[发明专利]一种隧道掘进装备喷浆量通用化计算方法及存储介质

说明书

本发明提供了一种隧道掘进装备喷浆量通用化计算方法及存储介质，方法包括如下步骤：1)对隧道临空面进行扫描，获取隧道轮廓点云数据；2)根据预先获得的隧道桩号及对应的隧道轴心点坐标，获得隧道轴线点坐标矩阵；3)对每个隧道轴线点，将其对应的隧道断面所在平面上的隧道轮廓点云数据划分为若干个曲面单元；4)提取各个隧道断面上待计算喷浆量的曲面单元，根据各个隧道断面的隧道轴线点坐标及其对应的待计算喷浆量的曲面单元的点云数据，计算每个隧道断面的待计算喷浆量的曲面单元的待喷浆量；最终实现隧道轮廓喷浆量的精准计算。

技术领域

本发明涉及一种隧道掘进装备喷浆量通用化计算方法及存储介质，属于隧道工程施工技术领域。

背景技术

在现有隧道挖掘的施工方法中，无论是TBM(利用岩石隧道掘进在岩石层中暗挖隧道的一种施工方法)，还是钻爆法机械开挖，初期支护对于保证周围岩石的稳定性、保障人员和隧道掘进装备的安全性具有重要意义。喷浆作为初期支护的一个重要手段，现有喷浆量计算方法依赖于人为经验判断，且不同围岩条件下隧道轮廓的喷浆量差异较大。即使在同一围岩条件下，受隧道掘进装备开始挖掘的扰动、岩壁局部裂隙发育情况的影响，不同区域处隧道轮廓的超挖量或是欠挖量也不尽相同。因此，实际的隧道轮廓喷浆量也不相同。如果实际的隧道喷浆量过多，则增加了施工成本、工期，从而造成资源的极大浪费；如果实际的隧道喷浆量不满足岩壁初期支护要求，容易诱发岩壁塌陷、工程设备损坏及人员伤亡。因此，准确地获取隧道轮廓喷浆量对于降低施工成本、提高隧道岩壁初期支护的稳定性具有至关重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道掘进装备喷浆量通用化计算方法及存储介质，用于解决现有隧道掘进装备喷浆量计算方法依赖于人为经验估计且不同区域处隧道轮廓的的喷浆量难以准确计算的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种隧道掘进装备喷浆量计算方法，包括如下步骤：

1)对隧道临空面进行扫描，获取隧道轮廓点云数据；

2)根据预先获得的隧道桩号及对应的隧道轴心点坐标，获得隧道轴线点坐标矩阵；

3)对每个隧道轴线点，将其对应的隧道断面所在平面上的隧道轮廓点云数据划分为若干个曲面单元；

4)提取各个隧道断面上待计算喷浆量的曲面单元，根据各个隧道断面的隧道轴线点坐标及其对应的待计算喷浆量的曲面单元的点云数据，计算每个隧道断面的待计算喷浆量的曲面单元的待喷浆量；沿着隧道轴线方向，对各个隧道轴线点所对应的隧道断面的待计算喷浆量的曲面单元的待喷浆量进行累加求和，获得单位隧道长度的隧道喷浆量。

本发明提供了一种隧道掘进装备喷浆量的自动精确计算方法，现有隧道掘进装备喷浆量计算方法依赖于人为经验估计且不同区域处隧道轮廓的喷浆量难以准确计算。本发明方法的步骤为：获取初期支护段隧道轮廓的三维点云数据，并进行降噪处理；根据隧道桩号与对应轴心点坐标，获取相邻两个桩号之间的隧道轴线方程和轴线坐标矩阵；对预处理后初期支护段的隧道轮廓点云数据，沿着隧道轴线方向将隧道轮廓的点云数据划分为N个曲面单元；根据稀疏化后初期支护段的隧道轮廓点云数据、轴线坐标矩阵C，沿着隧道轴线方向逐个对曲面单元质心点计算喷浆量。本发明可实现隧道轮廓喷浆量的精准计算，且计算效率高效，适用于TBM法施工装备、钻爆法隧道机械化施工装备。

进一步的，步骤3)中，还对隧道轮廓点云数据进行稀疏化处理，获取曲面单元的质心点数据，以曲面单元的质心点数据代表该曲面单元的点云数据。

本发明对隧道轮廓点云数据进行稀疏化处理，以曲面单元的质心点代表曲面单元的点云数据，从而减少后续喷浆量的计算成本。

进一步的，采用体素下采样方法对隧道轮廓点云数据进行稀疏化处理。

进一步的，步骤4)中，提取各个隧道断面上待计算喷浆量的曲面单元的方法为，该隧道断面所在平面上，距离对应的隧道轴线点设定范围内的质心点数据所对应的曲面单元，为该隧道断面的待计算喷浆量的曲面单元。