王金花

（山西省漳澤水庫管理局，山西 長治 046021）

式中：hOA——經(jīng)氣象、加常數(shù)和乘常數(shù)改正計(jì)算后，測(cè)站O點(diǎn)與鏡站A點(diǎn)間的高差，m；

SA——經(jīng)改正后的測(cè)站O點(diǎn)與鏡站A點(diǎn)間斜距，m；

ZA——測(cè)距時(shí)的天頂距，°；

在工程建設(shè)中，高程測(cè)量一般采用水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)測(cè)量法，它具有精度較高、操作簡單的優(yōu)勢(shì)，但由于這種方法外業(yè)工作量大、作業(yè)速度慢，特別是在高差較大且測(cè)程較短的區(qū)域進(jìn)行作業(yè)，工作效率很低。而全站儀三角高程測(cè)量法的優(yōu)缺點(diǎn)正好與水準(zhǔn)測(cè)量法互補(bǔ)，在精度要求較低的情況下，采用全站儀三角高程測(cè)量法可大大提高工作效率。

隨著全站儀的普及，全站儀三角高程測(cè)量方法被廣泛應(yīng)用，在實(shí)際操作中通常是將全站儀先架設(shè)在已知高程點(diǎn)上，直接測(cè)量未知點(diǎn)或轉(zhuǎn)站高程傳遞測(cè)量。對(duì)轉(zhuǎn)站高程傳遞測(cè)量，若測(cè)量線路比較長，轉(zhuǎn)站數(shù)量比較多，比如導(dǎo)線三角高程測(cè)量，必須得量取各測(cè)站儀器高及各鏡站棱鏡高，測(cè)站越多由此產(chǎn)生的量取誤差就積累越大，隨之精度也大大降低。

經(jīng)過長期實(shí)踐，采用全站儀隔點(diǎn)自由設(shè)站的三角高程測(cè)量方法，設(shè)站自由方便，作業(yè)速度快；又不需要量取測(cè)站儀器高和中間鏡站棱鏡高而減少量取誤差的積累，可進(jìn)一步提高測(cè)量精度。

1 全站儀已知高程點(diǎn)設(shè)站法的三角高程測(cè)量

在O點(diǎn)設(shè)站，觀測(cè)A點(diǎn)，兩點(diǎn)間的高差計(jì)算見公式（1）：

I——測(cè)距時(shí)的儀器高，m；

VA——測(cè)距時(shí)鏡站A點(diǎn)的棱鏡高，m；

K——大氣折光系數(shù)，在0.08～0.14之間或?qū)崪y(cè)確定，由于同一測(cè)站觀測(cè)區(qū)域范圍較小，可認(rèn)為是在相近條件下進(jìn)行觀測(cè)，

則

取K=KA=KB；

R——測(cè)區(qū)地球曲率半徑或取平均曲率半徑6369000 m。

由上可見，已知高程點(diǎn)設(shè)站的光電測(cè)距三角高程測(cè)量（單向三角高程測(cè)量）的方法，有以下特點(diǎn)：

若要測(cè)量待測(cè)點(diǎn)A的高程，全站儀必須架設(shè)在已知高程點(diǎn)O上；必須量取各測(cè)站儀器高和各鏡站棱鏡高，增加了測(cè)量誤差；若O點(diǎn)與A點(diǎn)間距離較遠(yuǎn)，為減小兩點(diǎn)間高差的誤差，需對(duì)向觀測(cè)取其平均值，設(shè)站麻煩。

2 全站儀隔點(diǎn)自由設(shè)站法的三角高程測(cè)量

2.1 高差計(jì)算公式

觀測(cè)后視A點(diǎn)與前視B點(diǎn)間高差，在A點(diǎn)與B點(diǎn)中間的O點(diǎn)設(shè)站，由公式（1）推得A點(diǎn)與B點(diǎn)兩點(diǎn)間的高差為公式（2）：

式中字母含義同式（1）。

2.2 高差中誤差估算

根據(jù)《水電水利工程施工測(cè)量規(guī)范》（DL/T 5173-2012）附錄G，“光電測(cè)距三角高程精度估算公式”，由（2）式推得高差中誤差為式（3）：

mh=

式中：mh——高差中誤差，m；

ms——光電測(cè)距邊邊長中誤差，m；

mZ——天頂距測(cè)角中誤差，″；

mK——大氣折光系統(tǒng)測(cè)量誤差；

mV——棱鏡高測(cè)定中誤差，m；

ρ——常數(shù)，206265″；

DA、DB——分別為經(jīng)改正后的測(cè)站O點(diǎn)至鏡站A

點(diǎn)和鏡站B點(diǎn)的水平距離，m；

由于測(cè)站設(shè)于前后視B、A點(diǎn)的中間，可近視認(rèn)為mSA=mSB=mS，mZA=mZB=mZ，mVA=mVB=mV，其它字符同式（1）。

3 隧洞工程實(shí)測(cè)

3.1 實(shí)測(cè)成果

某水利工程北干1號(hào)隧洞，位于山西省西北部，穿過黃河與海河兩大水系的分水嶺，終點(diǎn)位于中溝灣，隧洞全長43.696 km，均為無壓隧洞。其中A至B段分水嶺18.369 km，由于工程地質(zhì)條件極為復(fù)雜，存在土洞、地下水、溶洞等相關(guān)地質(zhì)問題。根據(jù)不同地段的地質(zhì)條件和問題，設(shè)計(jì)支洞與主洞布置方式，采用人工鉆爆法施工。剩余B至C段25.327 km，圍巖主要為灰?guī)r和白云巖，且隧洞線路為直線布置形式，即隧洞開挖采用全斷面隧洞掘進(jìn)機(jī)（TBM）掘進(jìn)，由于掘進(jìn)機(jī)施工強(qiáng)度高、進(jìn)度快，測(cè)量中經(jīng)常對(duì)洞軸線與洞底高程進(jìn)行復(fù)測(cè)，測(cè)量次數(shù)很高，以提高貫通精確度，因此測(cè)量工作顯得尤為重要，工作量也就隨之加大。

已知洞外國家二等水準(zhǔn)點(diǎn)BD16和二等加密點(diǎn)DLX，本次是施工期第三次校測(cè)兩點(diǎn)高差，采用全站儀隔點(diǎn)自由設(shè)站三角高程測(cè)量法,全站儀采用徠卡TC 1800，標(biāo)稱精度1″、1+1.5×10-6D(mm)，已將實(shí)際氣象參數(shù)輸入儀器中進(jìn)行距離自動(dòng)改正，施測(cè)2個(gè)測(cè)回，測(cè)量成果見表1。

從表中可以看出，由測(cè)距誤差ms引起的高差誤差mhS=±0.03 mm；由天頂距誤差mZ引起的高差誤差mhZ=±4.99 mm；由大氣折光系數(shù)測(cè)定誤差mK引起的高差誤差mhK=±0.01mm；由棱鏡高量取誤差mV引起的高差誤差mhK=±2.00 mm；高差中誤差mh=±5.38 mm。

表1 高程中誤差計(jì)算表

3.2 成果分析

天頂距誤差對(duì)高差的影響最大，可通過增加天頂距觀測(cè)測(cè)回?cái)?shù)來提高其精度；大氣折光系數(shù)測(cè)定誤差對(duì)高差的影響近視抵消，設(shè)站時(shí)盡可能通過前后視初測(cè)距離調(diào)整儀器位置，使前后視平距近視相等；棱鏡高量取誤差對(duì)高差的影響也小，是因?yàn)樵摲椒ㄈ魷y(cè)站數(shù)量較少且可一氣呵成僅需量取始末端鏡站棱鏡高即可。

按照“每公里高差中誤差”這一水準(zhǔn)測(cè)量的精度評(píng)定指標(biāo)來考慮，取2倍每公里高差中誤差作為極限誤差，即2×（±5.38 mm）= ±10.76 mm，該成果可滿足三等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求（即，測(cè)量高差與理論高差之差0.009 m；

由于本次作業(yè)測(cè)段距離較短，認(rèn)為垂線偏差均勻變化，沒有考慮垂線偏差對(duì)高程測(cè)量的影響。

3.3 操作要求

確保其測(cè)量精度，除上述的措施之外，有以下幾點(diǎn)雖然是常規(guī)性操作要求，但在實(shí)際作業(yè)中往往容易被僥幸忽視，應(yīng)加以注意：

施測(cè)前需校準(zhǔn)全站儀各項(xiàng)誤差指標(biāo)(補(bǔ)償器橫縱向指標(biāo)差、豎直角指標(biāo)差、水平照準(zhǔn)誤差、橫軸傾斜誤差等)，以及調(diào)校基座、水準(zhǔn)器、三腳架等；

選擇觀測(cè)條件好的時(shí)候作業(yè)，如選擇不受太陽強(qiáng)光影響而致使視線晃動(dòng)不清晰的陰天或早晨或傍晚進(jìn)行觀測(cè)；

測(cè)量的斜距要進(jìn)行大氣改正，作業(yè)時(shí)盡可能將溫度、濕度、大氣壓等實(shí)測(cè)值輸入全站儀中進(jìn)行自動(dòng)改正，或者可在內(nèi)業(yè)計(jì)算時(shí)加以改正，但要注意改正時(shí)最好選擇所用全站儀的專用改正公式進(jìn)行改正計(jì)算。

測(cè)量人員的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)要豐富，能領(lǐng)會(huì)工程的特點(diǎn)和誤差產(chǎn)生源，做到從根本上控制；測(cè)量輔助人員也應(yīng)具備相應(yīng)的測(cè)量能力，做到準(zhǔn)確規(guī)范，熟練、認(rèn)真、細(xì)心，嚴(yán)格按照相關(guān)測(cè)量規(guī)范要求作業(yè)。

及時(shí)進(jìn)行測(cè)量資料的整理，便于查閱和參考等，也可減少測(cè)量中的一些基礎(chǔ)工作。

4 結(jié)語

全站儀隔點(diǎn)自由設(shè)站的三角高程測(cè)量法，可減少野外工作強(qiáng)度、提高作業(yè)速度、縮短工作時(shí)間等，操作簡易靈活，實(shí)用性強(qiáng)。由于在測(cè)量過程中全站儀標(biāo)稱精度直接影響到三角高程測(cè)量精度，所以要根據(jù)精度要求選擇相應(yīng)精度的全站儀，盡量減小儀器的原因產(chǎn)生的偶然誤差等，導(dǎo)致重新測(cè)量，同時(shí)盡可能通過提高測(cè)量人員的水平、經(jīng)驗(yàn)及相應(yīng)操作措施來提高測(cè)量精度。