CN1554924A - 一种地下洞室、隧道非接触式收敛监测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下洞室、隧道非接触式收敛监测的方法，涉及岩土工程表面变形收敛监测。该方法在洞室的横截面上埋设反光靶标作为测点，每两个测点之间成测线，在能观测到测点处架设电子全站仪，测出测点的三维坐标，根据距离公式算出每两个测点间的三维距离，不同期次测得的三维距离值与第一次测得的三维距离值之差为该两测点之间测线的收敛值。本发明节时、方便、快捷和实用，测量时无需每次接近测点，电子全站仪可以自由设置在能够观测到测点的地方，无需强制对中，测量数据可以自动记录，能方便地采用计算机进行后处理，实现快速监测、快速反馈以指导施工，适合于地下洞室、隧道等施工现场。

Description

一种地下洞室、隧道非接触式收敛监测的方法

技术领域：

本发明涉及岩土工程变形监测，更具体涉及净空高、跨度大的地下洞室和隧道围岩表面变形收敛监测。

背景技术：

通过对围岩表面变形进行收敛监测，可以预测围岩稳定性，为保证工程安全提供科学依据；为验证和修改设计、施工方案及加固措施提供可靠资料。因此，在现代地下洞室和隧道施工过程中，收敛测量已经成为必须的监测手段。

现有的收敛监测方法，一般采用收敛计的接触方式进行，这种方式成本低，但每次测量时都需要把钢尺挂在测点上，所以只能对容易接近的测点进行监测；对于净空高、跨度大的地下洞室、隧道(如大型水电站地下厂房洞室高80米，宽30米)，拱顶及上部边墙的测点很难接近，实施难度很大，且对施工有一定的干扰；由于尺子的抖动、拉伸及温度变化等原因，将引起尺长的改变，使监测精度显著下降。

电子全站仪同时具有经纬仪测角和测距仪测距的功能。目前，最精密的全站仪如瑞士Leica TC2002(TC2003)的测角精度可达0.5″，测距精度为1mm+1ppm×S(S为斜距)。全站仪主要应用于大地测量，目前正逐步应用于地下洞室、隧道、基坑、矿山和边坡的监测中。

发明内容：

本发明目的是，提供一种地下洞室、隧道非接触式收敛监测的方法。该测量方法通过采用电子全站仪和反光靶标，可简单、方便地测量围岩表面的收敛变形。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

在需要监控的洞室中垂直于洞室轴线的横截面上设定监测断面，在监测断面上埋设反光靶标作为测点，每两个测点之间构成一条测线；在能够观测到测点处架设电子全站仪，利用电子全站仪测出测点的三维坐标；根据距离公式算出每两个测点间的三维距离，不同期次测得的三维距离值与第一次测得的三维距离值之差就是该两测点之间测线的收敛值。

一种地下洞室、隧道非接触式收敛监测的方法，按下列步骤顺序进行：

1、在洞室中垂直于洞室轴线的横截面上设定监测断面；

2、在监测断面上均匀埋设3-5个反光靶标，每个反光靶标即为一个测点P_i，i＝1、2、3、4、5；

3、在能观测到所有测点P_i，i＝1、2、3、4、5的地方架设电子全站仪；

4、用电子全站仪第一次测量每个测点P_i，i＝1、2、3、4、5的三维坐标，该三维坐标记为(X¹ _i，Y¹ _i，Z¹ _i)；

5、任意两个不相同的测点P_i、P_j构成一条测线，测线的长度D¹ _ij用下列三维距离公式计算：

$D_{\mathrm{ij}}^1=\sqrt{{(X_j^1-X_i^1)}^2+{(Y_j^1-Y_i^1)}^2+{(Z_j^1-Z_i^1)}^2}$

其中：i≠j；i、j＝1、2、3、4、5；

6、过1-30天，进行第二次测量；

7、在能观测到所有测点P_i，i＝1、2、3、4、5的地方架设电子全站仪；

8、用电子全站仪第二次测量每个测点P_i，i＝1、2、3、4、5的三维坐标，该三维坐标记为(X² _i，Y² _i，Z² _i)；

9、任意两个不相同的测点P_i、P_j构成一条测线，测线的长度D² _ij用下列三维距离公式计算：

$D_{\mathrm{ij}}^2=\sqrt{{(X_j^2-X_i^2)}^2+{(Y_j^2-Y_i^2)}^2+{(Z_j^2-Z_i^2)}^2}$

其中：i≠j；i、j＝1、2、3、4、5；

10、两次测量的任意两个不相同测点P_i与P_j之间测线的收敛值ΔD² _ij用下列公式计算：

ΔD² _ij＝D² _ij-D¹ _ij，其中：i≠j；i、j＝1、2、3、4、5。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：测量时无需在每次接近测点，操作方便；由于两个测点之间的距离是一个与坐标系无关的量，电子全站仪可以自由设置在能够观测到所有测点的地方，无需强制对中，测量数据可以由电子全站仪自动记录，能很方便地采用计算机进行后处理工作，能够实现快速监测、快速反馈指导施工，本发明节时、方便、快捷和实用，适合于地下洞室、隧道施工现场狭窄、施工干扰多、分层开挖以及不能设置固定测站等地方使用。

具体实施方式：

一种地下洞室、隧道非接触式收敛监测的方法，按下列步骤顺序进行：

1、在洞室中垂直于洞室轴线的横截面上设定监测断面；

2、在监测断面上均匀埋设3-5个反光靶标，每个反光靶标即为一个测点P_i，i＝1、2、3、4、5；

3、在能观测到所有测点的地方架设电子全站仪；

4、用电子全站仪测量每个测点的三维坐标，第n次测量中第i个测点的三维坐标记为(Xⁿ _i，Yⁿ _i，Zⁿ _i)；

5、第n次测量中同一监测断面上任意两个不相同的测点P_i、P_j构成一条测线，测线的长度Dⁿ _ij用下列三维距离公式计算：

$D_{i,j}^n=\sqrt{{(X_j^n-X_i^n)}^2+{(Y_j^n-Y_i^n)}^2+{(Z_j^n-Z_i^n)}^2}-----\left(1\right)$

其中：i≠j；i、j＝1、2、3、4、5；

6、每过1-30天，重复步骤3-5；

7、第n次测量时测点P_i与测点P_j之间测线的收敛值ΔDⁿ _ij用下列公式计算：

ΔDⁿ _ij＝Dⁿ _ij-D¹ _ij，其中：i≠j；i、j＝1、2、3、4、5。测试精度：

根据(1)式，该方法测试精度与测线长，电子全站仪到测点的斜距S、天顶距V、水平方向α有关，按测量学中的误差传播定律，三维距离Dⁿ _ij测试精度为：

$m_{\mathrm{ij}}^n=\±\sqrt{\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{\left(\frac{{\mathrm{\ΔK}}_k^n}{D_{\mathrm{ij}}^n}{m}_{x_k}^n\right)}^2}$

式中，

${\mathrm{\ΔX}}_k^n=X_j^n-X_i^n,Y_j^n-Y_i^n,Z_j^n-Z_i^n$

$m_{x_k}^n=m_x,m_y,m_z$ (以下斜距S、天顶距V、水平方向α按第n次测量的测值计算)

$m_x^2=m_S^2{\sin }^{2}V{\cos }^2\mathrm{\α}+\frac{S^2{\cos }^{2}V{\cos }^2\mathrm{\α}}{{\mathrm{\ρ}}^2}{m}_V^2+\frac{S^2{\sin }^{2}V{\sin }^2\mathrm{\α}}{{\mathrm{\ρ}}^2}{m}_{\mathrm{\α}}^2$

$m_y^2=m_S^2{\sin }^{2}V{\sin }^2\mathrm{\α}+\frac{S^2{\cos }^{2}V{\sin }^2\mathrm{\α}}{{\mathrm{\ρ}}^2}{m}_V^2+\frac{S^2{\sin }^{2}V{\cos }^2\mathrm{\α}}{{\mathrm{\ρ}}^2}{m}_{\mathrm{\α}}^2$

$m_z^2=m_S^2{\cos }^{2}V+\frac{S^2{\sin }^{2}V}{{\mathrm{\ρ}}^2}{m}_V^2$

上式中，m_x ²，m_y ²，m_z ²分别为X，Y，Z坐标的测试精度，m_s ²，m_v ²，m_α ²分别为斜距，天顶距，水平方向的测试精度，常数ρ＝206265。

Claims (1)

1、一种地下洞室、隧道非接触式收敛监测的方法，其特征在于，该方法按下列步骤顺序进行：

a、在洞室中垂直于洞室轴线的横截面上设定监测断面；

b、在监测断面上均匀埋设3-5个反光靶标，每个反光靶标即为一个测点P_i，i＝1、2、3、4、5；

c、在能观测到所有测点P_i，i＝1、2、3、4、5的地方架设电子全站仪；

d、用电子全站仪第一次测量每个测点P_i，i＝1、2、3、4、5的三维坐标，该三维坐标记为(X¹ _i，Y¹ _i，Z¹ _i)；

e、任意两个不相同的测点P_i、P_j构成一条测线，测线的长度D¹ _ij用下列三维距离公式计算：

$D_{\mathrm{ij}}^1=\sqrt{{(X_j^1-X_i^1)}^2+{(Y_j^1-Y_i^1)}^2+{(Z_j^1-Z_i^1)}^2}$

其中：i≠j；i、j＝1、2、3、4、5；

f、过1-30天，进行第二次测量；

g、在能观测到所有测点P_i，i＝1、2、3、4、5的地方架设电子全站仪；

h、用电子全站仪第二次测量每个测点P_i，i＝1、2、3、4、5的三维坐标，该三维坐标记为(X² _i，Y² _i，Z² _i)；

i、任意两个不相同的测点P_i、P_j构成一条测线，测线的长度D² _ij用下列三维距离公式计算：

$D_{\mathrm{ij}}^2=\sqrt{{(X_j^2-X_i^2)}^2+{(Y_j^2-Y_i^2)}^2+{(Z_j^2-Z_i^2)}^2}$

其中：i≠j；i、j＝1、2、3、4、5；

j、两次测量的任意两个不相同测点P_i与P_j之间测线的收敛值ΔD² _ij用下列公式计算：

ΔD² _ij＝D² _ij-D¹ _ij，其中：i≠j；i、j＝1、2、3、4、5。