三维激光扫描技术助力天山胜利隧道安全贯通

三维激光扫描技术助力天山胜利隧道安全贯通

2024年12月30日上午11时许，随着“天山号”硬岩掘进机的刀盘缓缓停止转动，由中交建承建的世界最长高速公路隧道——天山胜利隧道实现全线贯通。这条全长22.13公里的隧道，不仅将穿越天山的时间从原来的3小时缩短到约20分钟，更是我国加快建设交通强国的重大标志性工程之一。

在52个月的艰苦奋战中，建设团队直面复杂地质条件的挑战，创新应用三维激光扫描技术，实现了隧道全断面的精准变形监测。这一先进技术不仅提高了监测效率和准确性，还为隧道的安全施工和运营提供了有力保障。

三维激光扫描技术是一种先进的测量手段，通过高速激光扫描器快速获取隧道内部结构的三维数据。其工作原理是发射激光束，测量激光从发射到接收反射信号的时间，从而计算出距离。同时，通过精密的角度编码器记录每个激光脉冲的水平和垂直角度，最终计算出每个测量点的三维坐标（X、Y、Z），构建出被扫描物体的三维点云模型。

相比传统测量方法，三维激光扫描技术具有显著优势：

• 非接触式测量：无需直接接触被测物体，特别适合复杂环境和危险区域的监测。
• 高密度数据采集：能够获取大量高精度的点云数据，捕捉细微的几何变化。
• 快速响应：扫描速度快，大大缩短了现场作业时间，降低了项目成本。

天山胜利隧道作为国内高速公路中典型的高寒、高海拔、高地应力特长隧道，其施工难度可想而知。隧道横穿天山中部，需要穿越16个地质断裂带，其中12个位于进口端，岩层复杂且地应力高达22兆帕。在这样的极端环境下，三维激光扫描技术展现了其独特价值。

在隧道施工过程中，三维激光扫描技术被用于定期监测隧道结构的变化。通过对比不同时间点的扫描数据，工程师能够及时发现潜在的变形和位移，为风险预警提供科学依据。这种实时监测能力在应对高寒、高海拔和高地应力等极端条件时尤为重要，确保了施工人员的安全和工程的顺利推进。

三维激光扫描技术的监测流程主要包括数据采集、数据处理和变形分析三个阶段：

1. 数据采集：在隧道的关键位置部署高精度三维激光扫描仪，从多个角度对隧道进行全面扫描，确保覆盖所有关键区域。

2. 数据处理：原始点云数据经过预处理，包括去噪、滤波和坐标转换等步骤，以提高数据质量和准确性。随后，通过拼接与配准技术将多次扫描的数据整合到同一坐标系下，形成完整的隧道模型。

3. 变形分析：利用专业软件对处理后的数据进行对比分析，计算隧道结构的变化量及趋势。结果以直观的三维模型呈现，便于专家解读和决策。

相比传统监测方法，三维激光扫描技术展现出显著优势：

• 效率提升：传统测量需要人工逐点测量，耗时耗力。而三维激光扫描技术能够快速获取大面积的三维数据，大大提高了监测效率。

• 精度提高：传统方法容易受到人为误差的影响，而三维激光扫描技术通过自动化测量和数据处理，显著提高了监测精度。

• 安全性增强：在高海拔和复杂地质条件下，传统测量人员面临较大风险。三维激光扫描技术的非接触式特性避免了这一问题，提高了监测安全性。

随着技术的不断发展，三维激光扫描技术在隧道工程中的应用前景广阔。它不仅能够用于施工期间的变形监测，还能在隧道运营阶段持续发挥作用，为结构健康监测和维护提供数据支持。此外，结合人工智能和大数据分析，该技术有望实现更智能、更精准的预测预警系统，进一步提升隧道工程的安全性和效率。

天山胜利隧道的成功贯通，不仅是我国交通基础设施建设的重大突破，更是三维激光扫描技术在高海拔隧道监测中应用的典范。这一创新技术的应用，为复杂地质条件下的隧道施工提供了新的解决方案，也为未来类似工程的实施积累了宝贵经验。