廠區煙囪整體傾斜監測分析

摘 要：火力發電廠煙囪作為高聳建構筑物的代表，對其傾斜進行監測越發顯得重要。針對江西某新建火力發電廠煙囪的特點，制定了對煙囪頂部采用測角前方交會法和底部采用極坐標法組合模式進行煙囪整體傾斜監測的方案，并對監測結果進行分析得出煙囪整體傾斜在控制范圍內的結論。

關鍵詞：煙囪；傾斜監測

中圖分類號：TU746.5 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）14-0301-02

引 言

高聳建構筑物的傾斜觀測成果的真實可靠度直接影響工程建構筑物可靠性等級的正確評定和預測預報的準確性。國內諸多工程技術人員對傾斜觀測進行了應用研究，劉華[1]詳細的論述了傾斜檢測方法和各方法的優缺點，并采用三維激光掃描技術對風機塔筒進行了傾斜觀測的應用研究；付宏平[2]結合蘭州生物制藥廠廠區煙囪傾斜變形測量的實例論述了采用前方交會進行傾斜觀測的方案；付新啟[3]研究了一種建筑物傾斜觀測的通用方法，并對誤差傳播進行了分析；彭偉平[4]提出了大角前方交會和小角前方交會的新方法進行煙囪傾斜觀測。就煙囪的傾斜變形觀測而言多采用前方交會法測定煙囪頂部、底部中心相對位移量，然后根據中心之間的垂直距離計算煙囪的整體傾斜值。

本文以江西某新建火力發電廠煙囪為例對煙囪頂部采用測角前方交會法和底部采用極坐標法組合觀測模式測定觀測水平圓切面上四個以上觀測點，采用最小二乘法擬合出頂部和底部中心坐標，計算頂部中心相對底部中心的位移后計算其整體傾斜值和方向，涉及到的技術方法如下。

1 方案技術簡介

1.1 測角前方交會法

測角前方交會是在兩個及以上已知測站點對觀測目標進行角度觀測，然后計算出觀測點的位置，該方法的作業如圖1，計算公式如式1。

1.3 擬合圓最小二乘算法

最小二乘法（又稱最小平方法）是一種數學優化技術，它通過最小化誤差的平方和尋找數據的最佳函數匹配。利用最小二乘法可以簡便地求得未知的數據，并使得這些求得的數據與實際數據之間誤差的平方和為最小。本文采用的擬合圓最小二乘算法是在Visual Studio中實現，其具體代碼如下：

2 工程應用

本文以江西某新建火力發電廠已建成投運的東側煙囪為監測對象進行整體傾斜觀測分析，該電廠東側煙囪采用鋼筋混凝土外筒、雙管懸掛式鈦鋼復合板內筒煙囪設計，在進行整體傾斜觀測時將煙囪作為一個剛體，設計高度為240m，設計中心坐標為A=1657.50m、B=1993.25m（電廠獨立AB坐標系）。通過現場實地踏勘發現煙囪周圍建構筑物較多，嚴重遮擋了對煙囪底板的觀測視線，因此對煙囪底部的觀測采用極坐標法；從煙囪的外部觀測主體的傾斜，頂部傾斜測標采用前方交會法測定8個避雷針環扣的平面位置。

2.1 技術方案

首先在煙囪四周不小于3h（h為煙囪設計高度）距離外選擇4個相互通視的控制點，控制點制作成強制對中墩。然后采用SOKKIA NET05X 0.5″級全站儀分別觀測鋼筋混凝土外筒外表面0.5m標高設置4個等間隔同水平面的沉降觀測標和232.5m標高處設置8個避雷針環扣，然后擬合出0.5m標高和232.5m標高處圓心坐標，根據232.5m標高處圓心相對于0.5m標高處圓心的偏移情況計算煙囪整體傾斜的傾斜度和傾斜方向。

2.2 方案實施

根據以上技術方案，自2014年01月至2016年06月對江西某新建火力發電廠已建成投運的東側煙囪進行了8期觀測，各期觀測采用同一基準（電廠獨立A、B坐標系統）和同一臺全站儀，同一組觀測人員和相同的觀測方案。

2.3 數據分析

根據式3和式4計算煙囪頂部232.5m處的圓心坐標相對于煙囪底部0.5m處的圓心坐標的A、B坐標差值△A和△B。

△A=A頂-A底（3）

△B=B頂-B底（4）

由式5則可知煙囪頂部232.5m相對于煙囪底部0.5m的位移值S：

S=（（△A）2+（△B）2）1/2（5）

由式6可以計算出煙囪的整體傾斜方向α：

α=arctan（△B/△A）（6）

由式7可以計算出煙囪的整體傾斜度i：

i=S/（232.5-0.5）=S/232（7）

由式3、式4、式5、式6和式7計算得出各期觀測結果具體參考表1。

從表1可知，本工程監測期內煙囪整體傾斜值觀測中值約為0.00051、最大值為2014年03月20日通過觀測數據計算得出的傾斜值0.00052、最小值為2014年06月18日通過觀測數據計算得出的傾斜值0.00049。本工程煙囪整體傾斜觀測的高度為232.5m，根據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）[5]：多層和高層建筑的整體傾斜或高聳結構基礎的沉降，允許的傾斜值為0.002，0.00052<0.002，因此煙囪的整體傾斜監測期內各期觀測值均未超過規范允許的傾斜值，在監測期內未發現異常情況。

根據表1的計算成果數據繪制煙囪時間-傾斜值曲線圖（如圖3所示），通過圖3可知煙囪整體傾斜進入了穩定階段。

對比分析表1中8期傾斜方向數值可知，監測期內煙囪的傾斜方向基本一致。

3 結 論

根據以上論述采用前方交會法和極坐標法組合技術方案對已建成高聳建構筑物整體傾斜觀測方案可行，通過工程應用得出江西某新建火力發電廠已建成投運的東側煙囪傾斜值在規范控制范圍內，且2年監測后其整體傾斜已進入穩定狀態。本文僅論述了前方交會加極坐標法的組合觀測模式，通過數據分析內符合精度較好，但采用其它觀測技術進行數據對比值得進一步研究。

參考文獻

[1]劉華等.三維激光掃描技術在風機塔筒傾斜觀測中的應用[J].勘察科學技術，2016（S0）：49～53.

[2]付宏平，等.廠區煙囪傾斜變形觀測[J].測繪通報，2001（S0）：29～31.

[3]付新啟，等.建筑物傾斜觀測的通用方法[J].測繪通報，2004（4）：33～35.

[4]彭偉平，等.煙囪傾斜變形觀測的新方法及其應用[J].測繪通報，2004（10）：38～41.

[5]《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）.

收稿日期：2018-4-14