Определение деформационных характеристик тоннелей по данным наземного лазерного сканирования

УДК 528.5

Е.И. Горохова, А.В. Комиссаров СГГ А, Новосибирск

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТОННЕЛЕЙ ПО ДАННЫМ НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ

В статье рассматривается возможность определения деформационных характеристик тоннеля по данным наземного лазерного сканирования.

Ye.I. Gorokhova, A.V. Komissarov SSGA, Novosibirsk

DEFINITION OF DEFORMATION PARAMETERS OF TUNNELS ACCORDING TO THE DATA OF TERRESTRIAL LASERSCANNING

The article deals with the possibility for definition of deformation parameters of a tunnel according to the data terrestrial laserscanning.

При строительстве и эксплуатации тоннелей в них под влиянием горного давления возникают деформации тоннельной обделки, в результате которых собранные кольца тоннеля

изменяют проектную форму поперечного сечения. Поэтому, необходима организация

тщательных наблюдений за состоянием подземных сооружений. Наблюдения производят регулярно, на всех этапах строительства с целью отслеживания поведения конструкций как во время строительства, так и после их сооружения, и выявления мест интенсивных деформаций (осадок, смещений), для своевременного принятия необходимых мер.

Разность между диаметром уложенного кольца и его проектным значением называют эллиптичностью. Для каждого кольца тоннельной обделки определяют эллиптичность по четырем диаметрам (рис. 1), а именно по горизонтальному, вертикальному и двум косым (под углом 45°). При этом она не должна превышать ±50 мм, независимо от материала обделки.

4

Рис. 1. Эллиптичность кольца:

1,2 - проектное и фактическое положения, 3,4 - горизонтальная и вертикальная эллиптичности кольца

Традиционными методами геодезических измерений, применяемых в тоннелестроении являются: нивелирование, угловые измерения, линейные измерения. При этом производится периодическое нивелирование сводовой

части крепления и тоннельной обделки, линейные измерения горизонтальных, вертикальных и косых диаметров и расстояний между знаками, заложенными в стенах сооружения. Нивелируется также нижняя часть сооружения.

Однако со временем появляются новые методы и технологии в тоннелестоении. Среди них особое место занимает технология наземного лазерного сканирования, позволяющая определять любые виды геометрических деформационных характеристик.

Определение деформаций тоннеля может осуществляться двумя способами [1, 2]:

1. Сравнение сканерных данных с проектными. Данный способ предполагает сравнение величин деформационных характеристик тоннеля сканерных данных какой-либо эпохи измерений с проектными характеристиками. Это позволяет в первую очередь отследить появление и развитие деформаций непосредственно в процессе строительства и в начале эксплуатации и отклонение строящегося тоннеля от проекта.

2. Сравнение данных между двумя эпохами. Данный способ более предпочтителен для наблюдения деформаций в процессе эксплуатации тоннеля.

Региональным центром лазерного сканирования выполнен ряд работ по инженерно-геодезическая съемке внутреннего очертания тоннеля средствами наземного лазерного сканирования. На основе практического опыта разработана технология определения деформаций. Суть данной технологии заключается в сравнении проектного и действительных сечений. Сравнение сечений выполняется в программном продукте Cyclon в интерактивном режиме [3,4]. Расхождение в поперечных сечениях тоннеля оценивается в местах, показанных на рис. 2. Технология определения деформационных параметров следующая:

1. Исходя из рисунка 1, к проектному сечению проводится касательная, из точки которой восстанавливается перпендикуляр до пересечения его с действительным сечением тоннеля.

2. Затем измеряется длина перпендикуляра (с помощью функции Measure distance), которая указывает на отклонение сечения от проектного.

3. После этого выполняется переход к оценке следующего сечения.

После обработки результатов всех измерений определяются зоны с различными величинами деформаций и делаются выводы о состоянии тела тоннеля. На основании полученных данных прогнозируются аварийные ситуации, принимаются меры по их предотвращению, а так же составляются рекомендации по текущему обслуживанию.

Полученный опыт практического применения подтверждает высокую эффективность разработанной методики.

Рис. 2. Точки исследования деформаций и поперечные диаметры тоннеля

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Горохова Е.И., Возможности применения наземного лазерного сканирования при геодезическом обеспечении тоннелей.// Горохова Е.И.// Сб. матер.ГУ Международного научного конгресса «ГЕО-Сибирь-2008»,22-24 апреля 2008г., Новосибирск.- Новосибирск: СГГА, 2008. - 157-160.

2. Горохова Е.И., Сравнение традиционных методов и технологии наземного лазерного сканирования при мониторинге деформаций тоннелей.// Горохова Е.И.// Сб. матер.ГУ Международного научного конгресса «ГЕ0-Сибирь-2008»,22-24 апреля 2008г., Новосибирск.- Новосибирск: СГГА, 2008. - 173 - 176.

3. Горохова Е.И., Мониторинг деформаций тоннелей с помощью наземного лазерного сканирования. // Горохова Е.И.// Сб. матер.ГУ Международного научного конгресса «ГЕ0-Сибирь-2008»,20-24 апреля 2009г., Новосибирск.- Новосибирск: СГГА, 2009. - 254 - 256.

4. Горохова Е.И., Опыт применения наземного лазерного сканирования при съемке железнодорожных тоннелей. // Горохова Е.И., Иванов А.В. // Сб. матер.ГУ Международного научного конгресса «ГЕО-Сибирь-2008»,20-24 апреля 2009г., Новосибирск.- Новосибирск: СГГА, 2009. - 257 - 260.

© Е.И. Горохова, А.В. Комиссаров, 2010