胡雪寒（中國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)儀在沉降觀測中的應(yīng)用

胡雪寒（中國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)測的相關(guān)工作經(jīng)驗，以天寶DiNi12電子水準(zhǔn)儀在建筑物沉降監(jiān)測中的應(yīng)用為研究對象，分析了水準(zhǔn)儀在建筑物沉降檢測中的具體應(yīng)用方案和數(shù)據(jù)處理方法，全文是筆者長期工作基礎(chǔ)上的理論升華，相信對從事相關(guān)工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關(guān)鍵字：水準(zhǔn)儀；沉降監(jiān)測；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)為在不同時期高程值H的變化。當(dāng)建筑物的沉降超過了規(guī)定的限度時，會影響正常使用，嚴(yán)重時甚至危及建筑物的安全，因此，對建筑物沉降進(jìn)行有效地監(jiān)測與預(yù)報，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)儀問世以來，其精確性和高效性已經(jīng)得到了認(rèn)可，尤其是近年來，越來越廣泛地應(yīng)用于各項目測繪生產(chǎn)作業(yè)中，如地鐵沉降監(jiān)測、煤倉沉降監(jiān)測、建筑物沉降監(jiān)測以及等級水準(zhǔn)測量等方面。

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)測量，儀器站必須要有2人，1人觀測，1人記錄計算，而使用數(shù)字水準(zhǔn)儀完全可以由1人進(jìn)行觀測，自動記錄，并實現(xiàn)了內(nèi)外業(yè)一體化。觀測只需要對準(zhǔn)水準(zhǔn)尺調(diào)焦和按鍵就可完成、記錄及計算，不存在誤讀、誤記、沒有人為讀數(shù)誤差。儀器可與計算機(jī)相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理，實行內(nèi)外業(yè)一體化。由于儀器具有自動觀測、記錄的功能，省去了作業(yè)人員的觀測、報數(shù)、記錄、現(xiàn)場計算的時間及人為出錯而出現(xiàn)的重測。數(shù)字水準(zhǔn)與傳統(tǒng)儀器相比速度快、既省時、又省力可節(jié)省1/3左右的時間，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，可全自動平差，可實現(xiàn)無紙化作業(yè)，自動出報表。無論您是做工程測量、結(jié)構(gòu)、沉降觀測、還是做高精度的水準(zhǔn)網(wǎng)觀測，Trimble的DiNi電子水準(zhǔn)儀都能為您提供精確的觀測結(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)場各重要構(gòu)筑物沉降測量的監(jiān)測工作，確保該廠房新建生產(chǎn)線的順利實施，要求對建筑物在施工和運行階段定期進(jìn)行沉降監(jiān)測工作。首先必須建立施工現(xiàn)場高程控制網(wǎng)，從而保證各期觀測有統(tǒng)一的高程基準(zhǔn)。沉降監(jiān)測控制網(wǎng)的建立有以下基本要求：

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

(2)在工作測點上，最好直接觀測到基準(zhǔn)點，以便于沉降監(jiān)測時進(jìn)行工作測點穩(wěn)定性的檢核；

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

(4)高程控制基準(zhǔn)點應(yīng)連接成多結(jié)點水準(zhǔn)網(wǎng)，按現(xiàn)場施工要求，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)場及周邊的條件進(jìn)行控制網(wǎng)的設(shè)計（見圖1）。

2 觀測方案

目前國家還沒有制定數(shù)字水準(zhǔn)儀的相關(guān)規(guī)范和技術(shù)要求，國內(nèi)也沒有同類項目中應(yīng)用的成熟經(jīng)驗可借鑒，對數(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)儀能滿足現(xiàn)場施工要求。

在觀測過程中，為了保證外業(yè)測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在儀器站仍然安排2人，1人觀測，1人記錄計算，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)儀記錄軟件中沒有基輔分劃讀數(shù)差的超限控制和提示的問題，為保證觀測精度，采取每照準(zhǔn)一個方向，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)為觀測值，否則重測。

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、車流頻繁，地面震動較大時，不能隨意啟動儀器進(jìn)行測量，需待激烈震動趨緩時方可啟動儀器測量。遇三、四級風(fēng)時，為防止儀器視線抖動，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，該儀器還有自動提示功能，當(dāng)儀器受震動較大，測量時將提示無效測量，從而保證了測量的精度。

3 數(shù)據(jù)處理分析

此二等水準(zhǔn)網(wǎng)，由18個點組成（見圖1），布設(shè)成多結(jié)點閉合水準(zhǔn)網(wǎng)。用Trimble DiNi12數(shù)字水準(zhǔn)儀外業(yè)觀測，獲得了所需的原始數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)中無錯誤或大的粗差，并進(jìn)行初步的檢核。構(gòu)成該水準(zhǔn)網(wǎng)兩個大環(huán)和一個小環(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，說明DiNi12數(shù)字水準(zhǔn)儀用于本次沉降觀測二等水準(zhǔn)網(wǎng)的建立可行。

可以看出，各點的高程中誤差控制在1mm以內(nèi)，精度符合工程要求。平差后的單位權(quán)中誤差為0.62mm，每公里觀測高差之中誤差為1.56mm，且通過了置信度評價。本沉降監(jiān)測控制網(wǎng)是正確，可以采用的。

三　結(jié)論

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

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

3.在施測過程中，測站應(yīng)盡量遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場(變壓器等)作業(yè)。強(qiáng)磁場有可能影響儀器的補償器，導(dǎo)致測量誤差，若產(chǎn)生不可靠的測量數(shù)據(jù)要進(jìn)行檢核；同時，應(yīng)防止地面震動對觀測的影響。

4.實踐證明，對數(shù)字水準(zhǔn)儀來說，扶尺的質(zhì)量對觀測結(jié)果影響較大，因此在進(jìn)行測量時要求標(biāo)尺嚴(yán)格直立。

圖1　控制網(wǎng)方案設(shè)計圖

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