一種地下連續(xù)墻變形的測量方法
【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量地下連續(xù)墻的三維坐標(biāo)、采用工作基點作為拼接控制點，通過布設(shè)變形監(jiān)測工作基點和基準(zhǔn)點建立控制網(wǎng)，在掃描地下連續(xù)墻的同時掃描工作基點，能夠把地下連續(xù)墻的點云配準(zhǔn)到控制網(wǎng)的絕對坐標(biāo)系中；在數(shù)據(jù)處理方面，采用點云規(guī)則網(wǎng)格化建模技術(shù)，重構(gòu)地下連續(xù)墻三維模型；將不同時期的地下連續(xù)墻三維模型進行比較，能夠獲取地下連續(xù)墻所有位置的變形。該測量方法能夠在基坑開挖施工過程中測量地下連續(xù)墻的整體變形，無需布設(shè)監(jiān)測點，減少對施工的干擾，測量效率非常高，為基坑施工提供了全面的監(jiān)測數(shù)據(jù)。
【專利說明】一種地下連續(xù)墻變形的測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于基坑工程監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及基坑工程變形監(jiān)測技術(shù)，尤其是以地下連續(xù)墻作為圍護結(jié)構(gòu)的基坑工程的變形監(jiān)測技術(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越緊缺，建筑用地向地下空間發(fā)展成為趨勢，基坑工程項目越來越多。由于工程地質(zhì)勘察和設(shè)計施工方案中包含了許多不確定因素，加上城市建筑密集，基坑開挖會對周圍建筑的穩(wěn)定性造成影響，所以對基坑施工工程中引發(fā)的圍護結(jié)構(gòu)變形和周邊環(huán)境影響等監(jiān)測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結(jié)構(gòu)形式，監(jiān)測地下連續(xù)墻的變形也成為基坑監(jiān)測的重要內(nèi)容。傳統(tǒng)上測量地下連續(xù)墻變形的方法是，在地下連續(xù)墻布設(shè)若干個測點，用測斜管測量其側(cè)向變形。然而，這種監(jiān)測方法只能獲取某幾個斷面的變形數(shù)據(jù)，無法準(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)墻變形的測量方法，能夠快速高效地測量地下連續(xù)墻的變形，無需布設(shè)監(jiān)測點，減少對施工的干擾，測量效率非常高，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)測數(shù)據(jù)。
[0005]為達到上述目的，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個基準(zhǔn)點，且基坑開挖施工前，采用控制測量方法測量所述基準(zhǔn)點的三維坐標(biāo)以建立絕對坐標(biāo)系；在基坑開挖影響區(qū)域內(nèi)布設(shè)至少3個變形監(jiān)測的工作基點，每期變形觀測時將所述工作基點與所述基準(zhǔn)點進行聯(lián)測，以獲得所述工作基點在絕對坐標(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)多個測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以及地下連續(xù)墻的點云，根據(jù)坐標(biāo)變換原理，以所述工作基點在絕對坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)作為基準(zhǔn)，將所述地下連續(xù)墻的點云從參考坐標(biāo)系變換至絕對坐標(biāo)系中，并刪除絕對坐標(biāo)系中除地下連續(xù)墻點云以外的噪聲點；
[0009](3)根據(jù)基坑平面圖的輪廓線，將直線段的地下連續(xù)墻的點云作為一個區(qū)段分割出來；并將各個區(qū)段的地下連續(xù)墻點云分割成若干個區(qū)域，將每個區(qū)域內(nèi)的點云轉(zhuǎn)化成一個特征點，用來表示該區(qū)域的三維坐標(biāo)，所有特征點構(gòu)成地下連續(xù)墻的三維模型；
[0010](4)比較不同時期的地下連續(xù)墻三維模型，則三維模型中對應(yīng)特征點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)點的布置點位分布均勻且覆蓋整個基坑開挖影響區(qū)域；所述每個工作基點至少與兩個基準(zhǔn)點以及兩個三維激光掃描測站通視設(shè)置。
[0012]所述步驟(1)中，在基坑開挖影響區(qū)域外布設(shè)4個棱鏡作為基準(zhǔn)點，在基坑開挖影響區(qū)域內(nèi)布設(shè)4個標(biāo)革巴作為工作基點。
[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，所述控制測量方法為高程控制測量、平面控制測量或三維控制測量。
[0016]所述步驟(2)中，所述多個測站覆蓋地下連續(xù)墻的全部區(qū)域，在測站上布設(shè)三維激光掃描儀，選定地下連續(xù)墻和工作基點作為掃描目標(biāo)進行掃描測量，每個測站獲取一部分地下連續(xù)墻的點云，直至所有測站的掃描工作均完成，使用工作基點作為拼接基準(zhǔn)點，將所有測站的點云歸并到一個統(tǒng)一的參考坐標(biāo)系中，從而獲取完整的地下連續(xù)墻的點云。
[0017]所述步驟(2)中，將工作基點在絕對坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)導(dǎo)入點云后處理軟件中，作為第一組數(shù)據(jù)，將參考坐標(biāo)系中的工作基點以及地下連續(xù)墻點云導(dǎo)入點云后處理軟件中作為第二組數(shù)據(jù)，利用點云后處理軟件中的點云拼接功能對兩組數(shù)據(jù)進行拼接，拼接時以工作基點作為拼接控制點，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)墻的點云配準(zhǔn)到絕對坐標(biāo)系中；
[0018]利用點云后處理軟件中的點云框選工具選取偏離地下連續(xù)墻較遠的點，將其視為噪聲點刪除。
[0019]所述點云后處理軟件為Cylone、Polyworks、Realworks Survey、Geomagic 中的任
意一種。
[0020]所述步驟(3)中，將地下連續(xù)墻的點云分割成若干個20CmX20Cm的正方形網(wǎng)格區(qū)域，對每個區(qū)域的點云定義一個坐標(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)點云數(shù)量為n，點云坐標(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個基準(zhǔn)點，且基坑開挖施工前，采用控制測量方法測量所述基準(zhǔn)點的三維坐標(biāo)以建立絕對坐標(biāo)系；在基坑開挖影響區(qū)域內(nèi)布設(shè)至少3個變形監(jiān)測的工作基點，每期變形觀測時將所述工作基點與所述基準(zhǔn)點進行聯(lián)測，以獲得所述工作基點在絕對坐標(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)多個測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以及地下連續(xù)墻的點云，根據(jù)坐標(biāo)變換原理，以所述工作基點在絕對坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)作為基準(zhǔn)，將所述地下連續(xù)墻的點云從參考坐標(biāo)系變換至絕對坐標(biāo)系中，并刪除絕對坐標(biāo)系中除地下連續(xù)墻點云以外的噪聲點； (3)根據(jù)基坑平面圖的輪廓線，將直線段的地下連續(xù)墻的點云作為一個區(qū)段分割出來；并將各個區(qū)段的地下連續(xù)墻點云分割成若干個區(qū)域，將每個區(qū)域內(nèi)的點云轉(zhuǎn)化成一個特征點，用來表示該區(qū)域的三維坐標(biāo)，所有特征點構(gòu)成地下連續(xù)墻的三維模型； (4)比較不同時期的地下連續(xù)墻三維模型，則三維模型中對應(yīng)特征點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)墻變形的測量方法，其特征在于:所述步驟(1)中，基準(zhǔn)點的布置點位分布均勻且覆蓋整個基坑開挖影響區(qū)域；所述每個工作基點至少與兩個基準(zhǔn)點以及兩個三維激光掃描測站通視設(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個棱鏡作為基準(zhǔn)點，在基坑開挖影響區(qū)域內(nèi)布設(shè)4個標(biāo)靶作為工作基點。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下連續(xù)墻變形的測量方法，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)墻變形的測量方法，其特征在于:所述步驟(1)中，所述控制測量方法為高程控制測量、平面控制測量或三維控制測量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下連續(xù)墻變形的測量方法，其特征在于:所述步驟(2)中，所述多個測站覆蓋地下連續(xù)墻的全部區(qū)域，在測站上布設(shè)三維激光掃描儀，選定地下連續(xù)墻和工作基點作為掃描目標(biāo)進行掃描測量，每個測站獲取一部分地下連續(xù)墻的點云，直至所有測站的掃描工作均完成，使用工作基點作為拼接控制點，將所有測站的點云歸并到一個統(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)墻變形的測量方法，其特征在于:所述步驟(2)中，將工作基點在絕對坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)導(dǎo)入點云后處理軟件中，作為第一組數(shù)據(jù)，將參考坐標(biāo)系中的工作基點以及地下連續(xù)墻點云導(dǎo)入點云后處理軟件中作為第二組數(shù)據(jù)，利用點云后處理軟件中的點云拼接功能對兩組數(shù)據(jù)進行拼接，拼接時以工作基點作為拼接控制點，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)墻的點云配準(zhǔn)到絕對坐標(biāo)系中；利用點云后處理軟件中的點云框選工具選取偏離地下連續(xù)墻較遠的點，將其視為噪聲點刪除。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的地下連續(xù)墻變形的測量方法，其特征在于:所述點云后處理軟件為 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)墻變形的測量方法，其特征在于:所述步驟(3)中，將地下連續(xù)墻的點云分割成若干個20cmX20cm的正方形網(wǎng)格區(qū)域，對每個區(qū)域的點云定義一個坐標(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)點云數(shù)量為η,點云坐標(biāo)為:
Pi=Ui, Yi, Zi), i=l, 2，L η 區(qū)域的邊界由xmin和zmin兩個參數(shù)決定,滿足如下條件:
【文檔編號】E02D33/00GK103806478SQ201410018203
【公開日】2014年5月21日 申請日期: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
申請人:同濟大學(xué)