变形量测对于隧道工程的结构安全具有重要意义,而传统的变形量测方法往往依赖于人力,且以单点、接触型量测方式为主,因而在数据采集效率、数据数字化及全面性等方面都难以响应新的时代需求。三维激光扫描技术具有一系列传统变形量测方法难以比拟的技术特点,在量测精度、量测效率、数据全面性等方面都具有突出优势。近年来,三维激光扫描技术在隧道工程中的应用与研究不断涌现,但仍存在不足,许多问题需要进一步的深入探究。首先,针对隧道点云模型的数据精简问题,本文分别对降采样算法和点云去噪方法进行讨论和研究。采用仿真实验对比了不同降采样算法应用于隧道点云模型的效果,分析了各算法的采样效率与性能,并通过八叉树索引对算法进行优化提升。结合统计去噪和半径去噪算法,提出一种基于迭代滤波模型的距离去噪方法。该方法适用于环境复杂的施工期隧道点云模型,能够有效剔除绝大部分点云噪声。其次,针对隧道点云模型配准方法的关键技术进行研究。通过配准实验分析了不同全局配准算法应用于隧道点云模型的配准结果,实验表明,FGR算法在配准精度、算法耗时、稳健性等方面都优于经典的RANSAC算法。根据仿真实验成果分析了配准参数对点云配准效果的影响,给出了适用于隧道点云模型的关键参数取值建议。再次,针对三维激光扫描技术应用于隧道变形量测领域的不足,本文以点云配准研究为核心提出了隧道局部变形量测方法。通过“FGR-ICP”配准策略对坐标系归化法导出的配准结果进行优化,再利用局部点云模型配准结合质心法线估计建立变形同名点的对应关系,实现隧道变形量测。相较于一般的三维激光扫描变形量测方法,该方法优化了坐标系归化产生的配准误差,突出了点云数据的空间立体性和数据全面性,不依赖于测点布设,且量测精度更优。最后,采用某隧道施工期多期扫描数据对本文提出的变形量测方法进行可靠性验证。结果表明,本文提出的变形量测方法与现场实测数据对比平均误差为-2.46mm,最小误差可达到-0.21mm。相较于坐标系归化法-22.33mm的平均量测误差,该方法在量测精度上有近一个数量级的提升。