全站儀無儀高法在建筑物沉降監測中的應用

于志剛 關 婷

（瓦房店市勘察測繪研究院 大連 116300）

引言

在工程建設過程中，沉降監測是監測建筑物或者構筑物沉降量的必要手段和過程，傳統的沉降測量方法一般是水準測量，該方法精度較高，可直接測量監測點的高程，但是，在施測過程中會受場地高低起伏變化及監測點位置的限制，甚至無法施測。隨著全站儀精度的不斷提高，一種間接測量高程的方法——全站儀無儀高法越來越受到重視，該方法具有測量速度快，不受地形起伏變化影響的特點，在采用一定的方法和措施后，其精度可以達到二等水準測量的精度，在水準測量困難的情況下，可以一定程度上替代二等水準測量[1]。

1 全站儀無儀高法的基本原理

如圖1所示，A，B為待求高差的兩點，將全站儀架設在距A，B兩點等距位置O，分別照準A，B兩點處的棱鏡，測得的高差分別是△h1和△h2，則O點與A、B兩點的高差為：

α——全站儀觀測的豎直角；

i——儀器高；

v——AB點處的目標高。

由于全站儀到A、B兩點的距離比較近，因此此處不考慮大氣垂直折光的影響[2]。

則A、B兩點的高差為：

考慮到i1=i2，并使v1=v2，上式整理為：

可見，兩點間的高差只與全站儀到兩點間的距離和豎直角有關，觀測過程中無需測量儀器高和目標高，從而減少了儀器高和目標高測量誤差的引入，有效的提高了高差觀測的精度。

圖1 全站儀無儀高原理

2 精度分析

根據誤差傳播定律，對（4）式進行精度的估計有：

其中mhAB為一測站高差觀測中誤差。

ms——測距中誤差。

mα——測角中誤差。

ρ=206265。

設全站儀的測角精度0.5s，測距精度為0.6+1ppm，同時為了便于分析問題，假設α1=α2，S1=S2，采用兩測回觀測，分別將不同的豎直角和邊長帶入（5）式，可計算出每公里觀測高差中誤差，見表1。

表1 每公里觀測高差中誤差（mm）

從表1中可以分析出，一測站豎直角觀測高差隨著豎直角和視距的增大而增加，以二等水準測量，往返測高差不符值1mm為精度要求，則可以看出，要滿足二等水準測量精度要求，不同的豎直角需要選擇不同的視距，豎直角小于5°，則視距在10～50m范圍內都可以滿足精度要求，當豎直角為10°時，視距應大于10m，豎直角20°時，無論視距多長，均不能滿足二等水準測量精度要求，因此在觀測中要根據豎直角選擇合理的視距。

3 工程應用

3.1 工程概況

新干線小區8號樓位于山東某市高鐵新區，其變形測量級別為二級，觀測精度要求為二等水準精度要求。該樓體建筑為倒臺階狀結構，如圖2，監測點上無法豎立水準尺，水準測量不能實施，因此采用全站儀無儀高法進行測量，使用儀器為徠卡TS60，測角精度為0.5s，測距精度為0.6mm+1ppm，兩測回觀測。

圖2 建筑物結構示意圖

3.2 監測結果

該建筑實際布設監測點15個，監測期數16期，沉降監測工作從2015年6月12日開始，至2017年10月15日，監測16期，累計沉降量最大15.9mm，最小7.1mm，設計報警值為35.00mm。至監測最后一期，監測點變形量及變形速率均未超過報警限值。

3.3 操作注意事項

（1）選擇合理的測量路線，減少設站數，從而減少觀測誤差的積累；

（2）觀測過程中前后視距應基本相等，視距差不超過2m；

（3）布設觀測點應采用帶有凹槽的強制對中裝置，以減少對中誤差對高差觀測結果的影響；

（4）監測點之間采用偶數測站的方法，或前后采用同一照準目標，以減少前后兩個照準目標的零點誤差影響，且要求在一個偶數觀測測回中不得重新調整對照準目標高度；

（5）觀測時，照準目標的水準氣泡應嚴格居中；

（6）觀測過程中，豎直角應小于15°，且應根據豎直角合理選擇視距，以減少豎直角對高程觀測誤差的影響。

4 結論

沉降監測是建筑物形變監測的重要內容之一，需要制定合理的監測方案并采用有效的監測方法。使用超高精度全站儀，采用合理的觀測方法，在一定程度上可以替代高精度的水準測量，并能更好的適應復雜的外界觀測條件，為建筑的安全和科學施工提供必要的保障。

[1]韓波，鄭闊，等.TM30伺服全站儀電磁波測距三角高程測量替代二等水準觀測可行性研究[J].北京工業職業技術學院學報，2017，07，16（3）：101～102.

[2]張正祿.工程測量學[M].測繪出版社，2014，07，106～107.