浅析精密水准测量在地面沉降监测中应用
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【摘要】城市的地下空间被更多的开发利用，引起城市地表出现不同程度的下沉，本文结合数字水准仪在地面沉降测量中的应用方法，提出确保观测沉降量的稳定性的建议。
1、引言
现代交通产业的迅速发展，地下隧道已经成为交通领域不可或缺的形式，地下隧道建设和使用的特殊性，会造成不同程度的地表沉降[1]，地表沉降变化会影响地下管线和建筑物的使用寿命，给城市带来较大的安全隐患[2]，引起了各领域的相关学者的注意，积极寻找解决办法。随着现代测绘仪器的进步，高精密仪器在基础数据采集中的推广应用，加快了外业施测的速度，有效地缩短了外业工作时间，更好的实现自动化作业。上海市地质特点系软土地基，随着快速地下隧道的开通使用，地表出现不同程度的沉降变化，为判定地表的沉降对建筑物以及各种地下设施的影响，该市建立了长期的监测基准网。
2、沉降监测基准网
监测基准网是地面沉降监测的参考标准，监测网形宜布设成附合水准路线形式，并将多条路线组成水准网，并保证有一定数量共同点。依据监测的侧重点，确定水准监测网的观测周期，水准网观测依据国家一二等水准技术规范要求施测，对现场观测数据质量进行严格控制把关，确保每一条水准路线的往返闭合差符合要求，否则组网进行平差时，很难检验出工作基点发生的沉降位移，继而难以确定地面沉降变化情况。监测基准网进行周期性观测后，需区分出是由观测误差或是点位的沉降引起的点位高程差异的原因。为方便平差计算基准的选取需要进行水准点位稳定性分析。由基准点开始进行水准联测，依据间接平差原理，按照结点法逐一进行平差计算，并计算出监测点的近似高程，经复测后，采用秩亏自由网平差法对监测点的稳定性进行测评[2]。
本论文实例为上海市地面沉降测量项目，各种水准点已经埋设完毕，目前在管理和维护中，笔者完成的测区内线路总长162km，分成29个测段施测，涉及4个基岩点，5组分层标，地铁类点14个，其余点248个，水准路线有经过闹市区，有经过人流量、车流量较大的街区，也有必须经过大跨径桥的路段，因此在一定程度上提高了外业施测的难度。
3、精密水准测量的观测方法
根据我国国家水准测量规范和工程测量规范的要求，用于一、二等精密水准测量的水准仪，每次进行测量前需要测定仪器的I角，仪器的I角不应超过15”，如果超出规定值，需要进行校正。
实践中，为了能够有效地降低和消除仪器I角发对观测数据质量的影响，对同一条水准路线要进行往返测的观测，并且并且互换水准尺，即往返测的观测顺序是相反，实际操作中，为避免观测顺序的混乱或错误，通常按照数字水准仪中观测的提示观测，返测观测时，习惯上采用换尺不换人的“盯人观测”的方法。
为了能有效地提高实际测绘上的测量精度，观测时除了要按照标准要求进行外，还应当牢记以下几条原则：1）观测前要将仪器置于工作环境中30分钟左右；2）每一个的测段往测返测测站数都是偶数站；3）同一测站上的观测时，不要进行两次调。
4、测量技术要求与精度评定
根据工程测量规范技术要求：视线的长度、前后上的视距差、视线的高度以及每一项的读数较差都应当符合精密水准测量标准见表1。
往返较差、附合或环线闭合差应当符合我国一二等精密水准测量标准的之规定，二等小于4，一等小于1.8，水准路线分段施测的测量的数据处理时，应按（1）式计算每千米水准测量的高差偶然中误差
（1）
MΔ――高差偶然中误差（mm）；Δ―测段往返高差不符值（mm）；L―测段长度（km）；n―测段数。水准测量结束后，应按（2）式计算每千米水准测量高差全中误差
（2）
MW―高差全中误差（mm）；W―附合或环线闭合差（mm）；L―计算各W时，相应的路线长度（km）；N―附合路线和闭合环的总数。
5、提高精密水准测量的施测精度的建议
沉降监测是长期反复的过程，在外业观测中自始至终要遵循“五定”原则[3]，从客观上尽量减少观测误差的不确定性，使测量结果具有统一的趋向性，以保证各次复测结果与首次观测的结果可比性更一致，使所观测的沉降量更真实。作业员在观测过程中一定要注意以下几点：
1）沿公路测段的水准线路，基础相对较稳定，施测时水准仪及水准尺的下沉量非常小，但由于公路的车流量较大，重型汽车路过时，地面会有明显的上下震荡，对观测影响较大；
2）空气温度的变化，对数字水准仪的电子元件影响较大，很容易导致观测数据质量下降，因此，在温度较高的情况下，应该为数字水准仪器撑遮阳伞，或者不进行外业施测；
3）水准路线经过土质比较松软地带时，架设仪器时将三脚架踩实，放尺垫前先将表层松土拨开，并将尺垫砸实，这样就能有效地减弱水准仪器和水准尺的下沉所带来的影响；
4）间歇点应该选择在固定水准点，或者是比较坚固可靠光滑突出的固定点上，继续施测时要先检核间歇点是否变动，闭合差符合要求则继续施测，否则，返测至上一个水准点进行检核；
5）为保证测绘成果的质量和检验仪器的稳定性，每天作业前都要进行I角检验；
6）立尺工作人员应使用尺撑或用竹竿将尺扶稳，并保持尺面上受光线照射均匀。
参考文献
[1]张洪宇.上海地区软土地基上大跨径桥梁沉降测量方法[J].中国市政工程，2010-2.
[2]刘林.淮南潘集地区地表沉降初步研究[J].中国矿业大学学报，1999-2.
[3]龚士良，丁利红.地面沉降自动化测控与预警预报系统[J].计算机测量与控制，2003-4.
[4]王玉琢.精密水准测量的施测及精度探究[J].项目管理与质量控制，2013-1.
[5]中国有色金属工业协会.工程测量规范GB50026-2007.2008-5-10.
作者简介
1张美玲（1983.07 -- ），女，测绘工程专业，本科学历，毕业于辽宁科技大学。
2孙广东（1984.12-- ），男，测绘工程专业，工作于黑龙江省地质矿产局测绘院。