浅析提高沉降监测质量的方式

2015-03-17李德奖

铁道勘察 2015年3期

关键词：水准仪视距观测点

李德奖

(中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院，山东济南　250001)

Appropriate to Improve the Quality of the Settlement Observation

LI Dejiang

浅析提高沉降监测质量的方式

李德奖

(中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院，山东济南250001)

Appropriate to Improve the Quality of the Settlement Observation

LI Dejiang

摘要探讨沉降监测过程中的各种影响因素，并分析水准仪i角引起的误差、扶尺不直引起的误差及观测路线选择三种要因造成的影响，提出提高建筑物沉降监测精度的改进方法。

关键词沉降监测中间点测量i角改正尺撑辅助观测路线

沉降监测工作贯穿于工程施工、竣工验收及验收后稳定性评价过程中，具有安全预报、科学评价及施工质量检验三方面的功能，需要高精度的沉降测量手段，尽可能准确地反映被测物体的实际情况。列举沉降观测过程中常见的各种影响因素，着重分析水准仪i角变化误差、立尺倾角等带来的影响，以一、二等水准测量原则和注意事项为基础，保留常规建筑物沉降观测有利的一面，克服其不足的一面，提出对常规观测方法的部分改进建议，并通过实例证明改进方法的有效性。

1水准观测过程中影响观测质量的因素

1.1　仪器设备因素

沉降监测对象一般变形值较小，要求测量精度等级较高，普通的水准仪难以反映出建(构)筑物的变形过程。为此要求沉降观测应使用精密水准仪及受环境及温差变化影响小的高精度铟钢合金水准尺。在观测方案设计阶段，应该按照“建筑物变形测量规范”中的规定，按精度要求配备相应的仪器设备。此外，电子水准仪观测过程中的成像清晰度、仪器i角变化、水准尺竖直度等都会对测量产生影响。

1.2　人员素质因素

不同的观测者，由于技术能力、经验及身体状态存在差异，即使同一观测者由于身体状况和精神状态的不同，都会对观测结果产生影响。不同的观测者对于同一项目会有不同的观测路线及观测方法，在观测过程中出现的问题也会做出不同的判断及不同的处理方式，若想做到按时、快速、精确地完成每次观测任务，观测人员的素质至关重要。

1.3　观测时间因素

固定观测周期是获得完整、规律观测资料的前提，观测时间的选择同样是影响观测质量的重要因素，气温、强光会对仪器产生影响，观测时段不同观测结果会有差异，故每次观测特别是水准点、工作基点的复测工作应尽量固定在同一时间段。

1.4　水准点及观测点因素

水准点、工作基点是监测的基础，如果基准点发生沉降而又没有及时发现，会造成观测点数据的错误，或者点位被破坏，导致观测路线观测方式发生改变，都会影响观测质量。因此，一定要确保点位的稳定，做好保护工作，避免点位遭到破坏。而观测点在保证稳固的前提下，还要对观测标识的材料、做工等把好关，避免因为观测标识自身原因导致的数据变化。

1.5　环境影响因素

日照、温度会影响水准仪的i角发生变化，大气折光会影响读数精度，故在实际观测过程中要求将仪器提前至少半小时安置在现场，以使水准仪内部件与现场温度达到一致，降低i角因温度而突然变化的可能，且不得在日出后日落前半小时内及太阳中天前后观测，每次观测应在标尺分划线成像清晰和稳定的条件下进行。晴天观测时，要用测伞为仪器遮蔽阳光，当需削减时间性水平折光影响时，应按不同时间段观测。

2主要因素针对性分析

在按照“五定”原则(固定观测人员和整理成果、固定仪器设备、使用固定的水准点、固定周期方法及观测路线、固定观测环境)工作的前提下，针对测量过程中出现频率多、影响大的三个主要因素进行分析。

2.1　水准仪i角的影响

水准仪i角对测站的影响如图1所示，如果水准仪i角为零，前后尺视距无论相差多大获得的高差是一样的。当前后视距不等时，由i角引起的误差便显现出来，视距相差越大，误差越大。如果观测过程中无法避免存在视距不等情况时，每期按照相同的观测路线观测方法测得的数据则会因为i角的变化而产生不规则误差变化，严重影响成果质量。

图1　i角对水准测站的影响

2.2　水准尺倾斜影响

实际观测中，扶尺者对水准尺竖立的理想状态是绝对垂直于水准仪视准轴，但在实际作业中，让水准尺达到理想状态是不可能的，水准尺前倾或后倾都会使水准仪读数偏大，水准尺倾斜误差的影响见图2。

图2　水准尺倾斜误差的影响

图2所示为放大了倾角的示意图，设若水准尺倾斜角度为δ,a′为在此倾角下的数值，真值a=a′cosδ，差值Δa=a′-a=a′(1-cosδ)，可见Δa的大小既与尺子倾角δ有关，也与尺子读数a′有关，假设a′=2 m ，当尺子倾角约1°50′左右，就可以造成1 mm的读数误差，对于精密测量来说影响较大。

2.3　观测方法的选择

在沉降观测中，不要求所有的沉降测点必须作为转点位于水准闭合环线上，有些观测点由于场地限制或通视条件差等原因可以采用中间点测量方式获取数据，这种方式测量存在的弊端就是水准环线闭合差不能反映所有观测点的观测误差，可能会出现闭合差不超限、但是不在闭合环线上的观测点的观测误差却很大、甚至还可能存在粗差的情况，中间点的测量数据存在粗差时得不到检核。

3提高监测质量的改进方式

3.1　水准仪i角改正

在实际作业中，要求前后视距相等甚至累积视距相等是较难实现的，故不能消除由于i角变化带来的误差影响。如图1所示，设若仪器由i角影响下测得的a，b两点间高差为

实际高差

ho=(ai-Sa·tani)-(bi-Sb·tani)=

注意i角包含正负号，Δ为观测高差改正值。

对于高精度沉降观测每次观测前检测仪器i角，根据以上公式通过后期数据处理消除由i角带来的误差影响，使成果更接近于实际值。

3.2　尺撑辅助

在观测前进行必要的检测校正以保证水准尺质量合格，在观测过程中，需使水准尺上圆气泡始终处于居中位置，用两个测杆左右两侧支撑水准尺，并与扶尺者三方做好稳定，每次观测尽量选择同样标准扶尺。

3.3　选取最优观测方法

针对不在水准闭合环线上的观测点会存在粗差的情况，改进方法是在建网时，选择路线使尽量多的观测点位于测站上，每一个测站可以观测多个观测点，前后视距不能满足时采用i角改正措施，后期处理该测点的观测值，将观测位置、观测路线绘制成图，在后续的观测过程中严格按照此次观测方式、观测路线进行观测。

4应用实例

在济南铁路局青岛普集路职工住宅楼沉降监测工程中对24号楼采用两种测量方式进行比对。实施中布设两条观测环线，一种是常规方式观测路线，部分观测点设为水准转点，其它中间点测量方式一站观测多个点，各期均采用相同观测人员、路线、仪器、水准尺测量；另一条采用改进方式，大部分观测点作为水准转点传递高程，并分配闭合差，每期观测前检测i角，个别中间点测量视距不等时数据处理加入i角改正，立尺采用尺撑辅助。图3，图4为两种测量方式获得数据生成的曲线。

图3　常规测量方式时间-沉降量曲线

图4　改进测量方式时间-沉降量曲线

从2013年6月5日至2014年8月10日的21期观测数据中发现，两种方法观测的闭合差相差不大，但每期的沉降量相差较大，常规方式测得的数据出现不均匀情况，同期各点沉降量也出现较大差异，而改进方式测得的数据同期各点沉降均匀，沉降曲线平滑下降。经分析得知，24号楼常规方式测量1号、3号、5号点观测值存在较大粗差，改进方法后的观测数据更符合实际沉降趋势，获得的观测数据质量更高。

5结论

在常规沉降监测方式的基础上，按照精密水准测量技术要求的原则，结合实际，对影响沉降监测质量的各种因素进行分析，并针对主要因素提出一些提高沉降监测质量的改进方法，通过实例验证其有效性，对于变形量较小的高等级沉降观测具有较高的实用价值。

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