全站仪无仪高法在建筑物沉降监测中的应用

于志刚 关 婷

（瓦房店市勘察测绘研究院 大连 116300）

引言

在工程建设过程中，沉降监测是监测建筑物或者构筑物沉降量的必要手段和过程，传统的沉降测量方法一般是水准测量，该方法精度较高，可直接测量监测点的高程，但是，在施测过程中会受场地高低起伏变化及监测点位置的限制，甚至无法施测。随着全站仪精度的不断提高，一种间接测量高程的方法——全站仪无仪高法越来越受到重视，该方法具有测量速度快，不受地形起伏变化影响的特点，在采用一定的方法和措施后，其精度可以达到二等水准测量的精度，在水准测量困难的情况下，可以一定程度上替代二等水准测量[1]。

1 全站仪无仪高法的基本原理

如图1所示，A，B为待求高差的两点，将全站仪架设在距A，B两点等距位置O，分别照准A，B两点处的棱镜，测得的高差分别是△h1和△h2，则O点与A、B两点的高差为：

α——全站仪观测的竖直角；

i——仪器高；

v——AB点处的目标高。

由于全站仪到A、B两点的距离比较近，因此此处不考虑大气垂直折光的影响[2]。

则A、B两点的高差为：

考虑到i1=i2，并使v1=v2，上式整理为：

可见，两点间的高差只与全站仪到两点间的距离和竖直角有关，观测过程中无需测量仪器高和目标高，从而减少了仪器高和目标高测量误差的引入，有效的提高了高差观测的精度。

图1 全站仪无仪高原理

2 精度分析

根据误差传播定律，对（4）式进行精度的估计有：

其中mhAB为一测站高差观测中误差。

ms——测距中误差。

mα——测角中误差。

ρ=206265。

设全站仪的测角精度0.5s，测距精度为0.6+1ppm，同时为了便于分析问题，假设α1=α2，S1=S2，采用两测回观测，分别将不同的竖直角和边长带入（5）式，可计算出每公里观测高差中误差，见表1。

表1 每公里观测高差中误差（mm）

从表1中可以分析出，一测站竖直角观测高差随着竖直角和视距的增大而增加，以二等水准测量，往返测高差不符值1mm为精度要求，则可以看出，要满足二等水准测量精度要求，不同的竖直角需要选择不同的视距，竖直角小于5°，则视距在10～50m范围内都可以满足精度要求，当竖直角为10°时，视距应大于10m，竖直角20°时，无论视距多长，均不能满足二等水准测量精度要求，因此在观测中要根据竖直角选择合理的视距。

3 工程应用

3.1 工程概况

新干线小区8号楼位于山东某市高铁新区，其变形测量级别为二级，观测精度要求为二等水准精度要求。该楼体建筑为倒台阶状结构，如图2，监测点上无法竖立水准尺，水准测量不能实施，因此采用全站仪无仪高法进行测量，使用仪器为徕卡TS60，测角精度为0.5s，测距精度为0.6mm+1ppm，两测回观测。

图2 建筑物结构示意图

3.2 监测结果

该建筑实际布设监测点15个，监测期数16期，沉降监测工作从2015年6月12日开始，至2017年10月15日，监测16期，累计沉降量最大15.9mm，最小7.1mm，设计报警值为35.00mm。至监测最后一期，监测点变形量及变形速率均未超过报警限值。

3.3 操作注意事项

（1）选择合理的测量路线，减少设站数，从而减少观测误差的积累；

（2）观测过程中前后视距应基本相等，视距差不超过2m；

（3）布设观测点应采用带有凹槽的强制对中装置，以减少对中误差对高差观测结果的影响；

（4）监测点之间采用偶数测站的方法，或前后采用同一照准目标，以减少前后两个照准目标的零点误差影响，且要求在一个偶数观测测回中不得重新调整对照准目标高度；

（5）观测时，照准目标的水准气泡应严格居中；

（6）观测过程中，竖直角应小于15°，且应根据竖直角合理选择视距，以减少竖直角对高程观测误差的影响。

4 结论

沉降监测是建筑物形变监测的重要内容之一，需要制定合理的监测方案并采用有效的监测方法。使用超高精度全站仪，采用合理的观测方法，在一定程度上可以替代高精度的水准测量，并能更好的适应复杂的外界观测条件，为建筑的安全和科学施工提供必要的保障。

[1]韩波，郑阔，等.TM30伺服全站仪电磁波测距三角高程测量替代二等水准观测可行性研究[J].北京工业职业技术学院学报，2017，07，16（3）：101～102.

[2]张正禄.工程测量学[M].测绘出版社，2014，07，106～107.