隧道工程广泛应用于全国高速铁路建设、高速公路建设及城市轨道交通建设等各个工程领域。传统的断面仪、全站仪搭配固定反射棱镜等量测方式在隧道施工测量、断面测量及变形监测中应用较为广泛,但这些传统测量方法的测量成果特征点布设离散、人工测量效率低成本高等特点已经不再适应当下工程建设发展中的逐步提高的隧道施工效率及精度要求。利用三维激光扫描技术获取隧道空间点云数据并进行断面拟合,可实现对隧道空间信息的高精度、高效率、数字化、可视化的测量和分析,进而利用计算机技术实现隧道三维模型重建、隧道断面拟合、隧道变形监测及隧道施工超欠挖分析等工程应用。本文结合长春城市轨道交通隧道工程项目,对三维激光扫描点云数据的采集和处理方法进行了研究和应用分析,通过对点云采集中的控制网布设、测站规划、扫描流程及数据处理中的点云拼接、去噪、抽稀等方法进行实验研究,基于PCL(Point Cloud Library)点云处理平台、Geomagic Studio及Laser Control等多源点云处理软件,提出了一套适用于隧道断面提取研究的点云数据获取方法;在隧道三维激光扫描点云数据横断面拟合方法的研究中,引入RANSAC(随机采样一致性)算法实现隧道中线拟合并在此基础上实现隧道横断面点云的分割并对分割后点云进行断面曲线的三次B样条拟合;利用Leica TS30型高精度全站仪对研究区隧道进行断面测量,结合测量结果对拟合断面进行精度评价,结果表明该方法与传统断面测量方法相比具有高精度、高效率、稳定可靠的特点。在以上理论及实验的基础上于实际工程实例中,利用Z+F IMAGER 5010C型三维激光扫描仪采集隧道空间点云数据,以长春轨道交通地铁2号线解平区间(解放大路至平阳街)隧道为工程实例,开展了基于三维激光扫描技术及点云数据的隧道断面提取在地铁隧道变形监测中的工程应用;以长春轨道交通轻轨东延线东伪区间(东大桥至伪皇宫)隧道施工区间为工程实例,开展了该方法在隧道施工超欠挖控制中的工程应用。