選擇分析類型實測 VS 設(shè)計

6.3斷面成果導(dǎo)出

選擇斷面→右鍵→圖形報告→保存（圖片或者 PDF 格式）

6.4超欠挖方量計算

選擇斷面→右鍵→文本報告→保存（EXCEL 或者 PDF 格式）

7.總結(jié)

通過與傳統(tǒng)方式對比，結(jié)合現(xiàn)場的應(yīng)用情況，三維激光掃描儀在隧道超欠挖控制方面具有更準(zhǔn)確、快速、全面的特點，對隧道的超欠挖控制也更全面，避免了因傳統(tǒng)測量存在盲區(qū)導(dǎo)致的欠挖不能發(fā)現(xiàn)的弊端。隨著科技的發(fā)展，三維激光隧道掃描將更廣泛的應(yīng)用于高鐵隧道的施工，為高鐵隧道的施工超欠挖控制帶來一次全新的技術(shù)改革。隨著應(yīng)用技術(shù)的成熟，也將更廣泛的應(yīng)用于其他領(lǐng)域。