CN113532376B - 一种监控拱状建筑物拱顶沉降和周边收敛的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种监控拱状建筑物拱顶沉降和周边收敛的方法，它包括测距装置、反射装置Ⅰ、数据处理装置及报警装置，该方法在测距装置上设有倾角仪，通过倾角仪以获取测距装置光线夹角的变化；在拱状建筑物拱顶悬挂下端面水平的反射装置Ⅱ以便于弧形拱顶沉降的计算；本发明有利于对拱状建筑物拱顶沉降和周边收敛进行实时监控，有利于节省人力物力并确保安全。

Description

一种监控拱状建筑物拱顶沉降和周边收敛的方法

技术领域

本发明涉及一种监控拱状建筑物拱顶沉降和周边收敛的方法，属于拱状建筑物形变技术领域。

背景技术

监控量测是工程项目施工、运营期间必不可少的一个重要环节，采用人工对隧道、地下管廊、拱桥等拱形建筑进行监控量测，受监测环境影响，实施难度大、数据时效性性难以保证且人员安全难以保证。虽然现有技术，存在使用一些设备进行监控，但是，其技术手段复杂，成本高，如专利号为“CN110044289B”，专利名称为“基于自动变焦的隧道多断面收敛变形视频监测装置及方法”其技术手段为：“所述监测装置包括多断面监测标志点或标靶、摄像系统和监控服务器，所述监控服务器包括自适应对焦控制系统、图像实时传输与存储系统、视频图像分析系统和变形预警反馈系统；所述的监测方法包括标志点标靶及摄像系统的安装、多断面的自适应动态对焦拍摄、图像的采集、图像本地存储与在线传输、标志点运动特征图像识别分析、收敛变形预警分析及反馈。本发明实现了隧道变形的快速、在线、空间覆盖监测，可用于隧道施工期和运营期变形监测，也可应用于管廊管沟、顶管隧道等其他类似地下工程”，该技术虽然能起到监控拱顶沉降和周边收敛的作用，但是，其技术手段复杂，成本也高，不利于推广。

即：现需要一种监控拱状建筑物拱顶沉降和周边收敛的方法，有利于对拱状建筑物拱顶沉降和周边收敛进行实时监控，有利于节省人力物力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种监控拱状建筑物拱顶沉降和周边收敛的方法，可以克服现有技术的不足。

本发明的技术方案是：一种监控拱状建筑物拱顶沉降和周边收敛的方法，它包括测距装置、反射装置Ⅰ、数据处理装置及报警装置，该方法在测距装置上设有倾角仪，通过倾角仪以获取测距装置光线夹角的变化；在拱状建筑物拱顶悬挂下端面水平的反射装置Ⅱ以便于弧形拱顶沉降的计算。

它包括以下步骤：

(1)在拱状建筑物左右两侧分别安装有测距装置和反射装置Ⅰ，在拱状建筑物拱顶吊装有反射装置Ⅱ，所述反射装置Ⅱ下端面在重力作用下保持水平，所述测距装置的光线打在反射装置Ⅱ的下端面并实现反射测距。

(2)根据光线角度变化，自适应计算拱顶沉降和周边收敛：

安装测距装置和倾角仪，通过人工预先设定各监测的参数；所述参数具体为：预先设定测距装置射在反射装置Ⅱ上的光线与水平线的夹紧为θ_1，测距装置与反射装置Ⅱ监测点的初始距离为L₁；预先设定测距装置与反射装置Ⅰ之间水平反射，测距装置与反射装置Ⅰ的距离初始测距为L₂；拱顶沉降量h和周边收敛L_收的公式具体如下：

①当只发生拱顶沉降，周边未收敛,倾角仪的角度未发生变化：

h＝(L₁-L₃)sinθ₁

L_收＝0

其中L₃为拱顶沉降后，测距装置与反射装置Ⅱ的距离；

②当只发生周边收敛,拱顶未沉降，倾角仪的角度未发生变化：

h＝0

L_收＝L_2-L₄

其中L₄为周边收敛后，测距装置与反射装置的距离；

③当发生拱顶沉降，周边发生收敛,倾角仪的角度发生变化：

h＝【L₁-L₅sin(θ_1-θ₂)/sin(180⁰-θ₁)】sinθ₁

L_收＝L_2-L₆cosθ₂

其中,L₅为拱顶沉降后测距装置与反射装置Ⅱ的距离,θ₁为预设定光线与水平线的夹角；θ₂为倾角仪变化的角度：L₆为周边收敛后,测距装置与反射装置的距离；

(3)数据处理装置发现拱顶沉降和周边收敛超出阈值，向报警装置发出报警信号。

该监控拱状建筑物拱顶沉降和周边收敛的结构，它包括测距装置、反射装置Ⅰ、数据处理装置及报警装置，所述测距装置、反射装置Ⅰ分别位于拱状建筑物左右两侧，所述数据处理装置分别与测距装置和报警装置无线连接，在拱状建筑物的拱顶悬挂有反射装置Ⅱ，所述反射装置Ⅱ在重力作用下其下端面水平，所述测距装置激光照在反射装置Ⅱ的下端面，在测距装置上设有倾角仪。

所述的反射装置Ⅱ为悬挂的水平板。

所述反射装置Ⅰ通过挂绳悬挂在拱状建筑物的一侧。

与现有技术比较，本发明监控拱状建筑物拱顶沉降和周边收敛的方法，具有的优点如下：

(1)现有技术，在计算拱顶沉降高度时，因为拱顶为弧形状，不方便计算沉降高度，而通过在拱状建筑物拱顶悬挂下端面水平的反射装置Ⅱ，这样能避免弧形拱顶带来的计算干扰，有利于计算沉降高度；

(2)反射装置Ⅱ为悬挂的水平板，结构简单，成本低，又能避免弧形拱顶带来的计算干扰，有利于推广；

(3)通过监控测距装置和反射装置Ⅱ之间距离差的变化，有利于测量拱状建筑物周边的收敛。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1是本发明的连接结构示意图。

图2是只发生拱顶沉降，周边未收敛状态的连接结构示意图。

图3是只发生周边收敛,拱顶未沉降，倾角仪的角度未发生变化状态的连接结构示意图。

图4是发生拱顶沉降，周边发生收敛,倾角仪的角度发生变化的连接结构示意图。

图5是图4中A部分的放大结构示意图。

图6是发生拱顶沉降，周边发生收敛,倾角仪的角度发生变化后的计算示意图。

图7是图2中B部分的放大结构示意图。

其中，测距装置1；反射装置Ⅰ2；数据处理装置3；报警装置4；反射装置Ⅱ5；倾角仪6。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

实施例1.如图1所示，一种监控拱状建筑物拱顶沉降和周边收敛的方法，它包括测距装置1，测距装置1为激光仪器、反射装置Ⅰ2、数据处理装置3及报警装置4，该方法在测距装置1上设有倾角仪6，通过倾角仪6以获取测距装置1光线夹角的变化；在拱状建筑物拱顶悬挂下端面水平的反射装置Ⅱ5以便于弧形拱顶沉降的计算。

它包括以下步骤：

(1)在拱状建筑物左右两侧分别安装有测距装置1和反射装置Ⅰ2，在拱状建筑物拱顶吊装有反射装置Ⅱ5，所述反射装置Ⅱ5下端面在重力作用下保持水平，所述测距装置1的光线打在反射装置Ⅱ5的下端面并实现反射测距。

(2)根据光线角度变化，自适应计算拱顶沉降和周边收敛：

安装测距装置1和倾角仪6，通过人工预先设定各监测的参数；所述参数具体为：预先设定测距装置1射在反射装置Ⅱ5上的光线与水平线的夹紧为θ_1，测距装置1与反射装置Ⅱ5监测点的初始距离为L₁；预先设定测距装置1与反射装置Ⅰ2之间水平反射，测距装置1与反射装置Ⅰ2的距离初始测距为L₂；拱顶沉降量h和周边收敛L_收的公式具体如下：

①当只发生拱顶沉降，周边未收敛,倾角仪6的角度未发生变化：

h＝(L₁-L₃)sinθ₁1

L_收＝02

其中L₃为拱顶沉降后，测距装置1与反射装置Ⅱ5的距离；

②当只发生周边收敛,拱顶未沉降，倾角仪6的角度未发生变化：

h＝03

L_收＝L_2-L₄4

其中L₄为周边收敛后，测距装置1与反射装置的距离；

③当发生拱顶沉降，周边发生收敛,倾角仪6的角度发生变化：

h＝【L₁-L₅sin(θ_1-θ₂)/sin(180⁰-θ₁)】sinθ₁

L_收＝L_2-L₆cosθ₂

其中,L₅为拱顶沉降后测距装置1与反射装置Ⅱ5的距离,θ₁为预设定光线与水平线的夹角_；θ₂为倾角仪6变化的角度：L₆为周边收敛后,测距装置1与反射装置的距离；

具体的，如图6所示，在ΔACO^‘中，根据正弦定理“在任意一个平面三角形中，各边和它所对角的正弦值的比相等，其中L₁为OF的长度，L₅为AO^‘的长度，θ₁为预设定光线与水平线的夹角_；θ₂为倾角仪6变化的角度，且L₁、L₅、θ₁及θ₂均为已知，通过即O^‘C/sin(θ_1-θ₂)＝L₅/sin(180⁰-θ₁)，可得出O^‘C＝L₅sin(θ_1-θ₂)/sin(180⁰-θ₁)；求出O^‘C后，我们可以预设只发生周边收敛，角度未变，这时，长度O^‘C＝OE,即EF＝L_1-OE＝L₁-L₅sin(θ_1-θ₂)/sin(180⁰-θ₁)，最后，h＝EFsinθ₁,即可求出沉降高度FD的值。

(3)数据处理装置3发现拱顶沉降和周边收敛超出阈值，向报警装置4发出报警信号。

该监控拱状建筑物拱顶沉降和周边收敛的结构，它包括测距装置1、反射装置Ⅰ2、数据处理装置3及报警装置4，所述测距装置1、反射装置Ⅰ2分别位于拱状建筑物左右两侧，所述数据处理装置3分别与测距装置1和报警装置4无线连接，其特征在于：在拱状建筑物的拱顶悬挂有反射装置Ⅱ5，所述反射装置Ⅱ5在重力作用下其下端面水平，所述测距装置1激光照在反射装置Ⅱ5的下端面，在测距装置1上设有倾角仪6；所述的反射装置Ⅱ5为悬挂的水平板；所述反射装置Ⅰ2通过挂绳悬挂在拱状建筑物的一侧。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种监控拱状建筑物拱顶沉降和周边收敛的方法，它包括测距装置(1)、反射装置Ⅰ(2)、数据处理装置(3)及报警装置(4)，其特征在于：该方法在测距装置(1)上设有倾角仪(6)，通过倾角仪(6)以获取测距装置(1)光线夹角的变化；在拱状建筑物拱顶悬挂下端面水平的反射装置Ⅱ(5)以便于弧形拱顶沉降的计算；

该方法包括以下步骤：

(1)在拱状建筑物左右两侧分别安装有测距装置(1)和反射装置Ⅰ(2)，在拱状建筑物拱顶吊装有反射装置Ⅱ(5)，所述反射装置Ⅱ(5)下端面在重力作用下保持水平，所述测距装置(1)的光线打在反射装置Ⅱ(5)的下端面并实现反射测距；

(2)根据光线角度变化，自适应计算拱顶沉降和周边收敛：

安装测距装置(1)和倾角仪(6)，通过人工预先设定各监测的参数；所述参数具体为：预先设定测距装置(1)射在反射装置Ⅱ(5)上的光线与水平线的夹紧为θ_1，测距装置(1)与反射装置Ⅱ(5)监测点的初始距离为L₁；预先设定测距装置(1)与反射装置Ⅰ(2)之间水平反射，测距装置(1)与反射装置Ⅰ(2)的距离初始测距为L₂；拱顶沉降量h和周边收敛L_收的公式具体如下：

①当只发生拱顶沉降，周边未收敛,倾角仪(6)的角度未发生变化：

h＝(L₁-L₃)sinθ₁ (1)

L_收＝0 (2)

其中L₃为拱顶沉降后，测距装置(1)与反射装置Ⅱ(5)的距离；

②当只发生周边收敛,拱顶未沉降，倾角仪(6)的角度未发生变化：

h＝0 (3)

L_收＝L_2-L₄ (4)

其中L₄为周边收敛后，测距装置(1)与反射装置的距离；

③当发生拱顶沉降，周边发生收敛,倾角仪(6)的角度发生变化：

h＝【L₁-L₅sin(θ_1-θ₂)/sin(180⁰-θ₁)】sinθ₁ (5)

L_收＝L_2-L₆cosθ₂ (6)

其中,L₅为拱顶沉降后测距装置(1)与反射装置Ⅱ(5)的距离,θ₁为预设定光线与水平线的夹角；θ₂为倾角仪(6)变化的角度：L₆为周边收敛后,测距装置(1)与反射装置的距离；

(3)数据处理装置(3)发现拱顶沉降和周边收敛超出阈值，向报警装置(4)发出报警信号。

2.根据权利要求1所述的监控拱状建筑物拱顶沉降和周边收敛的方法，其特征在于：所述数据处理装置(3)分别与测距装置(1)和报警装置(4)无线连接。

3.根据权利要求1所述的监控拱状建筑物拱顶沉降和周边收敛的方法，其特征在于：所述的反射装置Ⅱ(5)为悬挂的水平板。

4.根据权利要求1所述的监控拱状建筑物拱顶沉降和周边收敛的方法，其特征在于：所述反射装置Ⅰ(2)通过挂绳悬挂在拱状建筑物的一侧。

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