本发明涉及隧道变形监测技术领域，具体涉及一种矩形盾构掘进阶段全断面变形监测方法。
背景技术：
盾构掘进阶段需要监测隧道全断面变形情况。传统监测方法是在隧道变形区域监测断面设置监测点，利用水准测量方法对这些监测点进行测量，从而通过对比前后多次监测点的位移，间接得到隧道结构的变形。但是传统的监测方法存在着一些不足：一是监测点数量受到限制。传统监测主要依靠人工测量，监测点数量过多则监测工作量增大，监测周期长，从而不能及时反映出隧道变形情况，若减少监测点的数量则不能反映出隧道整体变形趋势。对于矩形隧道而言，由于四个角部存在应力集中情况，需要重点监测其竖向和水平变形，每一环测点的数量要求比圆形隧道更多，使用水准测量工作量大，效率较低。二是不能得到管片衬砌初始变形值。通过水准测量，仅可以得到管片在安装后的形变，无法测量安装阶段的变形。三是地铁隧道内可视度差、空间狭窄、复杂的环境造成水准监测数据精度较差。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种矩形盾构掘进阶段全断面变形监测方法，解决传统监测方法存在效率低、精度较差的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
矩形盾构掘进阶段全断面变形监测方法，包括如下步骤：
步骤一、衬砌管片未安装阶段的测量：
第一步衬砌管片通过吊车在场地上方就位，衬砌管片周边设立2-3个标靶，
第二步使用三维扫描仪对每一块衬砌管片进行全方位扫描，
第三步通过拼接标靶，形成每块衬砌管片完整的扫描点云模型，
第四步所有衬砌管片扫描完成后，采用虚拟拼接方式完成一环管片的拼接，最终形成整环衬砌管片扫描点云模型，从而得到整环衬砌管片在实际安装之前的三维尺寸；
步骤二、衬砌管片安装完成后的测量：
第一步将地面监测控制网引测至盾构工作井内的标靶，
第二步隧道内设置标靶，
第三步在合适位置布置三维扫描仪，后视点为靶点，进行整环扫描；
步骤三、比较步骤一和步骤二的监测数据，对比分析衬砌管片在未安装阶段和安装完成后的变形。
进一步地，所述步骤一中采用三站扫描模式分别在衬砌管片左下方、衬砌管片右下方、衬砌管片后部上方三个方向对同一衬砌管片进行全方位扫描。
进一步地，所述步骤二中采用两站扫描模式，通过标靶进行拼接，对同一衬砌管片进行整环扫描。
进一步地，所述三维扫描仪为三维激光全站仪。
进一步地，所述步骤二中合适位置为标靶和盾构横轴线连线中的位置。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：本发明的矩形盾构掘进阶段全断面变形监测方法，分两个阶段对衬砌管片进行监测，首先在衬砌管片到达施工场地时先分块进行衬砌管片三维数据的收集得到安装阶段衬砌管片在受到土压力后的初始变形值；然后在衬砌管片安装完并形成一整环后再次进行测量同时采集数据得到盾构施工阶段即衬砌管片安装完成后衬砌管片在受到土压力后的变形值；从而根据衬砌管片安装前后的数据对比分析衬砌管片在未安装阶段和盾构施工阶段即安装完成后的变形情况。该监测方法通过将矩形盾构掘进阶段衬砌管片的变形监测拆分为衬砌管片安装前后两个阶段的变形监测，从而可以在短时间内得到多环衬砌管片变形数据，根据对比分析衬砌管片在未安装阶段和安装完成后的变形情况，实现矩形盾构掘进阶段隧道全断面的变形监测。该监测方法操作简便，成本低，解决了传统监测方法监测效率低，监测数据精度较差的问题，具有较好的推广价值。
附图说明
图1为本发明实施例中矩形盾构掘进阶段全断面变形监测方法中掘进阶段管片扫描示意图。
图中，1-标靶；2-扫描仪位置一，3-扫描仪位置二；4-衬砌管片；5-盾构。
具体实施方式
下面根据图1和具体实施例对本发明的矩形盾构掘进阶段全断面变形监测方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。以下将由所列举之实施例结合附图，详细说明本发明的技术内容及特征。需另外说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。
本发明主要基于三维扫描建立一种矩形盾构掘进阶段衬砌管片变形监测方法，解决传统监测方法效率低，工作量大的不足，通过本发明的监测方法，可以在短时间内得到多环衬砌管片变形数据，并可以得到衬砌管片安装阶段受到土压力后的初始变形值。本发明的监测方法的基本原理在于：分两个阶段对衬砌管片进行监测，首先在衬砌管片到达施工场地时先分块进行衬砌管片三维数据的收集；然后在衬砌管片安装完并形成一整环后再次进行测量同时采集数据；最后根据安装前后的数据对比分析衬砌管片在未安装阶段和安装完成后即盾构掘进施工阶段的变形情况。
实施例一
如图1所示，矩形盾构掘进阶段全断面变形监测方法，包括如下步骤：
S001衬砌管片未安装阶段的测量：
第一步衬砌管片4通过吊车在场地上方就位，衬砌管片周边设立2-3个标靶1，
第二步使用三维扫描仪对每一块衬砌管片4进行全方位扫描，
第三步通过拼接标靶1，形成每块衬砌管片4完整的扫描点云模型，
第四步所有衬砌管片4扫描完成后，采用虚拟拼接方式完成一环管片的拼接，最终形成整环衬砌管片扫描点云模型，从而得到整环衬砌管片4在实际安装之前的三维尺寸；
S002衬砌管片4安装完成后的测量：
第一步将地面监测控制网引测至盾构工作井内的标靶1，
第二步隧道内设置标靶1，
第三步在合适位置布置三维扫描仪，后视点为靶点，进行整环扫描；
S003比较步骤S001和步骤S002的监测数据，对比分析衬砌管片4在未安装阶段和安装完成后的变形。
具体来说，分两个阶段对衬砌管片4进行监测，首先在衬砌管片到达施工场地时先分块进行衬砌管片4三维数据的收集得到安装阶段衬砌管片4在受到土压力后的初始变形值；然后在衬砌管片安装完并形成一整环后再次进行测量同时采集数据得到盾构5施工阶段即衬砌管片4安装完成后衬砌管片4在受到土压力后的变形值；从而根据衬砌管片4安装前后的数据对比分析衬砌管片4在安装阶段和安装完成后即盾构5施工阶段的变形情况。
较佳地，步骤S001中采用三站扫描模式分别在衬砌管片4左下方、衬砌管片4右下方、衬砌管片4后部上方三个方向对同一衬砌管片4进行全方位扫描，从而保证对每一块衬砌管片4均进行360°全方位扫描，便于得到衬砌管片4的准确三维数据。
特别地，鉴于三维激光扫描仪每次扫描存在扫描盲区，步骤S002中采用两站扫描模式，通过标靶1进行拼接，对同一衬砌管片4进行整环扫描。
较佳地，由于盾构隧道内可视度差、空间狭窄、环境复杂，为了适应前述工作环境，三维扫描仪可以选择三维激光全站仪。
较佳地，根据图1，步骤S002中合适位置标靶1和盾构横轴线连线中的位置，例如扫描仪位置一2和扫描仪位置二3，从而保证实时采集到盾构施工阶段隧道断面准确的监测数据。
综上所述，本发明的矩形盾构掘进阶段全断面变形监测方法分两个阶段对衬砌管片4进行监测，首先在衬砌管片到达施工场地时先分块进行衬砌管片4三维数据的收集得到安装阶段衬砌管片4在受到土压力后的初始变形值；然后在衬砌管片安装完并形成一整环后再次进行测量同时采集数据得到盾构5施工阶段即衬砌管片4安装完成后衬砌管片4在受到土压力后的变形值；从而根据衬砌管片4安装前后的数据对比分析衬砌管片4在未安装阶段和安装完成后盾构5施工阶段的变形情况。该监测方法通过将矩形盾构掘进阶段衬砌管片的变形监测拆分为衬砌管片安装前后两个阶段的变形监测，从而可以在短时间内得到多环衬砌管片变形数据，根据对比分析衬砌管片在安装阶段和盾构掘进施工阶段的变形情况，实现矩形盾构掘进阶段隧道全断面的变形监测。该监测方法操作简便，成本低，解决了传统监测方法监测效率低，监测数据精度较差的问题，具有较好的推广价值。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定。本领域的技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求的保护范围。