CN103114164B - 高炉变形量的观测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于建构筑物变形测量领域，具体涉及一种高炉变形量的观测方法，其特征在于，在体现高炉基础变形的支柱和吊车梁上分别设置变形观测点，作为反映炉体倾斜程度的变形观测对象，借助于激光全站仪和水准仪，利用平面法和高程法分别测量，然后以两者的算术平均值作为高炉的变形值。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1）节约成本，减少投资具有重要的实际指导意义。2）为高炉优化设计提供参考根据。3）减少环境、气压、温度、大气折光对测量的影响。4）对高炉的评价更接近真实状况。

Description

高炉变形量的观测方法

技术领域

本发明属于炼铁高炉基础变形量测量领域，具体涉及一种高炉变形量的观测方法。

背景技术

随着社会经济的发展，在钢铁工业领域的技术升级换代以及老高炉的改造过程中，需要对高炉的稳定性，运营姿态进行分析，评价高炉的健康状态，新建高炉检测设计质量、施工质量以及生产运营时检测高炉的的稳定性、安全性。在正常生产运营时，分析高炉的状态：如空载、满载时的变形量，确定高炉的装载量，保证生产安全，也可以用于老旧建构筑物改造时评估它的稳定性，分析利用价值。

以前测量高炉基础的变形，由于测量仪器、理论、计算手段的限制，只能采用单独的平面测量或高程测量来计算变形量。其中平面法是利用精密激光全站仪测量高炉立柱上下两端圆拄的圆周坐标，同时测量上下两端的长度，计算上下两端的圆心坐标，用上下两端的圆心坐标和长度计算支柱的倾斜度和倾斜方向。高程法是在吊车梁上选择倾斜观测点，利用精密水准仪测量倾斜观测点之间的高差，用全站仪测量倾斜观测点的坐标，计算倾斜观测点间的长度和方位角，用高差和长度计算吊车梁的倾斜度。由于数据量太大，不能将两种数据混合计算，另外由于测量仪器精度的限制，不能直接测量变化点，测量时间长、人工测量等因素都影响降低测量成果精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高炉变形量的观测方法，克服现有技术的不足，完善测绘理论，将平面法和高程法两种测量方法相结合，直接测量变形点，真实反应高炉在某个时间段变化量，提高高炉基础变形观测的可靠性，提高更新改造的利用价值，优化设计方案，评价运营的安全性，节约投资成本。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

高炉变形量的观测方法，在体现高炉基础变形的支柱和吊车梁上分别设置变形观测点，作为反映炉体倾斜程度的变形观测对象，借助于激光全站仪和水准仪，利用平面法和高程法分别测量，然后以两者的平均值作为高炉的变形值，其具体操作步骤如下：

1）在地面上埋设控制点，每个控制点应分别符合平面法和高程法的要求，平面法要求在一个导线点上最少可以观测到一根支柱的上下两端；高程法用来测量各支柱上下两端的高程，用上下两端的高程相减得到高差，这个高差就是上下观测点之间的长度；

2）在控制点上对支柱分别按平面法和高程法进行测量，其中：

①平面法测量为二级导线精度，用一秒级全站仪观测，测角一测回，测边对向各测一测回，假设一个控制点的坐标和这点到邻近一点的方位角，形成一条闭合二等导线，对该导线平差计算，评定精度，得到各控制点的坐标；

②高程法测量为四等水准精度，用S5级水准仪进行四等水准测量，形成一条闭合四等水准路线，进行平差计算，评定精度，得到各控制点的高程；

3）用高于1秒级的激光全站仪，采用激光方式直接测量某支柱同一高度上的圆周表面坐标，用圆周表面坐标点任意组合计算出多于6个的圆心坐标，在这些圆心坐标中进行分析比较，保留6个数值比较集中、离散度较小的圆心坐标，将这6个圆心坐标取平均数作为圆支柱的圆心坐标，并计算中误差，评价测量精度，用同一根支柱上下两个圆周和两个圆心坐标之间的长度计算支柱的倾斜度，四根圆支柱倾斜度的平均数就是平面法测量的高炉基础的倾斜度；

4）在高炉平台的吊车梁上设置变形观测点；

5）在吊车梁上测量各变形观测点的高差，以地面一个控制点的高程为基准，将该地面高程引测到吊车梁上，用二等精度水准仪往返测量吊车梁上的变形观测点，将变形观测点形成一条闭合水准路线，得到每个水准点的精密高差；将高差进行回归计算，分析数据的离散度，并剔除异常数据；

用全站仪测量变形观测点的坐标，计算变形观测点间的距离和方位角，用高差和距离计算吊车梁的倾斜度；

最后用变形观测点之间的高差和距离计算出吊车梁的倾斜度，这个倾斜度就是体现高炉基础的倾斜度；

6）则将两种数据取其平均值作为最终的高炉倾斜变化量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）在各钢铁企业技术改造中，为了节约成本，减少投资，对原高炉基础稳定性进行评估非常必要，具有重要的实际指导意义。

2）在高炉正常生产运营中，高炉基础变形测量提供的可靠的变形数据，也可以为高炉优化设计提供参考，为生产运行、管理、维护和维修提供可靠根据。

3）本发明能在短时间内同时测量同一根立柱的上下两端圆心坐标，可以有效地抵消工作基点、仪器设站的误差，减少环境、气压、温度、大气折光对测量的影响。

4）采用平面法和高程法两种方法组合测量，可以多种技术结合，综合计算分析，对高炉的评价更接近真实状况。

附图说明

图1为本发明实施例埋设地面观测点和变形观测点分布图；

图2为本发明实施例高炉变形观测点的高程变形量；

图3为本发明实施例立柱倾斜角度指示图；

图4为本发明实施例立柱倾斜量变化图；

图5为本发明实施例立柱倾斜正视对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

以某钢厂十号高炉变形测量为例，其具体操作步骤如下：

1）选择高炉基础上的四根支柱（1号柱、2号柱、3号柱、4号柱）和一个吊车梁作为变形观测对象，通过对四个支柱和一个吊车梁的变形观测来说明高炉炉体的变形情况；

在高炉地面上布设5个地面控制点：B1、B2、B3、B4、B5。见图1；地面控制点用钢钉钉在水泥地面上作为标识，每个地面控制点应分别符合平面法和高程法的要求，平面法要求在一个导线点上最少可以观测到一根支柱的上下两端，即B1点观测1号柱的倾斜情况，B2点观测2号柱的倾斜情况，B4点观测3号柱的倾斜情况，B5点观测4号柱的倾斜情况，也就是说在同一个控制点上必须能够测量同一根支柱的上下两端的圆周坐标。

这5个地面控制点也应符合高程法要求，即用来测量各支柱上下两端的高程，用上下两端的高程相减得到高差，这个高差就是上下观测点之间的长度，也就是每个地面控制点既是平面控制点也是高程控制点。

2）在地面控制点上对支柱分别按平面法和高程法进行测量，用图解法在总图上读取B1点坐标和B1至B5方位角，作为平面控制起算数据，其中：

①B1至B5点设计为一条闭合的二级导线，用经过检验的一秒级全站仪观测，测角一测回，测边对向各测一测回，距离测量应进行温度改正、加常数和乘常数改正，不必进行投影改正，所有都在高炉所在的平均高程面上计算，因为在高炉所在的平均高程面上直接进行各种计算，可以省略大量的投影计算。对观测数据进行完上述改正后，检查观测数据是否满足精度，满足精度后进行平差计算，评定精度。本次测量二级导线的方位角闭合差为：-8″,坐标闭合差为：3.4mm，相对精度：1/61916。

②用图解法在总图上读取B1点高程值，作为高程控制起算数据。用经过检验的S5级水准仪对该导线进行四等水准测量，观测数据不进行气象等改正，计算闭合四等水准的闭合差，满足四等水准精度后，进行平差计算，各地面基准点水准观测经计算闭合差为5mm，符合四等水准精度要求。

地面控制点的测量结果见表1；

表1

地面控制点	X坐标（米）	Y坐标（米）	高程H（米）
				B1	057.065	192.390	42.316
B2	032.463	206.142	42.265
				B3	036.950	253.623	42.414
B4	080.527	259.537	42.278
				B5	095.415	218.024	42.400

3）在地面控制点上设置高于1秒级的激光全站仪，本例采用徕卡1201全站仪，精度指标为测角1秒、测距1+1ppm级，在B1点观测1号支柱，B2点观测2号支柱，B4点观测3号支柱，B5点观测4号柱，也就是说在同一个地面控制点上必须用激光方式同时直接测量同一根支柱的上下两端同一高度的圆周坐标，支柱的上下两端圆周坐标坐标点数量应大于6个，用圆周表面坐标点任意组合计算出多于6个的圆心坐标，在这些圆心坐标中进行分析比较，保留6个数值比较集中、离散度较小的圆心坐标，将这6个圆心坐标取平均数作为圆支柱的圆心坐标，并计算中误差，评价测量精度。

在测量同一根支柱的上下两端圆心坐标（X坐标、Y坐标）时，测量天顶距，用天顶距和平面距离计算上，用上下两端的高差（H）。

用上下两端的圆心坐标及长度计算各个支柱的倾斜度；分析比较各个支柱倾斜的大小和方向，满足精度要求后，计算四根支柱倾斜度的平均数既是高炉平面法测量的倾斜度，经计算，此次观测的下两端的圆心坐标中误差为±6mm，十号高炉基础支柱的倾斜情况详见图3、图4、图5，图中实线圆为柱上方，虚线圆为柱下方。十号高炉基础支柱垂直偏移见表2。

表2

用各个支柱测得的偏移量和上下两端的距离计算的各支柱的倾斜度见表3：

表3

平面法测量的结果高炉变形为：方位角：120°53′42″，倾斜角为：0°04′14″。

4）在高炉平台上的吊车梁上设置变形观测点，要求各变形观测点要尽量接近各支柱，此例在吊车梁上选择5个变形观测点，即：L1、L2、L3、L4、L5。

5）见图2，以一个地面控制点的高程为准，将该高程引测到高炉的吊车梁上L1变形观测点上，采用仪器为N3水准仪，在吊车梁上用二等水准精度往返测量各变形观测点的高差，L1至L5形成一条闭合水准路线，测量数据经过各项改正后计算闭合差，闭合差为1.49mm，符合二等水准精度要求，水准测量的结果、吊车梁上各变形观测点的高程以及坐标见表4；

表4

变形观测点	X	Y	H
				L1	075.989	223.840	51.73000
L2	062.666	214.430	51.72243
				L3	048.984	227.274	51.72186
L4	052.186	237.278	51.72163
				L5	070.914	239.647	51.71854

比较各点的变化量及方向都体现出一致性，即从L1点向L5点方向倾斜，选出变化最大的L1点至L5点，以L1点为基准，计算某变形观测点相对基准的距离和高度差，计算倾斜度，计算结果见表5：

表5

高程法测量的高炉变形结果为：方位角：107°42′35″，倾斜角为：0°02′22″。

6）取平面法和高程法测量所得到的倾斜度的大小和方向的算数平均值作为高炉最后的变形量，具体结果见表6：

表6

综上可述，十号高炉支柱最大倾斜度为千分之一点五（1.5/1000），吊车梁未见明显倾斜。

Claims (1)

1.高炉变形量的观测方法，其特征在于，在体现高炉基础变形的支柱和吊车梁上分别设置变形观测点，作为反映炉体倾斜程度的变形观测对象，借助于激光全站仪和水准仪，利用平面法和高程法分别测量，然后以两者的平均值作为高炉的变形值，其具体操作步骤如下：

1）在地面上埋设控制点，每个控制点应分别符合平面法和高程法的要求，平面法要求在一个导线点上最少可以观测到一根支柱的上下两端；高程法用来测量各支柱上下两端的高程，用上下两端的高程相减得到高差，这个高差就是上下观测点之间的长度；

2）在控制点上对支柱分别按平面法和高程法进行测量，其中：

①平面法测量为二级导线精度，用一秒级全站仪观测，测角一测回，测边对向各测一测回，假设一个控制点的坐标和这点到邻近一点的方位角，形成一条闭合二等导线，对该导线平差计算，评定精度，得到各控制点的坐标；

②高程法测量为四等水准精度，用S5级水准仪进行四等水准测量，形成一条闭合四等水准路线，进行平差计算，评定精度，得到各控制点的高程；

3）用高于1秒级的激光全站仪，采用激光方式直接测量某支柱同一高度上的圆周表面坐标，用圆周表面坐标点任意组合计算出多于6个的圆心坐标，在这些圆心坐标中进行分析比较，保留6个数值比较集中、离散度较小的圆心坐标，将这6个圆心坐标取平均数作为圆支柱的圆心坐标，并计算中误差，评价测量精度，用同一根支柱上下两个圆周和两个圆心坐标之间的长度计算支柱的倾斜度，四根圆支柱倾斜度的平均数就是平面法测量的高炉基础的倾斜度；

4）在高炉平台的吊车梁上设置变形观测点；

5）在吊车梁上测量各变形观测点的高差，以地面一个控制点的高程为基准，将该地面高程引测到吊车梁上，用二等精度水准仪往返测量吊车梁上的变形观测点，将变形观测点形成一条闭合水准路线，得到每个水准点的精密高差；将高差进行回归计算，分析数据的离散度，并剔除异常数据；

用全站仪测量变形观测点的坐标，计算变形观测点间的距离和方位角，用高差和距离计算吊车梁的倾斜度；

最后用变形观测点之间的高差和距离计算出吊车梁的倾斜度，这个倾斜度就是体现高炉基础的倾斜度；

6）则将两种数据取其平均值作为最终的高炉倾斜变化量。