激光成像技术在公路隧道质量检测中的应用

激光成像技术在公路隧道质量检测中的应用

孟雪

山西路桥集团试验检测中心有限公司030000

摘要：随着我国经济建设步伐的不断加快，以铁路、高等级公路建设日益迈进，为社会基础设施打下发展良机的同时，也为隧道工程建设技术提出了新要求。隧道工程作为缩短道路历程、提高车辆行驶速度的主要手段，它施工的可靠性与安全性不仅关系到工程的使用寿命和安全性，同时也与社会效益紧密挂钩。为了保证公路隧道工程的顺利进行，和高质量的完成施工，就要科学的检测施工质量。

关键词：公路隧道；激光成像；质量检测应用

引言：据研究调查，我国70％的国土为山岭和丘陵地区，以往山区公路建设中较多采用的是大填大挖和盘山绕行的方案，近年来，随着公路交通事业的发展，隧道的应用越来越广泛，建设规模越来越大。采用隧道方案能够较大地提高路线线形标准，缩短行车里程，还可避开山区公路滑坡、崩塌、碎落等常见病害，改善行车条件，并且可以避免大面积开挖扰动山体，减少对植被的破坏，避免产生大量弃方土石填充山谷河滩，能够有效地保护生态环境。近些年国家对于建设质量的要求也越来越严格。与铁路、水工隧道相比，公路隧道具有断面大，附属设施多，运营环境要求高等特点，因此对公路隧道建设的技术水平要求也相对较高。公路隧道质量管理水平的高低直接影响到工程的质量、使用性能与造价。因此本文就激光成像技术在隧道质量检测中的应用做出了一些探讨分析。

一、公路隧道现状

在隧道建设之前，周围的岩体处于相对静止的状态，但是，岩层受到底层的挤压力也是较为明显的。隧道开挖以后，打破了原有的平衡力，使得围岩处于另外一种应力的状态。因此，隧道的内部为了实现平衡会出现严重的变形问题。同时，软弱围岩的土质较差，强度较低，面对较大的应力作用，出现塑性变形，在此过程中，较高应力朝着围岩的深部转移。这种应力作用逐渐转向岩体的内部。如果应力的数值过大就会导致隧道的变形或者是坍塌。隧道的洞室自稳能力相对较差，所以在其周边出现开裂的现象也是较为常见的。

激光成像技术所使用的软件主要是包括前端技术数据采集系统和后台信息数据分析系统，一般情况下，在针对公路隧道开采过程中会进行数据采集，整合处理和分析，我们所提到的激光成像技术在前端信息数据采集系统中，这个系统会将采集到的信息转换成图像的形式，形成不同维度的图像，最终呈现出数据结果分析表格。例如图：

根据不同的隧道岩石密度和隧道开采空间的实际分布状况，激光扫描传感装置会用激光束对整个隧道进行扫描，激光在物体的反射后，会经过专用的天线对反射回来的的光束进行回收处理，这个实际操作要严格按照具体的执行标准进行。激光成像技术不仅仅能够成像，他可以由工作人员利用这种技术信号强度分析，这是因为激光在打到物体表面，因为物质的不同，反射系数也会不同，这种激光反射信号强度也会不同，这种信号会经过信号处理器转化为灰度图像来进行呈现，专业的检测人员会根据检测数据判断出隧道的施工质量，进而做出对施工质量的评价。

二、激光成像技术

隧道监控量测必测项目常采用水准仪、钢挂尺、收敛计和全站仪等进行测量，但水准仪、钢挂尺、收敛计等由于测量精度不高，受隧道施工影响较大，易造成施工阻碍，数据存储、传输、处理、分析等工作量大，工程应用不便。全站仪数字化技术具有精度高、施测方便，数据存储、传输方便，可以直接与计算机连接，在友好的计算机操作系统中，实现监测数据自动传输，利用计算机自动分析、处理和查询等。隧道及地下工程修建技术不断提高的同时，信息化施工已成为地下工程发展的必然趋势，而工程的实时监测也将发挥更为重要的作用，同时监控量测的要求也越来越高，这必然促使实时监测技术飞速发展。三维激光扫描技术可以实时、准确、全方位获取隧道空间变形数据，进行隧道施工变形分析和反分析，对隧道施工进行风险预警预报，指导隧道信息化施工。隧道三维激光扫描可视化监测技术采用三维激光雷达扫描仪进行隧道全断面非接触扫描测量，监测点布设成黑白相间反光十字标靶或标志球，测量时仪器主动获取和存储隧道实体的点云数据，包括实体在同一空间坐标系或参考系下描述目标实体的空间分布和目标表面光谱特性的海量点云数据集合。通过点云拼接和滤波分析等，得到隧道空间的三维实体模型，进行数字信息化处理和隧道预警预报，指导隧道信息化施工和设计。

在对公路隧道监测数据进行处理分析环节，激光成像技术主要体现在后端信息数据分析系统中。这种系统主要是对于前方设备所采集的数据进行分析，在公路隧道检测中，采用激光成像技术能够实时传输现场施工的各项数据和指标，后面的技术人员通过一系列的技术操作，可以根据这些采集整理出的图像，准确的找出施工中所潜藏的危险和问题所在位置，并及时将这些问题收入整理库，便于后期整理排查隐患，修补隐患的的技术人员做好修补。

三、激光质量检测应用

本文结合公路隧道施工情况进行分析，技术人员在隧道质量检测中应用激光设备前端数据进行了整理和分析，将软件生成的图像进行初步判断，将在施工中产生的病害质量问题做了定量处理。在处理公路隧道表面病害时，对隧道中的内部避车洞、接触网等设施及地点的表面裂纹、渗水等情况做了具体的标明，从中我们可以看出激光成像技术在对公路隧道质量检测中所起到的重要作用，这项技术不仅仅能够快速的针对施工隧道做出最终的检测，同时大大的提高了工作效率及工作准确度，在实际操作过程中，也发现了一些比较实际的问题后期还需要针对具体实际情况做出相应的调整，只有因地制宜，这样才能真正的发挥激光成像这项技术，最终才能保证达到理想的成效。对于施工监测中发现的季节性渗水问题，因为隧道是穿过山体，所以面对这项施工问题十分常见，在做激光成像检测时，很难保证隧道墙壁上残留有水痕，在这种情况下激光成像技术也会有一定的问题。其次是在实际中发现在白天检测隧道口时，由于明亮度的巨大的差别，会造成激光成像在检测裂纹时数据采集不全面，一些极其细微的裂缝在经过软件处理时会淡化，这也十分不利于隧道施工质量的检测，因此在使用激光成像技术时必须因地制宜，不能全面的依赖于机器，要将其作为辅助工具，这样才能保证隧道施工质量，最大限度降低发生危险。

四、结束语：

综上所述，我们可以发现在未来的隧道检测过程中，激光成像技术会越来越广泛的应用，这项技术的应用可以极大的提高隧道检测效率，形成的病害位置图有助于技术人员作出补救。激光成像技术为日后发展建设数字化建设平台提供了充分的基础条件，相关领域也会大力发展提高该技术的短缺之处，相关质量检测人员可以通过这些准确的数据做出更加科学更加可靠的判断，以最大的限度保证施工的质量。

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