小角法在渡槽變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

董燕楓

(安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院 勘測(cè)分院，安徽 蚌埠　233000)

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小角法在渡槽變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

董燕楓

(安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院 勘測(cè)分院，安徽 蚌埠233000)

摘要：小角法是常用的監(jiān)測(cè)建筑物水平位移的方法，文章以溫州趙山渡引水工程沙門(mén)渡槽變形監(jiān)測(cè)為例，介紹小角法的基本原理，簡(jiǎn)述小角法的具體實(shí)施過(guò)程，對(duì)兩端設(shè)站法的2種觀測(cè)方法進(jìn)行比較，并對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行精度分析。結(jié)果證明，采用該方法能使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到較高的精度。

關(guān)鍵詞：渡槽；視準(zhǔn)線；小角法；基準(zhǔn)點(diǎn)

0引言

溫州趙山渡引水工程是飛云江干流中游河段上控制性的水利工程,以供水、灌溉為主,兼顧發(fā)電,工程由引水樞紐工程和輸水渠系工程兩部分組成,于2002年竣工投入使用[1]。

沙門(mén)渡槽位于瑞安市陶山鎮(zhèn)沙門(mén)村,是輸水渠系工程的一部分。渡槽建于山間洼地,地基為砂礫石及淤泥與淤泥質(zhì)黏土,本身存在不穩(wěn)定性,再加上建筑物自身的荷載作用及輸水流量不斷增加,從而導(dǎo)致渡槽沉降與位移,甚至出現(xiàn)裂縫[2],因此,有必要對(duì)渡槽進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。

1小角法基本原理

通過(guò)建筑物軸線(例如大壩、橋梁軸線)或平行于建筑物軸線固定不動(dòng)的鉛直平面為基準(zhǔn)面,根據(jù)它來(lái)測(cè)定建筑物水平位移的方法稱(chēng)為視準(zhǔn)線法。小角法是視準(zhǔn)線法的一種常用方法,利用精密經(jīng)緯儀精確地測(cè)出基準(zhǔn)線方向與測(cè)站點(diǎn)到觀測(cè)點(diǎn)的視線方向之間所夾的小角,從而計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)線的偏離值[3],如圖1所示。

圖1　小角法測(cè)偏離值

由圖1可見(jiàn),AB為基準(zhǔn)線,i為觀測(cè)點(diǎn),i′為點(diǎn)在AB上的投影,Δi為偏離值,利用精密經(jīng)緯測(cè)量小角αi,并測(cè)量A到i′的距離Si,可計(jì)算出偏離值為

(1)

其中,ρ=206 265″。將歷次計(jì)算所得Δi值加以比對(duì),即可得各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移情況。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是布點(diǎn)和觀測(cè)方法簡(jiǎn)捷快速、降低觀測(cè)誤差、觀測(cè)時(shí)間短及處理數(shù)據(jù)速度快,提高了監(jiān)測(cè)效率[4]。

2監(jiān)測(cè)實(shí)施

2.1平面控制網(wǎng)布設(shè)

在渡槽軸線延長(zhǎng)線的基巖上,分別埋設(shè)2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)B1、B4,在渡槽左側(cè)2個(gè)山包的基巖上分別埋設(shè)2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)B2、B3,點(diǎn)與點(diǎn)之間兩兩通視。B1、B2、B3、B4構(gòu)成平面控制網(wǎng),采用GPS觀測(cè),等級(jí)為二等。根據(jù)工程實(shí)際情況,直接利用B1、B4作為工作基點(diǎn),進(jìn)行水平位移觀測(cè)。

為減少誤差,提高觀測(cè)精度,基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)采用觀測(cè)墩,并埋設(shè)具有強(qiáng)制對(duì)中裝置的對(duì)中盤(pán)。基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)時(shí)基礎(chǔ)開(kāi)挖至弱風(fēng)化層或者規(guī)范規(guī)定的深度,觀測(cè)墩埋設(shè)方法及大小尺寸按照規(guī)范規(guī)定進(jìn)行,觀測(cè)墩建成后至少將15天時(shí)間作為穩(wěn)定期[5]。

2.2監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)

水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)同樣采用觀測(cè)墩,并埋設(shè)具有強(qiáng)制對(duì)中裝置的對(duì)中盤(pán)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)偏離工作基線的角度不超過(guò)30″,以盡可能地發(fā)揮小角法觀測(cè)的優(yōu)勢(shì)[6]。渡槽跨度較大,在渡槽跨與跨的連接處分別布設(shè)2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),每2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距離基本相等[7]。共布設(shè)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)34個(gè),編號(hào)為C1、C2…C34。

2.3小角法測(cè)量

使用索佳NET05X全站儀,測(cè)角精度為0.5″,標(biāo)準(zhǔn)單棱鏡的測(cè)距精度為(0.8+10-6)mm。在儀器安置在B1后視 B4,構(gòu)成一條固定的視準(zhǔn)線,然后在C1、C2…C17等監(jiān)測(cè)點(diǎn)上安置活動(dòng)覘牌,以測(cè)定角度偏離值和垂直角、斜距。通過(guò)垂直角、斜距加入氣壓、溫度等,改正得出B1到各點(diǎn)的平距,代入(1)式得出各點(diǎn)與視準(zhǔn)線的偏離值。同樣儀器安置在B4后視B1,在C18、C19…C34上安置覘牌,測(cè)定出偏離值。觀測(cè)水平角時(shí),分別將盤(pán)度盤(pán)配置在0°、30°、60°、90°附近,觀測(cè)4個(gè)測(cè)回。

3精度分析

由(1)式得水平位移觀測(cè)誤差公式為

(2)

(3)

(4)

文獻(xiàn)[5]對(duì)變形觀測(cè)水平位移觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)中誤差要求為:一級(jí)±1 mm,二級(jí)±3 mm,取本次變形監(jiān)測(cè)等級(jí)為二級(jí)。觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)中誤差是指觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)測(cè)站點(diǎn)(如工作基點(diǎn))的坐標(biāo)中誤差,等價(jià)于觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn)線的偏差值中誤差[7],即二級(jí)需滿足|mΔi|≤3 mm。在使用全站儀觀測(cè)水平角時(shí),儀器對(duì)中誤差、目標(biāo)偏心誤差和觀測(cè)誤差相互獨(dú)立,而基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)都采用具有歸心裝置的觀測(cè)墩和有強(qiáng)制對(duì)中裝置的對(duì)中盤(pán),儀器對(duì)中誤差和目標(biāo)偏心誤差可忽略不計(jì)[8-9]。

由于渡槽較長(zhǎng),基準(zhǔn)線長(zhǎng)度為685.125 m,給后視照準(zhǔn)帶來(lái)了困難。同時(shí),經(jīng)過(guò)分析,隨著基準(zhǔn)點(diǎn)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間距離增大,測(cè)角中誤差整體也呈增大趨勢(shì)。因此,本次監(jiān)測(cè)采用在兩端設(shè)站法。

(1) 在基準(zhǔn)線兩端設(shè)站,每站只觀測(cè)靠近這一端監(jiān)測(cè)點(diǎn)的偏離值。

(2) 基準(zhǔn)線兩端設(shè)站,每站都觀測(cè)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的偏離值,然后數(shù)據(jù)做加權(quán)平均[10]。

本次采用方法1可以減小儀器的照準(zhǔn)誤差,簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)處理過(guò)程,而精度方面則通過(guò)增大測(cè)回?cái)?shù)彌補(bǔ)。

首期監(jiān)測(cè)時(shí)應(yīng)進(jìn)行2次獨(dú)立觀測(cè),共觀測(cè)角度8測(cè)回,作為監(jiān)測(cè)對(duì)象的初始觀測(cè)值,以后各期監(jiān)測(cè)觀測(cè)4測(cè)回。

首次觀測(cè)后,通過(guò)計(jì)算每個(gè)水平角的測(cè)量中誤差,監(jiān)測(cè)點(diǎn)C18處的測(cè)角中誤差最大約為0.7″,此次監(jiān)測(cè)最大測(cè)距B4C18=347.314 m, mΔi在C18處最大。此時(shí)由(1)式得mΔi約為1.18 mm,滿足規(guī)范要求。

4結(jié)束語(yǔ)

本次監(jiān)測(cè)通過(guò)埋設(shè)強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)墩、使用高精度的全站儀、增加測(cè)回?cái)?shù)等方法,使觀測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到較高精度。首次觀測(cè)后,應(yīng)每月觀測(cè)一次,分析觀測(cè)數(shù)據(jù)的變化,掌握渡槽的變形規(guī)律。此外,應(yīng)定期檢校基準(zhǔn)網(wǎng),隨時(shí)檢查工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性。

〔參考文獻(xiàn)〕

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收稿日期：2016-03-28；修改日期：2016-04-05

作者簡(jiǎn)介：董燕楓(1990-)，男，山東菏澤人，安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院勘測(cè)分院助理工程師．

中圖分類(lèi)號(hào)：TV672.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5781(2016)02-0163-02