[发明专利]等效法收敛计变形监测方法

说明书

技术领域

本发明属于工程测量领域中使用收敛计的变形监测方法。

背景技术

使用收敛计的变形监测，目前采取的主要方法是直接量距法，即观测者手持收敛计，先将收敛计钢尺挂钩挂到一个监测点上，再将收敛计的挂钩挂到另一个监测点上或基准点上，观测两点之间的相对位移或相对水平位移或垂直位移，其工作实质是用收敛计获得精密量距，并进行前后次量距比较。

目前大多使用的是电子收敛计，当摇动手柄紧张收敛计钢尺到额定拉力时会有提示，测量数据的读取是电子可视化的。这种收敛计精度很高，以基康GK-1610型钢尺收敛计为例，其一次观测精度可以达到0.3mm，是迄今为止最精确的简单测距设备之一。但是，这种设备的使用受到以下实际限制：

(1)高空作业存在的高危险问题

对于处于高空的监测点，采用直接量距法需要将收敛计钢尺端的挂钩挂到高空处的一个监测点上，再将收敛计挂到另一个高空处的监测点上，然后监测这两点之间的相对位移量。或者，将收敛计钢尺端的挂钩挂到高空处的一个监测点上，将收敛计挂到地面上的一个固定点上，该固定点是被监测点的垂直投影点，然后量取监测点的垂直位移。不论将收敛计钢尺挂钩或收敛计挂钩挂到高空监测点上，都需要人到达高空监测点处用双手进行操作，由于监测工作是一项长期性的反复性工作，因此，经常进行高空作业充满了危险。并且如果出动大量人力或使用大量财力进行各种防护措施勉强开展高空监测工作而由此带来的高代价也是一般工程经费所难以承受的，所以不能充分发挥这一廉价高效的高精度量距设备的作用。

例如，对于大型隧道的高空变形监测作业，由于在高空作业条件下要监测两个拱脚点之间的相对水平位移或洞顶点的垂直位移，就存在人身安全和收敛计安全两种弊端。

(2)只能监测两个点之间的相对水平位移问题

直接量距法只能监测两个点之间的相对水平位移，无法知道两点各自的实际水平位移变化情况。对于隧道的围岩收敛变形监测来说，只能依据随机介质理论，假设隧道断面的收敛变形是均匀发生的条件下开展监测工作，如假设两洞壁等高对称两点的水平位移量是相等的。

(3)垂直位移监测问题

直接量距法监测一个点的垂直位移时需要在监测点垂直投影到地面上的地方建立一个固定标志点，如建立埋石点，由于固定标志点的位置选择唯一，所以往往易受诸多施工因素影响和破坏而无法进行周期性的垂直位移监测工作。

发明内容

<要解决的技术问题>

用等效法代替用收敛计直接量距法所进行的高空变形监测作业带来的高危险和高代价问题，实现变高空高危险作业为无危险的地面安全作业，降低工程造价，节省人力、物力和财力。并以点为监测对象，实现断面上的单点水平位移监测和垂直位移监测，还可以监测带有倾斜角θ的任意点在其断面上的三维位移，还具有在地面或近地面附近灵活选择挂收敛计用的基点，以避开各种施工因素干扰，使长期使用的基点在监测期间免遭破坏，尤其适合于大型隧道的地质围岩收敛变形监测工作，也适应于非高空条件下的变形监测工作。

<技术方案>

几个主要名词概念解释：

①监测和观测的区别

监测指的是对变形点的变化的监视，观测指的是对具体角度、距离等数据的测量，通过这些测量数据实现对变形点的监测。对于一个被监测点来说，一次监测可以只观测一次，也可以观测多次，除第一次观测为必要观测外，从第二次观测开始被称为是对本次监测的复测。

②隧道断面

隧道断面是垂直于洞轴线的垂直面，它与洞壁有一条交线，其交线就是隧道的开挖规格。在这条交线上，地质人员根据需要布设一定规格的点，这些点称为围岩收敛变形监测点，如图5就是一个5点法规格断面示意图。测量人员对所布点进行断面的围岩收敛变形监测，以发现点的位移情况。

③复位概念

复位操作主要是消除各个挂钩之间在后次监测时与初始量距时的位置状态有差异所产生的误差，还可以减弱收敛计读数误差。在一次后次监测时，往往需要连续复测几次，目的就是实现很好的复位。复位很简单，当完成一次观测后，将收敛计取下，轻轻摆动收敛计钢尺一端使得特征边量距系统很好地恢复到初始量距时的状态，然后再将收敛计挂上重新来一次复测。所以用收敛计进行复测的工作量并不大。

④等效三角形

由一个监测点j和基点i为斜边构成的直角三角形称为等效三角形，其直角在斜边的下方，其斜边称为特征边，另外两条边分别称为垂直直角边和水平直角边。等效三角形由特征边、垂直直角边和水平直角边组成。由等效三角形所决定的面是一个垂直面，该面垂直于过该面处的隧道中心线(洞轴线)。