随着社会的发展,地下空间的开发利用成为城市建设的重点。在盾构隧道的修建技术不断提高的同时,信息化施工已成为地下工程的必然趋势,而工程的实时变形监测也将发挥更为重要的作用。其中三维激光扫描技术相比传统的接触类监测方法、全站仪监测方法,具有监测效率高、对光线的要求低、架站方便、无需布设测点、采集数据广、获取断面整体三维模型等优势。本文通过地面三维激光扫描技术的隧道断面现场监测与数值模拟分析方法,重点研究了三维激光扫描用于隧道断面监测的优势与可行性应用;而施工荷载是隧道断面变形的重要影响因素,因而模拟分析盾构开挖过程中注浆压力、千斤顶推力、土仓压力三个因素对隧道断面变形的影响;将扫描结果与数值模拟结果对比分析,得到管片衬砌的变形规律,对隧道进一步施工的安全稳定做出预测,以及对盾构开挖过程进行信息化指导与建议。主要研究工作如下:(1)对点云坐标计算理论、ICP算法、RANSAC算法、最小二乘法理论相结合的数据采集与处理理论进行归纳与分析,制定了管片衬砌变形的扫描方案与后处理方法。并对盾构机选型、管片设计、施工荷载计算理论进行了介绍。(2)不同施工荷载对管片衬砌变形的影响研究。通过工程地质调查和数值模拟方法得到盾构隧道的开挖模型,运用有限元软件Midas GTS NX分析了盾构开挖过程中管片衬砌的变形规律,进一步选取千斤顶推力、注浆压力、土仓压力三个影响因素,得出在合理范围内管片变形量大小与千斤顶推力大小成正比、与注浆压力大小成反比、与土仓压力大小无关的变形规律。(3)不同施工阶段下盾构管片衬砌变形影响研究。运用三维激光扫描技术,通过对盾构开挖、盾构停工与盾构开挖贯通三个施工阶段的监测点云数据拟合曲面模型,选取25个断面进行对比分析管片衬砌的变形,得到衬砌管片的基本变形形式为拱顶下沉、拱底上浮、两侧拱腰外扩,管片的变形逐渐趋于稳定,并满足管片变形的限值要求,以及拱顶为隧道安全稳定最重要的监测点。(4)三维激光扫描信息化指导。将监测数据与数值模拟数据对比分析,对隧道进一步施工的安全稳定做出预测,以及对盾构开挖过程中控制千斤顶推力的大小、保证注浆压力的均匀性、维持开挖面土仓压力的平衡等现场施工进行信息化指导与优化。