CC BY
98
УДК 528.8.042 Е.И. Горохова СГГ А, Новосибирск
МОНИТОРИНГ ДЕФОРМАЦИЙ ТОННЕЛЕЙ С ПОМОЩЬЮ НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ
Ye.I. Gorokhova SSGA, Novosibirsk
TUNNEL DEFORMATION MONITORING BY TERRESTRIAL LASER SCANNING
The problem of human life safety is one of the most important ones nowadays. The objects like tunnels are extremely hazardous. The methods of tunnel deformation monitoring by terrestrial laser scanning are considered in the paper. The methods are shown as advantageous for tunnel engineering.
В настоящее время особенно актуальным является решение проблем безопасности жизнедеятельности человека. Такие объекты как тоннели являются объектами повышенного риска (рис. 1). Особенную опасность представляют деформации, возникающие вследствие ошибок при проектировании, строительстве и воздействия различных нагрузок. Это может привести не только к значительным изменениям формы тоннеля и сделать процесс эксплуатации невозможным, но и к обрушению тоннеля. Поэтому, для обеспечения безаварийной эксплуатации тоннелей необходимо вести постоянные и высокоточные геодезические наблюдения деформаций на всех стадиях строительства и эксплуатации. Для этого вычисляются деформационные характеристики, положение оси и габариты тоннеля. Деформация колец тоннеля должна измеряться со средней квадратической ошибкой не более 5 мм [1]. Однако помимо постоянного отслеживания изменений, необходимо иметь статистику всех наблюдений и полную документацию, на основании которой можно делать долгосрочные прогнозы и предупреждать появление опасных и аварийных ситуаций.
Рис. 1. Вход в тоннель
Современные технологии мониторинга позволяют деформации любых объектов с высокой точностью. Данные технологии основаны на сборе данных с различных измерительных приборов, основу которых составляют геодезические приборы. Данные, полученные от всех приборов, передаются в единую базу данных объекта и далее обрабатываются совместно.
Помимо традиционных методов геодезических наблюдений деформаций существует технология наземного лазерного сканирования. Она позволяет определять любые виды геометрических деформационных характеристик. Лазерный сканер предоставляет больший объем данных, по сравнению с традиционными технологиями. Традиционная съёмка профилей выполняется через 10 метров. При этом получается набор сечений, оценить деформации между которыми невозможно.
В результате сканирования получаются несколько миллионов точек. Полученная трехмерная модель сооружения содержит множество точек, каждая из которых имеет свои координаты (рис. 2). По ним можно определять деформации по трем направлениям всех трех координат в любой точке тоннеля [2].
Рис. 2. Точечная модель тоннеля
При использовании наземного лазерного сканирования полевые данные сразу передаются в специализированное программное обеспечение для предварительной обработки. В нём можно получать профили тоннеля из множества точек на определенных (заданных пользователем) расстояниях между выбранными точками, отвечающим определенным критериям, либо можно экспортировать часть или всё облако точек в более мощные программные продукты для инженерных расчётов. Также данные могут быть переданы в специализированные программы для построения трёхмерных моделей тоннеля.
Определение деформаций тоннеля может осуществляться двумя способами:
1. Сравнение сканерных данных с проектными. Данный способ предполагает сравнение величин деформационных характеристик тоннеля сканерных данных какой-либо эпохи измерений с проектными характеристиками. Данный способ 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.
После обработки результатов всех измерений данные сканирования сравниваются с проектной 3D-моделью тоннеля или сканерными данными предыдущих эпох измерений. Таким образом определяются зоны с различными величинами деформаций и делаются выводы о состоянии тела тоннеля. Величина и направление деформаций вычисляются путём наложения моделей объекта для каждого цикла измерений. На основании полученных данных прогнозируются аварийные ситуации, принимаются меры по их предотвращению, а так же составляются рекомендации по текущему обслуживанию.
Мониторинг деформаций тоннелей является сложной инженерной задачей, при решении которой необходимо учитывать комплекс факторов, влияющих на несущую способность тоннелей. Существующие традиционные методы не дают однозначного решения этого вопроса и не позволяют в полном объеме характеризовать деформативность тоннелей. Поэтому разработка и внедрение новых прогрессивных технологических процессов, связанных с комплексным изучением деформаций тоннелей, является актуальной проблемой.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. СНиП Ш-44-77 «Тоннели железнодорожные, автодорожные и гидротехнические. Метрополитены» - М.: Государственный комитет совета министров СССР по делам строительства,1977.
2. Е.И. Горохова. Сравнение традиционных методов и технологии наземного лазерного сканирования при мониторинге деформаций тоннелей/ ГЕО-СИБИРЬ-2008: сб. материалов IV Международного научного конгресса .Том 1, ч.1. - Новосибирск,СГГА,2008.-С. 173-176.
© Е.И. Горохова, 2009
