[00364955]隧道激光定位与变形监测及应用

应用领域：该项目研发的激光定位技术和洞室表面变形监测技术，以及一体集成的系统，主要应用于的隧道工程开挖和变形监测中，也可以应用在各类地下洞室的开挖/监测/分析的信息化施工中。技术原理和性能指标：该项目研发的激光自动定位与监测系统，是多功能一体化的软硬件系统。将隧道开挖施工中的激光投射定位、实时表面位移监测及爆破方案设计等功能集成在一套硬件和软件系统之中。在隧道钻爆法开挖施工时，在空间分析与现场实时测量的基础上，以高精度的全站仪平台作为控制，利用大功率微型激光器出射的激光束在开挖断面上指示出应该开挖的轮廓和钻孔爆破的孔位等等关键点，指导钻孔与开挖，以保证精确高效的隧道走向定位和断面轮廓成形、以及良好的喷锚支护效果。通过无靶标测量，实时分析开挖断面的轮廓和掌子面起伏度，以指导钻爆方案设计和炸药装填。隧道开挖及爆破方案设计与激光定位在软件中集成，可以根据开挖情况进行现场实时修改，提高了定位放样的效率和精度。在隧道断面开挖后和运营期，利用围岩表面上固定靶标进行非接触式自动测量与记录，采用无线传送、自动识别/照准技术、实时分析技术，进行快速变形监测，并实现了实时的分析与预警，为施工支护方案的动态修改提供数据，可实现真正的隧道开挖信息化施工。整套技术设备一体化设计，紧凑、灵活，可在现场任意位置快速自动进行自身的空间定位，实现了对隧道正常施工的极低干扰。同时，也降低了整体使用成本。通过采用无线串口通信方式控制多套系统，进行激光定位和变形监测，还可以减少人员占用，提高效率。系统硬件和软件性能指标如下：激光定位精度：5毫米；最大激光定位距离：400米(激光器功率40mw)；600米(激光器功率80mw)。激光器连续使用时间：大于48小时。开挖工作面一次定位放样完成时间：小于10分钟。变形监测精度：300米以内误差小于0.5毫米；500米以内误差在1毫米以内。最大监测距离：1000米(取决于地下洞室或工程开挖空间的通视情况)。每个监测断面一次监测完成时间：小于1分钟。隧洞轮廓和炮孔设计修改：现场实时。超欠挖：断面轮廓/掌子面起伏度，现场实时。围岩位移分析：现场实时。本一体化软硬件技术系统为自主研发的创新成果，提高了复杂隧道施工的定位精度和效率，已在地下洞库、公路隧道、地铁隧道等建设中得到广泛应用，取得了显著的技术经济效益。该成果整体达到国际先进水平，在激光投射技术、钻爆方案设计与集成分析系统软件等方面填补了国内空白。