電子水準儀在沉降觀測工作中的應用研究

1、<p>　　電子水準儀在沉降觀測工作中的應用研究</p><p>　　摘 要：沉降觀測工作是利用測量儀器或專業(yè)儀器監(jiān)測變形體在垂直方向上的位移。常用的方法是水準測量，有時也采用液體靜力水準測量。通過觀測成果可反映變形體的沉降量及沉降速度，以確保變形體是否進入穩(wěn)定狀態(tài)。本文主要通過拓普康DL-111C電子水準儀在鞍鋼集團鲅魚圈鋼鐵分公司建筑物沉降觀測工作中的應用，對電子水準儀的作業(yè)模式和使用技巧進行了研究

2、，闡述了如何在困難環(huán)境中能夠快速準確地測量出所需數(shù)據(jù)的一些具體方法。通過實際工作，體現(xiàn)出了電子水準儀較傳統(tǒng)的光學水準儀的一些優(yōu)勢。 </p><p>　　關鍵詞：沉降觀測；電子水準儀 </p><p>　　中圖分類號: U212.2 文獻標識碼：A文章編號： </p><p><b>　　引 言 </b></p><p>

3、;　　鞍鋼集團鲅魚圈鋼鐵分公司坐落在美麗的渤海之濱營口市。廠區(qū)面積約10平方公里，廠區(qū)原地貌為山地和海灘。山地區(qū)域情況較好，基礎較穩(wěn)定。但其中有部分區(qū)域為填海地段，基礎相對不太穩(wěn)定，需要進行沉降觀測以確保建筑物的穩(wěn)定性。由于鋼鐵企業(yè)的特殊性，作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境十分復雜，觀測工作存在很多困難。電子水準儀以其自動化測量方式，程序化的測站平差系統(tǒng)，自動記錄系統(tǒng)，簡單的操作界面，高精度等優(yōu)勢在此工程中發(fā)揮了巨大的作用。 </p><

4、;p>　　本文介紹了電子水準儀在實際工作中的作業(yè)模式和方法，與光學水準儀進行了對比，體現(xiàn)出了復雜環(huán)境下電子水準儀的優(yōu)勢，能夠更好的提高工作效率、降低成本、減少工作量。 </p><p>　　1電子水準儀工作原理 </p><p>　　電子水準儀是在精密自動安平水準儀的基礎上發(fā)展起來的。電子水準儀是通過感光器分析標尺影像對一維數(shù)字影像處理的應用，利用二級管檢測陣列來代替測量人員的眼睛，

5、相當于在水準儀里架設了具有穩(wěn)定視線的一部CCD照相機。 </p><p>　　水準條碼標尺上的不同條碼在通過望遠鏡成像到平面上的CCD光電傳感器上，CCD光電傳感器再將黑白相間的條碼圖像轉換成模擬視頻信號，經(jīng)過儀器內(nèi)部的數(shù)字圖像處理，即可獲得望遠鏡中絲條形碼標尺上的讀數(shù)。此數(shù)據(jù)一方面在屏幕上顯示，另一方面存儲在儀器內(nèi)部的存儲器中。 </p><p>　　2建筑物沉降觀測的基本方法 <

6、/p><p><b>　　2.1基準網(wǎng)布設 </b></p><p>　　建筑物沉降觀測應測定建筑地基的沉降量，沉降差及沉降速度，并根據(jù)需要計算基礎傾斜，局部傾斜，相對彎曲及構件傾斜。沉降觀測網(wǎng)一般布設成基準網(wǎng)和監(jiān)測網(wǎng)兩級?；鶞示W(wǎng)由基準點和工作基點構成；監(jiān)測網(wǎng)由部分基準點，工作基點和變形觀測點構成。沉降觀測基準網(wǎng)，應布設成環(huán)形網(wǎng)并采用水準測量方法進行。其基準點宜選擇基巖水

7、準點或相對穩(wěn)定的水準點，且宜為國家一二等水準點。基準點應設置在變形影響范圍以外，位置穩(wěn)定，易于長期保存的地方，并定期復測，保證成果的正確性。在建筑區(qū)內(nèi)，其點位與鄰近建筑的距離應大于建筑基礎最大寬度的2倍，其標石埋深應大于鄰近建筑基礎的深度。高程基準點也可選擇在基礎深且穩(wěn)定的建筑上?；鶞庶c個數(shù)不應少于3個。工作基點由基準點發(fā)展而來，是以后進行觀測工作的主要起算點，選點時要保證點位的穩(wěn)定性和長期保存性?；鶞庶c和工作基點應避開交通主干道、地下

8、管線、倉庫堆棧、水源地、河岸、松軟填土、滑坡地段、機器振動區(qū)以及其他可能使標石、標志易遭腐蝕和破壞的地方。 </p><p>　　2.2沉降觀測點布設 </p><p>　　沉降觀測點的布設應能全面反映建筑及地基變形特征，并顧及地質情況及建筑結構特點。根據(jù)本項目要求，沉降點遍布整個廠區(qū)。建筑物上的點布設于建筑的四角，核心筒四角，大轉角處及沿外墻每10-20m處或每隔2-3根柱基上；工業(yè)設備

9、上的點布設于設備的基礎角上；管道支架上的點布設于支架底部。沉降觀測點盡量選擇通視良好，環(huán)境安全，易于觀測的點位。點位上方空間應大于3米，便于立尺；特殊困難處不應小于2米。 </p><p>　　2.3沉降觀測的周期和觀測時間 </p><p>　　建筑使用階段的觀測次數(shù)，應視地基土類型和沉降速率大小而定。除有特殊要求外，可在第一年觀測3-4次，第二年觀測2-3次，第三年后每年觀測一次，直至

10、穩(wěn)定為止。建筑物是否進入穩(wěn)定階段，應由沉降量與時間關系曲線判定。當最后100d的沉降速率小于0.01-0.04mm/d時可認定為進入穩(wěn)定階段。 </p><p>　　2.4沉降觀測的作業(yè)方法和技術要求 </p><p>　　本次沉降觀測工作歷時8個月。共進行了5次觀測。基準網(wǎng)觀測采用二等水準測量，基準點和工作基點組成閉合路線。在進行第四次沉降觀測前對基準網(wǎng)進行了重新觀測。觀測執(zhí)行規(guī)范中二等

11、水準測量技術要求表一、表二。根據(jù)測段往返測高差之差按公式（1）計算每千米水準測量高差偶然中誤差. </p><p>　　表一：水準觀測的視線長度、前后視距差和視線高度（m） </p><p>　　表二：水準測量的觀測限差（mm） </p><p>　　注：L—附合或環(huán)線路線長度km,R—檢測測段長度km。 </p><p>　　公式：=

12、77; ……(1) </p><p>　　式中：—高差偶然中誤差（mm） </p><p>　　△—為測段往返高差不符值（mm） </p><p>　　L—為測段長度(km)；n—為測段數(shù) </p><p>　　沉降觀測點高程測量按三等水準測量技術要求進行。水準路線應形成附合路線或閉合路線。每個建筑物至少有兩個以上觀測點為水準路線上點。水準測

13、量限差見表三、表四。使用間視法測量時視距不大于50米。根據(jù)附合路線和閉合路線的閉合差按公式（2）計算每千米水準測量高差全中誤差. </p><p>　　表三：水準觀測的視線長度、前后視距差和視線高度（m） </p><p>　　注：L—附合或環(huán)線路線長度km,R—檢測測段長度km。 </p><p>　　公式：=± ……(2) </p>&l

14、t;p>　　式中：—高差全中誤差（mm） </p><p>　　W—為經(jīng)過各項改正后的水準環(huán)閉合差（mm） </p><p>　　F—為水準環(huán)線周長(km)；N—為水準環(huán)數(shù) </p><p>　　3電子水準儀在沉降觀測工作中的應用 </p><p>　　3.1 本工程基準網(wǎng)和沉降觀測點布設 </p><p>　　

15、本次工程的基準網(wǎng)由3個基準點和27個工作基點組成。3個基準點位于廠區(qū)外部，均為國家二等水準點；27個工作基點布設于整個水準路線上，選擇盡量靠近測區(qū)的穩(wěn)定區(qū)域上，并保證基準點的可長期保存性。3個基準點先進行二等水準聯(lián)測，確定點的穩(wěn)定性后與27個工作基點進行二等水準測量，按規(guī)范要求平差計算后求出各個工作基點的高程。本次工程的沉降觀測點根據(jù)廠方要求遍布于整個廠區(qū)，其中煉鐵區(qū)94個點，煉鋼區(qū)80個點，熱軋區(qū)63個點，厚板區(qū)42個點，動力區(qū)117

16、個點，煤氣管道區(qū)56個點，氧氣廠127個點。熱軋，厚板，動力區(qū)域位于填海區(qū)域，需進行重點觀測。監(jiān)測網(wǎng)的測量采用三等水準測量進行，選擇靠近沉降點的工作基點作為起算數(shù)據(jù)，組成附合或閉合路線。測量后按規(guī)范要求計算出各個沉降點此次高程，通過各期觀測的高程之差計算出各沉降點的沉降量等數(shù)據(jù)。 </p><p><b>　　3.2 儀器準備 </b></p><p>　　工程開始前

17、應準備好檢定和校準有效期內(nèi)的儀器。確定電子水準儀和水準標尺通過規(guī)范規(guī)定的要求，儀器可設置自動進行地球彎曲差和大氣垂直折光差改正。DL111C電子水準儀本身具有檢測i角的功能，可使用此項功能對儀器的i角進行改正。在整個作業(yè)期間應在每天開測前進行i角測定。腳架使用拓普康原廠木制腳架，使用前應確定腳架的穩(wěn)定性，將腳架上所有螺旋固緊，防止晃動引起誤差。另應準備2.5KG以上的尺墊和強光手電若干個。 </p><p>&l

18、t;b>　　外業(yè)觀測流程 </b></p><p>　　水準觀測嚴格按照規(guī)范規(guī)定的基本要求執(zhí)行。觀測過程中要求每條線路固定觀測人員，固定觀測儀器，腳架，以及固定的線路觀測順序。事先應設計好當天觀測的線路，制定解決困難問題的具體辦法，為第二天的工作做好充分的準備。測前根據(jù)水準等級將儀器的各項限差設置完畢，選擇儀器內(nèi)的線路水準測量模式進行觀測，遇到結點或線路需要暫停時，可使用儀器本身的中斷測量功能暫

19、時中斷，選擇一個堅穩(wěn)可靠，光滑突出，便于放置標尺的固定點作為間歇點，下次可以繼續(xù)線路水準測量模式，保持線路的完整性，但在間歇后需對間歇點進行檢測，比較任意兩尺承點間歇前后所測高差進行檢查，符合限差要求后即可起測；若超過限差，可變動儀器高度再檢測一次，如仍超限，則應從前一水準點起測。當某一測站觀測誤差超限，在本站發(fā)現(xiàn)后可立即重測，若遷站后才檢查發(fā)現(xiàn)，則應從水準點或經(jīng)檢測合格的間歇點起始，重新觀測。某一線路結束時，可以結束測量并立刻查看線路

20、閉合差，為及時發(fā)現(xiàn)問題提供了方便。 </p><p>　　外業(yè)觀測問題及解決方法 </p><p>　　3.4.1當室外光線較強，望遠鏡直接對準陽光時，觀測速度明顯變慢，有時甚至不能測出數(shù)據(jù)。這就需要我們根據(jù)當?shù)氐娜照涨闆r合理安排觀測時間和觀測順序，必要時使用測傘，以提高效率。 </p><p>　　3.4.2 在有些大型廠房內(nèi)觀測時，室內(nèi)光線較暗，儀器的觀測速度也

21、會變慢甚至不能測出數(shù)據(jù)。解決方法是用事先準備好的強光手電進行照明，注意強光手電的光線不能垂直照射在條碼尺上，應從側面帶有一定角度的照射在尺面上，這樣才能測出數(shù)據(jù)。 </p><p>　　3.4.3冬季作業(yè)，當線路由室內(nèi)轉向室外時，由于溫度變化會對i角產(chǎn)生影響，會使線路的觀測質量下降。此時應將儀器置于室外一段時間，待儀器溫度與室外溫度接近時進行不少于20次的單次測量預熱后，方可繼續(xù)進行觀測。另外也可將儀器內(nèi)的加熱器

22、打開。 </p><p>　　3.4.4當觀測人員調(diào)焦不準確時，儀器觀測速度較慢甚至不能測出數(shù)據(jù)。這就要求觀測人員準確調(diào)焦以提高觀測速度。 </p><p>　　3.4.5當?shù)孛嬗姓饎訒r儀器有時也能觀測出數(shù)據(jù)，但此測站結束時會顯示限差超限，這樣便影響了觀測的速度。觀測時注意確信震動源造成的震動消失后，才能啟動測量鍵。 </p><p><b>　　數(shù)據(jù)處理

23、與分析 </b></p><p>　　外業(yè)觀測數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)接嬎銠C中，水準測量計算采用清華三維NASW智能圖文網(wǎng)平差軟件。根據(jù)沉降觀測點的高程計算各點的沉降量，以及本周期平均沉降量、沉降速率和累積沉降量，根據(jù)以上數(shù)據(jù)編制沉降觀測成果表。根據(jù)沉降點位的具體分布還要繪制沉降點位分布圖。最后依據(jù)時間、平均沉降量、平均沉降速率繪制時間-沉降量曲線圖和時間-平均沉降速率曲線圖，結合建筑物的結構圖，所處的地質情況

24、，負載，時間等情況分析建筑物的沉降數(shù)據(jù)是否合理?？偨Y變形點位的合理性，測量方案可行性。提高測量的客觀性和可靠性。每期觀測結束后，應及時處理觀測數(shù)據(jù)。當數(shù)據(jù)處理結果出現(xiàn)下列情況之一時，必須立即通知建設單位和施工單位采取相應措施： </p><p>　　3.5.1變形量達到預警值或接近允許值。 </p><p>　　3.5.2變形量出現(xiàn)異常變化。 </p><p>　　

25、3.5.3建筑物的裂縫或地表的裂縫快速擴大。 </p><p>　　電子水準儀與光學水準儀的對比 </p><p>　　通過此次工程的具體使用，顯示出了電子水準儀與傳統(tǒng)儀器相比具有以下優(yōu)勢： </p><p>　　精度高：讀數(shù)準確，不存在觀測過程中的人為記錄誤差，人為讀數(shù)誤差。視線高和視距讀數(shù)都是使用大量條碼分劃圖像經(jīng)處理后取平均值得出的，削弱了標尺分劃誤差的影響。

26、儀器具有多次讀數(shù)取平均值的功能，可以削弱外界條件的影響。 </p><p>　　效率高：儀器自動記錄觀測數(shù)據(jù)，計算測站的各項限差，不用人工記錄和計算，這極大地縮短了每一測站上消耗的時間，在某些震動頻繁的地區(qū)，觀測時間的縮短對線路能夠快速順利的進行具有很大的作用。只需調(diào)焦和按鍵即可自動讀數(shù)，減輕了勞動強度。 </p><p>　　內(nèi)外業(yè)一體化：所有觀測數(shù)據(jù)全部自動存儲并傳輸?shù)接嬎銠C中，自動生

27、成外業(yè)觀測記錄，為后期數(shù)據(jù)處理提供了方便。數(shù)據(jù)傳輸后及時進行備份，降低了在數(shù)據(jù)保存方面人為因素的影響。 </p><p><b>　　結論 </b></p><p>　　本文主要介紹了電子水準儀的原理，使用方法及與傳統(tǒng)儀器相比較的優(yōu)勢。通過實際工作檢驗，其精度指標完全可以滿足沉降觀測工作的要求。電子水準儀作為一種功能強大的測量系統(tǒng)，以其操作簡單，精度高，速度快等特點，

28、在越來越多的沉降觀測工作中會有良好的應用。隨著科技的發(fā)展，電子水準儀的各項性能會更加進步，相信其會在日后的測量工作中為提高工作效率發(fā)揮更大的作用。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1] 王家貴 王佩賢等。測繪學基礎[M]，北京：教育出版社,2003年 </p><p>　　[2] 武漢測繪科技大學（測繪