CN115540818B - 一种通过构件传递基点高程的地下空间高程测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工程测量方法，属于地下空间测量技术领域，具体是涉及一种通过构件传递基点高程的地下空间高程测量方法。该方法提出了一种利用位于同一轴线交点上，上下相邻的两根首层竖向和地下首层竖向构件，在这两根构件上分别安装的已知高程差的地上观测工作基点和地下观测工作基点，同时忽略两点间由长期轴向荷载所引起的结构竖向变形，再利用一台水准仪分别通过地上与地下两个工作基点的闭合水准路线测量，进而实现将地面高程快速引入地下空间沉降观测的工程测量方法。该方法既避免了传统地下室沉降测量方法中存在的施工阶段地面测量站点布置难又解决了由地上向地下转场时存在的误差控制难问题，实现了工程测量技术的进步。

Description

一种通过构件传递基点高程的地下空间高程测量方法
技术领域
本发明涉及一种工程测量方法，属于地下空间测量技术领域。
背景技术
传统对地下空间的水准测量其主要目的是一方面在施工期辅助施工作业，另一方面在建筑运维期通过测量不均匀沉降起到对整个结构安全起预警作用。而沉降观测的方式是以地下空间一个水准基准点测量整个地下空间中其他的各点局部水准值，此过程中不需要引入绝对高程值。
然而，传统的地下空间高程测量方法已不能满足我国工程建设项目需求，在一些实际地下空间工程测量项目需要将项目的绝对高程值引入。尽管使用其他测量仪器配合，如全站仪，亦可实现高程转场，但全站仪存在设备昂贵，同时有一定适用范围限制。采用水准仪测量高程有适用范围广，且设备投入小的特点。但采用水准仪测量将地上绝对高程值引入地下高程测量，存在两个方面的技术问题：
1. 水准仪测量存在地上地下转场难
采用水准仪测量传统采用水准仪实现高程转场的做法是，从楼梯间或地库坡道导入到地下。然而，无论是从楼梯间导入或是从地库坡道导入，都存在相邻测站之间的位置高差大、间距小、数量多等现象，以上现象亦会引起测量误差值的增加；
2. 施工期，地面障碍物多，测量路径常变换，且测站多，路径长
但在实际工程中往往较难在施工现场保证相同的测量条件，其主要原因是施工现场的场地往往需要为各种为物资材、设备以及临时设施保留场地，而且存在移动位置的情况。这就造成每次实际的场地水准测量往往不能相同的测量路径，同时测站的数量和位置也会有相应变化，这也造成了较大的测量误差。
因此，如能提出一种新的水准仪地下空间高程测量方法，既可在施工阶段减少现场条件影响问题，又可解决水准仪测量存在地上地下转场难问题，将较好的推动工程测量技术的进度。
发明内容
本发明的目的是提出了一种利用在首层中单根竖向结构构件中预埋一根带有地面和地下两个水准基准点的垂向变形测量装置，再利用一台水准仪通过地面与地下两个水准基准点的闭合水准路线测量，进而实现地下空间沉降测量的方法，从而在一定程度上避免了传统地下室沉降测量方法中存在的施工阶段地面测量站点布置难和由地上向地下转场时存在误差控制难的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种通过构件传递基点高程的地下空间高程测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：首先从施工场地外的高程基准点BM11，测量安装在竖向构件2上端的工作基点标志物A 31，再从工作基点标志物A 31测至高程基准点BM1 1，形成第一个水准闭合路线，并得到本次测量工作基点标志物A31的实际高程值HA；
步骤二：提取竖向变形测量装置3的测量数值并计算出A、B两点之间实际距离L-ΔL，其中L为竖向变形测量装置3在现场安装时工作基点标志物31A与工作基点标志物B39之间高程差，ΔL为由构件竖向变形而导致的竖向变形变化值，其值由竖向变形测量装置3的测量数值计算获得，计算公式为ΔL=L*(OR(Δε , Δσ/E) +ΔT *α),其中Δε=εi-ε1 ，Δσ=σi-σ1 ，ΔT=Ti-T1，E为钢棒的弹性模量值，α为钢棒的线膨胀系数，T1为竖向变形测量装置3现场安装时测量的温度值，Ti为进行高程测量时通过竖向变形测量装置3采集的实时温度值，ε1为竖向变形测量装置3现场安装时测量的应变值，εi为竖向变形测量装置3采集的实时应变值，σ1为竖向变形测量装置3现场安装时测量的应力值，σi为竖向变形测量装置3采集的实时应力值；
步骤三：采用步骤一所得工作基点标志物A31的初始实际高程值HA，与A、B点之间高程差值L-ΔL相减得到采用步骤一所得工作基点标志物B39的实际高程值HB；
步骤四：进入下层空间阶段，假定由工作基点标志物B39的局部高程为0.000m，对地下室中所埋设的各个建筑物沉降观测点进行测量得到Σhi，hi为各沉降观测点的局部高程值，完成对地下空间的闭合水准路线测量，实现地下空间局部独立坐标系统的建立；
步骤五：将步骤四所得建筑物各个地下空间沉降观测点的局部高程值hi与步骤三所得工作基点标志物B39的实际高程值相减HB，得到各个地下空间沉降观测点的实际高程Hi；
步骤六：之后每期沉降测量仅需重复步骤一至步骤五即可，之后再将相邻两次测量所得到的地下空间各测量点实际高程值相减即可得到，当次各观测点高程值。
通过采用上述技术方案，通过预制在竖向构件2内的竖向变形测量装置3，将地面上的工作基点高程值可直接转换到地下工作基点，解决了地上地下转场难的问题，同时可有效避免现场障碍物所造成的通视问题。综上所述，本方法降低了现场测量工作的工作量，同时可有效降低测量误差。
优选的，竖向变形测量装置自上而下依次包括:平置设于正方形钢顶板上的工作基点标志物A，钢顶板上设有沿正方形对角线布置的四条直角三角形顶板加劲肋，顶板加劲肋一条边与钢顶板连接，另一条边与钢顶板中心点所设的钢铰连接，顶板加劲肋高度不超过钢铰高度，再由钢铰与钢棒连接，钢棒的另一端与应力应变测量装置的一端相连，应力应变测量装置的一端与另一根钢棒相连，此钢棒的末端与设置于正方形钢底板中心点相连，钢底板亦设有沿正方形对角线布置的四条直角三角形底板加劲肋，底板加劲肋一条边与钢底板连接，另一条边与钢棒相连，工作基点标志物B平置连接于钢底板上。
通过采用上述技术方案，便于了解构件竖向变形测量装置构造，还可用于对高层、超高层建筑施工过程荷载逐步施加时竖向构件的压缩量监测。
优选的，竖向变形测量装置，安装于侧向刚度较大的主承力竖向构件。
通过采用上述技术方案，本方法的成立建立在忽略竖向构件上工作基点标志物A与工作基点标志物B之间平面坐标相对运动的基础上，因此为更有效的满足假设条件选择侧向刚度大，侧向受力小的主承力竖向构件为在实际操作中的最佳选择。
优选的，应力应变测量装置，包括由上下两端与钢棒相连的应力应变计，安装在结构完成面上的数据采集盒以及将两者相连的引线。
通过采用上述技术方案，便于保护数据提取段，实现长期数据的可靠性。
优选的，工作基点标志物A与工作基点标志物B，分别布置在同一轴线交点的上下相邻的两个结构层中的两个竖向构件上。
通过采用上述技术方案，本方法的成立建立在忽略竖向构件上工作基点标志物A与工作基点标志物B之间平面坐标相对运动的基础上，因此为更有效的满足假设条件选择侧向刚度大，侧向受力小的主承力竖向构件为在实际操作中的最佳选择。
优选的，钢铰安装在钢顶板的平面中轴上并与钢顶板平面正交。
通过采用上述技术方案，便于在安装时保持整个装置的垂直度，简化装置的安装，提高可操作性。
优选的，工作基点标志物A或工作基点标志物B，其长度方向轴线分别正交于钢顶板或钢底板的平面中轴，且工作基点标志物A或工作基点标志物B伸出钢顶板或钢底板的长度，使之在结构浇筑完成后暴露于结构完成面之外。
通过采用上述技术方案，便于安装时实现钢顶板的调平操作，提高装置的可操作性,基点标志物末端露出结构完成面有利于后续测量开展。
优选的，竖向变形测量装置，在生产组装完成后，现场安装前，对其钢顶板上所设工作基点标志物A沿其长度方向进行调平后，测量其上下两个工作基点标志物之间的初始长度值L，同时采集初始环境温度数据Ti，和初始应力σi或初始应变εi数据，作为装置标定基准数据。
通过采用上述技术方案，提供了简要的装置安装方法，避免了结构浇筑后对测量数据基准值的影响，并为装置校准提供了依据。
优选的，竖向变形测量装置，其现场安装先于结构浇筑，在对钢顶板上工作基点标志物A沿长度方向完成水平度校准后，再对钢顶板进行固定，之后检查钢铰转动是否正常，最后对钢底板进行固定。
通过采用上述技术方案，提供了简要的装置正确安装方法。
优选的，工作基点标志物A或工作基点标志物B，除与装置自身的钢板和结构浇筑物接触外，不与构件内其他部件接触。
通过采用上述技术方案，避免了构件内其他部件对测量装置的影响。
本发明，通过预制在竖向构件内的构件竖向变形测量装置，将地面上的工作基点高程值可直接转换到地下工作基点，解决了地上地下转场难的问题，同时由于地上工作基点位置确定，同时可有效避免现场障碍物所造成的通视问题。
综上所述，本发明降低了现场测量工作的工作量，同时可有效降低测量误差，促进了工程测量技术的进步。本发明可广泛引用与建筑地下空间测量技术领域，还可用于对高层、超高层建筑施工过程荷载逐步施加时竖向构件的压缩量监测。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明的原理示意图。
图2是本发明所涉及构件竖向变形测量装置的构造示意图
附图标记：1、高程基准点BM1，2、竖向构件，3、竖向变形测量装置，31、工作基点标志物A，32、钢顶板，33、顶板加劲肋，34、钢铰，35、钢棒，36、应力应变测量装置，37、底板加劲肋，38、钢底板，39、工作基点标志物B，361、应力应变计，362、引线，363、数据采集盒。
图中工作基点标志物A与B点工作基点标志物之间的原始高程差 L，构件竖向变形测量装置所测A点工作基点标志物与工作基点标志物B之间构件竖向变形为ΔL。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为对本发明技术方案的限制。
实施例参见图1所示，一种通过构件传递基点高程的地下空间高程测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：首先从施工场地外的高程基准点BM11，测量安装在竖向构件2上端的工作基点标志物A 31，再从工作基点标志物A 31测至高程基准点BM1 1，形成第一个水准闭合路线，并得到本次测量工作基点标志物A31的实际高程值HA；
步骤二：提取竖向变形测量装置3的测量数值并计算出A、B两点之间实际距离L-ΔL，其中L为竖向变形测量装置3在现场安装时工作基点标志物31A与工作基点标志物B39之间高程差，ΔL为由构件竖向变形而导致的竖向变形变化值，其值由竖向变形测量装置3的测量数值计算获得，计算公式为ΔL=L*(OR(Δε , Δσ/E) +ΔT *α),其中Δε=εi-ε1 ，Δσ=σi-σ1 ，ΔT=Ti-T1，E为钢棒的弹性模量值，α为钢棒的线膨胀系数，T1为竖向变形测量装置3现场安装时测量的温度值，Ti为进行高程测量时通过竖向变形测量装置3采集的实时温度值，ε1为竖向变形测量装置3现场安装时测量的应变值，εi为竖向变形测量装置3采集的实时应变值，σ1为竖向变形测量装置3现场安装时测量的应力值，σi为竖向变形测量装置3采集的实时应力值；
步骤三：采用步骤一所得工作基点标志物A31的初始实际高程值HA，与A、B点之间高程差值L-ΔL相减得到采用步骤一所得工作基点标志物B39的实际高程值HB；
步骤四：进入下层空间阶段，假定由工作基点标志物B39的局部高程为0.000m，对地下室中所埋设的各个建筑物沉降观测点进行测量得到Σhi，hi为各沉降观测点的局部高程值，完成对地下空间的闭合水准路线测量，实现地下空间局部独立坐标系统的建立；
步骤五：将步骤四所得建筑物各个地下空间沉降观测点的局部高程值hi与步骤三所得工作基点标志物B39的实际高程值相减HB，得到各个地下空间沉降观测点的实际高程Hi；
步骤六：之后每期沉降测量仅需重复步骤一至步骤五即可，之后再将相邻两次测量所得到的地下空间各测量点实际高程值相减即可得到，当次各观测点高程值。
通过采用上述技术方案，通过预制在竖向构件2内的竖向变形测量装置3，将地面上的工作基点高程值可直接转换到地下工作基点，解决了地上地下转场难的问题，同时可有效避免现场障碍物所造成的通视问题。综上所述，本方法降低了现场测量工作的工作量，同时可有效降低测量误差。
竖向变形测量装置3自上而下依次包括:平置设于正方形钢顶板32上的工作基点标志物A31，钢顶板32上设有沿正方形对角线布置的四条直角三角形顶板加劲肋33，顶板加劲肋33一条边与钢顶板32连接，另一条边与钢顶板32中心点所设的钢铰34连接，顶板加劲肋33高度不超过钢铰34高度，再由钢铰34与钢棒35连接，钢棒35的另一端与应力应变测量装置36的一端相连，应力应变测量装置36的一端与另一根钢棒35相连，此钢棒35的末端与设置于正方形钢底板38中心点相连，钢底板38亦设有沿正方形对角线布置的四条直角三角形底板加劲肋37，底板加劲肋37一条边与钢底板38连接，另一条边与钢棒35相连，工作基点标志物B39平置连接于钢底板38上,便于了解构件竖向变形测量装置3构造，还可用于对高层、超高层建筑施工过程荷载逐步施加时竖向构件的压缩量监测。
竖向变形测量装置3安装于侧向刚度较大的主承力竖向构件2,本方法的成立建立在忽略竖向构件2上工作基点标志物A31与工作基点标志物B39之间平面坐标相对运动的基础上，因此为更有效的满足假设条件选择侧向刚度大，侧向受力小的主承力竖向构件2为在实际操作中的最佳选择。
应力应变测量装置36包括由上下两端与钢棒35相连的应力应变计361，安装在结构完成面上的数据采集盒363以及将两者相连的引线362,便于保护数据提取段，实现长期数据的可靠性。
工作基点标志物A31与工作基点标志物B34，分别布置在同一轴线交点的上下相邻的两个结构层中的两个竖向构件2上,本方法的成立建立在忽略竖向构件2上工作基点标志物A31与工作基点标志物B39之间平面坐标相对运动的基础上，因此为更有效的满足假设条件选择侧向刚度大，侧向受力小的主承力竖向构件为在实际操作中的最佳选择。
钢铰34安装在钢顶板32的平面中轴上并与钢顶板32平面正交，便于在安装时保持整个装置的垂直度，简化装置的安装，提高可操作性。
工作基点标志物A31或工作基点标志物B39，其长度方向轴线分别正交于钢顶板32或钢底板38的平面中轴，且工作基点标志物A31或工作基点标志物B39伸出钢顶板32或钢底板38的长度，使之在结构浇筑完成后暴露于结构完成面之外，便于安装时实现钢顶板32的调平操作，提高装置的可操作性,基点标志物末端露出结构完成面有利于后续测量开展。
竖向变形测量装置3，在生产组装完成后，现场安装前，对其钢顶板32上所设工作基点标志物A31沿其长度方向进行调平后，测量其上下两个工作基点标志物之间的初始长度值L，同时采集初始环境温度数据Ti，和初始应力σi或初始应变εi数据，作为装置标定基准数据，提供了简要的装置安装方法，避免了结构浇筑后对测量数据基准值的影响，并为装置校准提供了依据。
竖向变形测量装置3，其现场安装先于结构浇筑，在对钢顶板32上工作基点标志物A31沿长度方向完成水平度校准后，再对钢顶板32进行固定，之后检查钢铰34转动是否正常，最后对钢底板38进行固定，提供了简要的装置正确安装方法。
工作基点标志物A31或工作基点标志物B39，除与装置自身的钢板和结构浇筑物接触外，不与构件内其他部件接触，避免了构件内其他部件对测量装置的影响。
本发明，通过预制在竖向构件内的构件竖向变形测量装置，将地面上的工作基点高程值可直接转换到地下工作基点，解决了地上地下转场难的问题，同时由于地上工作基点位置确定，这就意味着水准控制点BM1与工作基点A的测量路径是基本确定的，因此施工期间只要合理布置现场条件，可有效避免现场障碍物所造成的通视问题，还可用于对高层、超高层建筑施工过程荷载逐步施加时竖向构件的压缩量监测。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通过构件传递基点高程的地下空间高程测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：首先从施工场地外的高程基准点BM1，测量安装在竖向构件上端的工作基点标志物A，再从工作基点标志物A测至高程基准点BM1，形成第一个水准闭合路线，并得到本次测量工作基点标志物A的实际高程值HA；
步骤二：提取竖向变形测量装置的测量数值并计算出A、B两点之间实际距离L-ΔL，其中L为竖向变形测量装置在现场安装时工作基点标志物A与工作基点标志物B之间高程差，ΔL为由构件竖向变形而导致的竖向变形变化值，其值由竖向变形测量装置的测量数值计算获得，计算公式为ΔL=L*(OR(Δε , Δσ/E) +ΔT *α),其中Δε=εi-ε1 ，Δσ=σi-σ1 ，ΔT=Ti-T1，E为钢棒的弹性模量值，α为钢棒的线膨胀系数，T1为竖向变形测量装置现场安装时测量的温度值，Ti为进行高程测量时通过竖向变形测量装置采集的实时温度值，ε1为竖向变形测量装置现场安装时测量的应变值，εi为竖向变形测量装置采集的实时应变值，σ1为竖向变形测量装置现场安装时测量的应力值，σi为竖向变形测量装置采集的实时应力值；
步骤三：采用步骤一所得工作基点标志物A的初始实际高程值HA，与A、B点之间高程差值L-ΔL相减得到采用步骤一所得工作基点标志物B的实际高程值HB；
步骤四：进入下层空间阶段，假定由工作基点标志物B的局部高程为0.000m，对地下室中所埋设的各个建筑物沉降观测点进行测量得到Σhi，hi为各沉降观测点的局部高程值，完成对地下空间的闭合水准路线测量，实现地下空间局部独立坐标系统的建立；
步骤五：将步骤四所得建筑物各个地下空间沉降观测点的局部高程值hi与步骤三所得工作基点标志物B的实际高程值相减HB，得到各个地下空间沉降观测点的实际高程Hi；
步骤六：之后每期沉降测量仅需重复步骤一至步骤五即可，之后再将相邻两次测量所得到的地下空间各测量点实际高程值相减得到当次各观测点高程值。
2.根据权利要求1所述的一种通过构件传递基点高程的地下空间高程测量方法，其特征在于：所述竖向变形测量装置，自上而下依次包括:平置设于正方形钢顶板上的工作基点标志物A，钢顶板上设有沿正方形对角线布置的四条直角三角形顶板加劲肋，顶板加劲肋一条边与钢顶板连接，另一条边与钢顶板中心点所设的钢铰连接，顶板加劲肋高度不超过钢铰高度，再由钢铰与钢棒连接，钢棒的另一端与应力应变测量装置的一端相连，应力应变测量装置的一端与另一根钢棒相连，此钢棒的末端与设置于正方形钢底板中心点相连，钢底板亦设有沿正方形对角线布置的四条直角三角形底板加劲肋，底板加劲肋一条边与钢底板连接，另一条边与钢棒相连，工作基点标志物B平置连接于钢底板上。
3.根据权利要求1所述的一种通过构件传递基点高程的地下空间高程测量方法，其特征在于：所述竖向变形测量装置，安装于侧向刚度较大的主承力竖向构件。
4.根据权利要求2所述的一种通过构件传递基点高程的地下空间高程测量方法，其特征在于：所述应力应变测量装置，包括由上下两端与钢棒相连的应力应变计，安装在结构完成面上的数据采集盒以及将两者相连的引线。
5.根据权利要求2所述的一种通过构件传递基点高程的地下空间高程测量方法，其特征在于：所述工作基点标志物A与工作基点标志物B，分别布置在同一轴线交点的上下相邻的两个结构层中的两个竖向构件上。
6.根据权利要求2所述的一种通过构件传递基点高程的地下空间高程测量方法，其特征在于：所述钢铰，安装在钢顶板的平面中轴上并与钢顶板平面正交。
7.根据权利要求2所述的一种通过构件传递基点高程的地下空间高程测量方法，其特征在于：所述工作基点标志物A或工作基点标志物B，其长度方向轴线分别正交于钢顶板或钢底板的平面中轴，且工作基点标志物A或工作基点标志物B伸出钢顶板或钢底板的长度，使之在结构浇筑完成后暴露于结构完成面之外。
8.根据权利要求1所述的一种通过构件传递基点高程的地下空间高程测量方法，其特征在于：所述竖向变形测量装置，在生产组装完成后，现场安装前，对其钢顶板上所设工作基点标志物A沿其长度方向进行调平后，测量其上下两个工作基点标志物之间的初始长度值L，同时采集初始环境温度数据Ti，和初始应力σi或初始应变εi数据，作为装置标定基准数据。
9.根据权利要求1所述的一种通过构件传递基点高程的地下空间高程测量方法，其特征在于：所述竖向变形测量装置，其现场安装先于结构浇筑，在对钢顶板上工作基点标志物A沿长度方向完成水平度校准后，再对钢顶板进行固定，之后检查钢铰转动是否正常，最后对钢底板进行固定。
10.根据权利要求1所述的一种通过竖向构件传递高程的测量装置，其特征在于：所述工作基点标志物A或工作基点标志物B，除与装置自身的钢板和结构浇筑物接触外，不与构件内其他部件接触。
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