CN104390599A - 一种分段式围岩收敛变形近景摄影测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于地下工程洞室及隧道围岩断面收敛变形近景摄影测量技术领域，特别是涉及一种分段式围岩收敛变形近景摄影测量方法，该测量方法的步骤：第一步，在围岩断面的左右两侧安装测量点A和测量点B,得到测线A-B；第二步，在测量点A和测量点B附近安装固定点A'和固定点B',保证测量点A和测量点B及固定点A'和B'在一条直线上；第三步，采用近景摄影测量技术，分别获得测线A-A'的收敛变形数据以及测线B'-B的收敛变形数据；第四步，将步骤三中获得的收敛变形数据和求和得到围岩收敛变形数据。该方法适用于采用近景摄影测量方式，尤其是基于非量测数码相机情形下的地下工程洞室及隧道围岩断面收敛变形或位移测量领域。

Description

一种分段式围岩收敛变形近景摄影测量方法

技术领域

本发明属于地下工程洞室及隧道围岩断面收敛变形近景摄影测量技术领域，特别是涉及一种分段式围岩收敛变形近景摄影测量方法。

背景技术

近景摄影测量技术在地下工程洞室及隧道围岩断面收敛变形监测领域有成功应用，尤其是基于非量测数码相机的围岩收敛变形数字近景摄影测量技术具有成本低廉，精度较高的优势，近年来得到了快速发展。然而，目前该项技术存在一些典型缺点,首先在固定相机的前提下，系统的测量精度会随着围岩断面跨度的增加而快速下降；其次随着围堰断面跨度的加大，三维控制场的分布体积也不断加大，进而会对工程施工以及测量系统的运输装配等工作效率带来严重影响。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种分段式围岩收敛变形间接测量方法，该方法能将大跨度范围的围岩收敛变形量测量转换成由分段小范围围岩收敛变形量间接求解得到，可大幅降低围岩跨度对在围岩收敛变形近景摄影测量结果精度的影响，并可有效减小三维控制场体积，降低甚至消除对地下工程施工的干扰，提高测量作业效率。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一种分段式围岩收敛变形近景摄影测量方法，该测量方法包括以下步骤：

第一步，在待测围岩断面的左右两侧安装测量点A和测量点B，A-B为测线，其长度设为L，其中测量点采用涂装亮色的圆球，并通过测量锚杆锚入围岩侧壁内；

第二步，在保证不影响到围岩三维控制场布设的前提下，在距离步骤一所述的测量点A和测量点B附近分别安装固定点A’和固定点B’，其中固定点采用涂装亮色的圆球，并通过固定锚杆垂直锚入地下，并且保证固定点A’和固定点B’以及测量点A和测量点B在一条直线上，将步骤一种所述的测线A-B分成测线A-A’、A’-B’以及B’-B三段，其中将A-A’长度设为L₁、A’-B’长度设为L₃以及B’-B长度设为L₂；

第三步，采用数字近景摄影测量技术，在单位时间t间隔内分别获得测线A-B的变化量A-A’、A’-B’及测线B’-B的位移参数数据L₁、L₃及L₂；

第四步，将步骤三中获得的测线A-A’、A’-B’和测线B’-B的位移参数L₁、L₃及L₂，求和得到测线A-B的围岩位移参数L，按照下述基本原理计算，即可完成围岩变形量X的测量；

该测量方法的基本原理为：

任意时刻t，测线A-B的长度L可由测线A-A’的长度L₁，测线A’-B’的长度L₂以及测线B’-B的长度L₃求和得到。

L(t)＝L₁(t)+L₂(t)+L₃(t)      (1-1)

假设围岩收敛变形测量的时间间隔为Δt，测线A-B在t和t+Δt时刻的长度分别为L(t)和L(t+Δt)，则围岩收敛变形量X可由下式计算得出：

X＝L(t)-L(t+Δt)       (1-2)

将式(1-1)带入式(1-2)中可得：

X＝L₁(t)-L₁(t+Δt)+L₂(t)-L₂(t+Δt)+L₃(t)-L₃(t+Δt)＝X₁+X₂+X₃   (1-3)

其中，X₁为L₁的变形量，X₂为L₂的变形量，X₃为L₃的变形量，由式(1-3)可以看出，测线A-B对应的围岩收敛变形量X可由测线A-A’、测线A’-B’以及测线B’-B三段变形量X₁、X₂、X₃求和得出；又由于A’、B’为固定点，其对应距离L₃的变化量X₃为零，这时，式(1-3)简化为：

X＝X₁+X₂      (1-4)

即，围岩变形量X的数值可由X₁和X₂求和得出。

本发明的有益效果：使用本方法测量围岩，绝对测量精度与围岩跨度无关，跨度越大，相对测量精度越高。解决了传统近景摄影测量方法应用于地下工程或隧道围岩收敛变形测量过程中，绝对测量精度随着跨度的增加快速降低的问题；将传统近景摄影测量中摄影内容必须涵盖整个围岩断面降低到只需要涵盖左右侧围岩较小区域，可极大提高测量系统物理分辨率的效能，另一方面，可极大降低三维控制场(近景摄影测量必备装置之一)的体积，因而最大程度减少与工程施工过程的加叉干扰，提高测量作业效率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的围岩变形分段测量方法原理图。

具体实施方式

实施例1、一种分段式围岩收敛变形近景摄影测量方法，如图1所示，该测量方法包括以下步骤：

第一步，在待测围岩断面的左右两侧安装测量点A和测量点B，A-B为测线，其长度设为L，其中测量点采用涂装亮色的圆球，并通过测量锚杆锚入围岩侧壁内；

第二步，在保证不影响到围岩三维控制场布设的前提下，在距离步骤一所述的测量点A和测量点B附近分别安装固定点A’和固定点B’，其中固定点采用涂装亮色的圆球，并通过固定锚杆垂直锚入地下，并且保证固定点A’和固定点B’以及测量点A和测量点B在一条直线上，将步骤一种所述的测线A-B分成测线A-A’、A’-B’以及B’-B三段，其中将A-A’长度设为L₁、A’-B’长度设为L₃以及B’-B长度设为L₂；

第三步，采用数字近景摄影测量技术，在单位时间t间隔内分别获得测线A-B的变化量A-A’、A’-B’及测线B’-B的位移参数数据L₁、L₃及L₂；

第四步，将步骤三中获得的测线A-A’、A’-B’和测线B’-B的位移参数L₁、L₃及L₂，求和得到测线A-B的围岩位移参数L，按照下述基本原理计算，即可完成围岩变形量X的测量；

该测量方法的基本原理为：

任意时刻t，测线A-B的长度L可由测线A-A’的长度L₁，测线A’-B’的长度L₂以及测线B’-B的长度L₃求和得到。

L(t)＝L₁(t)+L₂(t)+L₃(t)      (1-1)

假设围岩收敛变形测量的时间间隔为Δt，测线A-B在t和t+Δt时刻的长度分别为L(t)和L(t+Δt)，则围岩收敛变形量X可由下式计算得出：

X＝L(t)-L(t+Δt)      (1-2)

将式(1-1)带入式(1-2)中可得：

X＝L₁(t)-L₁(t+Δt)+L₂(t)-L₂(t+Δt)+L₃(t)-L₃(t+Δt)＝X₁+X₂+X₃   (1-3)

其中，X₁为L₁的变形量，X₂为L₂的变形量，X₃为L₃的变形量，由式(1-3)可以看出，测线A-B对应的围岩收敛变形量X可由测线A-A’、测线A’-B’以及测线B’-B三段变形量X₁、X₂、X₃求和得出；又由于A’、B’为固定点，其对应距离L₃的变化量X₃为零，这时，式(1-3)简化为：

X＝X₁+X₂      (1-4)

即，围岩变形量X的数值可由X₁和X₂求和得出。

测量点连接于测量锚杆上，测量锚杆锚入围岩壁较浅，保证测量点与围岩表面变形近似一致；固定点连接在固定锚杆上，固定锚杆锚入地面较深并加注水泥灌浆固定，以保证固定点精度的长期稳定性，并定期利用洞室外引入基准对固定点进行校正。其中，测量点以及固定点采用圆球形并且涂妆亮色以便于近景摄影测量后期数据处理中的特征点提取。

本发明的创新点：1、通过引入固定点，将全跨度围岩收敛变形测量分解成两个极小跨度围岩收敛变形测量，测量结果的绝对测量精度与围岩跨度无关，解决了传统近景摄影测量方法应用于地下工程或隧道围岩收敛变形测量过程中，绝对测量精度随着跨度的增加而快速降低的问题。2、将传统近景摄影测量中摄影内容必须涵盖整个围岩断面，降低到只需要涵盖左右侧围岩较小区域。极大提高测量系统物理分辨率的效能，降低三维控制场(近景摄影测量必备装置之一)的体积，减少甚至消除与工程施工的交叉干扰，提高测量作业的效能。

Claims (1)

1.一种分段式围岩收敛变形近景摄影测量方法，其特征在于：该测量方法包括以下步骤：

第一步，在待测围岩断面的左右两侧安装测量点A和测量点B，A-B为测线，其长度设为L，其中测量点采用涂装亮色的圆球，并通过测量锚杆锚入围岩侧壁内；

第二步，在保证不影响到围岩三维控制场布设的前提下，在距离步骤一所述的测量点A和测量点B附近分别安装固定点A’和固定点B’，其中固定点采用涂装亮色的圆球，并通过固定锚杆垂直锚入地下，并且保证固定点A’和固定点B’以及测量点A和测量点B在一条直线上，将步骤一种所述的测线A-B分成测线A-A’、A’-B’以及B’-B三段，其中将A-A’长度设为L₁、A’-B’长度设为L₃以及B’-B长度设为L₂；

第三步，采用数字近景摄影测量技术，在单位时间t间隔内分别获得测线A-B的变化量A-A’、A’-B’及测线B,-B的位移参数数据L₁、L₃及L₂；

第四步，将步骤三中获得的测线A-A’、A’-B’和测线B’-B的位移参数L₁、L₃及L₂，求和得到测线A-B的围岩位移参数L，按照下述基本原理计算，即可完成围岩变形量X的测量；

该测量方法的基本原理为：

任意时刻t，测线A-B的长度L可由测线A-A’的长度L₁，测线A’-B’的长度L₂以及测线B’-B的长度L₃求和得到，

L(t)＝L₁(t)+L₂(t)+L₃(t)          (1-1)

假设围岩收敛变形测量的时间间隔为Δt，测线A-B在t和t+Δt时刻的长度分别为L(t)和L(t+Δt)，则围岩收敛变形量X可由下式计算得出：

X＝L(t)-L(t+Δt)          (1-2)

将式(1-1)带入式(1-2)中可得：

X＝L₁(t)-L₁(t+Δt)+L₂(t)-L₂(t+Δt)+L₃(t)-L₃(t+Δt)＝X₁+X₂+X₃     (1-3)

其中，X₁为L₁的变形量，X₂为L₂的变形量，X₃为L₃的变形量，由式(1-3)可以看出，测线A-B对应的围岩收敛变形量X可由测线A-A’、测线A’-B’以及测线B’-B三段变形量X₁、X₂、X₃求和得出；又由于A’、B’为固定点，其对应距离L₃的变化量X₃为零，这时，式(1-3)简化为：

X＝X₁+X₂              (1-4)

即，围岩变形量X的数值可由X₁和X₂求和得出。