倾斜监测（精选4篇）
倾斜监测 篇1
1 引言
我国地理分布广泛, 地质条件复杂多样, 输电线路又基本上都采用架空线路, 由于线路架设在空中, 需要承受自重、风力、暴雨和冰雪等机械力的作用和风沙等有害气体的侵蚀, 运行条件十分恶劣。当输电线路经过煤炭开采区、软土质地区、山坡地、沙漠地带、河床地带等不良地质区时, 在自然环境和外界条件的作用下, 杆塔基础时常会发生滑移、倾斜、沉降、开裂等现象, 从而引起杆塔的变形、杆塔倾斜、甚至倒塔断线。杆塔倾斜将造成杆塔导地线的不平衡受力, 引起杆塔受力发生变化, 造成电气安全距离不够, 影响线路正常运行。倒塔断线将使供电线路陷于瘫痪, 严重影响人们的生产生活, 造成巨大损失。
在杆塔倾斜现象发生发展的初期, 巡线人员很难用肉眼观察到微小的变化。目前迫切需要使用智能化的数据监测装置对输电线路杆塔倾斜进行在线监测与故障诊断, 及早发现隐患, 及时排除故障, 以提高输电线路运行的可靠性。
本文基于数字倾角传感器结合低功耗微处理器设计了采空区输电线路杆塔倾斜分布式在线监测系统, 能够实时监测采空区杆塔倾斜情况, 及时了解运行杆塔的安全、可靠状况, 根据倾斜监测数据发展趋势, 对超标杆塔倾斜状况及时进行多种方式预报警, 指导检修和维护, 提醒运行维护人员加固地基, 防止倒塔事故发生。
2 系统硬件结构设计
输电线路杆塔倾斜状态在线监测系统能够全天候地对整个采空区所有杆塔倾斜状态进行全天候地监测。系统主要由倾角检测仪、数据监测基站和远程监测中心三部分组成。倾角检测仪将采集到的杆塔倾斜角度数据发送给数据监测基站, 基站对数据进行处理后发送给远程监测中心, 由监测中心进行分析与处理数据, 以获取杆塔的倾斜状态, 并判断倾斜的发展趋势, 为检修部门提供实际依据。当杆塔倾斜角度出现异常时, 系统能够及时将警告信息发送至线路运行负责部门, 使其对杆塔状态进行关注或采取相应检修处理措施, 提早发现问题, 将杆塔发生倾斜造成危害的可能性降到最低。这种结构不仅使整套系统的结构非常清晰和简洁, 也使得各子系统功能完整独立, 任何一个监测单元异常不会影响其它设备正常工作, 能够方便地进行单元模块地检查与维护。采用统一数据接口规范, 大大提高了系统的兼容性和可扩展性。
杆塔倾斜检测仪由电源模块、微控制器、双轴倾角传感器、GSM通讯模块、显示模块构成, 由微控制器对倾角传感器的测量数据进行读取与处理, 并通过GSM网络与基站进行数据通信。在使用时将倾斜检测仪水平安装在杆塔的横担上。采用双轴倾角传感器不但可以测量出杆塔横担与水平面的夹角, 还可计算出杆塔倾斜的方向, 能够更全面地获得杆塔的状态信息。为了防止倾斜检测仪受到电磁、潮湿等因素的干扰, 采用铝盒作为倾斜检测仪的外壳。
倾角传感器采用了芬兰VTI公司生产的硅基加速度传感器SCA100T-D02。高精度双轴倾角传感器SCA100T-D02是VTI公司利用MEMS (Micro electro mechanical system) 开发生产的一款加速度传感器, 体积小, 重量仅1.2克, 内部包含一个硅敏感微电容传感器和一个ASIC专用集成电路, ASIC电路集成了EEPROM存储器、信号放大器、A/D转换器、温度传感器和SPI串行通信接口, 组成了一个完整的数字化传感器, 在温度和时间方面可靠性和稳定性极高, 具有仪表级的良好性能, 通过测量X-Y两轴方向上重力加速度的分量大小来获得传感器的倾斜角度, 其主要性能指标如下: (1) 双轴向倾角测量:SCA100T-D02可以测量X-Y两个方向的倾角; (2) 测量范围±1.0g, 即±90°;3) +5V单电源供电, 通过两个比例电压输出 (模拟量) , 内置11位AD转换器, 兼容SPI输出; (4) 测量灵敏度2V/g (模拟量) 或819LSB/g (数字量) ; (5) 通过SPI接口, 可以访问内部温度传感器, 并对输出进行温度系数校正。
数据采集与处理采用了TI公司的超低功耗微处理器MSP430F149作为主处理器。MSP430系列单片机是16位精简指令集结构的单片机, 其丰富的片上资源和显著地低功耗特点使其在众多种类的微处理器中脱颖而出。MSP430具有多组独立的双向I/O口、12位A/D转换器、UART等硬件资源, 以及最高可达8MHz的系统时钟。
采用西门子公司的集成GSM模块TC35i作为系统的GSM通信模块。该模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块、闪存、ZIF连接器、天线接口组成。TC35i采用AT指令集, 其提供的接口可以与微控制器或上位机之间实现RS232通信。应用时只需要在模块中插入SIM卡, 单片机即可用AT指令控制TC35i收发短信。
3 结语
本文所设计的采空区输电杆塔倾斜状态在线监测系统实现了对采空区杆塔倾斜状态的全天候实时在线监测, 并且依靠网络完成了远程在线监测系统的控制, 实现了办公桌上就可以对设备的实时监测、状态诊断和优化决策的目的, 在安全隐患产生的前期对其进行提前发现与消除, 有效地提高了输电杆塔运行可靠性。在实现管理设备自动化、科学化、智能化的同时, 既提高人身安全, 也节省了不必要的定期计划检修等开支, 极大地提升了线路运行管理水平, 为线路的巡视及状态检修开辟一条新的思路, 具有较高的推广意义。
参考文献
[1]王盛军, 邵琼玲.基于SCA100t和MCU数字倾角传感器的设计与实现[J].微计算机信息, 2010, 26 (8) :90-91.
倾斜监测 篇2
前期准备阶段：
缓和曲线放样：按照老师上课给的数据，用偏角法以及自由设站法放样，先计算出两种方法的全部数据，偏角以及利用坐标方位角计算极角和极径。在计算过程中，我们组内出现了三种不同的数据，检查了一下，发现有的是坐标系建立错误，另外就是计算错误，特别是在计算极角的时候，先用坐标反算的方法计算出E点到坐标原点0号点连线以及放样点1、2、3、4、5、6号点连线的坐标方位角，再根据所在象限判断到底是前者减去后者还是后者减去前者，计算出夹角。
倾斜变形监测：这个前期准备只需要掌握监测的方法和准备好仪器。
在准备阶段过程中，数据的计算是特别重要的，如果计算错误，将会带来严重的后果，放样就全部错误，必须重新计算重新放样，也就意味着从头再来，这样不仅浪费时间、精力，而且白天太阳那么大，各组员都是忍着太阳的酷热来完成实习工作，如果知道做的工作是徒劳的，是没有用的，还得重头再来的时候，难免会发生一些不愉快的事情，为避免这些事情的发生，我们在前期准备的时候，就必须做到认真计算、仔细检查以达到准确无误，这样在野外工作时就可以高效率地完成实习任务。野外实战阶段：
借到全站仪，我们自己在图书馆那儿找了一块阴凉的地儿进行我们的缓和曲线放样，首先用偏角法，要定出一条大于60米的长边作为X轴，先确定坐标原点也就是直缓点A点，做好标记，再确定长边的另一个端点B点，做好标记。在坐标原点A 点处架设仪器，根据偏角放出1、2、3、4、5、6点的方向，用皮尺拉出距离，最后定出这6个点。再利用自由设站法，先放出E点，做好标记，在E点架设仪器，后视坐标原点，根据夹角和距离逐一放样，其实这个方法后续操作跟极坐标方法放样类似，根据极角极径逐一放出6个点。
倾斜变形观测：在西七建筑物上面选择一条边，用全站仪竖丝法观测其倾斜量。先选择一条边，我们选的是西七一区的一个转角边，再找两个距离这条边1.5倍高度的两个点进行倾斜观测，我们选了一个在西一门口那里，可以观测到目标边的最上面和最下面，中间被树枝挡住了，另一个点选在差不多与前一点到目标边连线垂直的西七三区，然后进行观测。
倾斜监测 篇3
关键词：基坑,变形估算,测斜,监测
0 引言
随着国家城市基础建设的不断推进,在城市中修建地铁、大型高层建筑等等会遇到越来越多的长深大基坑。由于地下工程施工过程中存在一定的不可预见性,使得不管是在前期勘探设计、中期施工还是后期维护过程中,均需要借助监测手段进行必要的补充和完善,坚持信息化施工原则,保证基坑稳定安全,保护周边建筑及地下管线等的安全。通过变形监测结果,分析和掌握基坑变形的基本规律,为完善设计和改进施工工艺提供有价值的指导性意见,也为类似工程的施工提供借鉴和参考[1]。在基坑施工设计及施工过程中,需要及时地预测和掌握基坑的变形及支护结构的受力状况,适时加强支护预防基坑事故的发生,保证人员及施工安全。
1 基坑变形估算方法及监测技术
随着信息化施工技术及计算机数值计算技术得到迅速发展,在基坑变形及位移预测出现多种预测方法,诸如回归分析、灰色预测、神经网络、时间序列分析等[2]。采用的数值计算方法主要有有限元、离散元、边界元等,在预测阶段首选是有限元的数值计算方法[3]。基坑工程中的监测主要分为基坑支护结构的监测和周围环境的监测两大方面,其中基坑支护结构的监测部分主要包括水平位移、倾斜、沉降、应力;周围环境的监测主要包括:相邻建筑物的沉降、倾斜及裂缝发展情况;相邻构筑物、道路、地下管线等的沉降和变形监测;周围岩土性状的变化监测;桩侧土压力的监测等等。在施工过程中往往根据支护结构和周边环境的实际工况及施工要求,在基坑设计及变形监测等方面选择其中一项或几项进行监控,根据结果及时调整支护设计,保证施工及周边建(构)筑物的安全。本文结合某基坑开挖工程实例,从理论计算和基坑实测数据两方面进行分析对比,从中总结出基坑变形规律,可供施工参考借鉴。
2 工程概况
地铁区间明挖竖井段采用明挖顺作法施工,基坑长度47.1m,基坑开挖深度22m。本区间地下水丰富。基坑支护结构设计的安全等级为一级。明挖基坑围护结构采用800mm厚钢筋混凝土连续墙,标准段采用4道支撑,其中第一道为800mm×1 000mm的混凝土支撑加1 000mm×1 000mm的冠梁,第二道采用600mm×800mm混凝土支撑加800mm×1 000mm的腰梁,第三道采用800mm×900mm混凝土支撑加1 000mm×1 200mm的腰梁,第四道为600×16mm钢支撑+3Ⅰ36C钢围檩。两端头增加三道混凝土板撑,地下连续墙接头采用6根600旋喷桩作止水帷幕,旋喷桩与地连墙之间空隙注双液浆加固土体封堵地连墙接缝。地铁区间明挖基坑平面图(第一道支撑布置平面图)见图1。
3 基坑位移理论变形计算
为保证施工安全,预估基坑变形,在施工前期对基坑的侧向位移进行了理论计算,通过计算发现,在基坑采用设计的四道支撑开挖后,基坑的侧向位移最大值达到23.98mm,弯矩最大值为1 063.93kN。
4 基坑监测及结果对比分析
4.1 水平位移测点布置
基坑监测中基坑水平方向位移采用测斜仪,位移变形警戒值为2mm/d,水平位移监测点共有8个,测斜管分布于地下连续墙内。
4.2 监测结果
监测结果中选取其中一个测点进行说明,主要包括测斜位移深度和测斜速率深度。
1)基坑开挖后的最大侧向位移为27.25mm,与理论计算的最大位移基本一致,说明了基坑位移的理论计算结果具有可参考性。2)墙体侧向位移变形曲线理论及实测变化趋势均为弓形变形曲线,整个曲线向坑内凸出,变形曲线上均存在反弯点,但二者反弯点产生的位置及数量对应关系不完全一致,不明显,且实测变形曲线上存在正负位移,理论计算的变形曲线不存在。二者的最大位移均发生在基坑中部靠下的位置。3)实测测点中累计变形总体随着时间的推移部分呈递增趋势,但累计变形量并不是单调递增。理论计算变形由于涉及一个测点,故不存在该特点。4)测斜速率深度曲线变形总体上呈线性变化,从形状上看上宽下窄。上宽表明测斜的速率变化在深度方向上部的变化大,下窄表明测斜的速率变化在深度方向上下部的变化大些。需要说明的是在速率深度曲线中总体曲线变化仍较均匀。
4.3 结果对比分析
1)理论及实测变形曲线总体均为弓形变形。既有研究认为可以将地下连续墙简化为简支梁[4],最大变形值为其最大相对挠度,出现这种现象的主要原因,是由于第二道支撑的设置,一般总是在开挖到第二道支撑的底标高以下为了方便施工等原因才能设置,设置以后钢筋混凝土支撑凝固时会产生收缩,而后开始受力。在这个过程中支撑梁本身要产生压缩变形,同时腰梁混凝土也要产生侧向弯曲变形,因此从支撑设置结束至产生支撑作用的滞后时间较长,第二道支撑的设计支撑力部分将由第一道支撑与坑底以下的被动土压力承担,至第二道支撑产生作用之前,地下连续墙已产生较大的变形,直到支撑产生作用,但由于混凝土支撑属被动受力结构,因而产生的变形并不能恢复,在支撑区域外侧仍能产生向坑内变形,因此在位移曲线上便产生了向坑外的弯曲,但弯曲的位移不大。同理第三道支撑的工况与第二道相似。因此不管是理论计算还是实测,基坑支护过程中均考虑了设置支撑的工序,故二者的变化曲线上均出现了反弯点。2)基坑浅部墙体侧向位移出现负值的原因主要是地下连续墙作为一种柔性墙,并且设置支撑体,在基坑向下开挖到一定深度后,地下连续墙墙顶位移会出现位移不变或者逐渐向基坑外移动,墙体腹部向基坑凸出。3)墙体位移在某个时间段内出现比较大的变化,主要与施工工序有关,尤其是与现场注浆施工有关系,注浆过程中由于有较高的注浆压力,墙体会产生小部分的位移增量,在注浆加固土体结束后,由于水泥浆的加固作用,土体强度得到提高,变形得到控制。
5 结语
1)基坑变形的理论预测及实测曲线在变形趋势及位移最大值上表现出总体的一致性,说明了理论计算及实测数值均具有参考价值,通过理论计算可总体上掌握基坑的变形规律,通过监测可及时掌握基坑的变形,在施工过程中两种方法互为补充,有效保证施工安全和周边建筑及地下管线的安全,降低和避免基坑事故的发生。
2)实测曲线个别位置的变化规律对理论计算曲线具有更强的随机性和不确定性,这主要与施工工序、开挖深度及土体性质的非均质性有关。
3)本基坑围护结构水平位移变形总体上呈现弓形变形,基本上满足简支梁的理论假设,由于施工过程中的工序转换等原因导致最大位移点下移。
参考文献
[1]林鸣,徐伟.深基坑工程信息化施工技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.
[2]范建,师旭超.深基坑变形预测方法综述[J].西部探矿工程,2006(4):29-31.
[3]靳璞,李东海,刘军.地铁深基坑变形预测与监测数据分析[J].市政技术,2008(1):28-30.
倾斜监测 篇4
随着我国经济建设不断发展, 高层建筑在我国日益增多, 高层建筑施工和使用过程中的安全问题日渐突出。高层建筑如发生倾斜, 对建筑物危害较大, 直接影响建筑物的使用寿命。当倾斜量超过建筑物设计指标极限时, 将会危及建筑物的安全运营。建筑物在施工及运营过程中对建筑物的主体倾斜实施监测是非常必要的[1,2,3]。
引起建筑物倾斜的主要原因是基础的不均匀沉降。倾斜监测就是测定建筑物顶部相对于底部的水平位移和高差, 计算出建筑物的倾斜度和倾斜方向。根据建筑物的特征以及测量仪器设备条件, 倾斜监测的方法有很多, 如基础沉降差法、激光垂准仪法、投点法、测水平角法、测角前方交会法等[4], 这些方法大都采用传统的光学仪器如光学水准仪、光学经纬仪, 需在观测点设置明显的观测标志, 以便光学仪器照准目标, 但是有些建筑物顶层无法上人或者不便安置观测标志, 给倾斜监测带来一定困难。
免棱镜全站仪不仅可以测角、测距、测坐标, 同时还有一些特殊的测量模式, 如对边测量、悬高测量、偏心测量等, 最大特点是不需要在观测点设置观测标志, 也不需要在观测点安置反射棱镜, 快捷高效, 因此给倾斜监测提供了有利的条件, 极大减轻了测量人员的劳动强度。
1 坐标法直接监测
如图1所示, 建筑物的主体倾斜监测主要是观测建筑物两墙面相交的墙角线顶端M相对于底端N的位移量Δ, 并计算倾斜度i, 倾斜方向α。
在基准点A架设免棱镜全站仪, 以另一基准点B定向, 利用全站仪坐标测量功能, 将望远镜照准M和N, 分别测得顶端M的三维坐标M (xM, yM, HM) 和底端N的三维坐标N (xN, yN, HN) , 则倾斜度i和倾斜方向α可分别由式 (1) 和 (2) 计算:
2 存在问题
由于M、N点处于两墙面相交的棱线上, 直接照准M、N点进行观测, 由于全站仪发射的是激光束, 光斑将分布在两个墙面上, 从而产生多路径光斑效应, 如图2所示, 导致距离测量可达到厘米级误差, 使得观测坐标无法满足倾斜度和倾斜方向监测要求[6,7]。
3 平面偏心法
为了解决上述问题, 本文利用免棱镜全站仪平面偏心模式来进行观测。
如图3所示, 在测站点安置好免棱镜全站仪, 设置好测站点坐标, 调取平面偏心测量模式, 依次照准墙面P上不在同一条直线上的任意三个点P1、P2、P3, 并依次进行测量, 测得三点坐标分别为且保存在仪器内, 此时墙面P的空间位置已经确定, 可由式 (3) 表示。
(3) 式中系数ap, bp, cp可有式 (4) 解算得到
将望远镜照准M, 全站仪即显示M点的坐标;照准N, 即显示N点的坐标, 从而建筑物的倾斜度和倾斜方向就可以按照式 (1) 和 (2) 计算。
4 精度分析
假定基准点已知数据为和αBA, 且方差均为0, 距离s的方差为σs2, 水平角β和竖直角γ的方差分别为σβ2和σγ2, 则
对 (5) 式全微分得
由协方差传播定律得到
因此
考虑到测角精度一致性, 即令σβ2=σγ2则
所以P点的平面点位精度
P点的空间点位精度
假定用南方NTS352全站仪进行监测, 测角精度为σγ=2″, 测距精度σs=3+2ppm, 如只考虑固定误差, 则σs=3mm, 根据距离s和竖直角γ的不同, 计算点的平面位置精度和空间位置精度, 见表1和表2。
5 结束语
综上所述, 用本方法监测建筑物倾斜度和倾斜方向, 充分发挥了全站仪免棱镜观测功能和平面偏心测量功能, 有效地控制了其倾斜量, 保证了建筑物的安全运营。在照准M点和N点时, 并没有发射激光束, 因此不会产生光斑效应, 解决了坐标法直接监测中存在的问题。从表1和表2可以看出, 空间点位精度主要取决于全站仪固定测距误差, 当观测点与基准点之间的距离在100米以内时, 空间点位精度基本保持不变;需要注意的是要避免三个观测点在同一条直线上或接近一直线;观测点尽可能组成等边三角形, 并且三角形的边长尽可能大。
参考文献
[1]岳建平, 田林亚.变形监测技术与应用[M].北京:国防工业出版社, 2007:47-151.
[2]平海庆, 陈义, 谷川.高层建筑物倾斜观测的一种新方法[J].北京测绘, 2006 (3) :34-37.
[3]张正禄.工程测量学[M].武汉:武汉大学出版社, 2005:175-186.
[4]建设部标准定额研究所.JGJ8-2007, 建筑变形测量规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2007.
[5]谭国铨, 肖成, 赵亮.免棱镜全站仪测距特性的测试与分析[J].电力勘测设计, 2012 (4) :11-14.
[6]岳建平, 高永刚, 谢波.无反射棱镜全站仪测距性能测试[J].测绘工程, 2005, 14 (6) :35-37.