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)字水準儀在沉降觀測中的應用

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

關鍵字：水準儀；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。當建筑物的沉降超過了規(guī)定的限度時，會影響正常使用，嚴重時甚至危及建筑物的安全，因此，對建筑物沉降進行有效地監(jiān)測與預報，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90年代數(shù)字水準儀問世以來，其精確性和高效性已經(jīng)得到了認可，尤其是近年來，越來越廣泛地應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)測以及等級水準測量等方面。

一　數(shù)字水準儀特性

數(shù)字數(shù)字水準儀的速度快、效率高。傳統(tǒng)的幾何水準測量，儀器站必須要有2人，1人觀測，1人記錄計算，而使用數(shù)字水準儀完全可以由1人進行觀測，自動記錄，并實現(xiàn)了內外業(yè)一體化。觀測只需要對準水準尺調焦和按鍵就可完成、記錄及計算，不存在誤讀、誤記、沒有人為讀數(shù)誤差。儀器可與計算機相連，進行數(shù)據(jù)后處理，實行內外業(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電子水準儀是世界上精度較高的數(shù)字水準儀，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、結構、沉降觀測、還是做高精度的水準網(wǎng)觀測，Trimble的DiNi電子水準儀都能為您提供精確的觀測結果和可靠的數(shù)據(jù)。

二　數(shù)字水準儀的應用

1 控制網(wǎng)建立基本要求及建立方案為了加強某廠房施工現(xiàn)場各重要構筑物沉降測量的監(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。沉降監(jiān)測控制網(wǎng)的建立有以下基本要求：

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

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

(3)基準點分組布設，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；

(4)高程控制基準點應連接成多結點水準網(wǎng)，按現(xiàn)場施工要求，高程基準網(wǎng)布設成二等水準網(wǎng)。

根據(jù)以上的基本要求，結合現(xiàn)場及周邊的條件進行控制網(wǎng)的設計（見圖1）。

2 觀測方案

目前國家還沒有制定數(shù)字水準儀的相關規(guī)范和技術要求，國內也沒有同類項目中應用的成熟經(jīng)驗可借鑒，對數(shù)字水準儀在高等水準網(wǎng)建立中的應用，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)要求為二等水準網(wǎng)，Trimble的DiNi12數(shù)字水準儀能滿足現(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，將記錄成果作為內業(yè)數(shù)據(jù)檢核之用。由于DiNi12數(shù)字水準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，采取每照準一個方向，設置讀數(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、四級風時，為防止儀器視線抖動，應加大腳架跨度，以增加儀器的穩(wěn)定性，防止風力的影響。此外，該儀器還有自動提示功能，當儀器受震動較大，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

此二等水準網(wǎng)，由18個點組成（見圖1），布設成多結點閉合水準網(wǎng)。用Trimble DiNi12數(shù)字水準儀外業(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，并進行初步的檢核。構成該水準網(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，二等水準的外業(yè)觀測是合格的，其精度指標遠遠高于規(guī)范所規(guī)定的允許誤差，說明DiNi12數(shù)字水準儀用于本次沉降觀測二等水準網(wǎng)的建立可行。

可以看出，各點的高程中誤差控制在1mm以內，精度符合工程要求。平差后的單位權中誤差為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)勞動強度的優(yōu)點。

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

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

4.實踐證明，對數(shù)字水準儀來說，扶尺的質量對觀測結果影響較大，因此在進行測量時要求標尺嚴格直立。

圖1　控制網(wǎng)方案設計圖

參考文獻：

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