浅谈无棱镜测距对建设中大型厂房柱实施倾斜监测的应用

【概 要】本文介绍了应用全站仪无棱镜测距技术对在建中的大型工业厂房柱进行倾斜监测的一般方法，结合工程应用实例说明无棱镜测距对处在施工环境中的大型工业厂房柱进行倾斜跟踪监测具有测量数据精准稳定可靠，观测作业不易受施工场地和施工环境条件的影响，外业操作安全迅速简便的优点。

【关键词】无棱镜测距技术；大型厂房；柱体倾斜；跟踪监测

冶金工业的迅猛发展尤其是现代化重型冶金设备不断的更新，推动了冶金工程建设的技术进步，钢结构使得冶金厂房的高度和跨度均有新的突破，对施工而言必须用相应的技术保障建设工程的施工安全。由于重型冶金设备基础的埋置深度一般大于或等于厂房柱基础的埋置深度，而设备基础的施工又后于厂房柱的施工，因此设备基础的施工开挖对厂房柱基础必将产生一定程度的扰动，也成为影响厂房柱稳定性和安全性的潜在因素。无论是设计、施工还是投资方均要求在设备基础开挖施工的同时对厂房柱进行倾斜跟踪监测，以保障施工的安全进行。过去一直沿用的经纬仪投点的测量方法，因受复杂施工环境的影响不能安全稳定的安置仪器，而设备基础开挖之后柱基突出高耸测量人员攀爬到柱基上投点量距十分困难（见图1），因此无法有效对厂房柱进行倾斜跟踪监测。而使用全站仪无棱镜测距技术便可应对上述不利因素，达到对厂房柱进行倾斜跟踪监测的目的。

1 无棱镜测距倾斜监测的一般方法

将全站仪架设在大型厂房柱外侧（轴线的延长线上）布设的测站点之上，选择无棱镜激光测距（RL）模式分别测定柱体顶端标定的观测点A和柱体底部标定的观测点B至全站仪的水平距离值。通过对两组水平距离值的比对计算从而得出柱体的倾斜偏差值（±ΔD=DA-DB ）见图2。在施工过程中此值相对稳定表明柱体是稳定安全的，若此值随着施工的持续而不断增大直至超限表明柱体存在严重的安全隐患，应采取措施停止施工确保安全。

由上表可知莱卡TCR402全站仪测角精度为：2"，无棱镜激光测距（RL）模式的测距精度为：3mm+2ppm。完全能够满足《建筑物变形测量规范》》和《工程测量规范》水平位移变形观测（二等）的精度要求。此精度也足以满足安全施工决策的需要。

为使全站仪测距精度符合其技术参数的标称值，使观测成果达到规范的精度要求，用于观测的全站仪必须是经过专业检定合格的仪器，使用观测过程中还须定期对全站仪进行激光对中器的对中检验和测距激光束中心与望远镜十字丝中心是否重合等常规检验，适时对全站仪进行观测环境参数（气压、温度和湿度）的改正设置。

（2）测站点（工作基点）的布设

若厂房柱平面布置如图3，测站点设置在厂房外侧X轴线的延长线上，距厂房柱的距离约为1.5～2倍柱高且小于等于100米之处，这样一可保证测站点位于施工范围之外，避免施工对观测的干扰和影响，保障观测作业人员的安全和有利于测站点的保护；二在对柱体顶端观测点进行观测时可控制望远镜视准轴（激光束）与柱面的交角大于60°提高观测数据的可靠性。测站点埋设形式可根据观测的周期及所需的观测精度而定，若观测的周期较短其精度要求较低可采用木桩和钢筋桩，若观测的周期（设备基础的施工周期）较长其精度要求较高则应采用埋石。

（3）覌测点（监测点）的设定

覌测点应于钢柱安装之前标注在柱体相应的轴线上。若观测钢柱为同径同截面，柱体顶端监测点选定于屋面梁节点下10厘米处；若观测钢柱为变径变截面，柱体顶端监测点选定于牛腿（牛腿上部一般为变径变截面柱）节点下10厘米处，柱体底部监测点则选定于杯口基础面上约1米（+1.00m）处，如图4中的A和B。

（4）实施观测

对于需要用柱体的总体倾斜率来判断其稳定性的工程，应测定柱体两个方向的倾斜偏差值，由图3可知在Y轴线（或两侧）上只有厂房两端可在施工范围以外设置测站点，测量中间柱的测站点均处在施工范围内。若将X轴线上的测站点与周边的控制点进行联测，精确测定测站点的坐标，在测站点上安置全站仪后视控制点对观测点进行观测，即可测定观测点A和B的坐标：XA、YA，XB、YB。由A、B两点坐标的（XA、YA、，XB、YB）累计观测值可得观测柱体在X、Y两个方向的倾斜偏差量，则柱体的总体倾斜率为：

本例工程厂房平面为正向布置，即坐标轴X、Y分别为厂房柱的行列轴线。否则须进行坐标转换计算，以简化观测过程中所需的计算。

对于需要进行柱体垂直沉降观测的工程，测定测站点坐标的同时测定其高程，测定观测点A和B坐标的同时测定其高程HA和HB。由A、B两点HA、HB的累计观测值比较可得柱体在垂直方向的沉降变化量。

2 实例工程应用

某钢铁公司薄板深加工连退主厂房，设备区域的长度为：378米，厂房跨度为：45米，柱距为：18米，柱的结构形式为双肢钢管（d800）组合柱，柱顶标高：+41.80米，柱基基底标高：-6.00～-9.80米不等，厂房内设2条冷轧（CAL）连续退火机组，设备基础基底标高：-7.80～-10.00米不等。厂房柱安装后开始设备基础的施工，现场状况如附图所示。为保证施工的安全进行对钢柱柱体实施每工作日两次倾斜跟踪监测。现场的施工环境十分复杂，钢结构安装与土建施工立体交叉作业，尤其是钢结构安装作业半径较大。在这种情况下若采用传统的方法观测，经纬仪置站的距离一般约为1倍柱高，远距离置站将影响照准目标的精确度，所以观测作业的全过程需在施工区域内完成，而观测作业的时间较长，因而无法保障仪器安置的稳定和安全，前视测量人员攀爬到柱基上作业的困难和安全危害则更大。因此传统的观测方法无法有效完成对钢柱柱体实施每天两次倾斜跟踪监测的工作。在仔细研究了所使用的莱卡TCR402全站仪的技术指标和性能之后，使用其无棱镜激光测距（RL）模式进行了尝试性的距离测量，与棱镜（IR）模式所测距离值比较结果误差值仅为±0.5毫米。由此我们将全站仪无棱镜测距技术实际应用到本例工程，使得每日两次对处在施工环境中的厂房柱体进行倾斜跟踪监测这一复杂难行的测量工作变的安全高效简便易行。

在将全站仪首日观测的结果与钢柱安装之后使用经纬仪投点测量的数据进行比较，其在X、Y两个方向的倾斜偏差值相差均小于2毫米。而全站仪优越性还在于可持续不断对观测点进行距离的重复测量，其结果显示测距的精度是非常稳定的。

在本例工程设备基础开挖施工直至土方回填夯实的全过程，使用全站仪无棱镜激光测距实现了对厂房柱进行不间断的倾斜跟踪监测的工作。在38线—46线、52线—55线设备基础底标高低于-9m的区域钢柱在X方向的最大倾斜偏差为18毫米，在Y方向的最大倾斜偏差仅为8毫米，垂直方向最大沉降量仅为5毫米。由观测数据可判定处在施工环境中的厂房柱是稳定的和安全的。同时观测数据也表明其精度完全能够满足规范的要求。顺利安全施工的结果也充分证明了使用全站仪无棱镜激光测距对施工中的厂房柱进行倾斜监测的测量数据精准稳定可靠，其外业操作安全迅速简便，可及时有效的为工程的安全施工决策提供准确可靠的数据分析依据。

3 结束语

无棱镜测距大型厂房柱倾斜监测，在于充分利用了全站仪无棱镜激光测距的先进性能，使得观测作业不易受观测场地和观测环境条件的限制，加之无棱镜激光测距技术的不断完善和测距精度的日趋提高，在建设工程中将会被越来越多用于变形测量。

由于我们监测的目标为钢质柱体，其表面为光滑的油漆涂层反光性能较好，有利于提高测距的精度。但对于观测目标为其他材质的建筑体，其表面反光性能可能会对测距精度产生一定的影响，可使用反光板改善观测点的反光条件。

若是在炎热的夏季实施观测作业，时间易选在上午九点前或下午四点后进行，以避免柱体因热膨胀不均而影响观测值的真实性。