全站儀快速高程測(cè)量方法探討

程 亮

（北京市地質(zhì)工程公司，北京100143）

0 引言

測(cè)量作業(yè)作為基坑工程施工全階段的必備工序，需要做到精確、快速、便捷，易重復(fù)，可校核，而基坑施工階段現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件較為復(fù)雜，施工場(chǎng)地內(nèi)尚未引測(cè)正式的內(nèi)控軸線、軸網(wǎng)、高程。施工時(shí)一般根據(jù)建設(shè)單位提供的少量點(diǎn)位完成現(xiàn)場(chǎng)施工測(cè)量放線，受視野或場(chǎng)地條件的限制，實(shí)際使用起來(lái)總存在不盡如人意的地方，或存在場(chǎng)內(nèi)堆土、障礙較多，通視條件不好的情況。

尤其對(duì)于高程測(cè)設(shè)，如采用普通光學(xué)水準(zhǔn)儀，工作量較大，且容易出現(xiàn)傳遞誤差，進(jìn)行遠(yuǎn)距離高程引測(cè)需多次導(dǎo)線，步驟較為繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

全站儀作為新型的測(cè)角測(cè)距施工測(cè)量?jī)x器，已在各施工項(xiàng)目中普遍采用，常用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化測(cè)角、測(cè)距，具有精度高、量程大、距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，但一般全站儀所配備的標(biāo)準(zhǔn)程序中進(jìn)行三維點(diǎn)位測(cè)量需測(cè)量?jī)x器、反射棱鏡的高度，填入儀器后自動(dòng)計(jì)算高程，理論上可行但實(shí)際操作時(shí)儀器高度需單獨(dú)量取，較為麻煩。

本文就免測(cè)全站儀儀器及反射棱鏡高度進(jìn)行快速高程測(cè)量的可行性進(jìn)行分析，并介紹現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作步驟，以方便其他工程中的快速高程測(cè)量。

1 測(cè)量原理簡(jiǎn)述

結(jié)合全站儀基本測(cè)量程序，實(shí)際測(cè)量條件與圖1所示的幾何條件相符。.A為已知高程點(diǎn)（HA為已知點(diǎn)A的高程），C為待測(cè)點(diǎn)，B點(diǎn)為測(cè)站點(diǎn)（HB為點(diǎn)B的高程），分別在A、C點(diǎn)放置對(duì)中棱鏡，對(duì)中棱鏡高度固定為D。

圖1 全站儀高程測(cè)量原理示意圖

儀器整平后啟動(dòng)測(cè)距程序，照準(zhǔn)A點(diǎn)能夠測(cè)量測(cè)站點(diǎn)至照準(zhǔn)點(diǎn)A的垂直角α和S1，則AB點(diǎn)間高差即ha=S1*sinα。

A點(diǎn)的高程計(jì)算公式為：

HA.=HB-ha+hb-D=HB-S1*sinα+hb-D

則可得：

式中：HA.、HB、HC分別為A、B、C各點(diǎn)的高程；D為對(duì)中棱鏡高度；α、β為測(cè)站點(diǎn)全站儀中心與A、B點(diǎn)垂直角；ha、hc為測(cè)站點(diǎn)全站儀中心與對(duì)中棱鏡中心的高差。

再次照準(zhǔn)C點(diǎn)能夠測(cè)量測(cè)站點(diǎn)至照準(zhǔn)點(diǎn)C的垂直角β和S2，則BC點(diǎn)間高差即hc=S2*sinβ，C點(diǎn)的高程計(jì)算公式為：

將（1）代入（2）中，得：

HC=.HA+ha-hb+D+hb+hc-D

即HC=HA+ha+hc

設(shè)H0=HA-ha

將H0作為測(cè)站點(diǎn)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的Z值輸入全站儀，就可直接測(cè)設(shè)未知點(diǎn)位的高程了。

2 測(cè)量及計(jì)算過(guò)程分析

根據(jù)實(shí)際測(cè)量條件與幾何條件相符的基本原則：

（1）A、C點(diǎn)高程測(cè)量的幾何原理符合高程測(cè)量的基本原理即HC=HA+Δhac；

（2）測(cè)量過(guò)程中的用到的ha、hc均為全站儀視準(zhǔn)軸至棱鏡中心的高差，不涉及儀器高、對(duì)中桿高，故Δhac也與儀器高、對(duì)中桿高無(wú)關(guān)。

因此，此測(cè)量過(guò)程無(wú)需輸入儀器高和棱鏡高，僅需假設(shè)測(cè)站點(diǎn)高程為H0。

至此，實(shí)現(xiàn)了免測(cè)全站儀儀器及反射棱鏡高度進(jìn)行高程測(cè)量的實(shí)際需要。

3 應(yīng)用實(shí)例

以某基坑場(chǎng)地標(biāo)高實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為例，選取了2個(gè)建設(shè)單位給定的測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)和2個(gè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)點(diǎn)位，其中BM1，BM2為已知高程點(diǎn)（測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)），BM1=46.338m，BM2=45.929m。對(duì)中棱鏡高度固定。

首先在A點(diǎn)安置全站儀，整平后在BM1點(diǎn)安置反射棱鏡，啟動(dòng)測(cè)距程序，觀測(cè)站點(diǎn)A與BM1點(diǎn)間高差h1=0.991，假設(shè)測(cè)站點(diǎn)A的高程為：

H0=HA-ha=46.338-0.991=45.347

將全站儀測(cè)量程序調(diào)整為坐標(biāo)測(cè)量，輸入測(cè)站點(diǎn)假定高程Z為45.347m，將儀器高、對(duì)中桿高設(shè)置為0，此時(shí)照準(zhǔn)BM1點(diǎn)測(cè)量，可顯示BM1點(diǎn)的高程值為46.338m，至此可直接通過(guò)坐標(biāo)測(cè)量程序測(cè)定其他各點(diǎn)三角高程。

點(diǎn)位的測(cè)量結(jié)果見表1。

測(cè)量數(shù)據(jù)表明，免測(cè)全站儀儀器及反射棱鏡高度進(jìn)行快速高程測(cè)量能夠達(dá)到三等水準(zhǔn)測(cè)量的精度（往返較差不大于12）要求，其相對(duì)精度較高，滿足基坑施工階段的高程精度控制要求。

表1 高程測(cè)量記錄表（單位：m）

4 應(yīng)注意的幾點(diǎn)問(wèn)題

采用免測(cè)全站儀儀器及反射棱鏡高度進(jìn)行快速高程測(cè)量，簡(jiǎn)化了高程測(cè)量、點(diǎn)位測(cè)設(shè)的程序，具有精度高、量程大、距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，其測(cè)量精度也能滿足基坑階段的控制要求，操作也相對(duì)簡(jiǎn)單，但實(shí)際操作時(shí)應(yīng)注意：

（1）反射棱鏡高度在單次測(cè)量中必須固定，實(shí)際測(cè)量中需確認(rèn)對(duì)中桿的工作狀態(tài)穩(wěn)定，否則會(huì)出現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)誤差偏大的問(wèn)題。

（2）全站儀需精確整平，盡量做到測(cè)量?jī)x器、人員、路線三固定。

（3）較適用于中近程高程的測(cè)量和測(cè)設(shè)，未考慮大氣折光改正和地球曲率改正的問(wèn)題，但如果每次觀測(cè)條件及距離大致相同，可基本抵消大氣折光改正和地球曲率改正誤差。

[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程(JGJ.120-2012)[S].2012.

[2]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.建筑變形測(cè)量規(guī)范(JGJ.8-2007).[S].2007.

[3]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.地基與基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范(GB.50202-2002).[S].2002.

[4]程小龍，高俊強(qiáng)，黃 陳.全站儀中點(diǎn)法三角高程測(cè)量替代二等水準(zhǔn)測(cè)量研究[J].地礦測(cè)繪，2011，27(1)：19～21.

[5]鄧洪亮.免儀器高全站儀高程測(cè)量及其應(yīng)用[J]...中國(guó)煤田地質(zhì)，2007，19(2)：77～78，84.