全站儀無儀高法在建筑物沉降監(jiān)測中的應(yīng)用

于志剛 關(guān) 婷

（瓦房店市勘察測繪研究院 大連 116300）

引言

在工程建設(shè)過程中，沉降監(jiān)測是監(jiān)測建筑物或者構(gòu)筑物沉降量的必要手段和過程，傳統(tǒng)的沉降測量方法一般是水準(zhǔn)測量，該方法精度較高，可直接測量監(jiān)測點的高程，但是，在施測過程中會受場地高低起伏變化及監(jiān)測點位置的限制，甚至無法施測。隨著全站儀精度的不斷提高，一種間接測量高程的方法——全站儀無儀高法越來越受到重視，該方法具有測量速度快，不受地形起伏變化影響的特點，在采用一定的方法和措施后，其精度可以達到二等水準(zhǔn)測量的精度，在水準(zhǔn)測量困難的情況下，可以一定程度上替代二等水準(zhǔn)測量[1]。

1 全站儀無儀高法的基本原理

如圖1所示，A，B為待求高差的兩點，將全站儀架設(shè)在距A，B兩點等距位置O，分別照準(zhǔn)A，B兩點處的棱鏡，測得的高差分別是△h1和△h2，則O點與A、B兩點的高差為：

α——全站儀觀測的豎直角；

i——儀器高；

v——AB點處的目標(biāo)高。

由于全站儀到A、B兩點的距離比較近，因此此處不考慮大氣垂直折光的影響[2]。

則A、B兩點的高差為：

考慮到i1=i2，并使v1=v2，上式整理為：

可見，兩點間的高差只與全站儀到兩點間的距離和豎直角有關(guān)，觀測過程中無需測量儀器高和目標(biāo)高，從而減少了儀器高和目標(biāo)高測量誤差的引入，有效的提高了高差觀測的精度。

圖1 全站儀無儀高原理

2 精度分析

根據(jù)誤差傳播定律，對（4）式進行精度的估計有：

其中mhAB為一測站高差觀測中誤差。

ms——測距中誤差。

mα——測角中誤差。

ρ=206265。

設(shè)全站儀的測角精度0.5s，測距精度為0.6+1ppm，同時為了便于分析問題，假設(shè)α1=α2，S1=S2，采用兩測回觀測，分別將不同的豎直角和邊長帶入（5）式，可計算出每公里觀測高差中誤差，見表1。

表1 每公里觀測高差中誤差（mm）

從表1中可以分析出，一測站豎直角觀測高差隨著豎直角和視距的增大而增加，以二等水準(zhǔn)測量，往返測高差不符值1mm為精度要求，則可以看出，要滿足二等水準(zhǔn)測量精度要求，不同的豎直角需要選擇不同的視距，豎直角小于5°，則視距在10～50m范圍內(nèi)都可以滿足精度要求，當(dāng)豎直角為10°時，視距應(yīng)大于10m，豎直角20°時，無論視距多長，均不能滿足二等水準(zhǔn)測量精度要求，因此在觀測中要根據(jù)豎直角選擇合理的視距。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

新干線小區(qū)8號樓位于山東某市高鐵新區(qū)，其變形測量級別為二級，觀測精度要求為二等水準(zhǔn)精度要求。該樓體建筑為倒臺階狀結(jié)構(gòu)，如圖2，監(jiān)測點上無法豎立水準(zhǔn)尺，水準(zhǔn)測量不能實施，因此采用全站儀無儀高法進行測量，使用儀器為徠卡TS60，測角精度為0.5s，測距精度為0.6mm+1ppm，兩測回觀測。

圖2 建筑物結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 監(jiān)測結(jié)果

該建筑實際布設(shè)監(jiān)測點15個，監(jiān)測期數(shù)16期，沉降監(jiān)測工作從2015年6月12日開始，至2017年10月15日，監(jiān)測16期，累計沉降量最大15.9mm，最小7.1mm，設(shè)計報警值為35.00mm。至監(jiān)測最后一期，監(jiān)測點變形量及變形速率均未超過報警限值。

3.3 操作注意事項

（1）選擇合理的測量路線，減少設(shè)站數(shù)，從而減少觀測誤差的積累；

（2）觀測過程中前后視距應(yīng)基本相等，視距差不超過2m；

（3）布設(shè)觀測點應(yīng)采用帶有凹槽的強制對中裝置，以減少對中誤差對高差觀測結(jié)果的影響；

（4）監(jiān)測點之間采用偶數(shù)測站的方法，或前后采用同一照準(zhǔn)目標(biāo)，以減少前后兩個照準(zhǔn)目標(biāo)的零點誤差影響，且要求在一個偶數(shù)觀測測回中不得重新調(diào)整對照準(zhǔn)目標(biāo)高度；

（5）觀測時，照準(zhǔn)目標(biāo)的水準(zhǔn)氣泡應(yīng)嚴(yán)格居中；

（6）觀測過程中，豎直角應(yīng)小于15°，且應(yīng)根據(jù)豎直角合理選擇視距，以減少豎直角對高程觀測誤差的影響。

4 結(jié)論

沉降監(jiān)測是建筑物形變監(jiān)測的重要內(nèi)容之一，需要制定合理的監(jiān)測方案并采用有效的監(jiān)測方法。使用超高精度全站儀，采用合理的觀測方法，在一定程度上可以替代高精度的水準(zhǔn)測量，并能更好的適應(yīng)復(fù)雜的外界觀測條件，為建筑的安全和科學(xué)施工提供必要的保障。

[1]韓波，鄭闊，等.TM30伺服全站儀電磁波測距三角高程測量替代二等水準(zhǔn)觀測可行性研究[J].北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2017，07，16（3）：101～102.

[2]張正祿.工程測量學(xué)[M].測繪出版社，2014，07，106～107.