一種地下連續(xù)墻變形的測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基坑地下連續(xù)墻變形的測(cè)量方法，在數(shù)據(jù)采集方面，采用三維激光掃描儀能夠快速測(cè)量地下連續(xù)墻的三維坐標(biāo)、采用工作基點(diǎn)作為拼接控制點(diǎn)，通過(guò)布設(shè)變形監(jiān)測(cè)工作基點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)建立控制網(wǎng)，在掃描地下連續(xù)墻的同時(shí)掃描工作基點(diǎn)，能夠把地下連續(xù)墻的點(diǎn)云配準(zhǔn)到控制網(wǎng)的絕對(duì)坐標(biāo)系中；在數(shù)據(jù)處理方面，采用點(diǎn)云規(guī)則網(wǎng)格化建模技術(shù)，重構(gòu)地下連續(xù)墻三維模型；將不同時(shí)期的地下連續(xù)墻三維模型進(jìn)行比較，能夠獲取地下連續(xù)墻所有位置的變形。該測(cè)量方法能夠在基坑開挖施工過(guò)程中測(cè)量地下連續(xù)墻的整體變形，無(wú)需布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，減少對(duì)施工的干擾，測(cè)量效率非常高，為基坑施工提供了全面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
【專利說(shuō)明】一種地下連續(xù)墻變形的測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于基坑工程監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及基坑工程變形監(jiān)測(cè)技術(shù)，尤其是以地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑工程的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市土地資源變得越來(lái)越緊缺，建筑用地向地下空間發(fā)展成為趨勢(shì)，基坑工程項(xiàng)目越來(lái)越多。由于工程地質(zhì)勘察和設(shè)計(jì)施工方案中包含了許多不確定因素，加上城市建筑密集，基坑開挖會(huì)對(duì)周圍建筑的穩(wěn)定性造成影響，所以對(duì)基坑施工工程中引發(fā)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形和周邊環(huán)境影響等監(jiān)測(cè)已成為基坑工程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。
[0003]在城市軟土地區(qū)的基坑工程中，地下連續(xù)墻是使用最為廣泛的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，監(jiān)測(cè)地下連續(xù)墻的變形也成為基坑監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容。傳統(tǒng)上測(cè)量地下連續(xù)墻變形的方法是，在地下連續(xù)墻布設(shè)若干個(gè)測(cè)點(diǎn)，用測(cè)斜管測(cè)量其側(cè)向變形。然而，這種監(jiān)測(cè)方法只能獲取某幾個(gè)斷面的變形數(shù)據(jù)，無(wú)法準(zhǔn)確反映基坑的整體變形信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種地下連續(xù)墻變形的測(cè)量方法，能夠快速高效地測(cè)量地下連續(xù)墻的變形，無(wú)需布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，減少對(duì)施工的干擾，測(cè)量效率非常高，并且能夠獲取地下連續(xù)墻整體的變形信息，為基坑施工提供了全面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
[0006]一種地下連續(xù)墻變形的測(cè)量方法，包括以下步驟:
[0007](I)在基坑開挖影響區(qū)域外布設(shè)至少3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，且基坑開挖施工前，采用控制測(cè)量方法測(cè)量所述基準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)以建立絕對(duì)坐標(biāo)系；在基坑開挖影響區(qū)域內(nèi)布設(shè)至少3個(gè)變形監(jiān)測(cè)的工作基點(diǎn)，每期變形觀測(cè)時(shí)將所述工作基點(diǎn)與所述基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，以獲得所述工作基點(diǎn)在絕對(duì)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；
[0008](2)采用分站式的布設(shè)方式沿基坑地下連續(xù)墻的邊線布設(shè)多個(gè)測(cè)站以布置三維激光掃描儀，建立由三維激光掃描儀確定的參考坐標(biāo)系，使用三維激光掃描儀獲取所述工作基點(diǎn)以及地下連續(xù)墻的點(diǎn)云，根據(jù)坐標(biāo)變換原理，以所述工作基點(diǎn)在絕對(duì)坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)作為基準(zhǔn)，將所述地下連續(xù)墻的點(diǎn)云從參考坐標(biāo)系變換至絕對(duì)坐標(biāo)系中，并刪除絕對(duì)坐標(biāo)系中除地下連續(xù)墻點(diǎn)云以外的噪聲點(diǎn)；
[0009](3)根據(jù)基坑平面圖的輪廓線，將直線段的地下連續(xù)墻的點(diǎn)云作為一個(gè)區(qū)段分割出來(lái)；并將各個(gè)區(qū)段的地下連續(xù)墻點(diǎn)云分割成若干個(gè)區(qū)域，將每個(gè)區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)云轉(zhuǎn)化成一個(gè)特征點(diǎn)，用來(lái)表示該區(qū)域的三維坐標(biāo)，所有特征點(diǎn)構(gòu)成地下連續(xù)墻的三維模型；
[0010](4)比較不同時(shí)期的地下連續(xù)墻三維模型，則三維模型中對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)的變位就是地下連續(xù)墻在該位置處的變形。
[0011]所述步驟(I)中，基準(zhǔn)點(diǎn)的布置點(diǎn)位分布均勻且覆蓋整個(gè)基坑開挖影響區(qū)域；所述每個(gè)工作基點(diǎn)至少與兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)以及兩個(gè)三維激光掃描測(cè)站通視設(shè)置。
[0012]所述步驟(1)中，在基坑開挖影響區(qū)域外布設(shè)4個(gè)棱鏡作為基準(zhǔn)點(diǎn)，在基坑開挖影響區(qū)域內(nèi)布設(shè)4個(gè)標(biāo)革巴作為工作基點(diǎn)。
[0013]所述步驟(1)中，所述基坑開挖影響區(qū)域的范圍取決于地層的性質(zhì)、基坑開挖深度
H、墻體入土深度、下臥軟弱土層深度以及開挖支撐施工方法。
[0014]優(yōu)選的，所述基坑開挖影響區(qū)域處于在基坑邊界線外側(cè)I~4H的范圍內(nèi)。
[0015]所述步驟(1)中，所述控制測(cè)量方法為高程控制測(cè)量、平面控制測(cè)量或三維控制測(cè)量。
[0016]所述步驟(2)中，所述多個(gè)測(cè)站覆蓋地下連續(xù)墻的全部區(qū)域，在測(cè)站上布設(shè)三維激光掃描儀，選定地下連續(xù)墻和工作基點(diǎn)作為掃描目標(biāo)進(jìn)行掃描測(cè)量，每個(gè)測(cè)站獲取一部分地下連續(xù)墻的點(diǎn)云，直至所有測(cè)站的掃描工作均完成，使用工作基點(diǎn)作為拼接基準(zhǔn)點(diǎn)，將所有測(cè)站的點(diǎn)云歸并到一個(gè)統(tǒng)一的參考坐標(biāo)系中，從而獲取完整的地下連續(xù)墻的點(diǎn)云。
[0017]所述步驟(2)中，將工作基點(diǎn)在絕對(duì)坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)導(dǎo)入點(diǎn)云后處理軟件中，作為第一組數(shù)據(jù)，將參考坐標(biāo)系中的工作基點(diǎn)以及地下連續(xù)墻點(diǎn)云導(dǎo)入點(diǎn)云后處理軟件中作為第二組數(shù)據(jù)，利用點(diǎn)云后處理軟件中的點(diǎn)云拼接功能對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，拼接時(shí)以工作基點(diǎn)作為拼接控制點(diǎn)，以第一組數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系作為拼接的基準(zhǔn)坐標(biāo)系，以最終將地下連續(xù)墻的點(diǎn)云配準(zhǔn)到絕對(duì)坐標(biāo)系中；
[0018]利用點(diǎn)云后處理軟件中的點(diǎn)云框選工具選取偏離地下連續(xù)墻較遠(yuǎn)的點(diǎn)，將其視為噪聲點(diǎn)刪除。
[0019]所述點(diǎn)云后處理軟件為Cylone、Polyworks、Realworks Survey、Geomagic 中的任
意一種。
[0020]所述步驟(3)中，將地下連續(xù)墻的點(diǎn)云分割成若干個(gè)20CmX20Cm的正方形網(wǎng)格區(qū)域，對(duì)每個(gè)區(qū)域的點(diǎn)云定義一個(gè)坐標(biāo)系，使X軸為水平方向，Z軸為豎直方向，y軸為地下連續(xù)墻的法線方向，以下規(guī)定坐標(biāo)的量綱為m，設(shè)區(qū)域內(nèi)點(diǎn)云數(shù)量為n，點(diǎn)云坐標(biāo)為:
[0021]pi=(xi, Yi, Zi), i=l, 2, L η
[0022]區(qū)域的邊界由xmin和zmin兩個(gè)參數(shù)決定，滿足如下條件:
【權(quán)利要求】
1.一種地下連續(xù)墻變形的測(cè)量方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)在基坑開挖影響區(qū)域外布設(shè)至少3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，且基坑開挖施工前，采用控制測(cè)量方法測(cè)量所述基準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)以建立絕對(duì)坐標(biāo)系；在基坑開挖影響區(qū)域內(nèi)布設(shè)至少3個(gè)變形監(jiān)測(cè)的工作基點(diǎn)，每期變形觀測(cè)時(shí)將所述工作基點(diǎn)與所述基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，以獲得所述工作基點(diǎn)在絕對(duì)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)； (2)采用分站式的布設(shè)方式沿基坑地下連續(xù)墻的邊線布設(shè)多個(gè)測(cè)站以布置三維激光掃描儀，建立由三維激光掃描儀確定的參考坐標(biāo)系，使用三維激光掃描儀獲取所述工作基點(diǎn)以及地下連續(xù)墻的點(diǎn)云，根據(jù)坐標(biāo)變換原理，以所述工作基點(diǎn)在絕對(duì)坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)作為基準(zhǔn)，將所述地下連續(xù)墻的點(diǎn)云從參考坐標(biāo)系變換至絕對(duì)坐標(biāo)系中，并刪除絕對(duì)坐標(biāo)系中除地下連續(xù)墻點(diǎn)云以外的噪聲點(diǎn)； (3)根據(jù)基坑平面圖的輪廓線，將直線段的地下連續(xù)墻的點(diǎn)云作為一個(gè)區(qū)段分割出來(lái)；并將各個(gè)區(qū)段的地下連續(xù)墻點(diǎn)云分割成若干個(gè)區(qū)域，將每個(gè)區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)云轉(zhuǎn)化成一個(gè)特征點(diǎn)，用來(lái)表示該區(qū)域的三維坐標(biāo)，所有特征點(diǎn)構(gòu)成地下連續(xù)墻的三維模型； (4)比較不同時(shí)期的地下連續(xù)墻三維模型，則三維模型中對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)的變位就是地下連續(xù)墻在該位置處的變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下連續(xù)墻變形的測(cè)量方法，其特征在于:所述步驟(1)中，基準(zhǔn)點(diǎn)的布置點(diǎn)位分布均勻且覆蓋整個(gè)基坑開挖影響區(qū)域；所述每個(gè)工作基點(diǎn)至少與兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)以及兩個(gè)三維激光掃描測(cè)站通視設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的地下連續(xù)墻變形的測(cè)量方法，其特征在于:所述步驟(1)中，在基坑開挖影響區(qū) 域外布設(shè)4個(gè)棱鏡作為基準(zhǔn)點(diǎn)，在基坑開挖影響區(qū)域內(nèi)布設(shè)4個(gè)標(biāo)靶作為工作基點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下連續(xù)墻變形的測(cè)量方法，其特征在于:所述步驟(1)中，所述基坑開挖影響區(qū)域的范圍取決于地層的性質(zhì)、基坑開挖深度H、墻體入土深度、下臥軟弱土層深度以及開挖支撐施工方法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的地下連續(xù)墻變形的測(cè)量方法，其特征在于:所述基坑開挖影響區(qū)域處于在基坑邊界線外側(cè)I~4H的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下連續(xù)墻變形的測(cè)量方法，其特征在于:所述步驟(1)中，所述控制測(cè)量方法為高程控制測(cè)量、平面控制測(cè)量或三維控制測(cè)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下連續(xù)墻變形的測(cè)量方法，其特征在于:所述步驟(2)中，所述多個(gè)測(cè)站覆蓋地下連續(xù)墻的全部區(qū)域，在測(cè)站上布設(shè)三維激光掃描儀，選定地下連續(xù)墻和工作基點(diǎn)作為掃描目標(biāo)進(jìn)行掃描測(cè)量，每個(gè)測(cè)站獲取一部分地下連續(xù)墻的點(diǎn)云，直至所有測(cè)站的掃描工作均完成，使用工作基點(diǎn)作為拼接控制點(diǎn)，將所有測(cè)站的點(diǎn)云歸并到一個(gè)統(tǒng)一的參考坐標(biāo)系中，從而獲取完整的地下連續(xù)墻的點(diǎn)云。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的地下連續(xù)墻變形的測(cè)量方法，其特征在于:所述步驟(2)中，將工作基點(diǎn)在絕對(duì)坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)導(dǎo)入點(diǎn)云后處理軟件中，作為第一組數(shù)據(jù)，將參考坐標(biāo)系中的工作基點(diǎn)以及地下連續(xù)墻點(diǎn)云導(dǎo)入點(diǎn)云后處理軟件中作為第二組數(shù)據(jù)，利用點(diǎn)云后處理軟件中的點(diǎn)云拼接功能對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，拼接時(shí)以工作基點(diǎn)作為拼接控制點(diǎn)，以第一組數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系作為拼接的基準(zhǔn)坐標(biāo)系，以最終將地下連續(xù)墻的點(diǎn)云配準(zhǔn)到絕對(duì)坐標(biāo)系中；利用點(diǎn)云后處理軟件中的點(diǎn)云框選工具選取偏離地下連續(xù)墻較遠(yuǎn)的點(diǎn)，將其視為噪聲點(diǎn)刪除。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的地下連續(xù)墻變形的測(cè)量方法，其特征在于:所述點(diǎn)云后處理軟件為 Cylone、Polyworks、Realworks Survey> Geomagic 中的任意一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下連續(xù)墻變形的測(cè)量方法，其特征在于:所述步驟(3)中，將地下連續(xù)墻的點(diǎn)云分割成若干個(gè)20cmX20cm的正方形網(wǎng)格區(qū)域，對(duì)每個(gè)區(qū)域的點(diǎn)云定義一個(gè)坐標(biāo)系，使X軸為水平方向，z軸為豎直方向，y軸為地下連續(xù)墻的法線方向，以下規(guī)定坐標(biāo)的量綱為m,設(shè)區(qū)域內(nèi)點(diǎn)云數(shù)量為η,點(diǎn)云坐標(biāo)為:
Pi=Ui, Yi, Zi), i=l, 2，L η 區(qū)域的邊界由xmin和zmin兩個(gè)參數(shù)決定,滿足如下條件:
【文檔編號(hào)】E02D33/00GK103806478SQ201410018203
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】謝雄耀, 盧曉智, 朱侃唯, 劉歡, 王培
申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)