CN105865416A - 一种用于沉降监测的水准尺悬挂式水准测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于沉降监测的水准尺悬挂式水准测量方法。把顶部带有悬挂接头的水准尺挂接到监测标志上，水准尺自然悬直后进行水准观测，根据测站前、后水准尺不同的立尺、挂尺方式计算测站的高差，再结合基准点可以算出监测标志的高程与沉降量。本发明的悬挂水准尺方式使测量标志可以埋设在较高位置，解决了测量标志容易被破坏的问题，也降低了观测时扶尺工作的劳动强度；同时观测时不需要切换仪器的工作模式，保证了较高的工作效率。本发明主要适用于房屋建筑、隧道及桥梁等基础工程在施工、运营期间的沉降监测。

Description

一种用于沉降监测的水准尺悬挂式水准测量方法

技术领域

本发明涉及一种在房屋建筑、隧道及桥梁等工程的沉降监测过程中，利用悬挂水准尺的方式观测获取沉降数据的监测方法，属于工程测量中的沉降监测领域。

背景技术

沉降监测是房屋建筑、隧道及桥梁等基础工程在施工、运营期间的重要工作内容和安全保障。目前，几何水准测量仍是上述工程沉降监测的主要方法，其通过测量各个测站的高差，结合已知高程点计算得到监测点的高程，进而可以计算沉降量。水准测量具有精度高、路线布设灵活等优点，但是实际应用中也存在一些问题，如沉降监测标志通常埋设在较低位置，极易受到施工影响或人为破坏，由此引起监测数据的冲断，影响了对监测对象变形状态和趋势的判断，另外人工扶尺的劳动强度较大，对工作效率和测量精度有一定影响。通常，为了避免监测标志受到破坏，可以将其埋设于较高的位置，采用水准尺倒置的观测模式进行监测；或者采用隐形测量标志。但倒置水准尺的观测模式会增加立尺难度且仪器需切换工作模式，而隐形标志则需要现场安装和拆卸，这些方法均不利于保证观测精度和观测效率，因此在实际工作中较少采用。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有观测技术的不足，提出一种在监测标志上正向悬挂水准尺进行水准观测的方法，为了实现这一目的，本发明将监测标志埋设于被监测对象较高的位置，观测时把顶部带有悬挂接头的水准尺挂接到监测标志上，水准尺自然悬直后进行常规的水准观测，通过简单计算即可获得水准测站的高差，结合已知高程的水准点进而可以算出监测标志的高程与沉降量。

具体步骤如下：

一、埋设沉降监测标志

首先在沉降监测对象上埋设监测标志，埋设时采用普通的不锈钢标志，埋设的高度要视悬挂水准尺的长度与现场情况而定，一般保证悬挂后有利于水准观测读数。在监测对象上埋设好监测标志以后，即可以借助悬挂装置将水准尺悬挂到监测标志上以便进行观测读数。

二、观测与测站高差计算

观测时使用与常规观测相同的设备与工具，如水准仪、水准尺、尺垫及其它辅助工具，其中水准尺的顶部带有悬挂装置，用于将水准尺悬挂于监测标志上以便进行挂尺观测。

工作中水准测量观测高差时，其一个测站的前、后尺子有四种摆放形式，分别是：①测站的前、后水准尺均立于尺垫或已知点上；②测站的后视水准尺立于尺垫或已知点上，前视水准尺悬挂于监测标志上；③测站的后视水准尺悬挂于监测标志上，前视水准尺立于尺垫或已知点上；④测站的前、后视水准尺均悬挂于监测标志上，其每一种情况的测站高差的观测与计算具体如下：

1、测站的前、后水准尺均立于尺垫或已知点上

如图3所示，测站的前、后水准尺均立于尺垫或已知点上，此时测站高差h计算如下：

h＝a-b (1)

式中：a、b分别为后视、前视水准尺的读数。

2、后视水准尺立于尺垫或已知点上，前视水准尺悬挂于监测标志上

如图4所示，水准测站的后视水准尺立于尺垫或已知点上，前视水准尺悬挂于监测标志上。测站高差h计算如下：

h＝a-b+L_Z (2)

式中：式中：a、b分别为后视水准尺、前视水准尺的读数；L_Z为悬挂水准尺的标称尺长，是指悬挂水准尺顶端悬挂装置与监测标志的接触面至悬挂水准尺底面的公垂线长度。

在沉降观测中通常只需要得到监测点的沉降变化量，而不是点的高程，此时可以不用顾及尺长L_Z的大小，即等效为测量前视水准尺底部一个虚拟的监测标志。由此(2)式可以简化成(1)式。

3、后视水准尺悬挂于监测标志上，前视水准尺立于尺垫或已知点上

如图5所示，水准测站的后视水准尺悬挂于监测标志上，前视水准尺立于尺垫或已知点上，测站高差h计算如下：

h＝a-b-L_Z (3)

式中：式中：a、b分别为后视水准尺、前视水准尺的读数；L_Z为悬挂水准尺的标称尺长，是指悬挂水准尺顶端悬挂装置与监测标志的接触面至悬挂水准尺底面的公垂线长度。

同样，当忽略常数项L_Z时，(3)式也可简写成(1)式。

4、前、后视悬挂水准尺均悬挂于监测标志上

如图6所示，水准测站的前、后视水准尺均悬挂于监测标志上。测站高差h计算如下：

h＝(a-L_Z)-(b-L_Z)＝a-b (4)

式中：a、b分别为后视悬挂水准尺、前视悬挂水准尺的读数；L_Z为悬挂水准尺的标称尺长，是指悬挂水准尺顶端悬挂装置与监测标志的接触面至悬挂水准尺底面的公垂线长度。

同样，当忽略常数项L_Z时，前、后视悬挂水准尺均悬挂于监测标志上的测站高差计算与第1种形式相同。

实际测量时，水准路线由以上四种形式的测站组合而成，根据需要可布设为闭合路线、附和路线与水准网等形式。

三、内业计算

在获得水准路线各个测站高差观测值h后，即可进行数据平差计算得到观测高差的平差结果，结合已知点高程可以算出各个监测标志的高程，

$H_i^j=H_{i-1}^j+{\stackrel{\‾}{h}}_{i-1,i}^j---\left(5\right)$

式中，分别为第i、i-1个监测标志第j期的高程，为第j期第i-1与第i个监测标志间的高差平差值。

对监测标志两期观测高程求差即可得到监测标志的沉降量Δ，

${\mathrm{\Δ}}_i^j=H_i^j-H_i^{j-1}---\left(6\right)$

本发明的悬挂水准尺观测方式使测量标志可以埋设在较高位置，通过悬挂水准尺观测及简单的数据计算获得监测标志间的高差、监测点的高程及其沉降量，解决了测量标志容易被破坏的问题，也降低了观测时扶尺工作的劳动强度；同时观测时不需要切换仪器的工作模式，保证了较高的工作效率，保证沉降监测数据的连续，并具有较高的观测精度；主要适用于房屋建筑、隧道及桥梁等基础工程在施工、运营期间的沉降监测。

附图说明

图1为本发明在监测对象上埋设的监测标志示意图。

图2为本发明在监测标志上悬挂水准尺示意图。

图3为本发明在尺垫或已知点上立式水准尺观测示意图。

图4为本发明在前视水准尺为悬挂水准尺观测示意图。

图5为本发明在后视水准尺为悬挂水准尺观测示意图。

图6为本发明在前、后视水准尺均为悬挂水准尺观测示意图。

图7为本发明实施例选取的闭合水准路线示意图。

图中标记：1-监测对象；2-监测标志；3-悬挂水准尺；4-尺垫；5-立式水准尺；6-水准仪；7-基准点；1a-监测对象1；1b-监测对象2；1c-监测对象3。

具体实施方式

实施例：

本发明适用于工程测量领域构筑物(房屋建筑、桥梁、隧道等)的沉降监测。为便于说明，本实施例以如图7所示的闭合水准路线为实验对象进行埋点、观测与计算的说明，具体实施步骤如下：

一、埋设沉降监测标志

首先在沉降第一监测对象1a、第二监测对象1b和第三监测对象1c上埋设普通的监测标志2，埋设时要保证悬挂水准尺3以后有利于水准观测读数；同时在监测对象变形区域外埋设基准点7。

二、观测与高差计算

闭合水准路线按顺时针观测，共有八个测站，依次对各个测站进行观测获得测站高差h₁、h₂、h₃、h₄、h₅、h₆、h₇与h₈。其中h₂、h₃、h₄、h₆以及h₇由悬挂水准尺3观测得到，h₁、h₅与h₈是利用尺垫4作常规观测的结果。各个测站高差的计算如下：

$\left\{\begin{array}{c}{h}_1=a_1-b_1,h_2=a_2-b_2+L_Z\\ h_3=a_3-b_3,h_4=a_4-b_4-L_Z\\ h_5=a_5-b_5,h_6=a_6-b_6+L_Z\\ h_7=a_7-b_7,h_8=a_8-b_8-L_Z\end{array}\right.---\left(7\right)$

三、内业计算

根据闭合水准路线高差闭合差的计算式，将(7)式中的各个测站高差相加可以得到闭合差f_h：

$\begin{array}{c}{f}_h=h_1+h_2+h_3+h_4+h_5+h_6+h_7+h_8\\ =\underset{i=1}{\overset{8}{\Σ}}{a}_i-\underset{i=1}{\overset{8}{\Σ}}{b}_i\end{array}---\left(8\right)$

平差计算后得到各个测站的高差经(5)式计算即可得到监测标志的高程，如式(9)所示。

$\left\{\begin{array}{c}{H}_{1a}=H_0+{\stackrel{\‾}{h}}_1+{\stackrel{\‾}{h}}_2\\ H_{1b}=H_{1a}+{\stackrel{\‾}{h}}_3\\ H_{1c}=H_{1b}+{\stackrel{\‾}{h}}_4+{\stackrel{\‾}{h}}_5+{\stackrel{\‾}{h}}_6\end{array}\right.---\left(9\right)$

式中，H₀是基准点的高程，是已知量。

如果第j期观测得到各个监测标志的高程时，则各监测标志的累计沉降量可以根据第j期与第1期的高程求差计算得到，如(10)式所示。

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ}}_{1a}^{1,j}=H_{1a}^j-H_{1a}^1\\ {\mathrm{\Δ}}_{1b}^{1,j}=H_{1b}^j-H_{1b}^1\\ {\mathrm{\Δ}}_{1c}^{1,j}=H_{1c}^j-H_{1c}^1\end{array}\right.---\left(10\right)$

式中，分别表示监测对象1a、1b与1c的第j期的累计沉降量，H^j、H¹分别是监测标志第j期与第1期的高程。

在上述的实施例中，通过式子(10)最终计算得到监测对象1a、1b与1c的第j期的累计沉降量，根据沉降量可以获知各个监测对象的变形情况，为工程决策提供参考。由于监测标志均埋设于距地面2米以上的高处，因此有效避免了人为破坏和施工的影响，使监测标志得到保护，解决了测量标志容易被破坏的问题；同时，水准尺悬挂后也降低了观测时人工扶尺的劳动强度；还有，观测时水准尺均为正向摆放，观测时不需要切换仪器的工作模式，保证了较高的工作效率。

Claims (4)

1.一种用于沉降监测的水准尺悬挂式水准测量方法，其特征是在于将水准尺(3)悬挂于沉降监测对象(1)上的监测标志(2)上进行水准观测，通过计算获得监测标志间的高差、监测标志的高程与沉降量。

2.根据权利要求1所述的水准尺悬挂式水准测量方法，其特征是在于水准测站的后视水准尺(5)立于尺垫(4)或已知点上，前视水准尺(3)悬挂于监测标志(2)上时，测站高差h的计算如下：

h＝a-b+L_Z

式中：a、b分别为后视立式水准尺(5)、前视水准尺(3)的读数，L_Z为水准尺的标称尺长，是指悬挂水准尺(3)顶端悬挂装置与监测标志的接触面至悬挂水准尺(3)底面的公垂线长度。

3.根据权利要求1所述的水准尺悬挂式水准测量方法，其特征是在于水准测站的后视水准尺(3)悬挂于监测标志(2)上，前视水准尺(5)立于尺垫(4)或已知点上时，测站高差h的计算如下：

h＝a-b-L_Z

式中：a、b分别为后视水准尺(3)、前视水准尺(5)的读数，L_Z为水准尺的标称尺长，是指悬挂水准尺(3)顶端悬挂装置与监测标志的接触面至悬挂水准尺(3)底面的公垂线长度。

4.根据权利要求1所述的水准尺悬挂式水准测量方法，其特征是在于水准测站的前、后视水准尺均悬挂于监测标志上时，测站高差h的计算如下：

h＝a-b

式中:a、b分别为后视、前视悬挂水准尺(3)的读数。