淺談數(shù)字水準(zhǔn)儀在沉降觀測(cè)中的應(yīng)用

胡雪寒（中國(guó)地震局地球物理勘探中心　河南鄭州　450002）

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淺談數(shù)字水準(zhǔn)儀在沉降觀測(cè)中的應(yīng)用

胡雪寒（中國(guó)地震局地球物理勘探中心河南鄭州450002）

摘要：本文基于筆者多年從事建筑物沉降監(jiān)測(cè)的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，以天寶DiNi12電子水準(zhǔn)儀在建筑物沉降監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用為研究對(duì)象，分析了水準(zhǔn)儀在建筑物沉降檢測(cè)中的具體應(yīng)用方案和數(shù)據(jù)處理方法，全文是筆者長(zhǎng)期工作基礎(chǔ)上的理論升華，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行有著重要的參考價(jià)值和借鑒意義。

關(guān)鍵字：水準(zhǔn)儀；沉降監(jiān)測(cè)；建筑；控制網(wǎng)

沉降是指工程建筑物及其基礎(chǔ)在垂直方向的變形，其表現(xiàn)為在不同時(shí)期高程值H的變化。當(dāng)建筑物的沉降超過(guò)了規(guī)定的限度時(shí)，會(huì)影響正常使用，嚴(yán)重時(shí)甚至危及建筑物的安全，因此，對(duì)建筑物沉降進(jìn)行有效地監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)，已成為施工期間及竣工后確保建筑物安全的重要工作。自20世紀(jì)90年代數(shù)字水準(zhǔn)儀問(wèn)世以來(lái)，其精確性和高效性已經(jīng)得到了認(rèn)可，尤其是近年來(lái)，越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各項(xiàng)目測(cè)繪生產(chǎn)作業(yè)中，如地鐵沉降監(jiān)測(cè)、煤倉(cāng)沉降監(jiān)測(cè)、建筑物沉降監(jiān)測(cè)以及等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量等方面。

一　數(shù)字水準(zhǔn)儀特性

數(shù)字?jǐn)?shù)字水準(zhǔn)儀的速度快、效率高。傳統(tǒng)的幾何水準(zhǔn)測(cè)量，儀器站必須要有2人，1人觀測(cè)，1人記錄計(jì)算，而使用數(shù)字水準(zhǔn)儀完全可以由1人進(jìn)行觀測(cè)，自動(dòng)記錄，并實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外業(yè)一體化。觀測(cè)只需要對(duì)準(zhǔn)水準(zhǔn)尺調(diào)焦和按鍵就可完成、記錄及計(jì)算，不存在誤讀、誤記、沒(méi)有人為讀數(shù)誤差。儀器可與計(jì)算機(jī)相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理，實(shí)行內(nèi)外業(yè)一體化。由于儀器具有自動(dòng)觀測(cè)、記錄的功能，省去了作業(yè)人員的觀測(cè)、報(bào)數(shù)、記錄、現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算的時(shí)間及人為出錯(cuò)而出現(xiàn)的重測(cè)。數(shù)字水準(zhǔn)與傳統(tǒng)儀器相比速度快、既省時(shí)、又省力可節(jié)省1/3左右的時(shí)間，從而大大提高了工作效率。

Trimble的DiNi12電子水準(zhǔn)儀是世界上精度較高的數(shù)字水準(zhǔn)儀，可全自動(dòng)平差，可實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化作業(yè)，自動(dòng)出報(bào)表。無(wú)論您是做工程測(cè)量、結(jié)構(gòu)、沉降觀測(cè)、還是做高精度的水準(zhǔn)網(wǎng)觀測(cè)，Trimble的DiNi電子水準(zhǔn)儀都能為您提供精確的觀測(cè)結(jié)果和可靠的數(shù)據(jù)。

二　數(shù)字水準(zhǔn)儀的應(yīng)用

1 控制網(wǎng)建立基本要求及建立方案為了加強(qiáng)某廠房施工現(xiàn)場(chǎng)各重要構(gòu)筑物沉降測(cè)量的監(jiān)測(cè)工作，確保該廠房新建生產(chǎn)線的順利實(shí)施，要求對(duì)建筑物在施工和運(yùn)行階段定期進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)工作。首先必須建立施工現(xiàn)場(chǎng)高程控制網(wǎng)，從而保證各期觀測(cè)有統(tǒng)一的高程基準(zhǔn)。沉降監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)的建立有以下基本要求：

(1)基準(zhǔn)點(diǎn)(特別是核心基準(zhǔn)點(diǎn))應(yīng)建立在受施工影響小、易于保存的穩(wěn)定區(qū)域，在整個(gè)工程施工結(jié)束四個(gè)月內(nèi)不被破壞；

(2)在工作測(cè)點(diǎn)上，最好直接觀測(cè)到基準(zhǔn)點(diǎn)，以便于沉降監(jiān)測(cè)時(shí)進(jìn)行工作測(cè)點(diǎn)穩(wěn)定性的檢核；

(3)基準(zhǔn)點(diǎn)分組布設(shè)，一般每組不少于三個(gè)(條件不容許時(shí)不得少于2個(gè))點(diǎn)，點(diǎn)間距控制在80～200m范圍內(nèi)；

(4)高程控制基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)連接成多結(jié)點(diǎn)水準(zhǔn)網(wǎng)，按現(xiàn)場(chǎng)施工要求，高程基準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)成二等水準(zhǔn)網(wǎng)。

根據(jù)以上的基本要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)及周邊的條件進(jìn)行控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖1）。

2 觀測(cè)方案

目前國(guó)家還沒(méi)有制定數(shù)字水準(zhǔn)儀的相關(guān)規(guī)范和技術(shù)要求，國(guó)內(nèi)也沒(méi)有同類(lèi)項(xiàng)目中應(yīng)用的成熟經(jīng)驗(yàn)可借鑒，對(duì)數(shù)字水準(zhǔn)儀在高等水準(zhǔn)網(wǎng)建立中的應(yīng)用，其操作流程、外界因素影響程度及最終精度尚無(wú)規(guī)律可循。本次高程控制網(wǎng)要求為二等水準(zhǔn)網(wǎng)，Trimble的DiNi12數(shù)字水準(zhǔn)儀能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

在觀測(cè)過(guò)程中，為了保證外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在儀器站仍然安排2人，1人觀測(cè)，1人記錄計(jì)算，將記錄成果作為內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)檢核之用。由于DiNi12數(shù)字水準(zhǔn)儀記錄軟件中沒(méi)有基輔分劃讀數(shù)差的超限控制和提示的問(wèn)題，為保證觀測(cè)精度，采取每照準(zhǔn)一個(gè)方向，設(shè)置讀數(shù)兩次，如其兩次讀數(shù)之差符合所給定的限值，則取平均數(shù)為觀測(cè)值，否則重測(cè)。

根據(jù)數(shù)字水準(zhǔn)儀的特性，在操作流程中規(guī)定：如遇人、車(chē)流頻繁，地面震動(dòng)較大時(shí)，不能隨意啟動(dòng)儀器進(jìn)行測(cè)量，需待激烈震動(dòng)趨緩時(shí)方可啟動(dòng)儀器測(cè)量。遇三、四級(jí)風(fēng)時(shí)，為防止儀器視線抖動(dòng)，應(yīng)加大腳架跨度，以增加儀器的穩(wěn)定性，防止風(fēng)力的影響。此外，該儀器還有自動(dòng)提示功能，當(dāng)儀器受震動(dòng)較大，測(cè)量時(shí)將提示無(wú)效測(cè)量，從而保證了測(cè)量的精度。

3 數(shù)據(jù)處理分析

此二等水準(zhǔn)網(wǎng)，由18個(gè)點(diǎn)組成（見(jiàn)圖1），布設(shè)成多結(jié)點(diǎn)閉合水準(zhǔn)網(wǎng)。用Trimble DiNi12數(shù)字水準(zhǔn)儀外業(yè)觀測(cè)，獲得了所需的原始數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)中無(wú)錯(cuò)誤或大的粗差，并進(jìn)行初步的檢核。構(gòu)成該水準(zhǔn)網(wǎng)兩個(gè)大環(huán)和一個(gè)小環(huán)，各環(huán)的基本情況如表1所示。從表1可以看出，二等水準(zhǔn)的外業(yè)觀測(cè)是合格的，其精度指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于規(guī)范所規(guī)定的允許誤差，說(shuō)明DiNi12數(shù)字水準(zhǔn)儀用于本次沉降觀測(cè)二等水準(zhǔn)網(wǎng)的建立可行。

可以看出，各點(diǎn)的高程中誤差控制在1mm以?xún)?nèi)，精度符合工程要求。平差后的單位權(quán)中誤差為0.62mm，每公里觀測(cè)高差之中誤差為1.56mm，且通過(guò)了置信度評(píng)價(jià)。本沉降監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)是正確，可以采用的。

三　結(jié)論

1.測(cè)量精度高，在一定地區(qū)和條件下，能夠滿(mǎn)足工程上二等水準(zhǔn)測(cè)量的需要。同時(shí)具有速度快、效率高、能有效減輕作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。

2.數(shù)字水準(zhǔn)儀讀數(shù)客觀、真實(shí)，避免了測(cè)量工作當(dāng)中的測(cè)、記誤差，確保了測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性。

3.在施測(cè)過(guò)程中，測(cè)站應(yīng)盡量遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場(chǎng)(變壓器等)作業(yè)。強(qiáng)磁場(chǎng)有可能影響儀器的補(bǔ)償器，導(dǎo)致測(cè)量誤差，若產(chǎn)生不可靠的測(cè)量數(shù)據(jù)要進(jìn)行檢核；同時(shí)，應(yīng)防止地面震動(dòng)對(duì)觀測(cè)的影響。

4.實(shí)踐證明，對(duì)數(shù)字水準(zhǔn)儀來(lái)說(shuō)，扶尺的質(zhì)量對(duì)觀測(cè)結(jié)果影響較大，因此在進(jìn)行測(cè)量時(shí)要求標(biāo)尺嚴(yán)格直立。

圖1　控制網(wǎng)方案設(shè)計(jì)圖

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