一种隧道收敛监测方法技术

本发明专利技术公开了一种隧道收敛监测方法。利用测量仪对隧道断面进行测量，将实测数据输入计算机进行椭圆拟合处理，计算出拟合椭圆方程式，确定该断面中心的位置，并对实测数据进行粗误差和随机误差的剔除处理，计算出各测点相对于该断面中心的变形量，最后输出以该断面中心极角为横坐标展开显示隧道断面变形量的图表。本发明专利技术对隧道断面实测数据进行了合理的处理，能够较为真实的反应隧道断面的实际变形情况，可广泛应用于圆形隧道收敛监测工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及岩土工程领域隧道收敛变形监测。
技术介绍
随着地铁隧道等交通隧道的大量建造，隧道收敛变形监测工作对交通安全起十分重要的作用。现行常规隧道收敛测量是用收敛尺进行的，这种测量方法一般是在一个隧道断面(横截面)上布设几只点，用高精度的收敛尺来量测几个点所构成的弦的长度，再通过各弦长随时间的变化规律来了解隧道断面的变化情况。这种方法的缺点是只能监测有限几个点所构成的多边形的弦长变化，不能全面地反映整个隧道断面的变化情况。此外采用这种方法观测时工作效率低，且有一定的风险性。 近来发展了激光断面仪或电子全站仪来进行隧道收敛测试和监测的方法，这些方法中有的需要采用反光靶，存在安装麻烦、测点片面等缺点，而且，现有技术都只是实现了的数据采集，对所测得的数据没有提出一个好的处理方式。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种全方位测量断面数据，并对实测数据进行拟合处理的方法。 为解决上述技术问题，本专利技术的隧道收敛监测方法，包括下列步骤 (a)在同一个隧道断面(横截面)上布置至少三个基准点，其中一个基准点与测量仪中心处于同一垂直线上； (b)使用与一个基准点处于同一垂直线上的测量仪，对所述隧道断面进行旋转测量，得所述隧道断面数据； (c)根据(b)所测得的隧道断面数据，通过对隧道断面进行椭圆拟合处理，确定断面中心位置，即所得椭圆中心； (d)根据(c)拟合的断面中心和实测断面数据，计算各测点的变形量，并以断面中心极角为横坐标展开显示各测点的变形量； (e)完成一次隧道断面收敛监测程序。 在此基础上还可以在步骤(c)后利用拉依达准则对实测数据的误差进行分析剔除和步骤(d)后根据多项式回归分析法对计算得到的隧道断面变形量的误差处理过程，保证数据的真实性。采取本专利技术的隧道收敛监测方法进行隧道收敛监测，其能带来如下有益效果 1.电子全站仪的无合作目标测量功能采集测点全面，测量时一个断面、三个基准点的设置，保证了每次测量在一个轮廓线上进行； 2.通过对隧道断面作椭圆拟合的处理，使实际数据有合理的理论解释，确定断面中心位置，将测量数据换算到以断面中心为坐标原点的坐标系中，使得历次的测量数据具有可比性和连续性； 3.以断面中心极角为横坐标展开显示隧道断面变形的方法，可以直观地反映隧道断面微小变化。 附图说明 下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明 图1是本专利技术的隧道收敛监测方法的流程图； 图2是本专利技术的待测隧道断面和基准点设置示意图； 图3是本专利技术的隧道断面实测数据椭圆拟合示意图； 图4是本专利技术的实测数据椭圆拟合处理后隧道断面变形量示意图。 具体实施例方式 如图1所示，本专利技术的隧道收敛监测方法，主要包含有断面数据的测量和对实测数据的处理，其实施方式按步骤说明如下 步骤101，在隧道待测段同一圆环面8上布置三个基准点A、B和O，其中O为测量仪仪器中心垂直与地面的点，A和B两点分别在待测截面两侧(见图2)； 步骤102，调整测量仪，使其从隧道断面一侧的基准点A，垂直旋转与断面另一侧的基准点B重合，而后在测量仪上设定一合适步长，从上、下行隧道的外侧到隧道的内侧按设定的步长垂直旋转自动测量；另外，由于仪器在隧道内垂直旋转一周不可避免的要有一部分点打在隧道内的电缆、手孔等障碍物上，这些点不能反应隧道管片的现状，在数据处理时要对其删除，在障碍物集中的地方数据删除的多，使该处的采集数据减少而不能满足精度要求，因此在测量过程中要对打到障碍物上的测点旁边进行补测； 完成以上的测量后，得到如下一组数据 式中，α为测点D相对仪器中心的极角，R为测点D到仪器中心的距离，换算成直角坐标则为 其中，测量坐标系以仪器视准轴和横轴的交点为坐标原点，以水平方向向右为X轴，铅垂线向上为Y轴(见图3)； 步骤103；对实测数据进行椭圆拟合处理，本专利技术采用椭圆拟合对变形后的隧道断面形状进行处理，选用的椭圆方程式为 Ax2+By2+Cxy+Dx+Ey+1＝0(1-1) 实际上实测点坐标不会严格落在拟合椭圆上，断面形状严格意义上讲也不是标准椭圆，各点之间不会满足一个方程，如把点的实测坐标代入，方程式就会产生偏差(或残差) vi＝Axi2+Byi2+Cxiyi+Dyi+Exi+1(i＝1，2，3……n)， 根据最小二乘原理，按∑vi2＝min凭众多实测点的坐标求得最佳椭圆的参数(A B C D E)，把这些参数代入即得椭圆几何方程10，根据所求得的(A B C D E)值还可以计算出断面形状的椭圆参数(a b x0 y0 θ)，其中(a b)为椭圆的长、短半轴，(x0 y0)为椭圆中心的坐标，θ为椭圆轴的倾斜角(见图3)； 具体处理过程描述如下 (a)计算椭圆参数的近似值； 先对方程式(1-1)作线性化处理，为此要首先计算椭圆参数(A B C D E)的近似值(A0 B0 C0 D0 E0)，然后把上述椭圆方程式在该近似点处按级数展开，实现其线性化。计算近似值(A0 B0 C0 D0 E0)可任选一种方法，例如 (1)取5个实测点的坐标(xj yj)(j＝1，2，3，4，5)，得到5个(含5个参数)(A B C D E)的方程式，解此联立方程组，可以求得5参数的近似值(A0 B0 C0 D0 E0)； (2)以圆的参数作为椭圆参数的近似值； (b)改化误差方程式； 把所得参数近似值代入(1-1)式，可得 vi＝(A0+dA)xi2+(B0+dB)xiyi+(C0+dC)yi2+(D0+dD)xi+(E0+dE)yi+1 vi＝xi2dA+xiyidB+yi2dC+xidD+yidE+(A0xi2+B0xiyi+C0yi2+D0xi+E0yi+1) vi＝xi2dA+xiyidB+yi2dC+xidD+yidE+li 式中，末项是误差方程的常数项 li＝A0xi2+B0xiyi+C0yi2+D0xi+E0yi+1(i＝1，2，3……n)； (c)用矩阵表示的误差方程组 V＝MX+L， 式中，V＝(v1 v2 v3…vn)T是误差向量， 是方程组的系数矩阵， L＝(l1 l2 l3…ln)T是法方程组的常数向量， X＝(dA dB dC dD dE)T是未知数(即椭圆参数近似值的平差改正数)向量； (d)按最小二乘原理可得法方程组 MTMX+MTL＝0， 解法方程组就可以得到(dA dB dC dD dE)T，进一步可得椭圆参数的平差结果，即 A＝A0+dA B＝B0+dB C＝C0+dC D＝D0+dD E＝E0+dE (e)通过上述所得参数(A B C D E)计算(a b x0 y0 θ)； (1)计算椭圆主轴的倾斜角θ； 若B＝0，则椭圆是正置的，这时θ＝0，只有当B≠0时，椭圆是倾斜的，可以通过以下公式计算椭圆在倾斜坐标系中的方程式和倾斜角θ 把参数方程式(1-1)中的(x y)用倾斜坐标系中的(x′y′)替代 经整理可得只含4个参数的椭圆方程式 A′(x)2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隧道收敛监测方法，其特征在于：包括下列步骤，（ａ）在同一个隧道断面上布置至少三个基准点，其中一个基准点与测量仪中心处于同一垂直线上；（ｂ）使用与一个基准点处于同一垂直线上的测量仪，对所述隧道断面进行测量，得所述隧道断面数据；（ｃ）根据（ｂ）所测得的隧道断面数据，通过对隧道断面进行椭圆拟合处理，确定断面中心位置，即椭圆中心；（ｄ）根据（ｃ）拟合的断面中心和实测断面数据，计算各测点的变形量，并以断面中心极角为横坐标展开显示各测点的变形量；（ｅ）完成一次隧道断面收敛监测程序。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王如路，马文亮，张旭，
申请(专利权)人：上海地铁运营有限公司，上海京海工程技术公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]