CN113432581A - 一种利用精密水准点进行高精度的拱顶沉降观测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用精密水准点进行高精度的拱顶沉降观测方法首先，拱顶沉降观测点B上安装一固定棱镜；其次在轨道道床沉降监测点A上安装高程传递装置；高程传递装置包括水平基准板，所述水平基准本的中心竖直安装有立杆，所述立杆的上端部固定安装有棱镜；所述立杆的中部靠上位置安装有水准气泡；第三、在拱顶沉降观测点A棱镜朝向一侧、与拱顶沉降观测点和精密水准点的距离均小于50米范围内放置高精度全站仪，高精度全站仪采集轨道道床沉降监测点A和拱顶沉降观测点B并将轨道道床上的沉降观测点A的高程传递给拱顶沉降观测点B，通过比较拱顶沉降观测点的高程数据变化计算其沉降变化；本发明打破传统的观测方法，利用精密水准点进行高精度的拱顶沉降观测；该种观测时间较较短，效率高，同时在其观测时不受制造误差，温度、拉力等均会对观测结果造成重大影响，其观测结果明显优于传统的观测精度。
Description
技术领域
本发明属于拱顶沉降监测领域，尤其涉及一种利用精密水准点进行高精度的拱顶沉降观测方法。
背景技术
拱顶沉降监测采用技术方法应能反映拱顶变形情况及发展趋势。一般隧道拱顶沉降水准仪监测常用方法水准仪倒尺观测法、水准仪+钢挂尺、全站仪免棱镜观测法等。
水准仪倒尺观测法是将水准尺倒立于监测点上进行测量，但一般情况下隧道光线较暗、气象环境差导致观测效率低下；水准尺难以在倒立时保证垂直稳定的状态再加上多次测量尺头撞击监测点已导致监测点松动、损坏影响变形监测的精度。
水准仪+钢挂尺是观将挂点作为监测点，将钢尺悬于其下，观测相邻两点尺，从而获取两点间的高差，组成水准线路计算各点高程，进而分析高差变化。隧道里环境较差、光线较暗，因此观测时间较长，效率低，同时在其观测时钢尺所固有的制造误差，温度、拉力等均会对观测结果造成重大影响，故观测精度相对较低。
为此，本发明提供一种利用水准点向棱镜中心进行精密高程传递的进行高精度的拱顶沉降观测方法。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种解决两观测点间高差超过双尺测量范围时高程的精确传递及地面水准点向棱镜中心进行精密高程传递难题，本发明利用水准点向棱镜中心进行精密高程传递的进行高精度的拱顶沉降观测方法。
本发明是这样实现的，一种利用精密水准点进行高精度的拱顶沉降观测方法，其特征在于：首先，拱顶沉降观测点B上安装一固定棱镜；其次在轨道道床沉降监测点A上安装高程传递装置；高程传递装置包括水平基准板，所述水平基准本的中心竖直安装有立杆，所述立杆的上端部固定安装有棱镜；所述立杆的中部靠上位置安装有水准气泡；第三、在什么位置放置高精度全站仪，高精度全站仪采集轨道道床沉降监测点A和拱顶沉降观测点B并将轨道道床上的沉降观测点A的高程传递给拱顶沉降观测点B，通过比较拱顶沉降观测点的高程数据变化计算其沉降变化；
高精度测量机器人架设于拱顶沉降观测点A棱镜朝向一侧、与拱顶沉降观测点及精密水准点的距离均小于50米范围内，用于将高程从精密水准点精确地传递给拱顶沉降观测点；
具体如下：拱顶沉降观测点B的高程值计算：
设Ha、Hb分别表示A、B两点的高程，Sb表示高精度测量机器人测量得出的B点相对于水平全站仪水平中心的高差，H表示专用传高设备底部底板至棱镜中心的高度,S表示立于A点上的传高设备相对于水平全站仪水平中心的高差则：
Hb-(Ha+H)＝Sb-S
则拱顶沉降监测点B的高程为
Hb＝Ha+H+Sb-S
拱顶沉降监测点B的相邻两期变化量：ΔHb＝Hbn-Hbn-1
拱顶沉降监测点B的累计变化量：SHb＝Hbn-Hb0；
通过上述计算的拱顶沉降监测点B的相邻两期变化量和拱顶沉降监测点B的累计变化量，从而获取高精度的拱顶沉降数据。
优选的，水平基准板的平整度误差小于0.03mm。
优选的，所述立杆通过紧固件螺丝或焊接的方式固定于水平基准板的上表面。
优选的，所述棱镜中心距离立杆的下底面的测量误差小于0.03mm。
优选的，所述立杆的下端部沿圆周方向均布设有调节伸缩支撑脚。
优选的，所述棱镜采用竖向同轴双棱镜。
本发明具有的优点和技术效果：本发明打破传统的观测方法，利用精密水准点进行高精度的拱顶沉降观测；该种观测时间较较短，效率高，同时在其观测时不受制造误差，温度、拉力等均会对观测结果造成重大影响，其观测结果明显优于传统的观测精度。尤其本发明采用的地面水准点向棱镜中心进行精密高程传递的装置，实现是在将固定高度的高强度立杆垂直固定于高强度耐磨平板上；利用高平整度的底面解决了水准点最高点的查找问题，同时利用立杆上棱镜至底板底面的高度固定解决了棱镜高的测量误差问题；固定于立杆上的水准气泡保证了观测过程中观测装置的垂直性，可调脚撑保证了观测过程中装置的稳定性。经实践验证，相邻变形观测点的高差中误差优于0.3mm、变形观测点的高程中误差优于0.5mm，可满足《工程测量标准》(GB 50026-2020)二等变形监测的技术要求。
附图说明
图1是本发明拱顶沉降观测点A和B布点结构示意图；
图2是拱顶沉降观测点A和B观测结构示意图；
图3是高程传递装置结构示意图。
图中、1、水平基准板；2、立杆；3、棱镜；4、水准气泡；5、调节伸缩支撑脚；6、固定棱镜；7、高精度全站仪。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1至图3，一种利用精密水准点进行高精度的拱顶沉降观测方法，首先，拱顶沉降观测点B上安装一固定棱镜6；其次，在轨道道床沉降监测点A上安装高程传递装置；高程传递装置具体结构如下，包括水平基准板1，所述水平基准板采用高强度耐磨平板，例如奥氏体304不锈钢，以防止因长期使用造成底面磨损从而影响测量精度；利用高平整度的底面解决了水准点最高点的查找问题；所述水平基准本的中心竖直安装有立杆2，所述立杆的上端部固定安装有棱镜3；优选的，水平基准板为50mm*50mm正方形板，结构简单易于安装，整体高度1.5m左右；优选的，棱镜采用竖向同轴双棱镜以达到实现测量结果互相校核和减少观测次数的目的，利用立杆上棱镜至底板底面的高度固定解决了棱镜高的测量误差问题；所述立杆的中部靠上位置安装有水准气泡4，保证了观测过程中观测装置的垂直性；所述立杆的中部靠上位置安装有水准气泡；第三、在拱顶沉降观测点A棱镜朝向一侧、与拱顶沉降观测点和精密水准点的距离均小于50米范围内放置高精度全站仪7，高精度全站仪采集轨道道床沉降监测点A和拱顶沉降观测点B并将轨道道床上的沉降观测点A的高程传递给拱顶沉降观测点B，通过比较拱顶沉降观测点的高程数据变化计算其沉降变化；
高精度测量机器人架设于拱顶沉降观测点A棱镜朝向一侧、与拱顶沉降观测点及精密水准点的距离均小于50米范围内，用于将高程从精密水准点精确地传递给拱顶沉降观测点。
采用的高精度测量机器人为TS60(测角精度0.5″，测距精度0.6+1ppm)
观测技术要求如下：
具体如下：拱顶沉降观测点B的高程值计算：
设Ha、Hb分别表示A、B两点的高程，Sb表示高精度测量机器人测量得出的B点相对于水平全站仪水平中心的高差，H表示专用传高设备底部底板至棱镜中心的高度,S表示立于A点上的传高设备相对于水平全站仪水平中心的高差则：
Hb-(Ha+H)＝Sb-S
则拱顶沉降监测点B的高程为
Hb＝Ha+H+Sb-S
拱顶沉降监测点B的相邻两期变化量：ΔHb＝Hbn-Hbn-1
拱顶沉降监测点B的累计变化量：SHb＝Hbn-Hb0；
通过上述计算的拱顶沉降监测点B的相邻两期变化量和拱顶沉降监测点B的累计变化量，从而获取高精度的拱顶沉降数据。
优选的，水平基准板的平整度误差小于0.03mm，使得本项设备误差对测量结果的影响降至所需精度的1/10。
优选的，所述立杆通过紧固件螺丝或焊接的方式固定于水平基准板的上表面。本实施例优选焊接结构。
优选的，所述棱镜中心距离立杆的下底面的测量误差小于0.03mm，使得本项设备制造误差对测量结果的影响降至所需精度的1/10。
优选的，所述立杆的下端部沿圆周方向均布设有调节伸缩支撑脚5，可调脚撑保证了观测过程中装置的稳定性，所采用的伸缩支撑脚可以采用伸缩式三脚架结构，例如被广泛应用在摄影器材、测量器材上的支撑脚伸缩结构。
上述的高程传递装置，在实际使用时，两相邻水准点高程传递使用本装置时，将本装置先后调平放置在已知点和未知点上进行观测，获取两点上棱镜中心与全站仪中心的高差，二者相减即为两水准点的高差，已知点高程加上高差即为未知点高程。
上述的高程传递装置，高程自水准点传递至某棱镜中心使用本装置时，将本装置调平放置在已知点上，用高精度全站仪观测获取已知点上棱镜中心与全站仪中心的高差，后用全站仪观测目标棱镜获取获取目标棱镜中心与全站仪中心的高差。目标棱镜与全站仪中心的高差与已知点上棱镜棱镜中心高差相减再减去固定装置高度即可得目标棱镜中心与已知点高差，已知点高程加上高差即为目标棱镜中高程。
综上所述，本发明解决两观测点间高差超过双尺测量范围时高程的精确传递及地面水准点向棱镜中心进行精密高程传递难题，特别适不利于安放水准尺、高差相对较大从而导致多次转站、无法转站等高程传递场合，或用于拱顶沉降监测。
用于拱顶沉降监测本发明打破传统的观测方法，利用精密水准点进行高精度的拱顶沉降观测；该种观测时间较较短，效率高，同时在其观测时不受制造误差，温度、拉力等均会对观测结果造成重大影响，其观测结果明显优于传统的观测精度。经实践验证，相邻变形观测点的高差中误差优于0.3mm、变形观测点的高程中误差优于0.5mm，可满足《工程测量标准》(GB 50026-2020)二等变形监测的技术要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种利用精密水准点进行高精度的拱顶沉降观测方法，其特征在于：首先，拱顶沉降观测点B上安装一固定棱镜；其次在轨道道床沉降监测点A上安装高程传递装置；高程传递装置包括水平基准板，所述水平基准本的中心竖直安装有立杆，所述立杆的上端部固定安装有棱镜；所述立杆的中部靠上位置安装有水准气泡；第三、在拱顶沉降观测点A棱镜朝向一侧、与拱顶沉降观测点和精密水准点的距离均小于50米范围内放置高精度全站仪，高精度全站仪采集轨道道床沉降监测点A和拱顶沉降观测点B并将轨道道床上的沉降观测点A的高程传递给拱顶沉降观测点B，通过比较拱顶沉降观测点的高程数据变化计算其沉降变化；
高精度测量机器人架设于拱顶沉降观测点A棱镜朝向一侧、与拱顶沉降观测点及精密水准点的距离均小于50米范围内，用于将高程从精密水准点精确地传递给拱顶沉降观测点；
具体如下：拱顶沉降观测点B的高程值计算：
设Ha、Hb分别表示A、B两点的高程，Sb表示高精度测量机器人测量得出的B点相对于水平全站仪水平中心的高差，H表示专用传高设备底部底板至棱镜中心的高度,S表示立于A点上的传高设备相对于水平全站仪水平中心的高差则：
Hb-(Ha+H)＝Sb-S
则拱顶沉降监测点B的高程为
Hb＝Ha+H+Sb-S
拱顶沉降监测点B的相邻两期变化量：ΔHb＝Hbn-Hbn-1
拱顶沉降监测点B的累计变化量：SHb＝Hbn-Hb0；
通过上述计算的拱顶沉降监测点B的相邻两期变化量和拱顶沉降监测点B的累计变化量，从而获取高精度的拱顶沉降数据。
2.根据权利要求1所述的利用精密水准点进行高精度的拱顶沉降观测方法，其特征在于：水平基准板的平整度误差小于0.03mm。
3.根据权利要求1所述的利用精密水准点进行高精度的拱顶沉降观测方法，其特征在于：所述立杆通过紧固件螺丝或焊接的方式固定于水平基准板的上表面。
4.根据权利要求1所述的利用精密水准点进行高精度的拱顶沉降观测方法，其特征在于：所述棱镜中心距离立杆的下底面的测量误差小于0.03mm。
5.根据权利要求1所述的利用精密水准点进行高精度的拱顶沉降观测方法，其特征在于：所述立杆的下端部沿圆周方向均布设有调节伸缩支撑脚。
6.根据权利要求1所述的利用精密水准点进行高精度的拱顶沉降观测方法，其特征在于：所述棱镜采用竖向同轴双棱镜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210924 |