大直径盾构隧道成型质量巡检方法研究

摘要

针对因工业应用成本限制，中、小盾构隧道成型质量无损检测技术迁移至大直径盾构隧道时精度、速度折损严重的问题，以巡检车为载体，集成二维激光扫描仪、编码器和计算机等设备，研制了大盾构隧道成型质量巡检车，并提出一种基于数字图像的盾构质量非对称巡检方法.分析大直径盾构的施工环境，滤除地面、车体点云，并采用邻域向量法提取中轴线，建立隧道中心坐标系.偏心布置巡检路线，按照点云密度将采样点云分为稠密侧和稀疏侧点云，通过不同方法实现对管片接缝特征的拾取：将稠密侧点云绕中轴线展开为二维灰度图像，并通过缩放、归一化、梯度阈值分割等方法实现接缝图像分割；基于直线方程对接缝进行分类，结合管片结构、布置点位，推导出稀疏侧接缝与稠密侧接缝的线性分布公式，间接拾取稀疏侧接缝.根据接缝特征点计算两侧管片边缘点云簇，计算管片错台量；剔除接缝点云簇，使用最小二乘法拟合隧道点云，计算隧道椭圆度.最后在某大直径盾构隧道进行巡检试验，试验结果表明：成型质量巡检车在十四米盾构隧道中巡检速度为3 km·h-1，与传统方法的错台量检测偏差小于2 mm，椭圆度检测偏差小于0.1%，可以满足大直径盾构隧道成型质量巡检的高速度、高精度、低成本需求.

关键词

大直径盾构隧道 / 激光扫描 / 阈值分割 / 错台检测 / 变形检测

基金资助

湖南省创新型省份建设专项(2019GK1010); 中南大学研究生创新基金资助项目(2022ZZTS0732)