地下洞室横断面三维变形的测量方法

摘要

地下洞室横断面三维变形的测量方法，属于岩体工程测量技术领域，以克服现有方法无法准确测量地下空间横断面三维变形情况的缺点。包括以下步骤：在待测横断面上布置四个定位基点A、B、C、D，四个定位基点分别位于待测量的横断面的四条边上；以A为坐标原点建立三维空间坐标系，在该三维空间坐标系中分析各定位基点；依次测得相邻的两个定位基点间的初始距离、初始方位角及初始倾角；根据上述参数利用相应公式计算各初始定位基点B₀、C₀、D₀的三维坐标及空间相关数值；依次测得各变形后相邻的两个定位基点间的距离、方位角及倾角；根据上述参数利用相应公式计算B_n、C_n、D_n的实时三维坐标、变形情况及空间相关数值。适用于地下工程的建设与维护。

主权项

地下洞室横断面三维变形的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一.在待测的地下洞室横断面上布置四个定位基点A、B、C、D，四个定位基点分别位于待测量的横断面的四条边上，其中，A为下部基点，B为右侧基点，C为上部基点，D为左侧基点；步骤二.以定位基点A为坐标原点(0，0，0)建立三维空间坐标系，在该三维空间坐标系中分析各定位基点，三维空间坐标系的建立过程如下：以A点为原点，以初始地下洞室横断面俯视逆时针旋转90°后AB的水平投影指向为x轴，以水平垂直x轴于A点指向实际D基点所在一侧的方向为y轴，以垂直xy平面于A点竖直向上的方向为z轴；步骤三.依次获得相邻的两个定位基点之间的初始距离、初始方位角及初始倾角，即得到a₀、b₀、c₀、d₀分别为AB₀、B₀C₀、D₀C₀、AD₀的间距，分别为AB₀、B₀C₀、D₀C₀、AD₀的方位角，θ_a0、θ_b0、θ_c0、θ_d0分别为AB₀、B₀C₀、D₀C₀、AD₀的倾角，所述方位角的范围为[0°，360°)，所述倾角的范围为(0°，90°)；步骤四.利用以下公式计算各初始定位基点B₀、C₀、D₀的三维坐标，其中B₀的坐标(x_B0，y_B0，z_B0)为z_B0＝a₀sinθ_a0；式中，α为地下洞室轴心线的方位角，即x轴正向的方位角，C₀的坐标(x_C0，y_C0，z_C0)为z_C0＝z_B0+b₀sinθ_b0＝a₀sinθ_a0+b₀sinθ_b0；D₀的坐标(x_D0，y_D0，z_D0)为z_D0＝z_C0‑c₀sinθ_c0＝a₀sinθ_a0+b₀sinθ_b0‑c₀sinθ_c0；步骤五.在地下洞室发生变形或间隔一定时间后测量相邻的两个定位基点之间的距离、方位角及倾角，得到其中n＝1、2、3、4………，a_n、b_n、c_n、d_n分别为AB_n、B_nC_n、D_nC_n、AD_n的间距，分别为AB_n、B_nC_n、D_nC_n、AD_n的方位角，θ_an、θ_bn、θ_cn、θ_dn分别为AB_n、B_nC_n、D_nC_n、AD_n的倾角，所述方位角的范围为[0°，360°)，所述倾角的范围为(0°，90°)；步骤六.利用以下公式计算各基点实时的三维坐标，其中B_n的坐标(x_Bn，y_Bn，z_Bn)为z_Bn＝a_nsinθ_an；式中，α为地下洞室轴心线的方位角，即x轴正向的方位角，B_n的坐标相对于其初始定位基点B₀点的相对位置变化为：Δz_Bn＝z_Bn‑z_B0＝a_nsinθ_an‑a₀sinθ_a0；C_n的坐标(x_Cn，y_Cn，z_Cn)为z_Cn＝z_Bn+b_nsinθ_bn＝a_nsinθ_an+b_nsinθ_bn；C_n的坐标相对于其初始定位基点C₀点的相对位置变化为：Δz_Cn＝z_Cn‑z_C0＝[a_nsinθ_an+b_nsinθ_bn]‑[a₀sinθ_a0+b₀sinθ_b0]；D_n的坐标(x_Dn，y_Dn，z_Dn)为z_Dn＝z_Cn‑c_nsinθ_cn＝a_nsinθ_an+b_nsinθ_bn‑c_nsinθ_cn；D_n的坐标相对于其初始定位基点D₀点的相对位置变化为：Δz_Dn＝z_Dn‑z_D0＝[a_nsinθ_an+b_nsinθ_bn‑c_nsinθ_cn]‑[a₀sinθ_a0+b₀sinθ_b0‑c₀sinθ_c0]。