地下洞室橫斷面三維變形的測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于巖體工程測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種測量井下巷道等地下桐室的 橫斷面=維變形的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地下桐室開挖后，巖體的原巖應(yīng)力狀態(tài)遭到了破壞，引起應(yīng)力重新分布，地下桐室 的圍巖向臨空面發(fā)生位移變化，會出現(xiàn)底臓、頂沉、兩幫收縮等變形特征。地下桐室變形災(zāi) 害一直是影響地下工程安全生產(chǎn)的主要因素。巖體位移及變形數(shù)據(jù)是研究地下桐室變形災(zāi) 害防治的基礎(chǔ)，準(zhǔn)確獲取其橫截面=維變形情況是控制地下桐室穩(wěn)定、確保工程順利開展 的重要保障。而現(xiàn)有技術(shù)中并不存在能夠準(zhǔn)確測量地下桐室橫斷面=維變形情況的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有方法無法準(zhǔn)確測量地下桐室橫斷面 =維變形情況的缺點，提供一種地下桐室橫斷面=維變形的測量方法。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：地下桐室橫斷面=維變形的測量方 法，包括W下步驟：
[0005] 步驟一.在待測橫斷面上布置四個定位基點A、B、C、D，四個定位基點分別位于待 測橫斷面的四條邊上，其中，A為下部基點，B為右側(cè)基點，C為上部基點，D為左側(cè)基點；
[0006] 步驟二.W定位基點A為坐標(biāo)原點（0,0,0)建立S維空間坐標(biāo)系，在該S維空間 坐標(biāo)系中分析各定位基點，=維空間坐標(biāo)系的建立過程如下：WA點為原點，W初始地下桐 室橫斷面俯視逆時針旋轉(zhuǎn)90°后AB的水平投影指向為X軸，W水平垂直X軸于A點指向?qū)?際D基點所在一側(cè)的方向為y軸，W垂直xy平面于A點豎直向上的方向為Z軸；
[0007] 步驟依次獲得相鄰的兩個定位基點之間的初始距離、初始方位角及初始傾 角，即得到 AB〇 (幻0，趴0，化〇)、B〇C〇 (6"，戶占0，白占0)、D〇C〇 (c〇，祈0，0(々）、AD〇 (成，細，如0)， 曰〇、13〇、(3〇、(1〇分別為八8〇、8〇(：〇、0〇(：〇、八0〇的間距，取城、辦如昨自、獅自分別為八8〇、8〇(：〇、0〇(：〇、八0。 的方位角，0。。、0帕、0。。、0*分別為48。、8。(：。、〇。(：。、4〇。的傾角，所述方位角的范圍為[0。， 360° )，所述傾角的范圍為（0°，90° );
[000引步驟四.利用W下公式計算各初始定位基點B。、C。、0。的；維坐標(biāo)，其中 [0009]B。的坐標(biāo)（XB。，ye。，Zb。）為
[001引式中，a為地下桐室軸屯、線的方位角，即X軸正向的方位角，
[0014] C。的坐柄（XC。，yc。，Zco)為
[0022] 步驟五.在地下桐室發(fā)生變形或間隔一定時間后測量相鄰的兩個定位基點之間的 距罔、方位角及傾角，得到.A戰(zhàn).(成.，稱M.，..自.單拉?辦n.，兔a.)、.島《n.CCr，'恥。，'旬.Al\ (處， 觀円.，.歲n)含'其中n=l、2、3、4 ,曰n、bn、Cn、dn分另リ為ABn、BnCn、DnCn、ADn白勺間足巨， 料。"、齡"、沁"、機"分別為48。、8品、斬(；、4〇。的方位角，0。。、0自。、0。。、0化分別為48。、8。(；、D"(；、AD。的傾角，所述方位角的范圍為[0° ,360° )，所述傾角的范圍為（0°，90° );
[0023] 步驟六.利用W下公式計算各基點實時的=維坐標(biāo)，其中
[0024] B。的坐柄（XBn，yen,Zb。）為
[0027] z化=anSin白an;
[0028] 式中，a為地下桐室軸屯、線的方位角，即X軸正向的方位角，
[0029] B。的坐標(biāo)相對于其初始定位基點B。點的相對位置變化為：
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[0049] 優(yōu)選的，所述四個定位基點A、B、C、D分別位于待測量的橫斷面的四條邊的中點位 置。
[0050] 進一步的，步驟四中還包括將D。點位置（X。。，Yd。，Z。。）通過AD〇 (成，如0，獅0)回 歸于A點（0,0,0)進行回歸檢驗，回歸檢驗計算過程如下：
[0051] CN105115473A 說明書 4/11 頁
[0054] 若求解A基點的S個坐標(biāo)值XA。，yA。，ZA。與零相差的絕對值中至少有一個大于lmm， 則說明測量誤差偏大，當(dāng)次測量無效，應(yīng)重新測量；若求解A基點的=個坐標(biāo)值Xa。，y,。，Za。 與零相差的絕對值均不大于1mm，則說明測量成功，?。╔M，yM，ZA。）= (0,0,0)。
[005引具體的，所述步驟四中還包括計算地下桐室上下基點AC。的距離和左右基點6。0。 的距離，其計算公式如下：
[0058] 具體的，所述步驟四中還包括計算地下桐室的上部和下部的高度h。、左右側(cè)壁的 距離e〇,分別為：h〇=ZC0,e〇=yD〇-yB〇。
[0059] 進一步的，步驟六中還包括將D。點位置（XD。，y。。，Zd。）通過(成,，0斬，身曲> 回 歸于A點（0,0,0)進行回歸檢驗，回歸檢驗計算過程如下： Jill 1_/1 I II \_11 I II <_L1 I
II l_tl I II I II \_I1 I
[006引若求解A基點的S個坐標(biāo)值義4。，74^4。與零相差的絕對值中至少有一個大于11111]1， 則說明測量誤差偏大，當(dāng)次測量無效，應(yīng)重新測量；若求解A基點的=個坐標(biāo)值Xa。，y,。，Za。 與零相差的絕對值均不大于1mm，則說明測量成功，取（XA"，yA"，ZA。）= (0,0,0)。
[0064] 具體的，所述步驟六中還包括計算下空間上下基點AC。的距離和左右基點B。0。的 距離，其計算公式如下：
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[0067] 具體的，所述步驟D中還包括計算地下桐室的上部和下部的高度h。、左右側(cè)壁的距 離e。分別為：h。=Z扣，yDn-yen。
[0068] 本發(fā)明的有益效果是：步驟簡單，易于操作，可靠性強，通過本發(fā)明的方法能夠定 期監(jiān)測地下桐室橫斷面的相關(guān)基點=維變形數(shù)據(jù)，獲得實時的=維變形情況，提高測量結(jié) 果的準(zhǔn)確性，為地下桐室支護工程和圍巖穩(wěn)定評價提供參考和依據(jù)。本發(fā)明適用于現(xiàn)有地 下工程的建設(shè)與維護。
【附圖說明】
[0069] 圖1是本發(fā)明的方法流程圖；
[0070] 圖2是橫斷面基點布置完成后所需測試的初始數(shù)據(jù)的示意圖；
[0071] 圖3是本發(fā)明橫斷面基點變形后所需測試的實時數(shù)據(jù)的示意圖；
[0072] 圖4是本發(fā)明橫斷面基點變形后進行S維變形計算的示意圖；
[0073] 其中，A、B。、C。、D。為初始定位基點，B。、C。、D。為變形后的定位基點，X、y、Z為S維 坐標(biāo)系，a為地下桐室軸屯、線的方位角（即X軸正向的方位角），a。、b。、C。、屯分別為AB。、 BnCn、DnCn、ADn的間距，巧《、f細、的》、焊A分別為ABn、BnCn、DnCn、ADn的方位角，0an、0bn、 0cn、0dn分別為AB。、BnC。、DnC。、AD。的傾角，n為測量次數(shù)。
【具體實施方式】
[0074] 下面結(jié)合附圖，詳細描述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[00巧]如圖1所示，本發(fā)明的地下桐室橫斷面=維變形的測量方法包括W下步驟：
[0076] 1.根據(jù)地下工程實際的地質(zhì)情況與施工條件，確定需要進行=維變形監(jiān)測的地下 桐室橫斷面，根據(jù)精度需求和測試需要可布置一個或多個待測橫斷面，每個測量斷面上布 置四個定位基點A、B、C、D，四定位基點不在各邊中點照樣能夠進行本技術(shù)方案，可W不限制 必須處于中點位置，只是處于各邊中點位置對于測量具有一定的有利條件，因此優(yōu)選的，所 述四個定位基點A、B、C、D分別位于待測量的橫斷面的四條邊的中點位置，其中，A為下部基 點，B為右側(cè)基點，C為上部基點，D為左側(cè)基點（面向X軸正向）。在實際操作中，應(yīng)該在 地下桐室盡快布置好定位基點，將定位基點埋入待測橫斷面預(yù)定位置，可使用快凝水泥、樹 脂膠泥等速凝材料固定基點。其中，定位基點B、C、D包括下述的初始定位基點B。、C。、D。^ 及變形后的實際的定位基點B。、C。、D。。
[0077] 2.橫斷面定位基點布置完成后，W定位基點A為坐標(biāo)原點（0,0,0)建立立維空間 坐標(biāo)系，立條坐標(biāo)系分別為X、y、Z，在該=維空間坐標(biāo)系中分析各定位基點，=維空間坐標(biāo) 系的建立過程如下：WA點為原點，W初始地下桐室橫斷面俯視逆時針旋轉(zhuǎn)90°后AB的水 平投影指向為X軸，W水平垂直X軸于A點指向?qū)嶋HD定位基點所在一側(cè)的方向為y軸，W 垂直xy平面于A點豎直向上的方向為Z軸。
[0078] 3.首次測量時地下桐室基點位置情況如圖2所示，依次測量獲得相鄰的 兩個定位基點之間的初始距離、初始方位角及初始傾角并記錄在表1中，即獲得 AB〇 (a("巧,(,，（9。0)、B〇C〇 (如，腳島，0W)、D〇C〇 (鐘，斬0，伴〇)、AD〇 (如，.扔桃白(W)， a〇、秘0、0a。為AB。之間的初始距離、初始方位角及初始傾角，b。、卿0、0b。為BnC。之間的初 始距離、初始方位角及初始傾角，C。、斯0、0。。為D。旬之間的初始距離、初始方位角及初始 傾角，d。、口(/?、0d。為AD。之間的初始距離、初始方位角及初始傾角，方位角的范圍為[0°， 360° )，傾角的范圍為（0°，90° )。具體操作過程中，可W使用現(xiàn)有的測量儀器，如鋼尺收 斂儀和=維羅盤，單次測量時獲得兩基點間的初始距離、初始方位角及初始傾角。
[0079] 4.根據(jù)上述參數(shù)計算各初始定位基點B。、C。、D。的=維坐標(biāo)及空間相關(guān)數(shù)值。A點 的坐標(biāo)置為（〇,〇,〇)，可通過W下公式可求得B、C、D的相對位置，并記錄在表2中。具體如 下：
[0080] B點的初始位置B。的坐標(biāo)（XB。，Yb。，Zb。）為：
[0084]式中，地下桐室軸屯、線的方位角為a，即X軸正向的方位角為a，
[0085] C點的初始位置C。的坐標(biāo)（XC。，Yc。，zj為：
[009引最后一組數(shù)據(jù)AD:0.(遍，麵於御3可用作驗證D。點位置（Xd。，Yd。，Zd。）。通過AD?；貧w于A點（0,0,0)進行回歸檢驗?；貧w檢驗計算過程如下：
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[0097] 若求解A基點的S個坐標(biāo)值XA。，yA。，ZA。與零相差的絕對值中至少有一個大于lmm， 則說明測量誤差偏大，當(dāng)次測量無效，應(yīng)重新測量；若求解A基點的=個坐標(biāo)值Xa。，y,。，Zm與零相差的絕對值均不大于1mm，則說明測量成功，取（XM，yM，ZA。）= (0,0,0)。
[009引此時，地下桐室上下基點AC。的距離和左右基點B。0。的距離如下，并記錄在表4 中：
[0101] 地下桐室的上部和下部的高度h。、左右側(cè)壁的距離e。分別為：h〇=Zc。，e〇 = yDo-ye。，并記錄在表5中。
[0102] 5.在地下工程開挖后，巖體的原巖應(yīng)力狀態(tài)遭到了破壞，在應(yīng)力重分布作用下地 下桐室發(fā)生位移變形。因此需要持續(xù)對地下桐室橫斷面進行變形監(jiān)測。