一種用于沉降監(jiān)測的水準(zhǔn)尺懸掛式水準(zhǔn)測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于沉降監(jiān)測的水準(zhǔn)尺懸掛式水準(zhǔn)測量方法。把頂部帶有懸掛接頭的水準(zhǔn)尺掛接到監(jiān)測標(biāo)志上，水準(zhǔn)尺自然懸直后進(jìn)行水準(zhǔn)觀測，根據(jù)測站前、后水準(zhǔn)尺不同的立尺、掛尺方式計(jì)算測站的高差，再結(jié)合基準(zhǔn)點(diǎn)可以算出監(jiān)測標(biāo)志的高程與沉降量。本發(fā)明的懸掛水準(zhǔn)尺方式使測量標(biāo)志可以埋設(shè)在較高位置，解決了測量標(biāo)志容易被破壞的問題，也降低了觀測時(shí)扶尺工作的勞動(dòng)強(qiáng)度；同時(shí)觀測時(shí)不需要切換儀器的工作模式，保證了較高的工作效率。本發(fā)明主要適用于房屋建筑、隧道及橋梁等基礎(chǔ)工程在施工、運(yùn)營期間的沉降監(jiān)測。
【專利說明】
一種用于沉降監(jiān)測的水準(zhǔn)尺懸掛式水準(zhǔn)測量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種在房屋建筑、隧道及橋梁等工程的沉降監(jiān)測過程中，利用懸掛水 準(zhǔn)尺的方式觀測獲取沉降數(shù)據(jù)的監(jiān)測方法，屬于工程測量中的沉降監(jiān)測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 沉降監(jiān)測是房屋建筑、隧道及橋梁等基礎(chǔ)工程在施工、運(yùn)營期間的重要工作內(nèi)容 和安全保障。目前，幾何水準(zhǔn)測量仍是上述工程沉降監(jiān)測的主要方法，其通過測量各個(gè)測站 的高差，結(jié)合已知高程點(diǎn)計(jì)算得到監(jiān)測點(diǎn)的高程，進(jìn)而可以計(jì)算沉降量。水準(zhǔn)測量具有精度 高、路線布設(shè)靈活等優(yōu)點(diǎn)，但是實(shí)際應(yīng)用中也存在一些問題，如沉降監(jiān)測標(biāo)志通常埋設(shè)在較 低位置，極易受到施工影響或人為破壞，由此引起監(jiān)測數(shù)據(jù)的沖斷，影響了對監(jiān)測對象變形 狀態(tài)和趨勢的判斷，另外人工扶尺的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，對工作效率和測量精度有一定影響。通 常，為了避免監(jiān)測標(biāo)志受到破壞，可以將其埋設(shè)于較高的位置，采用水準(zhǔn)尺倒置的觀測模式 進(jìn)行監(jiān)測；或者采用隱形測量標(biāo)志。但倒置水準(zhǔn)尺的觀測模式會(huì)增加立尺難度且儀器需切 換工作模式，而隱形標(biāo)志則需要現(xiàn)場安裝和拆卸，這些方法均不利于保證觀測精度和觀測 效率，因此在實(shí)際工作中較少采用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有觀測技術(shù)的不足，提出一種在監(jiān)測標(biāo)志上正向懸掛 水準(zhǔn)尺進(jìn)行水準(zhǔn)觀測的方法，為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明將監(jiān)測標(biāo)志埋設(shè)于被監(jiān)測對象較 高的位置，觀測時(shí)把頂部帶有懸掛接頭的水準(zhǔn)尺掛接到監(jiān)測標(biāo)志上，水準(zhǔn)尺自然懸直后進(jìn) 行常規(guī)的水準(zhǔn)觀測，通過簡單計(jì)算即可獲得水準(zhǔn)測站的高差，結(jié)合已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)而 可以算出監(jiān)測標(biāo)志的高程與沉降量。
[0004] 具體步驟如下：
[0005] -、埋設(shè)沉降監(jiān)測標(biāo)志
[0006] 首先在沉降監(jiān)測對象上埋設(shè)監(jiān)測標(biāo)志，埋設(shè)時(shí)采用普通的不銹鋼標(biāo)志，埋設(shè)的高 度要視懸掛水準(zhǔn)尺的長度與現(xiàn)場情況而定，一般保證懸掛后有利于水準(zhǔn)觀測讀數(shù)。在監(jiān)測 對象上埋設(shè)好監(jiān)測標(biāo)志以后，即可以借助懸掛裝置將水準(zhǔn)尺懸掛到監(jiān)測標(biāo)志上以便進(jìn)行觀 測讀數(shù)。
[0007] 二、觀測與測站高差計(jì)算
[0008] 觀測時(shí)使用與常規(guī)觀測相同的設(shè)備與工具，如水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺、尺墊及其它輔助工 具，其中水準(zhǔn)尺的頂部帶有懸掛裝置，用于將水準(zhǔn)尺懸掛于監(jiān)測標(biāo)志上以便進(jìn)行掛尺觀測。
[0009] 工作中水準(zhǔn)測量觀測高差時(shí)，其一個(gè)測站的前、后尺子有四種擺放形式，分別是： ①測站的前、后水準(zhǔn)尺均立于尺墊或已知點(diǎn)上;②測站的后視水準(zhǔn)尺立于尺墊或已知點(diǎn)上， 前視水準(zhǔn)尺懸掛于監(jiān)測標(biāo)志上;③測站的后視水準(zhǔn)尺懸掛于監(jiān)測標(biāo)志上，前視水準(zhǔn)尺立于 尺墊或已知點(diǎn)上;④測站的前、后視水準(zhǔn)尺均懸掛于監(jiān)測標(biāo)志上，其每一種情況的測站高差 的觀測與計(jì)算具體如下：
[0010] 1、測站的前、后水準(zhǔn)尺均立于尺墊或已知點(diǎn)上
[0011] 如圖3所示，測站的前、后水準(zhǔn)尺均立于尺墊或已知點(diǎn)上，此時(shí)測站高差h計(jì)算如 下：
[0012] h = a~b (1)
[0013] 式中：a、b分別為后視、前視水準(zhǔn)尺的讀數(shù)。
[0014] 2、后視水準(zhǔn)尺立于尺墊或已知點(diǎn)上，前視水準(zhǔn)尺懸掛于監(jiān)測標(biāo)志上
[0015] 如圖4所示，水準(zhǔn)測站的后視水準(zhǔn)尺立于尺墊或已知點(diǎn)上，前視水準(zhǔn)尺懸掛于監(jiān)測 標(biāo)志上。測站高差h計(jì)算如下：
[0016] h = a~b+Lz (2)
[0017] 式中：式中：a、b分別為后視水準(zhǔn)尺、前視水準(zhǔn)尺的讀數(shù);Lz為懸掛水準(zhǔn)尺的標(biāo)稱尺 長，是指懸掛水準(zhǔn)尺頂端懸掛裝置與監(jiān)測標(biāo)志的接觸面至懸掛水準(zhǔn)尺底面的公垂線長度。
[0018] 在沉降觀測中通常只需要得到監(jiān)測點(diǎn)的沉降變化量，而不是點(diǎn)的高程，此時(shí)可以 不用顧及尺長Lz的大小，即等效為測量前視水準(zhǔn)尺底部一個(gè)虛擬的監(jiān)測標(biāo)志。由此(2)式可 以簡化成(1)式。
[0019] 3、后視水準(zhǔn)尺懸掛于監(jiān)測標(biāo)志上，前視水準(zhǔn)尺立于尺墊或已知點(diǎn)上
[0020] 如圖5所示，水準(zhǔn)測站的后視水準(zhǔn)尺懸掛于監(jiān)測標(biāo)志上，前視水準(zhǔn)尺立于尺墊或已 知點(diǎn)上，測站尚差h計(jì)算如下：
[0021] h = a-b~Lz (3)
[0022] 式中：式中：a、b分別為后視水準(zhǔn)尺、前視水準(zhǔn)尺的讀數(shù);Lz為懸掛水準(zhǔn)尺的標(biāo)稱尺 長，是指懸掛水準(zhǔn)尺頂端懸掛裝置與監(jiān)測標(biāo)志的接觸面至懸掛水準(zhǔn)尺底面的公垂線長度。
[0023] 同樣，當(dāng)忽略常數(shù)項(xiàng)Lz時(shí)，（3)式也可簡寫成（1)式。
[0024] 4、前、后視懸掛水準(zhǔn)尺均懸掛于監(jiān)測標(biāo)志上
[0025] 如圖6所示，水準(zhǔn)測站的前、后視水準(zhǔn)尺均懸掛于監(jiān)測標(biāo)志上。測站高差h計(jì)算如 下：
[0026] h= (a-Lz)-(b-Lz) =a~b (4)
[0027] 式中：a、b分別為后視懸掛水準(zhǔn)尺、前視懸掛水準(zhǔn)尺的讀數(shù);Lz為懸掛水準(zhǔn)尺的標(biāo) 稱尺長，是指懸掛水準(zhǔn)尺頂端懸掛裝置與監(jiān)測標(biāo)志的接觸面至懸掛水準(zhǔn)尺底面的公垂線長 度。
[0028] 同樣，當(dāng)忽略常數(shù)項(xiàng)Lz時(shí)，前、后視懸掛水準(zhǔn)尺均懸掛于監(jiān)測標(biāo)志上的測站高差計(jì) 算與第1種形式相同。
[0029] 實(shí)際測量時(shí)，水準(zhǔn)路線由以上四種形式的測站組合而成，根據(jù)需要可布設(shè)為閉合 路線、附和路線與水準(zhǔn)網(wǎng)等形式。
[0030] 三、內(nèi)業(yè)計(jì)算
[0031] 在獲得水準(zhǔn)路線各個(gè)測站高差觀測值h后，即可進(jìn)行數(shù)據(jù)平差計(jì)算得到觀測高差 的平差結(jié)果，結(jié)合已知點(diǎn)高程可以算出各個(gè)監(jiān)測標(biāo)志的高程，
[0033]式中，if/、///q分別為第i、i_l個(gè)監(jiān)測標(biāo)志第j期的高程，/?^u為第j期第i-Ι與 第i個(gè)監(jiān)測標(biāo)志間的高差平差值。
[0034] 對監(jiān)測標(biāo)志兩期觀測高程求差即可得到監(jiān)測標(biāo)志的沉降量Δ，
[0036] 本發(fā)明的懸掛水準(zhǔn)尺觀測方式使測量標(biāo)志可以埋設(shè)在較高位置，通過懸掛水準(zhǔn)尺 觀測及簡單的數(shù)據(jù)計(jì)算獲得監(jiān)測標(biāo)志間的高差、監(jiān)測點(diǎn)的高程及其沉降量，解決了測量標(biāo) 志容易被破壞的問題，也降低了觀測時(shí)扶尺工作的勞動(dòng)強(qiáng)度；同時(shí)觀測時(shí)不需要切換儀器 的工作模式，保證了較高的工作效率，保證沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)，并具有較高的觀測精度； 主要適用于房屋建筑、隧道及橋梁等基礎(chǔ)工程在施工、運(yùn)營期間的沉降監(jiān)測。
【附圖說明】
[0037] 圖1為本發(fā)明在監(jiān)測對象上埋設(shè)的監(jiān)測標(biāo)志示意圖。
[0038] 圖2為本發(fā)明在監(jiān)測標(biāo)志上懸掛水準(zhǔn)尺示意圖。
[0039]圖3為本發(fā)明在尺墊或已知點(diǎn)上立式水準(zhǔn)尺觀測示意圖。
[0040]圖4為本發(fā)明在前視水準(zhǔn)尺為懸掛水準(zhǔn)尺觀測示意圖。
[0041 ]圖5為本發(fā)明在后視水準(zhǔn)尺為懸掛水準(zhǔn)尺觀測示意圖。
[0042] 圖6為本發(fā)明在前、后視水準(zhǔn)尺均為懸掛水準(zhǔn)尺觀測示意圖。
[0043] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例選取的閉合水準(zhǔn)路線示意圖。
[0044] 圖中標(biāo)記：1-監(jiān)測對象；2-監(jiān)測標(biāo)志；3-懸掛水準(zhǔn)尺;4-尺墊；5-立式水準(zhǔn)尺;6-水 準(zhǔn)儀;7-基準(zhǔn)點(diǎn)；la-監(jiān)測對象1; lb-監(jiān)測對象2; lc-監(jiān)測對象3。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 實(shí)施例：
[0046] 本發(fā)明適用于工程測量領(lǐng)域構(gòu)筑物(房屋建筑、橋梁、隧道等）的沉降監(jiān)測。為便于 說明，本實(shí)施例以如圖7所示的閉合水準(zhǔn)路線為實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行埋點(diǎn)、觀測與計(jì)算的說明，具 體實(shí)施步驟如下：
[0047] 一、埋設(shè)沉降監(jiān)測標(biāo)志
[0048] 首先在沉降第一監(jiān)測對象la、第二監(jiān)測對象lb和第三監(jiān)測對象lc上埋設(shè)普通的監(jiān) 測標(biāo)志2,埋設(shè)時(shí)要保證懸掛水準(zhǔn)尺3以后有利于水準(zhǔn)觀測讀數(shù)；同時(shí)在監(jiān)測對象變形區(qū)域 外埋設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)7。
[0049] 二、觀測與高差計(jì)算
[0050] 閉合水準(zhǔn)路線按順時(shí)針觀測，共有八個(gè)測站，依次對各個(gè)測站進(jìn)行觀測獲得測站 高差 111、112、113、114、115、116、117與118。其中112、113、114、116以及117由懸掛水準(zhǔn)尺3觀測得到，111、115與118 是利用尺墊4作常規(guī)觀測的結(jié)果。各個(gè)測站高差的計(jì)算如下：
[0052] 三、內(nèi)業(yè)計(jì)算
[0053] 根據(jù)閉合水準(zhǔn)路線高差閉合差的計(jì)算式，將(7)式中的各個(gè)測站高差相加可以得 到閉合差fh:
[0055]平差計(jì)算后得到各個(gè)測站的高差i (_i = l，2, 3, . . . , 8)，經(jīng)(5)式計(jì)算即可得 到監(jiān)測標(biāo)志的高程，如式(9)所示。
[0057]式中，Ho是基準(zhǔn)點(diǎn)的高程，是已知量。
[0058]如果第j期觀測得到各個(gè)監(jiān)測標(biāo)志的高程時(shí)，則各監(jiān)測標(biāo)志的累計(jì)沉降量可以根 據(jù)第j期與第1期的高程求差計(jì)算得到，如（10)式所示。
[0060] 式中，Δ?'/、Δ^/、分別表示監(jiān)測對象la、lb與lc的第j期的累計(jì)沉降量，tf、 Η1分別是監(jiān)測標(biāo)志第j期與第1期的高程。
[0061] 在上述的實(shí)施例中，通過式子（10)最終計(jì)算得到監(jiān)測對象la、lb與lc的第j期的累 計(jì)沉降量，根據(jù)沉降量可以獲知各個(gè)監(jiān)測對象的變形情況，為工程決策提供參考。由于監(jiān)測 標(biāo)志均埋設(shè)于距地面2米以上的高處，因此有效避免了人為破壞和施工的影響，使監(jiān)測標(biāo)志 得到保護(hù)，解決了測量標(biāo)志容易被破壞的問題；同時(shí)，水準(zhǔn)尺懸掛后也降低了觀測時(shí)人工扶 尺的勞動(dòng)強(qiáng)度;還有，觀測時(shí)水準(zhǔn)尺均為正向擺放，觀測時(shí)不需要切換儀器的工作模式，保 證了較高的工作效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于沉降監(jiān)測的水準(zhǔn)尺懸掛式水準(zhǔn)測量方法，其特征是在于將水準(zhǔn)尺（3)懸掛 于沉降監(jiān)測對象（1)上的監(jiān)測標(biāo)志（2)上進(jìn)行水準(zhǔn)觀測，通過計(jì)算獲得監(jiān)測標(biāo)志間的高差、 監(jiān)測標(biāo)志的高程與沉降量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水準(zhǔn)尺懸掛式水準(zhǔn)測量方法，其特征是在于水準(zhǔn)測站的后視 水準(zhǔn)尺(5)立于尺墊(4)或已知點(diǎn)上，前視水準(zhǔn)尺(3)懸掛于監(jiān)測標(biāo)志(2)上時(shí)，測站高差h的 計(jì)算如下： h = a_b+Lz 式中：a、b分別為后視立式水準(zhǔn)尺(5)、前視水準(zhǔn)尺(3)的讀數(shù)，Lz為水準(zhǔn)尺的標(biāo)稱尺長， 是指懸掛水準(zhǔn)尺(3)頂端懸掛裝置與監(jiān)測標(biāo)志的接觸面至懸掛水準(zhǔn)尺(3)底面的公垂線長 度。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水準(zhǔn)尺懸掛式水準(zhǔn)測量方法，其特征是在于水準(zhǔn)測站的后視 水準(zhǔn)尺(3)懸掛于監(jiān)測標(biāo)志（2)上，前視水準(zhǔn)尺(5)立于尺墊(4)或已知點(diǎn)上時(shí)，測站高差h的 計(jì)算如下： h = a-b~Lz 式中：a、b分別為后視水準(zhǔn)尺(3)、前視水準(zhǔn)尺(5)的讀數(shù)，Lz為水準(zhǔn)尺的標(biāo)稱尺長，是指 懸掛水準(zhǔn)尺(3)頂端懸掛裝置與監(jiān)測標(biāo)志的接觸面至懸掛水準(zhǔn)尺(3)底面的公垂線長度。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水準(zhǔn)尺懸掛式水準(zhǔn)測量方法，其特征是在于水準(zhǔn)測站的前、后 視水準(zhǔn)尺均懸掛于監(jiān)測標(biāo)志上時(shí)，測站高差h的計(jì)算如下： h = a_b 式中:a、b分別為后視、前視懸掛水準(zhǔn)尺(3)的讀數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01C5/00GK105865416SQ201610339609
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】盧獻(xiàn)健, 晏紅波, 唐詩華, 覃澤穎
【申請人】桂林理工大學(xué)