Skanowanie laserowe umożliwia bezpieczną i wydajną budowę tuneli

W badaniu opublikowanym w metal, proponuje się metodę pomiaru i monitorowania deformacji opartą na technologii skanowania laserowego 3D w celu zbudowania bezpiecznego i wydajnego tunelowania. Zastosowano triangulację zachłanną i interpolację B-splajn, aby dopasować chmurę punktów tunelu i scharakteryzować odkształcenie tunelu.

Nowa austriacka metoda tuneli

Tunelowanie to niebezpieczny, ale szybko rozwijający się sektor budownictwa. Jest uważana za jedną z najtrudniejszych metod budowlanych ze względu na obecność materiałów gruzu, obszarów ścinania, kanałów wodnych i nieoczekiwanego zachowania skał na etapie budowy.

Skuteczna i bezpieczna procedura jest niezbędna do zaoszczędzenia czasu i zapewnienia bezpieczniejszego miejsca pracy na budowie.

Nowa austriacka metoda tunelowania jest uważana za najbardziej wydajną technikę na obszarach zróżnicowanych geologicznie, ponieważ wykorzystuje podejście analityczne. Jednak nowa austriacka metoda tunelowania wymagała wydajnej obserwacji i pomiarów tunelu w celu oszacowania deformacji tunelu.

Znaczenie monitoringu i pomiarów w budowie tuneli

Tunele to symetryczne konstrukcje, które muszą wytrzymać nieoczekiwane obciążenia. Dlatego obserwacja i pomiar deformacji i stabilności otaczającej powierzchni, skały i konstrukcji nośnej ma kluczowe znaczenie dla gromadzenia informacji potrzebnych do bezpiecznej budowy tunelu.

Aktualne metody monitorowania i pomiaru oraz ich ograniczenia

Stacja sumaryczna jest często wykorzystywana do monitorowania i pomiarów, z odblaskowymi wskaźnikami na stacjach pomiarowych. Jednak ta metoda ma istotne wady, w tym:

1. Nie można uniknąć upadku bloków sklepienia ze względu na ograniczoną liczbę pozycji pomiarowych.
2. Wybuchy budynków i reflektory zanieczyszczeń unieważniają wyniki monitorowania i pomiarów.
3. Przedłużający się sposób monitorowania i pomiarów szkodzi zdrowiu i bezpieczeństwu inspektorów oraz spowalnia budowę.
4. Zniekształcenie punktów pomiarowych tunelu polaryzacji jest niedokładne, powodując błędną interpretację wyników pomiarów i monitorowania.

Technologia skanowania laserowego 3D

Skanowanie laserowe 3D umożliwia bezkontaktowe pomiary i może tworzyć ogromne chmury danych 3D o nierównomiernym rozkładzie przestrzennym. Może również penetrować skały i jest mniej podatny na czynniki środowiskowe.

Ze względu na dużą zdolność adaptacji do środowiska, wysoki poziom automatyzacji, dużą szybkość wykrywania i dobrą adaptacyjność, technologia skanowania laserowego 3D jest coraz częściej stosowana w budowie tuneli. Pomaga w identyfikacji operacji wiercenia i odwiertu poprzez porównanie powierzchni projektu tunelu z projektowanym modelem punkt-punkt i dopasowaną chmurą punktów.

Skanowanie laserowe 3D ma jednak dwie ważne wady: nieprawidłowe punkty redukcji szumów i randomizację przeciągania punktów.

Wykorzystanie kluczowej interpolacji i zachłannej triangulacji z laserowym skanowaniem 3D do oceny i przewidywania deformacji tunelu

Dzięki skanowaniu laserowemu 3D uzyskano rozproszone chmury z nieregularnego otoczenia i struktur w nowej austriackiej metodzie tunelowania. Powierzchnie tunelu zostały dopasowane przy użyciu zachłannej triangulacji i interpolacji B-splajn, aby rozwiązać problem analizy rozproszonej chmury punktów.

Odkształcenie powierzchni kształtki tunelowej zostało w innowacyjny sposób wyrażone za pomocą macierzy wektorów normalnych, co rozwiązało problem rozproszonych chmur punktów w skaningu laserowym 3D.

Metoda maksymalnej entropii oblicza wartości własne dla deformacji i funkcję gęstości prawdopodobieństwa wektora normalnego. Wartości własne deformacji wygenerowały krzywą do przewidywania i oceny deformacji tunelu.

Ważne wyniki badania

Wartości metody triangulacji zachłannej dobrze korespondują z powierzchnią montażową, co wskazuje na lepsze dopasowanie niż w przypadku metody interpolacji B-spline. Dodatkowo, krzywizna dopasowanych trójkątów powierzchni została zmniejszona wraz ze wzrostem gęstości chmury punktów.

Gdy nagłe przesunięcie gięcia jest niewielkie, przemieszczenie tunelu i odkształcenie powierzchni tunelu są prostopadłe do powierzchni tunelu. Jest to jednak ważne tylko wtedy, gdy tunel jest wystarczająco płaski przed monitorowaniem.

Poprzez usunięcie anomalii spowodowanych brakiem płaskości powierzchni tunelu, metoda maksymalnej entropii może wiarygodnie określić, w jaki sposób tunel jest zdeformowany. Jednak obliczenie metody maksymalnej entropii funkcji gęstości prawdopodobieństwa nie jest zbieżne, gdy odkształcenie tunelu i wektor normalny są małe.

Dokładna ocena i pomiary mogą być wykonywane przy użyciu 1% lub 5% wartości zniekształceń cech. Jednak potencjalne przeregulowanie jest bardziej prawdopodobne, że zostanie zakłócone przez zmienne kompilacji, gdy jest zbyt niskie. Wartość zniekształcenia w oparciu o cechę 5% prawdopodobieństwa może lepiej odzwierciedlać zniekształcenie każdego odcinka tunelu.

W przyszłych badaniach naukowcy wdrożą systemy sztucznej inteligencji w celu określenia zmiany w standardowej macierzy wektorowej oraz funkcji gęstości prawdopodobieństwa w celu oszacowania kierunku deformacji tunelu.

odniesienie

Wei, Z., Wang, Y., Weng, W., Zhou, Z., & Li, Z. (2022) Badania nad metodą monitorowania konstrukcji tuneli w oparciu o technologię skanowania laserowego 3D. symetria. https://www.mdpi.com/2073-8994/14/10/2065/htm

Zastrzeżenie: Wyrażone tutaj opinie są opiniami autora wyrażonymi w jego osobistym charakterze i niekoniecznie reprezentują opinie AZOM.com Limited T/A AZONetwork jest właścicielem i operatorem tej witryny. Niniejsze wyłączenie odpowiedzialności stanowi część warunków korzystania z tej witryny.