一种基于函数曲线拟合的隧道二衬厚度精确检测方法与流程

本发明涉及一种基于函数曲线拟合的隧道二衬厚度精确检测方法。

背景技术：

我国处于基础建设的大发展时期，无论在工民建建设，还是桥梁、隧道、道路等建设过程中，都需要对已完成工程进行检测验收，以保证工程质量安全。伴随着我国高速铁路的蓬勃发展，隧道已逐渐成为建设重点。在隧道建设过程中，为保障隧道长久的安全性，二次衬砌施工质量的好与坏已成为一个决定性因素。在隧道施工过程中，隧道二次衬砌因为二衬台车偏离隧道中线或者其他施工因素，常常造成隧道二次衬砌厚度不足或者二次衬砌偏移等问题，极大地威胁了隧道的安全。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于函数曲线拟合的隧道二衬厚度精确检测方法，本发明能够很好地解决此类问题，提高隧道的质量和安全性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于函数曲线拟合的隧道二衬厚度精确检测方法，包括以下步骤：

建立隧道二次衬砌的标准函数曲线，确定二次衬砌外轮廓曲线上任一点的设计三轴标准坐标值；

采集基准点的三轴坐标值；

在已知基准点三轴坐标值的基础上，测量出隧道二次衬砌检测点的三轴坐标值；

依据各个检测点的x轴坐标值，得出对应检测点的y轴、z轴设计坐标值，与实际测量的z轴、y轴坐标值进行对比，计算对应检测点的偏移差值，得到隧道二次衬砌厚度以及偏移的差值。

进一步的，根据设计图纸中隧道的圆心坐标和半径，建立隧道二次衬砌外轮廓的函数曲线。

进一步的，利用实时动态载波相位差分技术，采集基准点的三轴坐标值。

进一步的，利用全站仪测量出隧道二次衬砌上检测点的三轴坐标值，对比每个检测点在函数曲线上的设计三轴坐标值，得出两者的差值，进而得出隧道二次衬砌的厚度差值以及偏移差值。

一种基于函数曲线拟合的隧道二衬厚度精确检测系统，运行于处理器或存储器上，被配置为执行以下指令：

建立隧道二次衬砌的标准函数曲线，确定二次衬砌外轮廓曲线上任一点的设计三轴标准坐标值；

采集基准点的三轴坐标值；

在已知基准点三轴坐标值的基础上，测量出隧道二次衬砌检测点的三轴坐标值；

依据各个检测点的x轴坐标值，得出对应检测点的y轴、z轴设计坐标值，与实际测量的z轴、y轴坐标值进行对比，计算对应检测点的偏移差值，得到隧道二次衬砌厚度以及偏移的差值。

由于隧道二次衬砌的轮廓线由单个或者多个圆形组成，构建三维坐标系，考虑现场实际测量条件，确定坐标系原点，根据设计资料中每个圆的圆心坐标、半径以及范围来确定圆的方程，即可构建单一断面的隧道二次衬砌标准函数曲线。

依托单一断面的二次衬砌标准函数曲线，沿隧道开挖方向拉伸，即可确定二次衬砌表面的任一点的三轴坐标值。

在二次衬砌表面布设监测点，利用全站仪，将坐标原点转到对应监测点，在此基础上，对监测点进行测量，得到该监测点的三维坐标值；依次对多个监测点进行测量，得到多个监测点的三轴坐标值，构建二次衬砌实际轮廓曲线，与二次衬砌标准函数曲线进行比对，即可得到隧道二次衬砌的位置偏差值以及厚度偏差值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、基于函数曲线拟合，提高了隧道二次衬砌厚度差值以及偏移差值的精确度；

2、避免了人工采用雷达检测隧道二次衬砌厚度的繁琐操作，提高了隧道施工的效率，加速隧道施工进度；

3、能够极好地保证隧道质量以及安全的长久性，在一定程度上延长了隧道的使用寿命。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明的检测过程示意图；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，一种基于函数曲线拟合的隧道二衬厚度精确检测方法，根据设计图纸中，隧道的圆心、半径尺寸等数据，在matlab软件中建立隧道二次衬砌轮廓的曲线函数，得出每个点的设计三轴坐标值。该发明涉及仪器主要是全站仪，现场施工人员在获取基准点三轴(x轴、y轴、z轴)坐标值的基础上，利用全站仪测量出隧道二次衬砌上监测点的三轴坐标值，对比matlab软件中该点的设计三轴坐标值，得出两者在三个坐标轴上的坐标差值，进而得出隧道二次衬砌的厚度差值。

检测方法是基于函数曲线拟合。

一种基于函数曲线拟合的隧道二衬厚度精确检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.建立隧道二次衬砌的标准函数曲线，根据设计图纸中隧道的圆心坐标、半径等数据，在matlab软件中建立隧道二次衬砌外轮廓的函数曲线，得出二次衬砌外轮廓曲线上任一点的设计三轴标准坐标值；

b.采集基准点三轴(x轴、y轴、z轴)坐标值，利用rtk(real-timekinematic，实时动态)载波相位差分技术，采集基准点的三轴坐标值；

c.测量隧道二次衬砌检测点的三轴坐标值，利用全站仪，在已知基准点三轴坐标值的基础上，测量出隧道二次衬砌检测点的三轴坐标值；

d.分析测量结果，依据某一检测点的x轴坐标值，在matlab软件中得出该检测点的y轴、z轴设计坐标值，与实际测量的z轴、y轴坐标值进行对比，得出该检测点的偏移差值，进而可得出隧道二次衬砌厚度以及偏移的差值。

本发明中的全站仪、rtk均为现有东西，在此不再赘述。

由于隧道二次衬砌的轮廓线由单个或者多个圆形组成，构建三维坐标系，考虑现场实际测量条件，确定坐标系原点，根据设计资料中每个圆的圆心坐标、半径以及范围来确定圆的方程，即可构建单一断面的隧道二次衬砌标准函数曲线。

依托单一断面的二次衬砌标准函数曲线，沿隧道开挖方向拉伸，即可确定二次衬砌表面的任一点的三轴坐标值。

在二次衬砌表面布设监测点，利用全站仪，将坐标原点转到对应监测点，在此基础上，对监测点进行测量，得到该监测点的三维坐标值；依次对多个监测点进行测量，得到多个监测点的三轴坐标值，构建二次衬砌实际轮廓曲线，与二次衬砌标准函数曲线进行比对，即可得到隧道二次衬砌的位置偏差值以及厚度偏差值。

本发明依据隧道设计图纸，建立隧道二次衬砌外轮廓函数曲线，该曲线能够很好地表现出隧道二次衬砌外轮廓点的设计三轴坐标值。利用rtk、全站仪等仪器，测量出隧道二次衬砌上检测点的三轴坐标值，对比每个检测点在函数曲线上的设计三轴坐标值，得出两者的差值，进而即可得出隧道二次衬砌的厚度差值以及偏移差值。依据该差值，隧道施工人员即可对隧道二次衬砌进行整改，以保证对到二次衬砌的的安全性以及质量可靠性。

本发明研究了一种基于函数曲线拟合的隧道二衬厚度精确检测方法，解决了隧道二次衬砌厚度不足以及位置偏移的问题，提高了厚度差值以及便宜差值的精确度。采用函数曲线拟合的方法检测隧道二次衬砌厚度，与前人研究相比，与工程实践更接近，所得出的二次衬砌厚度差值更加精确，提升了隧道建设的工程质量。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。