利用3d扫描技术的隧道内支撑构件及搭建方法与流程

本发明属于隧道施工，特别是涉及利用3d扫描技术的隧道内支撑构件及搭建方法。

背景技术：

1、隧道施工是工程技术领域常见的领域，特别在地铁、公路隧道等方面应用广泛。在隧道施工的过程中需要考虑到复杂的地形地貌，需要一定的技术的经验支持。例如在隧道支撑过程中为了保证安全性需要使用各种支撑结构对隧道内部进行固定，支撑结构多个钢架结构。在隧道施工过程中，无论是采用钻爆开挖法、机械开挖法，还是采用人工和机械混合开挖法，应视地质、环境、安全等条件来确定。如用钻爆法施工时，光面爆破和预裂爆破技术，既能使开挖轮廓线符合设计要求，又能减少对围岩的扰动破坏。隧道通过自稳时间短的软弱破碎岩体、浅埋软岩和严重偏压、岩溶流泥地段、砂层、砂卵(砾)石层、断层破碎带以及大面积淋水或涌水地段时，为保证洞体稳定可采用超前锚杆、超前小钢管、管棚、地表预加固地层和围岩预注浆等辅助施工措施，对地层进行预加固、超前支护或止水。

2、在钢架安装的过程中需要充分考虑到地形和承压的情况，因此钢架的安装可以根据实际情况实时做出调整。在安装现场焊接好的支架需要进行试拼，检查各部位的连接是否稳定，发现问题需要及时进行改进，最后才在隧道内进行安装。当采用构件支撑作临时支护时，支撑要有足够的强度和刚度，能承受开挖后的围岩压力。围岩出现底部压力，产生底膨现象或可能产生沉陷时应加设底梁。当围岩极为松软破碎时，应采用先护后挖，暴露面应用支撑封闭严密。根据现场条件，可结合管棚或超前锚杆等支护，形成联合支撑。支撑作业应迅速、及时，以充分发挥构件支撑的作用。

3、3d扫描技术是运用软件对物体结构进行多方位扫描，从而建立物体的三维数字模型，3d扫描通过对物体空间外形和结构及色彩进行扫描，获得物体表面的空间坐标，它的重要意义在于能够将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了方便快捷的手段，随着3d扫描技术的不断发展，其应用领域也越来越广泛，并包括隧道施工领域；

4、目前，在隧道施工过程中，钢架结构的占用体积较大，在隧道内安装时不方便，而且目前的钢架结构在现场安装时其能够支撑的压力一般较为固定，无法根据现场情况做出较大调整，灵活性较低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供利用3d扫描技术的隧道内支撑构件及搭建方法，解决现有的钢架结构的占用体积较大，在隧道内安装时不方便，而且目前的钢架结构在现场安装时其能够支撑的压力一般较为固定，无法根据现场情况做出较大调整，灵活性较低的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

3、利用3d扫描技术的隧道内支撑构件，包括若干依次连接的环形支撑组件，每个环形支撑组件包括外弧支架、底架和内弧支架；

4、两个所述外弧支架对称设置，用于支持隧道侧部及顶部，且通过其中一端部相互连接，另一端部均与底架连接。

5、所述内弧支架位于环形支撑组件内侧，所述外弧支架与内弧支架之间安装有若干支撑架，所述支撑架沿外弧支架的径向设置。

6、优选的，所述外弧支架的内表面边缘设置有挡边，所述挡边之间固定连接有若干加强杆，所述加强杆与所述挡边之间还固定连接有加强块。

7、优选的，所述挡边上开设有若干开口槽，所述开口槽为预留的安装位。

8、优选的，所述开口槽焊接有转接座，转接座沿外弧支架的轴向设置，且朝向内弧支架的表面且沿垂直外弧支架的方向开设有若干转接槽，所述转接座沿外弧支架的轴向开设有轴向孔，所述轴向孔穿过所述转接槽。

9、优选的，所述转接槽的一端转动配合支撑架，所述支撑架的另一端与内弧支架转动连接。

10、优选的，所述开口槽焊接有转接管，所述转接管一端焊接有内管，所述内管用于插设在相邻的转接管中；

11、所述转接管朝向内弧支架的一端开设有焊接槽，所述焊接槽中焊接有若干铰接件，所述链接件用于铰接支撑架，所述支撑架远离铰接件的一端与内弧支架铰接。

12、优选的，所述内弧支架上侧位半圆架，下侧为矩形架，所述半圆架内焊接有三角架，所述三角架与半圆架内表面之间焊接有斜撑架；所述矩形架内安装有可滑动的活动架。

13、优选的，所述底架内侧表面安装有若干支撑管，所述支持管一端固定连接有底板，所述底板用于支撑内弧支架，所述内弧支架的下端矩形架与底板之间还焊接有侧支架。

14、利用3d扫描技术的隧道内支撑构件的搭建方法，用于上述的隧道内支撑构件，包括以下步骤：

15、使用扫描仪器获取隧道的地层结构，从而获取地层结构模型；

16、采集隧道内部的土壤，从而分析土壤的土层数据；

17、基于地层结构模型和土壤的土层数据，获取隧道内表面的压力数据；

18、基于压力数据调整所述支撑架的使用数量。

19、优选的，基于压力数据调整所述支撑架的使用数量，包括以下步骤：

20、根据支撑架的最大承载压力计算外弧支架和内弧支架之间的支撑架的使用数量，计算公式为p＜f×n，式中p为隧道内表面的总压力，f为支撑架的最大承载力，n为支撑架的数量；

21、在外弧支架的内表面设置若干用于安装支撑架的转接座或转接管，每个转接座或转接管上设置用于安装支撑架的安装位，在内弧支架上设置对应数量的安装位，安装位数量为k，转接座或转接管的数量位b，且b×k＞n。

22、利用3d扫描技术的隧道内支撑构件的构建系统，用于上述的利用3d扫描技术的隧道内支撑构件的搭建方法，包括：

23、扫描单元，用于使用扫描仪器获取隧道的地层结构，从而获取地层结构模型；

24、采集单元，用于采集隧道内部的土壤，从而分析土壤的土层数据；

25、分析单元，用于基于地层结构模型和土壤的土层数据，获取隧道内表面的压力数据；

26、调整单元，用于基于压力数据调整所述支撑架的使用数量。

27、优选的，所述调整单元包括：

28、计算模块，用于根据支撑架的最大承载压力计算外弧支架和内弧支架之间的支撑架的使用数量，计算公式为p＜f×n，式中p为隧道内表面的总压力，f为支撑架的最大承载力，n为支撑架的数量；

29、调整模块，用于在外弧支架的内表面设置若干用于安装支撑架的转接座或转接管，每个转接座或转接管上设置用于安装支撑架的安装位，在内弧支架上设置对应数量的安装位，安装位数量为k，转接座或转接管的数量位b，且b×k＞n。

30、本发明具有以下有益效果：

31、1.本发明使用外弧支架和底架构成了环形支架组价，在进行隧道支撑的时候，可以将外弧支架与底架分开进行安装，更加方便，同时在输送时占用空间更小；

32、2.本发明的转接座和转接管均预留了多个安装位，使支撑架可以根据隧道的总压力调整数量，使得多个支撑架能够承受的压力值始终大于隧道的总压力，可以根据现场情况灵活改变支撑架的数量；

33、3.本发明提出支撑构建的构建方法充分考虑的隧道压力总值，当采集到隧道压力数值时，在外弧支架和内弧支架之间合理的布置一定数量的支撑架，使得各支撑架能够支撑的压力的总和始终大于隧道的压力总值，保证整个支撑构建的稳定性。

34、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。