全站仪倾斜观测方法探讨

发布时间：2022-10-05 10:08 热度：

郑光明
摘要: 建筑物倾斜观测的方法一般有：经纬仪投影法，观测水平角法，前方交会法三种，但是有的建筑物不知道高度，未埋预埋件，观测条件极差的情况下，常规的观测方法变得很困难，因此，探求一种新的观测方法是很必要的。
文章介绍在鸡石高速公路特大桥变形观测中，运用全站仪观测柱的倾斜的详细步骤和实现方法。
关键词: 全站仪; 倾斜观测; 方法
Abstract: the method of building oblique observation general: the theodolite projection method, observation level Angle method, forward intersection method three, but some buildings don't know height, not buried embedment parts, observation of the poor conditions, the conventional observation method becomes difficult, therefore, to search for a new observation method is very necessary.
The article introduces the chicken in stone highway big bridge deformation observation, the use of tachometer observation column of tilt detailed steps and realization method.
Keywords: tachometer; Oblique observation; methods


中图分类号：TU74    文献标识码：A     文章编号：

随着我国经济的发展,各种复杂而大型的建筑物日益增多。在建筑物的建造过程中,由于建筑物基础的地质构造不均匀、土壤的物理性质不同、大气温度变化、地基的塑性变形、地下水位季节性和周期性的变化、建筑物本身的荷重、建筑物的结构及动荷载的作用,建筑物将发生沉降、位移、挠曲、倾斜及裂缝等现象,为了不影响建筑物的正常使用,保证工程质量和安全生产,同时也为今后合理地设计积累资料,必须在建筑物建设之前、施工过程中,以及交付使用期间,对建筑物进行变形观测。实践证明,变形观测已经日益成为工程建设中的一项十分重要的工作内容。
所谓变形观测就是测定建筑物及其地基在其自身的荷载或外力作用下,一定时间段内所产生的变形量(包括水平位移、沉降、倾斜、扰度、裂缝等) 及其数据的分析和处理工作。建筑物的变形观测主要包括沉降观测、倾斜观测以及裂缝观测。这里主要介绍鸡街—石屏高速公路(K87+984黑箐湾大桥)段的倾斜观测。
《工程测量规范》规定建筑物构筑物主体的倾斜观测应测定顶部及相应底部观测点的偏移值,然后推算主体倾斜值。因为建筑物在施工和运行过程中的变形通常是缓慢的,所以在某一时间间隔内的偏移值相当微小。为了保证观测结果的准确性必须对其进行精确观测和精确计算。而传统的观测方法如经纬仪、测小角法经纬仪投点法,由于受仪器精度和观测条件的限制,观精度较低,文章阐述了基于全站仪的建筑物倾斜度观测的基本原理和基本方法对其精度进行了分析,并通过实例证明测量方法的可靠性。
1 　倾斜观测基本原理
观测建筑物主体的倾斜变形,应测定建筑物顶部观测点相对于底部观测点的偏移值,再根据建筑物的高度,计算建筑物主体的倾斜度。如图1 所示, 建筑物的倾斜观测必须在两个垂直的方向上进行。

图1建筑物倾斜观测
如图1 所示,在某一点S 安置全站仪,照准柱顶某一标志点M ,并向下投影得点N ,然后在该点处做一个标志。过一段时期,再用全站仪照准同一点M 。由于建筑物已经发生倾斜变形, M 点已经不处于原来的位置,向下投点得到N′点。N 与N′之间的距离ΔB 即为建筑物在与视线垂直方向上的偏移量。再将全站仪移到另一个垂直的方向上,用同样的方法可以得到与视线垂直方向上的偏移量ΔA 。利用矢量叠加的方法可以求得建筑物的总倾斜量Δ,即为
Δ=                                   （1）
则建筑物的倾斜度可以用下式进行计算:
                                     （2）
式中: H 为建筑物高度;α为倾斜角。
以上是在一个工作基点测量得到了建筑的倾斜度,如果我们再设置一个工作基点,采用以上相同的方法再测量一次,从理论上讲在两站分别测量的两组倾斜度应该是相同的值。
2 　工程实例
2. 1 鸡街—石屏高速公路黑箐湾(K87+984)特大桥为例
K87+984（黑箐湾）桥柱上下中心坐标观测值统计表
桥柱名 照准位置 Y平均差值 X平均差值 H平均差值 备注
X2 上 554054.794  2617060.380  1421.806  　
下 554054.794 2617060.379  1415.085 　
S11 上 554053.976 2617075.584  1421990  　
下 554053.971  2617075.586  1415.764  　
X3 上 554083.263  2617060.864  1421.823 　
下 554083.262  2617060.863  1413504  　
S10 上 554083.534  2617076.096  1420.523 　
下 554083.519 2617076.098 1414.322 　
X10 上 554221.951 2617032.849 1420.926 　
下 554221.946 2617032.849 1412.366 　
S:表示公路上行线，X表示公路下行线
K87+984（黑箐湾）桥柱上倾斜计算值统计表

桥柱名 纵向偏移量 横向偏移量 桥柱高 倾斜向量 倾斜方向 倾斜量
X2 0.001 0 6.721 0.0010  0 0.00015
S11 -0.002 0.005 6.226 0.0054 111.4805 0.00086
X3 0.001 0.001 8.319 0.0014 45.0000 0.00017
S10 -0.002 0.015 6.201 0.0151 172.2419 0.00244
X10 0 0.005 8.560 0.0050 90.0000 0.00058
S:表示公路上行线，X表示公路下行线。倾斜方向为度、分、秒，如111.480为：111°48′05″。
从鸡街—石屏高速公路(K87+984黑箐湾大桥)段的观测计算，我们可以知道，纵横向偏移量为：0—15毫米，倾斜向量为：1—15.1毫米，倾斜量为：1.5—2.44毫米，这5棵桥柱，根据规范要求得到，在观测段间是安全的。
2.2圆形桥柱观测
Leica Flexline TS02全站仪,使用圆柱偏置程序，免棱镜观测桥柱。

在工作点A上置全站仪如上图，仪器指示窗如下：
圆柱偏心
左切方向                          20.000g
右切方向                         120.0000g
⊿               － － － － － －
⊿Hz                              50.0000g
左切 右切  测   存  ↓
转动仪器使⊿Hz为零时，测存测量成果，用这样的方法就得到桥柱C、D点的中心坐标X、Y和高程H。
2.3计算桥柱上下部的倾斜量
纵向位移量:   △x = XD － XC
横向位移量:  △y = YD  － YC
合位移量:       K =
合位移方向:     a = arc tag (△x / △y)
倾斜量:      I = tag a =  K / h
式中:h为桥柱的高度( HD – HC ).
3 　免棱镜全站仪在倾斜观测中的运用
3.1免棱镜的观测精度：（Leica Flexlinc TS02）徕卡TS02 全站仪免棱镜的测程1.5m－1200m.                     表一
标准测量 标准偏差
0m－500m 2mm+2ppm
＞500m 4mm+2PPM
实际检测                                          表二
标准测量 标准差
0m－100m ±0.3mm－±0.4mm
0m－250m ±0.6mm－±0.9mm
从上面表一、表二中分析，精度已能达到规范要求。
随着科学技术的进步,测绘仪器也在发生着翻天覆地的变化,免棱镜全站仪越来越受到测绘人员的青睐,其测量原理和文章中介绍的相同。免棱镜全站仪避免了司镜人员怕高的危险和被测点用棱镜对中误差的影响,这种测量技术经过理论和实践论证是完全可以运用到实践中的一种较好的测量技术,瑞士徕卡(L EICA) 公司生产的TCA2003全站仪,采用CCD 技术、马达驱动技术实现了棱镜目标的自动识别与照准,且目标无需灯光照明,改变了传统测量仪器需人工找准的缺陷,实现了测量的全自动化、智能化。
4 　结　语
随着建筑物的不断增高、增大,其稳定性和可靠性成为人们关注的焦点。其中建筑物的倾斜度是衡量施工技术质量的重要指标之一。
变形观测在工业或民用建筑物的施工和运营阶段是非常重要的,只有及时地进行观测,才能够掌握和预测其变化规律,从而分析、研究和采取相应的安全措施,将危害降到最低。文章以鸡街—石屏高速公路TS02系列全站仪为例,详细阐述了其观测过程。实践表明运用这种新的观测方法可简化外业工作,提高工作效率。
参考文献：                                                      
李青岳《工程测量学》[G]测绘出版社，2011
尹晓东、李保平《变形监测技术及应用》[J]黄河水利出版社2011
《建筑变形测量规范》JGJ 8-2007
姜献东，等.工程测量 [M].重庆：重庆大学出版社，2008.
徐佳.基于TCA2003 全站仪的变形监测系统研究[D].阜新：辽宁工程技术大学，2005.
涂群生.免棱镜全站仪在工程测量中的应用[J].黄石理工学院学报，2007，（10）:5-23