Topcon GTL-1000三维扫描技术隧道施工应用方案

隧道施工过程中，断面测量及分析、方量计算、平整度检测、净空分析、厚度分析等是施工质量和安全保障的重要过程控制手段。传统作业方式用全站仪或断面仪进行隧道开挖、初支及二衬过程的测量及检测，这是一种以点代面的作业方式。

受限于外业作业效率及内业数据处理能力，往往断面间隔及同一断面上的点位间隔均较大，很容易出现测量数据无法真实、完整体现现场实际工况的情况，如关键超欠挖数据正好出现在设站间隔之间等。传统作业方式，也受到作业人员经验、主观意愿的较大影响，不利于隧道施工过程安全质量管理的标准化、信息化建设推进。

三维扫描技术所带来的海量隧道点云数据配合点云隧道处理系统可完美解决上述问题。如何高效、高质量的获取不同施工阶段现场点云数据，是目前隧道施工方要解决的首要问题。

01隧道施工三维扫描技术标准化应用方案

1.  系统框架

 现场应用：

快速扫描

点云自动处理（去噪、拼接、自动点云剔除）

现场内业成果

关键特征点自动放样

 Web 成果交互平台：

成果报表展示

✓ 工程管理/用户管理

✓ 设计数据（定线、断面模板、线路设计等）
✓ 报表成果展示及导出

点云成果数据超欠挖着色

BIM平台结合展示、应用

2.  Topcon GTL-1000全站式扫描仪：

扫描模式：后视定向、后方交会直接定位绝对坐标

扫描速度：100,000点/秒

防护等级：IP65

自动放样：关键特征点自动放样

3.  点云隧道处理系统（BSY）

a)  BSY现场快速应用

架站扫描：后方交会设站，无需全站仪配合，点云绝对坐标；

快速精准：2分钟完成外业扫描、点云精度2mm以内；

即时分析：点云自动均匀稀疏、自动过滤、从架设仪器开始，15分钟内立得成果数据，无需额外内页工作；

特征放样：按需对特征点自动放样，现场即可完成放样、指导施工。

b)  BSY测量成果管理平台

设计数据、点云、成果报表等均通过数据库管理，可随时回溯当期施工细节，通过网页直接查看；设计模型与点云叠加展示。点云包含全部扫描次数的数据、点云按超欠挖值着色，可直观看到工程进度及关键质量指标；超欠挖、侵限、平整度、方量、厚度等成果均在页面可视化展示，点击即可查看详细报告数据。

c)  BSY测量成果VR展示

02隧道施工关键环节技术应用

1.  开挖控制

每循环开挖爆破、排危后，因为需要立即立拱架，时间窗口非常有限，仅有30分钟。本套技术方案可以在有限的时间内，实现对爆破面的扫描，并形成超欠挖、方量等成果数据，不影响现场正常施工。

超欠挖分析：点云直接按照超欠挖着色形成热点图、一目了然（欠挖为暖色系、超挖为冷色系，超欠挖越严重，色系越重）。隧道爆破环节，不允许欠挖存在。

开挖形成的超欠挖报告

点云按超欠挖着色的热点图

超方量分析：爆破开挖的超方量直接决定了隧道施作的成本和工艺水平。通过在爆破环节形成每个循环的超挖量、与混凝土价格关联，即可得出超挖超耗的第一手精准数据，该数据对于精确掌控隧道施工的经济状况、促进隧道施作工艺提升具有重要意义。

爆破开挖后超方量分析

2.  初支控制

初支重点关注侵限、平整度情况，同时也可掌握理论二衬方量等数据。

初支不允许出现侵限，否则会造成二衬厚度不足。同时，初支平整度的情况将决定挂防水板的质量，这将在后续直接决定隧道内是否残漏有间隙，对隧道的长期质量影响重大。建议在初支变形一段时间、基本稳定后，进行扫描，形成侵限报告，一旦发现侵限点，可立即通过放样功能现场标记，立即处置。同时平整度报告根据规范1/20的深宽比自动生成，对于明显的不平整区域，也可现场立即处置。

初支侵限报告

初支平整度报告，红色区域为深宽比超标位置

初支超欠挖方量报告

3.  衬砌控制

衬重点关注衬砌厚度、衬砌方量、净空分析。

二衬施作完成后，同一里程段的扫描点云与初支点云进行比较，可得出精准的二衬厚度数据，衬砌方量也可对应算出。而作为最终的形体尺寸验收，净空分析既可通过超欠挖的方式得到，也可直接指定高差线、或指定角度等方式设定，从而确保最终的隧道形体尺寸满足设计要求。

衬砌厚度报告

二衬净空分析，按高差线

按角度分割

二衬方量计算

03部分典型应用案例

铁路：川藏铁路、渝昆铁路、渝黔高铁、成达万高铁、成自宜高铁、汉巴南铁路、成兰高铁、西延高铁、宣绩铁路、池黄铁路；

公路：景文高速、临建高速、瑞苍高速、国道109高速公路、遂昌高速、德会高速；

水利：滇中饮水、金沙江旭龙水电站、锦屏水电站；

地铁：贵阳地铁、成都地铁；

矿山：大明矿业、青海地矿。