淺析精密水準測量在地面沉降監(jiān)測中應用

【摘要】城市的地下空間被更多的開發(fā)利用，引起城市地表出現(xiàn)不同程度的下沉，本文結合數(shù)字水準儀在地面沉降測量中的應用方法，提出確保觀測沉降量的穩(wěn)定性的建議。

【關鍵詞】精密水準測量；沉降監(jiān)測；地表下沉

1、引言

現(xiàn)代交通產業(yè)的迅速發(fā)展，地下隧道已經(jīng)成為交通領域不可或缺的形式，地下隧道建設和使用的特殊性，會造成不同程度的地表沉降[1]，地表沉降變化會影響地下管線和建筑物的使用壽命，給城市帶來較大的安全隱患[2]，引起了各領域的相關學者的注意，積極尋找解決辦法。隨著現(xiàn)代測繪儀器的進步，高精密儀器在基礎數(shù)據(jù)采集中的推廣應用，加快了外業(yè)施測的速度，有效地縮短了外業(yè)工作時間，更好的實現(xiàn)自動化作業(yè)。上海市地質特點系軟土地基，隨著快速地下隧道的開通使用，地表出現(xiàn)不同程度的沉降變化，為判定地表的沉降對建筑物以及各種地下設施的影響，該市建立了長期的監(jiān)測基準網(wǎng)。

2、沉降監(jiān)測基準網(wǎng)

監(jiān)測基準網(wǎng)是地面沉降監(jiān)測的參考標準，監(jiān)測網(wǎng)形宜布設成附合水準路線形式，并將多條路線組成水準網(wǎng)，并保證有一定數(shù)量共同點。依據(jù)監(jiān)測的側重點，確定水準監(jiān)測網(wǎng)的觀測周期，水準網(wǎng)觀測依據(jù)國家一二等水準技術規(guī)范要求施測，對現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)質量進行嚴格控制把關，確保每一條水準路線的往返閉合差符合要求，否則組網(wǎng)進行平差時，很難檢驗出工作基點發(fā)生的沉降位移，繼而難以確定地面沉降變化情況。監(jiān)測基準網(wǎng)進行周期性觀測后，需區(qū)分出是由觀測誤差或是點位的沉降引起的點位高程差異的原因。為方便平差計算基準的選取需要進行水準點位穩(wěn)定性分析。由基準點開始進行水準聯(lián)測，依據(jù)間接平差原理，按照結點法逐一進行平差計算，并計算出監(jiān)測點的近似高程，經(jīng)復測后，采用秩虧自由網(wǎng)平差法對監(jiān)測點的穩(wěn)定性進行測評[2]。

本論文實例為上海市地面沉降測量項目，各種水準點已經(jīng)埋設完畢，目前在管理和維護中，筆者完成的測區(qū)內線路總長162km，分成29個測段施測，涉及4個基巖點，5組分層標，地鐵類點14個，其余點248個，水準路線有經(jīng)過鬧市區(qū)，有經(jīng)過人流量、車流量較大的街區(qū)，也有必須經(jīng)過大跨徑橋的路段，因此在一定程度上提高了外業(yè)施測的難度。

3、精密水準測量的觀測方法

根據(jù)我國國家水準測量規(guī)范和工程測量規(guī)范的要求，用于一、二等精密水準測量的水準儀，每次進行測量前需要測定儀器的I角，儀器的I角不應超過15”，如果超出規(guī)定值，需要進行校正。

實踐中，為了能夠有效地降低和消除儀器I角發(fā)對觀測數(shù)據(jù)質量的影響，對同一條水準路線要進行往返測的觀測，并且并且互換水準尺，即往返測的觀測順序是相反，實際操作中，為避免觀測順序的混亂或錯誤，通常按照數(shù)字水準儀中觀測的提示觀測，返測觀測時，習慣上采用換尺不換人的“盯人觀測”的方法。

為了能有效地提高實際測繪上的測量精度，觀測時除了要按照標準要求進行外，還應當牢記以下幾條原則：1）觀測前要將儀器置于工作環(huán)境中30分鐘左右；2）每一個的測段往測返測測站數(shù)都是偶數(shù)站；3）同一測站上的觀測時，不要進行兩次調。

4、測量技術要求與精度評定

根據(jù)工程測量規(guī)范技術要求：視線的長度、前后上的視距差、視線的高度以及每一項的讀數(shù)較差都應當符合精密水準測量標準見表1。

往返較差、附合或環(huán)線閉合差應當符合我國一二等精密水準測量標準的之規(guī)定，二等小于4，一等小于1.8，水準路線分段施測的測量的數(shù)據(jù)處理時，應按（1）式計算每千米水準測量的高差偶然中誤差

（1）

MΔ——高差偶然中誤差（mm）；Δ—測段往返高差不符值（mm）；L—測段長度（km）；n—測段數(shù)。水準測量結束后，應按（2）式計算每千米水準測量高差全中誤差

（2）

MW—高差全中誤差（mm）；W—附合或環(huán)線閉合差（mm）；L—計算各W時，相應的路線長度（km）；N—附合路線和閉合環(huán)的總數(shù)。

5、提高精密水準測量的施測精度的建議

沉降監(jiān)測是長期反復的過程，在外業(yè)觀測中自始至終要遵循“五定”原則[3]，從客觀上盡量減少觀測誤差的不確定性，使測量結果具有統(tǒng)一的趨向性，以保證各次復測結果與首次觀測的結果可比性更一致，使所觀測的沉降量更真實。作業(yè)員在觀測過程中一定要注意以下幾點：

1）沿公路測段的水準線路，基礎相對較穩(wěn)定，施測時水準儀及水準尺的下沉量非常小，但由于公路的車流量較大，重型汽車路過時，地面會有明顯的上下震蕩，對觀測影響較大；

2）空氣溫度的變化，對數(shù)字水準儀的電子元件影響較大，很容易導致觀測數(shù)據(jù)質量下降，因此，在溫度較高的情況下，應該為數(shù)字水準儀器撐遮陽傘，或者不進行外業(yè)施測；

3）水準路線經(jīng)過土質比較松軟地帶時，架設儀器時將三腳架踩實，放尺墊前先將表層松土撥開，并將尺墊砸實，這樣就能有效地減弱水準儀器和水準尺的下沉所帶來的影響；

4）間歇點應該選擇在固定水準點，或者是比較堅固可靠光滑突出的固定點上，繼續(xù)施測時要先檢核間歇點是否變動，閉合差符合要求則繼續(xù)施測，否則，返測至上一個水準點進行檢核；

5）為保證測繪成果的質量和檢驗儀器的穩(wěn)定性，每天作業(yè)前都要進行I角檢驗；

6）立尺工作人員應使用尺撐或用竹竿將尺扶穩(wěn)，并保持尺面上受光線照射均勻。

參考文獻

[1]張洪宇.上海地區(qū)軟土地基上大跨徑橋梁沉降測量方法[J].中國市政工程，2010-2.

[2]劉林.淮南潘集地區(qū)地表沉降初步研究[J].中國礦業(yè)大學學報，1999-2.

[3]龔士良，丁利紅.地面沉降自動化測控與預警預報系統(tǒng)[J].計算機測量與控制，2003-4.

[4]王玉琢.精密水準測量的施測及精度探究[J].項目管理與質量控制，2013-1.

[5]中國有色金屬工業(yè)協(xié)會.工程測量規(guī)范GB50026-2007.2008-5-10.

作者簡介

1張美玲（1983.07 -- ），女，測繪工程專業(yè)，本科學歷，畢業(yè)于遼寧科技大學。

2孫廣東（1984.12-- ），男，測繪工程專業(yè)，工作于黑龍江省地質礦產局測繪院。