專利名稱：一種地下洞室、隧道非接觸式收斂監(jiān)測(cè)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巖土工程變形監(jiān)測(cè)，更具體涉及凈空高、跨度大的地下洞室和隧道圍巖表面變形收斂監(jiān)測(cè)。
背景技術(shù)：
通過(guò)對(duì)圍巖表面變形進(jìn)行收斂監(jiān)測(cè)，可以預(yù)測(cè)圍巖穩(wěn)定性，為保證工程安全提供科學(xué)依據(jù)；為驗(yàn)證和修改設(shè)計(jì)、施工方案及加固措施提供可靠資料。因此，在現(xiàn)代地下洞室和隧道施工過(guò)程中，收斂測(cè)量已經(jīng)成為必須的監(jiān)測(cè)手段。
現(xiàn)有的收斂監(jiān)測(cè)方法，一般采用收斂計(jì)的接觸方式進(jìn)行，這種方式成本低，但每次測(cè)量時(shí)都需要把鋼尺掛在測(cè)點(diǎn)上，所以只能對(duì)容易接近的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；對(duì)于凈空高、跨度大的地下洞室、隧道(如大型水電站地下廠房洞室高80米，寬30米)，拱頂及上部邊墻的測(cè)點(diǎn)很難接近，實(shí)施難度很大，且對(duì)施工有一定的干擾；由于尺子的抖動(dòng)、拉伸及溫度變化等原因，將引起尺長(zhǎng)的改變，使監(jiān)測(cè)精度顯著下降。
電子全站儀同時(shí)具有經(jīng)緯儀測(cè)角和測(cè)距儀測(cè)距的功能。目前，最精密的全站儀如瑞士Leica TC2002(TC2003)的測(cè)角精度可達(dá)0.5″，測(cè)距精度為1mm+1ppm×S(S為斜距)。全站儀主要應(yīng)用于大地測(cè)量，目前正逐步應(yīng)用于地下洞室、隧道、基坑、礦山和邊坡的監(jiān)測(cè)中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是，提供一種地下洞室、隧道非接觸式收斂監(jiān)測(cè)的方法。該測(cè)量方法通過(guò)采用電子全站儀和反光靶標(biāo)，可簡(jiǎn)單、方便地測(cè)量圍巖表面的收斂變形。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案在需要監(jiān)控的洞室中垂直于洞室軸線的橫截面上設(shè)定監(jiān)測(cè)斷面，在監(jiān)測(cè)斷面上埋設(shè)反光靶標(biāo)作為測(cè)點(diǎn)，每?jī)蓚€(gè)測(cè)點(diǎn)之間構(gòu)成一條測(cè)線；在能夠觀測(cè)到測(cè)點(diǎn)處架設(shè)電子全站儀，利用電子全站儀測(cè)出測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)；根據(jù)距離公式算出每?jī)蓚€(gè)測(cè)點(diǎn)間的三維距離，不同期次測(cè)得的三維距離值與第一次測(cè)得的三維距離值之差就是該兩測(cè)點(diǎn)之間測(cè)線的收斂值。
一種地下洞室、隧道非接觸式收斂監(jiān)測(cè)的方法，按下列步驟順序進(jìn)行1、在洞室中垂直于洞室軸線的橫截面上設(shè)定監(jiān)測(cè)斷面；2、在監(jiān)測(cè)斷面上均勻埋設(shè)3-5個(gè)反光靶標(biāo)，每個(gè)反光靶標(biāo)即為一個(gè)測(cè)點(diǎn)Pi，i＝1、2、3、4、5；3、在能觀測(cè)到所有測(cè)點(diǎn)Pi，i＝1、2、3、4、5的地方架設(shè)電子全站儀；4、用電子全站儀第一次測(cè)量每個(gè)測(cè)點(diǎn)Pi，i＝1、2、3、4、5的三維坐標(biāo)，該三維坐標(biāo)記為(X1i，Y1i，Z1i)；5、任意兩個(gè)不相同的測(cè)點(diǎn)Pi、Pj構(gòu)成一條測(cè)線，測(cè)線的長(zhǎng)度D1ij用下列三維距離公式計(jì)算
Dij1=(Xj1-Xi1)2+(Yj1-Yi1)2+(Zj1-Zi1)2]]>其中i≠j；i、j＝1、2、3、4、5；6、過(guò)1-30天，進(jìn)行第二次測(cè)量；7、在能觀測(cè)到所有測(cè)點(diǎn)Pi，i＝1、2、3、4、5的地方架設(shè)電子全站儀；8、用電子全站儀第二次測(cè)量每個(gè)測(cè)點(diǎn)Pi，i＝1、2、3、4、5的三維坐標(biāo)，該三維坐標(biāo)記為(X2i，Y2i，Z2i)；9、任意兩個(gè)不相同的測(cè)點(diǎn)Pi、Pj構(gòu)成一條測(cè)線，測(cè)線的長(zhǎng)度D2ij用下列三維距離公式計(jì)算Dij2=(Xj2-Xi2)2+(Yj2-Yi2)2+(Zj2-Zi2)2]]>其中i≠j；i、j＝1、2、3、4、5；10、兩次測(cè)量的任意兩個(gè)不相同測(cè)點(diǎn)Pi與Pj之間測(cè)線的收斂值ΔD2ij用下列公式計(jì)算ΔD2ij＝D2ij-D1ij，其中i≠j；i、j＝1、2、3、4、5。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)測(cè)量時(shí)無(wú)需在每次接近測(cè)點(diǎn)，操作方便；由于兩個(gè)測(cè)點(diǎn)之間的距離是一個(gè)與坐標(biāo)系無(wú)關(guān)的量，電子全站儀可以自由設(shè)置在能夠觀測(cè)到所有測(cè)點(diǎn)的地方，無(wú)需強(qiáng)制對(duì)中，測(cè)量數(shù)據(jù)可以由電子全站儀自動(dòng)記錄，能很方便地采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行后處理工作，能夠?qū)崿F(xiàn)快速監(jiān)測(cè)、快速反饋指導(dǎo)施工，本發(fā)明節(jié)時(shí)、方便、快捷和實(shí)用，適合于地下洞室、隧道施工現(xiàn)場(chǎng)狹窄、施工干擾多、分層開(kāi)挖以及不能設(shè)置固定測(cè)站等地方使用。
具體實(shí)施例方式
一種地下洞室、隧道非接觸式收斂監(jiān)測(cè)的方法，按下列步驟順序進(jìn)行1、在洞室中垂直于洞室軸線的橫截面上設(shè)定監(jiān)測(cè)斷面；2、在監(jiān)測(cè)斷面上均勻埋設(shè)3-5個(gè)反光靶標(biāo)，每個(gè)反光靶標(biāo)即為一個(gè)測(cè)點(diǎn)Pi，i＝1、2、3、4、5；3、在能觀測(cè)到所有測(cè)點(diǎn)的地方架設(shè)電子全站儀；4、用電子全站儀測(cè)量每個(gè)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，第n次測(cè)量中第i個(gè)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)記為(Xni，Yni，Zni)；5、第n次測(cè)量中同一監(jiān)測(cè)斷面上任意兩個(gè)不相同的測(cè)點(diǎn)Pi、Pj構(gòu)成一條測(cè)線，測(cè)線的長(zhǎng)度Dnij用下列三維距離公式計(jì)算Di,jn=(Xjn-Xin)2+(Yjn-Yin)2+(Zjn-Zin)2-----(1)]]>其中i≠j；i、j＝1、2、3、4、5；6、每過(guò)1-30天，重復(fù)步驟3-5；7、第n次測(cè)量時(shí)測(cè)點(diǎn)Pi與測(cè)點(diǎn)Pj之間測(cè)線的收斂值ΔDnij用下列公式計(jì)算ΔDnij＝Dnij-D1ij，其中i≠j；i、j＝1、2、3、4、5。測(cè)試精度根據(jù)(1)式，該方法測(cè)試精度與測(cè)線長(zhǎng)，電子全站儀到測(cè)點(diǎn)的斜距S、天頂距V、水平方向α有關(guān)，按測(cè)量學(xué)中的誤差傳播定律，三維距離Dnij測(cè)試精度為mijn=±Σk(ΔKknDijnmxkn)2]]>式中，
ΔXkn=Xjn-Xin,Yjn-Yin,Zjn-Zin]]>mxkn=mx,my,mz]]>(以下斜距S、天頂距V、水平方向α按第n次測(cè)量的測(cè)值計(jì)算)mx2=mS2sin2Vcos2α+S2cos2Vcos2αρ2mV2+S2sin2Vsin2αρ2mα2]]>my2=mS2sin2Vsin2α+S2cos2Vsin2αρ2mV2+S2sin2Vcos2αρ2mα2]]>mz2=mS2cos2V+S2sin2Vρ2mV2]]>上式中，mx2，my2，mz2分別為X，Y，Z坐標(biāo)的測(cè)試精度，ms2，mv2，mα2分別為斜距，天頂距，水平方向的測(cè)試精度，常數(shù)ρ＝206265。
權(quán)利要求
1.一種地下洞室、隧道非接觸式收斂監(jiān)測(cè)的方法，其特征在于，該方法按下列步驟順序進(jìn)行a、在洞室中垂直于洞室軸線的橫截面上設(shè)定監(jiān)測(cè)斷面；b、在監(jiān)測(cè)斷面上均勻埋設(shè)3-5個(gè)反光靶標(biāo)，每個(gè)反光靶標(biāo)即為一個(gè)測(cè)點(diǎn)Pi，i＝1、2、3、4、5；c、在能觀測(cè)到所有測(cè)點(diǎn)Pi，i＝1、2、3、4、5的地方架設(shè)電子全站儀；d、用電子全站儀第一次測(cè)量每個(gè)測(cè)點(diǎn)Pi，i＝1、2、3、4、5的三維坐標(biāo)，該三維坐標(biāo)記為(X1i，Y1i，Z1i)；e、任意兩個(gè)不相同的測(cè)點(diǎn)Pi、Pj構(gòu)成一條測(cè)線，測(cè)線的長(zhǎng)度D1ij用下列三維距離公式計(jì)算Dij1=(Xj1-Xi1)2+(Yj1-Yi1)2+(Zj1-Zi1)2]]>其中i≠j；i、j＝1、2、3、4、5；f、過(guò)1-30天，進(jìn)行第二次測(cè)量；g、在能觀測(cè)到所有測(cè)點(diǎn)Pi，i＝1、2、3、4、5的地方架設(shè)電子全站儀；h、用電子全站儀第二次測(cè)量每個(gè)測(cè)點(diǎn)Pi，i＝1、2、3、4、5的三維坐標(biāo)，該三維坐標(biāo)記為(X2i，Y2i，Z2i)；i、任意兩個(gè)不相同的測(cè)點(diǎn)Pi、Pj構(gòu)成一條測(cè)線，測(cè)線的長(zhǎng)度D2ij用下列三維距離公式計(jì)算Dij2=(Xj2-Xi2)2+(Yj2-Yi2)2+(Zj2-Zi2)2]]>其中i≠j；i、j＝1、2、3、4、5；j、兩次測(cè)量的任意兩個(gè)不相同測(cè)點(diǎn)Pi與Pj之間測(cè)線的收斂值ΔD2ij用下列公式計(jì)算ΔD2ij＝D2ij-D1ij，其中i≠j；i、j＝1、2、3、4、5。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種地下洞室、隧道非接觸式收斂監(jiān)測(cè)的方法，涉及巖土工程表面變形收斂監(jiān)測(cè)。該方法在洞室的橫截面上埋設(shè)反光靶標(biāo)作為測(cè)點(diǎn)，每?jī)蓚€(gè)測(cè)點(diǎn)之間成測(cè)線，在能觀測(cè)到測(cè)點(diǎn)處架設(shè)電子全站儀，測(cè)出測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，根據(jù)距離公式算出每?jī)蓚€(gè)測(cè)點(diǎn)間的三維距離，不同期次測(cè)得的三維距離值與第一次測(cè)得的三維距離值之差為該兩測(cè)點(diǎn)之間測(cè)線的收斂值。本發(fā)明節(jié)時(shí)、方便、快捷和實(shí)用，測(cè)量時(shí)無(wú)需每次接近測(cè)點(diǎn)，電子全站儀可以自由設(shè)置在能夠觀測(cè)到測(cè)點(diǎn)的地方，無(wú)需強(qiáng)制對(duì)中，測(cè)量數(shù)據(jù)可以自動(dòng)記錄，能方便地采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行后處理，實(shí)現(xiàn)快速監(jiān)測(cè)、快速反饋以指導(dǎo)施工，適合于地下洞室、隧道等施工現(xiàn)場(chǎng)。
文檔編號(hào)G01B7/004GK1554924SQ20031011164
公開(kāi)日2004年12月15日 申請(qǐng)日期2003年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月24日
發(fā)明者王浩, 葛修潤(rùn), 王 浩 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所