豎井聯(lián)系測量

1、完美.格式.編輯豎井聯(lián)系測量人民交通出版社一、豎井聯(lián)系測量的任務(wù)在隧道施工中，常用豎井在隧道中間增加掘進(jìn)工作面，從多面同時(shí)掘進(jìn)，可以縮短貫通段的長度，提高施工進(jìn)度。這時(shí)，為了保證相向開挖面能正確貫通，就必須將地面控制網(wǎng)中 的坐標(biāo)、方向及高程，經(jīng)由豎井傳遞到地下去，這些傳遞工作稱為豎井聯(lián)系測量。其中坐標(biāo)和方向的傳遞，稱為豎井定向測量。 通過定向測量，使地下平面控制網(wǎng)與地面上有統(tǒng)一的坐 標(biāo)系統(tǒng)。而通過高程傳遞則使地下高程系統(tǒng)獲得與地面統(tǒng)一的起算數(shù)據(jù)。按照地下控制網(wǎng)與地面上聯(lián)系的形式不同，定向的測量方法可分為下列四種：1. 經(jīng)過一個(gè)豎井定向（簡稱一井定向）；2. 經(jīng)過兩個(gè)豎井定向（簡稱兩井定向）；3

2、. 經(jīng)過橫洞（平坑）與斜井的定向；4. 應(yīng)用陀螺經(jīng)緯儀定向。豎井的聯(lián)系測量可通過一個(gè)井筒、也可同時(shí)通過兩個(gè)井筒進(jìn)行。這種聯(lián)系測量是利用地上、地下控制點(diǎn)之間的幾何關(guān)系將坐標(biāo)、方向和高程引入地下，故稱幾何定向。平峒的聯(lián)系測量可通過一個(gè)井筒、也可同時(shí)通過兩個(gè)井筒進(jìn)行。這種聯(lián)系測量是利用地上、地下控制點(diǎn)之間的幾何關(guān)系將坐標(biāo)、方向和高程引入地下。由于平峒隧道有進(jìn)口和出口，導(dǎo)線和水準(zhǔn)線路可從隧道兩端引進(jìn)，大大縮短貫通長度。其作業(yè)方法與地面控制測量相同。斜井的聯(lián)系測量方法與平峒基本相同。不同處是隧道坡度較大，導(dǎo)線測量要注意坡度的影響。另外，斜井大部分為單頭掘進(jìn)，從洞口引進(jìn)的導(dǎo)線均為支導(dǎo)線，要加強(qiáng)檢核，以防止

3、 聯(lián)系測量出現(xiàn)錯(cuò)誤。由于陀螺儀技術(shù)的飛速發(fā)展，在導(dǎo)航和測量工作中已被廣泛應(yīng)用。陀螺儀重量輕、體積小、精度高、使用方便，在隧道聯(lián)系測量工作中，不失為一種經(jīng)濟(jì)、快速、影響小的現(xiàn)代化 定向儀器。高程聯(lián)系測量是將地面高程引入地下，又稱導(dǎo)入高程。顯而易見，為使地下隧道（巷道）貫通，地上、地下的控制點(diǎn)必須在同一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)。地下工程與地面工程的相對位置也必須正確無誤；地下建（構(gòu)）筑物的相對關(guān)系， 也必須精確。如此種種，說明聯(lián)系測量是非常重要的。幾何定向幾何定向分一井定向和兩井定向。1. 一井定向一井定向是在井筒內(nèi)掛兩根鋼絲，鋼絲的上端在地面，下端投到定向水平。 在地面測算兩鋼絲的坐標(biāo)，同時(shí)在井下與

4、永久控制點(diǎn)連接，如此達(dá)到將一點(diǎn)坐標(biāo)和一個(gè)方向?qū)氲叵碌哪康摹６ㄏ蚬ぷ鞣滞饵c(diǎn)和連接測量兩部分。投點(diǎn)投點(diǎn)所用垂球的重量與鋼絲的直徑隨井深而異。井深小于100m時(shí)，垂球重3050kg;大于100m時(shí)為50100kg。鋼絲的直徑大小決定于垂球的重量。例如鋼絲 =1.0mm的懸掛 垂球重量可達(dá) 90100kg ；=2.0mm 球重達(dá) 360370kg。投點(diǎn)時(shí)，先用小垂球（2kg）將鋼絲下放井下，然后換上大垂球。并置于油桶或水桶內(nèi)，使其穩(wěn)定（如圖13-5）由于井筒內(nèi)受氣流、滴水的影響，使垂球線發(fā)生偏移和不停的擺動，故投點(diǎn)分穩(wěn)定投點(diǎn)和擺動投點(diǎn)。穩(wěn)定投點(diǎn)是指垂球的擺動振幅不大于0.4mm時(shí)，即認(rèn)為垂球線是穩(wěn)定

5、的，可進(jìn)行井上井下同時(shí)觀測；垂球擺動振幅大于 0.4mm時(shí)，則按照觀測擺動的振幅度求出靜止位置，并將其固定。連續(xù)測量同時(shí)在地面和定向水平上對垂球線進(jìn)行觀測，地面觀測是為了求得兩垂球線的坐標(biāo)及其連線的方位角；井下觀測是以兩垂球的坐標(biāo)和方位角推算導(dǎo)線起始點(diǎn)的坐標(biāo)和起始邊的方位 角。連接測量的方法很多，但普遍使用的是連接三角形法。A1S3AOS1GS1GS2bl圖13-5 豎井定向如圖13-6所示，D點(diǎn)與C點(diǎn)分別為地面上近井點(diǎn)和連接點(diǎn)。A、B為兩垂球線，C'、D'和E'為地下永久導(dǎo)線點(diǎn)。 在井上下分別分別安置經(jīng)緯儀于C和C'點(diǎn)，觀測0、丫和0'、丫 。測量邊長

6、 a、b、c和CD以及井下的a'、b'、c'和CD'。由此， 在井上下形成以 AB為公共邊的 ABCAABC。由圖可看出，已知 D點(diǎn)坐標(biāo)和DE邊的方 位角，觀測三角形的各邊長 a、b、c及丫角，就可推算井下導(dǎo)線起始邊的方位角和D'點(diǎn)的坐標(biāo)。選擇C和C'時(shí)應(yīng)滿足如下要求： CD和CD長度應(yīng)大于20m C和C'點(diǎn)應(yīng)盡可能在 AB的延長線上，即 Y、a和丫 、B '不應(yīng)大于 2°。 b/c、b' /c 一般應(yīng)小于1.5，即C和C'應(yīng)盡量靠近垂球線。E11IAb*'b 'a、a '0 &#

7、39;< 'Y3c丿71 Y ''iD 'DdC ”a''a 'Bb C'd '圖13-6 用連接三角形法在井下定向水平角的觀測要用DJ6以上的經(jīng)緯儀，對中三次，具體要求見表 13-1 o水平角的觀測要求(表13-1)儀器級別水平角觀測方法測回法測角中誤差半測回零差各測回互差重新對中測回間互差全圓方向觀測法3± “12"12"72"DJ3全圓方向觀測法6±2"30"30"量邊要使用檢驗(yàn)過的鋼尺，施加標(biāo)準(zhǔn)拉力和測記溫度。用鋼尺從不同起點(diǎn)丈量

8、 6次，讀 至0.5mm觀測值互差不大于 2mm取其平均值作為最后結(jié)果。井上、井下同時(shí)量得兩垂球 線之間的間距之差不得大于2mno(3)內(nèi)業(yè)計(jì)算在厶ABC兩個(gè)三角形中，c和c '為直接丈量的邊長，同時(shí)也可用余弦定理進(jìn) 行計(jì)算：2 2 2c 算=a +b -2ab.cos 丫c2 算=a' 2+b' 2-2a ' b' .cos 丫因此，觀測值有一差值 c=c測-c算 c' =c'測-c '算規(guī)范規(guī)定：地面上 c不應(yīng)超過土 2mm地下 c'不應(yīng)大于土 4mno 可用正弦定理計(jì)算 a、B和a'、B'。a_y3-

9、Y'''(13-5)a丫3Y當(dāng)aV 2 °, 3< 178°時(shí)，上式可簡化a _ y(13-6)3- Y式中丫一一地面觀測值，以秒計(jì)。 當(dāng)a> 20°時(shí)，3>仃8。時(shí)，可用正弦公式計(jì)算 a、3。計(jì)算出a、3之后，用導(dǎo)線計(jì)算方法計(jì)算井下導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)和起始方位角時(shí)，盡量按 銳角線路推算，如選擇D C- A- B C D'線路。cc1CCCACAABBCABBCC 'C$a, 1$（4） 一井定向的誤差疋向誤差包括：地面的連續(xù)誤差m上;地下的連續(xù)誤差m下；投向誤差0。在式（13-7 ）中,設(shè)$、a和V則井下一次獨(dú)

10、立定向的定向邊 C'(13-7)的中誤差分別為m、ma、mv、m' $方位角的中誤差為2 2 2 2 2 2 2M(c d')= m(Dc)+ m$ + m“ + mv + m$' + 0(13-8)在式中（13-8）中，起始方位角的中誤差 mCD）與聯(lián)測角的觀測誤差 m、m $,可采取措 施保證其精度。a、B和a '、B是間接觀測值，影響其精度的因素是多方面的，因此要給予一定的重視。綜合上述的誤差公式，可看出： 聯(lián)系三角形的最有利形狀為延伸形三角形，角度為銳角 （a、B'和丫、 丫），在2°£。之間，故C和C點(diǎn)盡可能地選在兩

11、垂球線連線的延長線上 （如 圖 13-6）。 由式（13-5）可知，a、B （ a'、V'）角的誤差大小，取決于 mi的大小 和a/c，b/c的比值。盡可能保證 丫角的觀測精度，并使 C點(diǎn)盡量靠近垂球線, 以減小a、b長度。 垂球線的投向誤差0。由于井筒中垂球線受風(fēng)流、滴水、鋼絲的彈性等因素的影響，而發(fā)生偏斜，產(chǎn)生投點(diǎn)誤差，由此引起兩垂球連線方向的偏差0，稱投向誤差。在一井定向中必須重視。2. 兩井定向當(dāng)有兩個(gè)豎井，井下有巷道相通，并能進(jìn)行測量時(shí)，就可在兩井筒各下放一根垂球線,然后在地面和井下分別將其連接，形成一個(gè)閉合環(huán)（圖13-7），從而把地面坐標(biāo)系的平面坐標(biāo)和方位角引測到井

12、下，此即兩井定向。由于A、B兩垂球線之間的距離 c較長，按式p 計(jì)算，投向誤差會大大減小。設(shè)點(diǎn)誤差e為1mm A、B之間為50mm則投向誤差為：p" "比一井法的投向精度大大提高，這是兩井定向的最大優(yōu)點(diǎn)。因此，凡是能用兩井定向 的隧道、礦井，都應(yīng)采用兩井定向。兩井定向的方法與一井定向大致相同。投點(diǎn)投點(diǎn)的方法和要求與一井定向相同。由于在井筒中只有一根垂球線，投點(diǎn)占用井筒的 時(shí)間更短，觀測時(shí)間也短。連接測量如圖13-7 ,兩豎井之間的距離較小時(shí)， 可在兩井之間建立一個(gè)近井點(diǎn)C;若距離較遠(yuǎn)時(shí)，兩井可分別建立近井點(diǎn)。地面測量時(shí)，首先根據(jù)近井點(diǎn)和已知方位角，測定A、B兩垂線的坐標(biāo)。事

13、先布好導(dǎo)線，定向時(shí)只測各垂線的一個(gè)連接角和一條邊長。導(dǎo)線布設(shè)時(shí)，要求沿兩井方向布設(shè)延伸形，以減少距離帶來的橫向誤差。井下連接測量是在早已完成的導(dǎo)線兩端與垂線進(jìn)行聯(lián)測，只測一個(gè)角度和一條邊長。對井上、井下布設(shè)的導(dǎo)線事先要做誤差預(yù)計(jì)。根據(jù)使用的儀器、采用的測量方法、導(dǎo)線布設(shè)的方案，估算一次定向測量的中誤差，若不超過土20",這個(gè)方案才能使用。b）圖13-7二井定向內(nèi)業(yè)計(jì)算根據(jù)地面導(dǎo)線計(jì)算兩垂球線的坐標(biāo)，反算連線的方位角和a ab長度C。按導(dǎo)線的計(jì)算方法，計(jì)算xa、y和Xb、y反算AB的方位角。AB-(13-9)邊長B AB A假定井下導(dǎo)線為獨(dú)立坐標(biāo)系，以A點(diǎn)位原點(diǎn)，以A1為x'軸

14、，用導(dǎo)線計(jì)算方法計(jì)算出B點(diǎn)的坐標(biāo)，得x ' B y' B。反算AB的假定方位角。AB'(13-10)ffBAc和c'不相等一方面由于井上、井下不在一個(gè)高程面上，一方面由于測量誤差的存在,則地下邊長C '加上井深改正后與地面相應(yīng)邊長c的較差為：(13-11)式中：H井深；R 地球曲率半徑，為 6371km。f c不應(yīng)大于兩倍連接測量的中誤差。求出AB邊井上、井下兩方位角之差= aAB'AB= aA1井下導(dǎo)線各邊的假定方位角，加上,即可求得井下各導(dǎo)線邊的方位角。從而按以地面A點(diǎn)的坐標(biāo)xa、yA和aAB為起算數(shù)據(jù)，已改正后的導(dǎo)線各邊長S,計(jì)算井下導(dǎo)線的

15、坐標(biāo)增量，并求其閉合差。BABAB(13-12)ABA(13-13)其全長相對閉合差-容I級導(dǎo)線容 ，n級導(dǎo)線容 。在滿足精度要求的情況下，將fx、fY反符號按邊長成正比例分配在各坐標(biāo)增量上，然后計(jì)算井下導(dǎo)線上各點(diǎn)的坐標(biāo)。三、通過豎井傳遞高程將地面上的高程傳遞到地下去時(shí)，隨著隧道施工布置的不同，而采用不同的方法。這些方法是：1. 經(jīng)由橫洞傳遞高程2. 通過斜井傳遞高程3. 通過豎井傳遞高程通過洞口或橫洞傳遞高程時(shí)，可由地面向隧道中敷設(shè)水準(zhǔn)線路， 用一般水準(zhǔn)測量的方法 進(jìn)行。當(dāng)?shù)厣吓c地下系用斜井聯(lián)系時(shí)，按照斜井的坡度和長度的大小， 可采用水準(zhǔn)測量或三 角高程測量的方法進(jìn)行傳遞高程。現(xiàn)在討論通過豎

16、井傳遞高程的方法。1. 用鋼尺導(dǎo)入高程專用鋼尺的長度有100m 500m。導(dǎo)入高程時(shí)如圖13-8所示，使用長鋼尺通過井蓋放入 井下。鋼尺零點(diǎn)端掛一 10kg垂球。地面和井下分別安裝水準(zhǔn)儀，在水準(zhǔn)點(diǎn)A、B的水準(zhǔn)尺上讀數(shù)a和b',兩臺儀器在鋼尺上同時(shí)分別讀數(shù)b和a'。最后再在 A B水準(zhǔn)點(diǎn)上讀數(shù)，以復(fù)核原讀數(shù)是否有誤差。在井上、井下分別測定溫度t1、t2。由于鋼尺受客觀條件的影響，要加入尺長、溫度、拉力和鋼尺自重四項(xiàng)改正數(shù)。前兩項(xiàng) 改正與第4章計(jì)算相同?，F(xiàn)將拉力改正和鋼尺自重改正計(jì)算如下。拉力改正(13-14)式中：I = b a'P 施加垂球的重量；P 0標(biāo)準(zhǔn)拉力；E 鋼

17、尺的彈性模量，2 >106kg/cm2;f為鋼尺的橫斷面積，以cm2為單位。自重拉長改正YC - (13-15)3 式中：丫鋼尺單位體積的質(zhì)量，g/cm。井下B點(diǎn)高程HB= H陽(a b) + ( ' ' ) + Id + lt +3p+4c (13-16)當(dāng)井筒較深時(shí)，常用鋼絲代替鋼尺導(dǎo)入高程。首先在井口近處建立一比尺臺，在臺上與鋼絲并排固定一檢驗(yàn)的鋼尺，施以標(biāo)準(zhǔn)拉力P;比尺臺的一端設(shè)置手搖絞車，鋼絲繞在絞車上。經(jīng)過兩個(gè)小輪滑將鋼絲下放井下，掛上5kg左右重錘，當(dāng)驗(yàn)證鋼絲是自由懸掛于井筒中時(shí)，即可進(jìn)行測量。和鋼尺導(dǎo)入高程相似，在井上、井下分別安水準(zhǔn)儀，視線與鋼尺相交處各設(shè)一標(biāo)志。測量時(shí)慢慢提升鋼絲，利用比尺臺上鋼絲所移動的距離與井上、井下標(biāo)志所上升的長度相等的原理，用鋼尺量出井上、井下標(biāo)志間的長度，再加上必要的改正，算出高差，即可將高程導(dǎo) 入地下。2. 光電測距儀導(dǎo)入高程法用光電測距儀測出井深L1,即可將高程導(dǎo)入地下。如圖13-9所示。該法是將測距儀水平安置在井口一邊的地面上，在井口安置一直角棱鏡將光線轉(zhuǎn)折90°,發(fā)射到井下平放的反射鏡，測出測距儀至地下反射鏡的距離L(L = L1 + L2);在井口安置反射鏡，測出距離L2。分別測出井口和井下的反射鏡與水準(zhǔn)點(diǎn)A