地铁沉降观测中的误差及降低误差的方法

地铁沉降观测中的误差及降低误差的方法

石贺祥

412823199004154419

摘要：通过监测工作的实施，根据地铁结构的变形监测数据，介绍了在实际施工中如何控制好各个因素以便提高沉降观测精度。

【关键词】沉降观测；影响因素；误差分析

1、仪器误差

1.1仪器校正后的i角误差

仪器校正后，还存在 i 角校正残余误差；仪器长期使用或受震动影响，使望远镜视准轴与水准管轴不平行，这种误差属于系统误差，误差大小同仪器与水准尺的距离成正比。这种误差的控制方法是：将仪器尽量安置在前、后视距离相等的地方，这样就可以消除或减弱此项误差的影响。

1.2 水准尺误差

由于水准尺刻划不准确，尺长变化、弯曲等影响，水准尺必须经过检验才能使用。

（1）尺的接头误差的影响，控制方法可以通过在水准测段内用同一根尺子，并把测段站数目布设成偶数站；

（2）尺的零点误差的影响，控制方法可以通过在一个水准测段内，两根水准尺交替轮换使用，即在本测站用作后视尺，下测站则用为前视尺，并把测段站数目布设成偶数，则在高差中相互抵消。 标尺的零点差可在一水准段中使测站为偶数的方法予以消除。

2、 观测误差

2.1人员本身

观测人员必须熟悉测量学的基本理论知识，熟练掌握水准仪器的 操作规程，并且针对不同的工程特点、具体情况能采用不同的观测方法和观测程序，对观测过程中出现的问题能及时分析出原因，能正确的运用误差理论进行水准网平差计算。 由于每个人使用仪器和读数的习惯不一样，如果变换观测人员，就容易引起仪器操作误差和读数误差。 控制方法：在每次观测时，保证人员固定不动，减小观测误差(偶然误差)，这对提高沉降观测精度也有一定的作用。

2.2 水准尺倾斜影响

水准尺如果是向视线的左右倾斜，观测时可以通过望远镜十字丝 很容易被察觉并纠正过来。但是，如果水准尺的倾斜方向与视线方向一致，则不容易被察觉。水准尺前后倾斜总是使尺上读数增大。它对读数的影响与尺的倾斜角和尺上读数的大小即视线距地面的高度有关。 尺的倾斜角越大，对读数的影响就越大；尺上读数越大，对读数的影响就越大。

3、外界条件的影响

3.1 仪器下沉

仪器下沉是指由于测站处的土质松软使仪器发生下沉，  视线降低，从而使得前视读数减小，算得的高差增大，引起高差误差。 减弱仪器下沉误差的影响可以有以下三中方法：

（1）采用双面尺法或变更仪器高法时，第一次是读后视读数再读前视读数，而第二次则先读前视读数再读后视读数。 即“后、前、前、后”的观测程序。 这样的两次高差的平均值即可消除或减弱仪器下沉的影响。

（2）尽可能将仪器安置在坚硬的地面处，并将脚架踏实。

（3）加快观测速度，尽量缩短前视读数与后视读数间的时间差。

3.2 尺垫下沉

如果仪器在搬到下一站尚未读后视读数的一段时间内，在转点发 生尺垫下沉，将会使下一站后视读数增大，算得的高差也增大，从而引起高差误差。 控制尺垫下沉影响的的方法是：

（1）将转点设在比较坚硬的地方。

（2）在特殊情况下，转点要设在土质松软的地方，则必须放置尺垫， 并将其踩实，以防止水准尺在观测过程中下沉；同时在土质很松软的地方，踩实后不要立即进行观测，要等一会儿，防止踏实的土松软反弹。

4、观测周期的影响

建筑物的沉降观测时间有严格的限制条件，特别是首次观测必须 按规范要求、按时进行观测。 若不能得到原始数据，或首次观测数据有误差，那么整个观测就失去了观测意义。 施工各阶段的复测，应该根据工程的性质、进度、以及地基土质情况、基础荷重增加情况等定时进行，不能漏测或补测，以保证得到准确的沉降观测数据及建筑物沉降的真实情况和变形规律。 若观测周期不规律，从误差理论角度上分析， 观测成果不能准确反映沉降曲线的细部变化。

沉降观测必须严格按照观测周期准时进行。监测布点及初始值采集在施工前完成，工程施工开始后按监测频率定期采集监测数据，工程施工完成后，继续监测一段时间，待周边环境监测数据稳定后（施工结束后30天的变形速率小于0.04mm/d，特定监测对象须根据产权单位要求执行），可向业主单位提交停测申请，经批准后停止相应的监测工作。

（1）以上所报的监测频率为正常施工情况下的频率，当出现以下情况之一时，监测单位将根据业主和监理工程师的指示提高监测频率直至危险或隐患解除为止。

①监测数据达到预警值。

②监测数据变化较大或者速率加快。

③存在勘察未发现的不良地质。

④附近地面荷载突然增大或超过设计限值。

⑤周边地面突发较大沉降或出现严重开裂。

⑥发生事故后重新组织施工。

⑦出现影响基坑及周边环境安全的异常情况。

（2）当监测结果出现异常时，应及时向有关各方汇报。

（3）当施工作业因不确定性因素暂停施工时（预警导致的停工除外），如果停工时间超过1周以上，且数据变化稳定，则在该阶段可适当降低频率，但监测频率不应少于1次/周。

（4）雨后、冻融、震后应加强观测。

（5）当变形曲线趋于平缓时，在有充足的证据证明即可判断变化趋于稳定，经业主代表和监理工程师同意后可以停止相应项目的监测工作。

5、水准点的影响

水准点的影响有以下 4 个方面：（1）如果水准点顶端处理不善，如顶端搁置面不平、粗糙，则每次标尺搁放情况就会不同，导致观测结果偏差大；（2）如果水准点材料的钢度不够，则材料容易变形，导致每次观测时的标准不一样，导致结果偏差大；（3）如果观测前未校验水准点，如果出现沉降变化，用变化了的水准点作为观测依据，结果自然偏差大；（4）基准点距离影响区太近，本身会受到施工影响发生扰动，导致观测结果出现偏差。

根据既有地铁结构，建立独立坐标系，分别在变形区域50m外地下稳定区域两端设置4个基准点，采用后方交会的方法进行监测,架设全站仪的控制点采用强制归心测量标，减小仪器对中误差，提高测量精度。

2）基准点应设置在变形区域外，位置稳定，易于长期保存的地方，基准点和工作基点宜采用固定仪器或固定棱镜的方式进行布设；

3）基准点之间可以相互进行检核，每月对水平位移控制网各点的相互关系至少检核一次。

6、观测路线的因素

如果没有制定合理的观测路线，将会导致观测路线、仪器支设位置、观测距离不同，直接影响了观测结果的准确性和精度。 如果每次的观测路线随意，那么随着观测角度的不同，将会产生很大的误差。

控制方法：在实际的沉降监测中，建立合理的观测路线，根据沉降观测点的埋设要求或图纸设计的沉降观测点布置图，确定沉降观测点 的位置。在控制点与沉降观测点之间建立固定的观测路线，并在架设仪器站点与转点处做好标记桩，保证各观测均沿统一路线施测

7、结论

为保证精度，在工程测量中，强调采取以下措施：

①对使用的电子水准仪、条码水准尺应在项目开始前和结束后进行检验，项目进行中也应定期进行检验。当观测成果异常，经分析与仪器有关时，应及时对仪器进行检验与校正；

②观测宜做到五固定，即固定人员、固定仪器、固定测站，观测的环境条件应基本稳定，观测的路线程序和方法要固定；

③观测前应正确设定记录文件的存贮位置、方式，对电子水准仪的各项控制限差参数进行检查设定，确保附合观测要求；

④应在标尺分划线成像稳定的条件下进行观测，同一测站上观测时，严格按上相关要求控制前后视距差，不得两次调焦。

⑤仪器温度与外界温度一致时才能开始观测；

⑥数字水准仪应避免望远镜直对太阳，避免视线被遮挡，仪器应在生产厂家规定的范围内工作，震动源造成的震动消失后，才能启动测量键，当地面震动较大时，应随时增加重复测量次数；

⑦由往测转向返测时，两标尺应互换位置，并应重新整置仪器，水准测量的观测顺序为：奇数站后—前—前—后，偶数站前—后—后—前。

⑧完成闭合或附合路线时，应注意电子记录的闭合或附合差情况，确认合格后方可完成测量工作， 否则应查找原因直至返工重测合格。

通过监测工作的实施，掌握在该项目施工过程中地铁工程结构的变化，为建设方及运营方提供及时可靠的数据和信息，评定项目施工对既有线结构和轨道的影响，为及时判断既有线结构安全和运营安全状况提供依据，对可能发生的事故提供及时、准确的预报，使有关各方有时间做出反应，避免恶性事故的发生，确保地铁的运营安全。