小角法在渡槽變形監(jiān)測中的應(yīng)用

董燕楓

(安徽省水利水電勘測設(shè)計院 勘測分院，安徽 蚌埠　233000)

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小角法在渡槽變形監(jiān)測中的應(yīng)用

董燕楓

(安徽省水利水電勘測設(shè)計院 勘測分院，安徽 蚌埠233000)

摘要：小角法是常用的監(jiān)測建筑物水平位移的方法，文章以溫州趙山渡引水工程沙門渡槽變形監(jiān)測為例，介紹小角法的基本原理，簡述小角法的具體實施過程，對兩端設(shè)站法的2種觀測方法進行比較，并對觀測數(shù)據(jù)進行精度分析。結(jié)果證明，采用該方法能使監(jiān)測數(shù)據(jù)達到較高的精度。

關(guān)鍵詞：渡槽；視準(zhǔn)線；小角法；基準(zhǔn)點

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]。

沙門渡槽位于瑞安市陶山鎮(zhèn)沙門村,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,有必要對渡槽進行變形監(jiān)測。

1小角法基本原理

通過建筑物軸線(例如大壩、橋梁軸線)或平行于建筑物軸線固定不動的鉛直平面為基準(zhǔn)面,根據(jù)它來測定建筑物水平位移的方法稱為視準(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)緯儀精確地測出基準(zhǔn)線方向與測站點到觀測點的視線方向之間所夾的小角,從而計算觀測點相對于基準(zhǔn)線的偏離值[3],如圖1所示。

圖1　小角法測偏離值

由圖1可見,AB為基準(zhǔn)線,i為觀測點,i′為點在AB上的投影,Δi為偏離值,利用精密經(jīng)緯測量小角αi,并測量A到i′的距離Si,可計算出偏離值為

(1)

其中,ρ=206 265″。將歷次計算所得Δi值加以比對,即可得各監(jiān)測點的水平位移情況。這種方法的優(yōu)點是布點和觀測方法簡捷快速、降低觀測誤差、觀測時間短及處理數(shù)據(jù)速度快,提高了監(jiān)測效率[4]。

2監(jiān)測實施

2.1平面控制網(wǎng)布設(shè)

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

為減少誤差,提高觀測精度,基準(zhǔn)點埋設(shè)采用觀測墩,并埋設(shè)具有強制對中裝置的對中盤?；鶞?zhǔn)點埋設(shè)時基礎(chǔ)開挖至弱風(fēng)化層或者規(guī)范規(guī)定的深度,觀測墩埋設(shè)方法及大小尺寸按照規(guī)范規(guī)定進行,觀測墩建成后至少將15天時間作為穩(wěn)定期[5]。

2.2監(jiān)測點埋設(shè)

水平位移監(jiān)測點埋設(shè)同樣采用觀測墩,并埋設(shè)具有強制對中裝置的對中盤。監(jiān)測點偏離工作基線的角度不超過30″,以盡可能地發(fā)揮小角法觀測的優(yōu)勢[6]。渡槽跨度較大,在渡槽跨與跨的連接處分別布設(shè)2個監(jiān)測點,每2個監(jiān)測點間距離基本相等[7]。共布設(shè)水平位移監(jiān)測點34個,編號為C1、C2…C34。

2.3小角法測量

使用索佳NET05X全站儀,測角精度為0.5″,標(biāo)準(zhǔn)單棱鏡的測距精度為(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)測點上安置活動覘牌,以測定角度偏離值和垂直角、斜距。通過垂直角、斜距加入氣壓、溫度等,改正得出B1到各點的平距,代入(1)式得出各點與視準(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,測定出偏離值。觀測水平角時,分別將盤度盤配置在0°、30°、60°、90°附近,觀測4個測回。

3精度分析

由(1)式得水平位移觀測誤差公式為

(2)

(3)

(4)

文獻[5]對變形觀測水平位移觀測點坐標(biāo)中誤差要求為:一級±1 mm,二級±3 mm,取本次變形監(jiān)測等級為二級。觀測點坐標(biāo)中誤差是指觀測點相對測站點(如工作基點)的坐標(biāo)中誤差,等價于觀測點相對基準(zhǔn)線的偏差值中誤差[7],即二級需滿足|mΔi|≤3 mm。在使用全站儀觀測水平角時,儀器對中誤差、目標(biāo)偏心誤差和觀測誤差相互獨立,而基準(zhǔn)點和監(jiān)測點都采用具有歸心裝置的觀測墩和有強制對中裝置的對中盤,儀器對中誤差和目標(biāo)偏心誤差可忽略不計[8-9]。

由于渡槽較長,基準(zhǔn)線長度為685.125 m,給后視照準(zhǔn)帶來了困難。同時,經(jīng)過分析,隨著基準(zhǔn)點與監(jiān)測點之間距離增大,測角中誤差整體也呈增大趨勢。因此,本次監(jiān)測采用在兩端設(shè)站法。

(1) 在基準(zhǔn)線兩端設(shè)站,每站只觀測靠近這一端監(jiān)測點的偏離值。

(2) 基準(zhǔn)線兩端設(shè)站,每站都觀測各個監(jiān)測點的偏離值,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,簡化數(shù)據(jù)處理過程,而精度方面則通過增大測回數(shù)彌補。

首期監(jiān)測時應(yīng)進行2次獨立觀測,共觀測角度8測回,作為監(jiān)測對象的初始觀測值,以后各期監(jiān)測觀測4測回。

首次觀測后,通過計算每個水平角的測量中誤差,監(jiān)測點C18處的測角中誤差最大約為0.7″,此次監(jiān)測最大測距B4C18=347.314 m, mΔi在C18處最大。此時由(1)式得mΔi約為1.18 mm,滿足規(guī)范要求。

4結(jié)束語

本次監(jiān)測通過埋設(shè)強制對中觀測墩、使用高精度的全站儀、增加測回數(shù)等方法,使觀測數(shù)據(jù)達到較高精度。首次觀測后,應(yīng)每月觀測一次,分析觀測數(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),隨時檢查工作基點的穩(wěn)定性。

〔參考文獻〕

[1]王育滿，郭文明.趙山渡引水工程建設(shè)管理[J].水利水電技術(shù),2001,32(2):1-4.

[2]金松蘭，林孝亮.趙山渡引水工程沙門渡槽不均勻沉降修復(fù)技術(shù)方案研究[J].水利建設(shè)與管理，2014(6):22-24.

[3]李青岳,陳永奇.工程測量學(xué)[M].北京:測繪出版社,2008.

[4]祝昕剛.小角法變形監(jiān)測中的應(yīng)用[J].地礦測繪，2011，27(4):38-39.

[5]JGJ 8-2007,建筑變形測量規(guī)范[S].

[6]付翔宇,楊麗坤，李富榮.基坑水平位移監(jiān)測新方法的探討與應(yīng)用——固定方位角-視準(zhǔn)線法[J].測繪通報，2016(2)：113-115.

[7]李峰,趙衛(wèi),張穎軍,等.大跨度渡槽安全監(jiān)測設(shè)計[J].人民長江，2008,39(11):67-69.

[8]GB 50026-2007,工程測量規(guī)范[S].

[9]黃聲享.變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理[M].武漢：武漢大學(xué)出版社,2010.

[10]杜治國.大壩水平位移視準(zhǔn)線觀測方法及精度分析[J].大壩與安全，2006(5)：25-29.

收稿日期：2016-03-28；修改日期：2016-04-05

作者簡介：董燕楓(1990-)，男，山東菏澤人，安徽省水利水電勘測設(shè)計院勘測分院助理工程師．

中圖分類號：TV672.3

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-5781(2016)02-0163-02