基于三维激光扫描的采动区拱形隨道变形监测与分析

• 作 者: 王龙飞
• 出 处: 太原理工大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 三维激光扫描 采动区 拱形隧道 变形监测

煤矿铁路下压煤量巨大,因此铁路下压煤开采具有重要的经济意义。但是铁路线性延伸的特性导致其上隧道等建筑物对铁路下煤炭开采损害敏感,在铁路隧道下进行采煤活动时实现对铁路隧道的快速监测至关重要。考虑到不影响列车的运行及传统的水准仪、全站仪等监测方法费时费力、变形监测数据有限的缺点,本文以某矿区开采扰动铁路隧道的变形监测为背景,提出基于三维激光扫描技术的拱形隧道变形监测与分析方法,重点讨论了基于全站扫描仪后方交会的隧道扫描方法可行性、拱形隧道断面连续截取的方法及拱形隧道变形结果提取与分析三个问题。主要工作如下:⑴综合考虑隧道和周边地形条件,基于Leica MS50全站扫描仪设计了后方交会的隧道扫描方案,通过误差传播定律从理论上对该方案获取的扫描点平面坐标精度和高程精度进行分析,说明该扫描方案的可行性。⑵通过对所采集点云分布特征及拱形隧道空间几何特征分析,提出了一种拱形隧道断面点集的连续提取方法。该方法通过点云的高程差异提取隧道拱顶区点云,基于此点云使用随机采样一致性算法拟合拱顶轴线,再利用该轴线代替隧道中轴线完成隧道断面点集的连续提取。使用第一期隧道数据进行验证,结果表明该方法能实现隧道断面点集的连续快速提取。⑶基于隧道监测数据,依次提取了各期观测隧道的拱顶轴线和相同位置隧道断面点集;首期、末期相同位置的部分铁轨轨顶点集。紧接着分别计算了各期观测隧道的拱顶沉降变形及断面移动和收敛变形、铁轨的移动变形,并结合开采工作面与隧道位置关系及开采沉陷理论对隧道变形趋势进行分析,结果可以较好的反映隧道变形现状。综上所述,本文所提的采动区拱形铁路隧道的变形监测解决方法,能够满足一定的工程精度要求,对开采沉陷区拱形隧道变形的快速监测具有积极的指导和借鉴意义。