基于三维激光点云和动态切片法的隧道超欠挖智能计算方法
孟繁智1，汪磊1，黄金坤2，陈洋1，程安春2，陈超2
（1 上海工程技术大学，上海 松江 201620；2. 中国十七冶集团有限公司,安徽省马鞍山市 243002）
摘要：【研究目的】以钻爆法施工的隧道中，难以避免超挖与欠挖现象，对工程质量、安全与成本产生重大挑战。传统方法使用全站仪、断面仪等，其检测点密度不足、速度慢、效率低下，依赖人工计算且无法精确量化超欠挖情况。为实现超欠挖区域的精准识别并自动计算，提出一种基于三维激光点云与动态切片分析的超欠挖分析方法和计算系统。【研究方法】使用三维激光扫描设备获取隧道点云，通过统计滤波与体素下采样进行预处理；基于双线投影法与RANSAC算法拟合中轴线，确定隧道中线的空间参数；根据隧道标准施工设计参数构建隧道理论断面模型，坐标变换后，将理论模型与隧道点云精确配准；引入曲率自适应动态切片策略提取点云横断面轮廓线，通过RANSAC边缘拟合与极角排序构建实测轮廓，以多边形差分法判别超欠挖区域，利用鞋带公式计算超欠挖面积，采用数值积分方法计算区域超欠挖量。【研究结果】整个流程基于Web系统实现自动化处理与计算分析，以兰州G30凤凰山隧道工程为例，计算得超欠挖计算结果与实际初期支护喷射混凝土用量误差约为0.8594%。【研究结论】提出动态切片策略协同自动化分析系统有效克服传统固定间距切片在爆破产生的纵向高变形区域产生的模型失真问题，分析结果误差显著低于常规允许误差。研究实现从点云输入、点云处理到超欠挖结果可视化全过程的智能化、自动化，对隧道施工质量控制与数字化管理提供支持，为钻爆法隧道超欠挖分析计算提供高效可靠的数字化解决方案。
关键词：钻爆法；超欠挖；三维激光点云；动态切片；自动化分析
中图分类号： U25; U 456 文献标识码：A DOI: 10.13238/j.issn.1004-2954.202512050001