大型烟囱垂直度偏差的测量方法

大型烟囱垂直度偏差的测量方法 廖勇元 吴善能 Vo 1 1 7 ， No 2 ,2 01 0 同济 大学建 筑 工程 系 上海2 0 0 0 9 2 摘要 ： 大型烟 囱一般是 工业厂 区的高耸建 筑， 经过几十年的使 用 ， 需要重新鉴定其结构可靠性， 烟 囱的垂直度 ， 是一 个很 重要的安全指标。由于烟 囱为 圆形截面， 不能直接测量 ， 而且工业厂区 内建筑较 多， 通视 条件较差 ， 给 测量 带来很 多 困难。通过测量烟 囱上下两个标 高处的外轮廓水平 角度 。 换算 出上 下标 高处的相对 水平偏移 角。 再用角度 交汇方法求 出 最终偏移值 ， 经过精度分析 ， 完全满足工程精度要求。 本文以上 海某大型烟囱为例 ， 提 出了对 已有烟 囱垂直度偏 差的检测 方 法 ， 以 用 于 大型 服 役 烟 囱的 监 测 。 关 键 词 ： 大 型 烟 囱 垂 直 度角度 交汇 法检 测 d o i ： 1 0 3 9 6 9 6 i s s n 1 0 0 6 - 8 5 5 4 2 0 1 0 0 2 0 0 5 M e a s u r e me n t o f v e r t i c a l i t y o f e x i s t i n g l a r g e c h i mn e y Yo n g y u a n Li a o ，S h a n n e n g W u Ab s t r a c t ： I n t h i s p a p e r ， a me tho d o f me a s u r i n g t h e v e r t i c a l i t y of e x i s t i n g l a r g e c h i mn e y wa s d i s c u s s e d wi th t h e e x a mp l e o f p r a c ti c a l me a s u r e me n t o f o n e l a r g e c h i mn e y i n S h a n g h a i T h i s me t h o d i s a p p l i c a b l e t o d e t e c ti o n o n v e r t i c a l i t y o f e x i s t i n g l a r g e c h i mn e y Ke y - wo r d s ： l a r g e c h i mn e y v e r t i c a l i ty me tho d o f i n t e r s e c t i n g a n g l e i n s p e c ti o n 1 概 述 我国在上世纪五、 六十年代 ， 建立了一大批热电厂。其中 的大型烟囱在电力紧缺时期立下过汗马功劳。但如今它们已 经无法适应建设节能型社会的要求，大部分此类烟囱已经拆 除。但也有部分烟囱经过加固改造后， 继续服役。为了保证安 全 ， 正常运营， 更为日后拆除提供可靠依据， 其垂直度测量显得 尤其重要。由于此类烟囱周围建筑较多 ， 底部2 0 m左右以下无 法与周围测站通视 ， 两个测量方向并不一定能相互垂直， 欲测 部位又不能设立观测 目标 ， 准确测量其垂直度就相对困难一些 了。上海某大型烟囱高1 2 0 米 ， 烟囱顶部直径6 5 米 ， 底部直径 1 3 5 米， 下面根据此烟囱实际测量过程， 提出一套测量方法， 供 此类测量参考。 2 测 量 方 法 2 1 测 站 布 置 如图1 所示， 设0 点为烟囱的设计中心点， 0 点为烟囱的实 际中心点 。测站布置要求 ： A、 B 两测站均 离0 点 1 5 H 2 0 H ( H 为 烟囱高度y - 保证测量的精度、 二是易于观测顶部。夹角_ A O B 在6 0 。1 2 0 。之间。由于烟囱需要定期检测， 故A、 B 两测点为 固定测点， 在厂区的平面图上有确定的位置。 即L 加 、 【 蜘、 _ A O B 为已知量。 2 2测 点 布 置 由于烟囱周围建筑物较多， 在A、 B 两个测站是看不到烟囱 底部的。只能将测点上移到H1 高度处， 同样 ， 烟囱顶部由于有 围栏等构筑物， 也不是合适的测点， 只能将测点下移到H2 高度 处 。H。 和H ： 均为 已知量。 1 0 2 3测 量 方 法 将经纬仪安置在A 站， 先用正镜( 盘左) 观测与烟囱H1 高度 处相切的两个方向Al 、 A 2 和与H2 高度处相切的两个方向A 3 、 A 4 ， 得水平角观测值分别为： 0 。 ， 0 2 ， ， 。 再用倒镜( 盘右) 观测 一 次， 得观测值： 0 。 ， 0 2 , 0 3 a 4 o再将经纬仪安置在B 站， 用同样 的方法， 得到观测值： 0 5 ， ， 0 7 ， 8 ， O 5 ， 0 l 7 0 8 o 注意观测时应使竖直叉丝与外轮廓相切； 观测同一高度的 测点水平角时， 仪器应保持垂直角不变， 这样测得的两个方向 换算为中心方向才是准确的。 图1 烟 囱垂直度测量 中测站和测点布置图 技术与市场 攮 碾辕 第1 7 g 2 期2 0 1 0 3 数 据 处 理 A 一 - X , A a 2 g c o s B + A g c o s 8 s + i 2 n g ( 3 9 ) 偏移方向： 由于A 、 O、 B 都有确定的位置， 方向已知， 故只需算出O O 与O C 或O D 的夹角即可。这里以求O O 与O C 夹角为例。 先由式3 3 算出， 再由三角形内角和定理求出。于是O O 相对于A O 的偏角就求出来了， 自然偏移方向也就知道了。 3 3 换 算到整体偏移量 由于观测中采用的测点并不位于底部和顶部， 计算所得的 偏移是H病 度处相对于H 高度处的偏移， 因此需要对上一步骤 求得的 换算到全高偏移， 换算系数数为瓦 ， 即最终偏移值 为 ， 偏移方向不变。 4 精度分析 在上述计算过程中， 没有采用近似处理， 所以这个计算方 法不会产生误差。整个误差来源于测量误差。 电子经纬仪测角精度一般为 2 闭 。假定A O 和B O的距离 均为1 5 0 m， A O 与B O 相互垂直， 等于岛。由于 角度非常小( 一 般在1 0 以内) ， 转化为弧度以后 ， 基本等于t a n ， 其差值与 相差 十个 数量级 。 慨 4 - 2 ) ，所 以 的误 差为 ： m A = 1 5 0 0 0 0 * 2 2 0 6 2 6 5 = 1 4 5 ra m， 其 中1 2 0 6 2 6 5 为秒转化为弧度 的转换系数。根据误差传播定理【引 ， 的误差为m= 、 = k 1 4 5 1 4 5 2 = 2 0 5 ra m。在实际工程中， 大型烟 囱高度一般都 在9 0 m以上， 偏移量超过1 0 0 ra m是很常见的， 故此测量方法完 全是满足精度要求的。 有些资料中， 在两垂直方向观测， 求得和后， 采用正交矢量 合成 _ 、 ： 乏 这个过程是会产生误差的，因为他将c o 和 c o 近似处理为1 0 。这样处理的误差在偏移量很小的时候， 即 函和 艮 小的时候( 一般在1 O 以内) ， 以前述假设为例， 另假设 8 A - -S B = 1 0 ， 其近似计算产生的误差为 1 8 m m， 也满足精度要 求。故在垂直方向测量时， 可用正交矢量合成计算偏移量。 5 结 论 对于在役的大型烟囱， 有固定的测站和测点， 现场只需测 出偏角 和 ，即可调用相关数据，算得最终偏移值和偏移方 向。 若没有固定测站和测点， 鉴于烟囱周围建筑很多， 是很难准 确测量的。 此方法操作简单， 所需仪器亦不难获得。 实践证明， 高大的 圆形建、 构筑物垂直度测量运用以上方法完全能满足实际工作 需要 。 参 考文献 ： 1 】 章辉， 马德 富