豎井聯(lián)系測量

1、豎井聯(lián)系測量人民交通出版社一、豎井聯(lián)系測量的任務在隧道施工中，常用豎井在隧道中間增加掘進工作面，從多面同時掘進，可以縮短貫穿段的長度，提高施工進度。這時，為了保證相向開挖面能正確貫穿，就必須將地面控制網(wǎng)中的坐標、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)一的坐標系統(tǒng)。而通過高程傳遞那么使地下高程系統(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以下四種：1.經(jīng)過一個豎井定向(簡稱一井定向)；2.經(jīng)過兩個豎井定向(簡稱兩井定向)；3.經(jīng)過橫洞(平坑)與斜井

2、的定向；4.應用陀螺經(jīng)緯儀定向。豎井的聯(lián)系測量可通過一個井筒、也可同時通過兩個井筒進行。這種聯(lián)系測量是利用地上、地下控制點之間的幾何關系將坐標、方向和高程引入地下，故稱幾何定向。平峒的聯(lián)系測量可通過一個井筒、也可同時通過兩個井筒進行。這種聯(lián)系測量是利用地上、地下控制點之間的幾何關系將坐標、方向和高程引入地下。由于平峒隧道有進口和出口，導線和水準線路可從隧道兩端引進，大大縮短貫穿長度。其作業(yè)方法與地面控制測量相同。斜井的聯(lián)系測量方法與平峒根本相同。不同處是隧道坡度較大，導線測量要注意坡度的影響。另外，斜井大局部為單頭掘進，從洞口引進的導線均為支導線，要加強檢核，以防止聯(lián)系測量出現(xiàn)錯誤。由于陀螺儀

3、技術的飛速開展，在導航和測量工作中已被廣泛應用。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、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，又稱導入高程。顯而易見，為使地下隧道(巷道)貫穿，地上、地下的控制點必須在同一個坐標系統(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)筑物的相對關系，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，同時在井下與永久控制點連接，如此到達將一點坐標和一

4、個方向導入地下的目的。定向工作分投點和連接測量兩局部。投點投點所用垂球的重量與鋼絲的直徑隨井深而異。井深小于100m時，垂球重3050kg；大于100m時為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90100kg；=2.0mm，球重達360370kg。投點時，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，故投點分穩(wěn)定投點和擺動投點。穩(wěn)定投點是指垂球的擺動振幅不大于0.4mm時，即認為垂球線是穩(wěn)定的，可進行井上井下同時觀測；垂球擺動振幅大于0.

5、4mm時，那么按照觀測擺動的振幅度求出靜止位置，并將其固定。連續(xù)測量同時在地面和定向水平上對垂球線進行觀測，地面觀測是為了求得兩垂球線的坐標及其連線的方位角；井下觀測是以兩垂球的坐標和方位角推算導線起始點的坐標和起始邊的方位角。連接測量的方法很多，但普遍使用的是連接三角形法。圖13-5 豎井定向如圖13-6所示，D點與C點分別為地面上近井點和連接點。A、B為兩垂球線，C、D和E為地下永久導線點。在井上下分別分別安置經(jīng)緯儀于C和C點，觀測、和、。測量邊長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ABC和ABC。由圖可看出，D點坐標和DE邊的方位角，觀測三角形

6、的各邊長a、b、c及角，就可推算井下導線起始邊的方位角和D點的坐標。選擇C和C時應滿足如下要求:CD和CD長度應大于20m；C和C點應盡可能在AB的延長線上，即、和、不應大于2°。b/c、b/c一般應小于1.5，即C和C應盡量靠近垂球線。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。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DJ2全圓方向觀測法3±6121272DJ6全圓方向觀測法6±123030 量邊要使用檢驗過的鋼尺，施加標準拉力和測記溫

7、度。用鋼尺從不同起點丈量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果。井上、井下同時量得兩垂球線之間的間距之差不得大于2mm。(3)內(nèi)業(yè)計算在CBA和ABC兩個三角形中，c和c為直接丈量的邊長，同時也可用余弦定理進行計算：c2算=a2+b2-2ab.cos c2算=a2+b2-2ab.cos因此，觀測值有一差值c=c測-c算c=c測-c算標準規(guī)定：地面上c不應超過±2mm；地下c不應大于±4mm?？捎谜叶ɡ碛嬎?、和、。sin=absinsin=bcsinsin'=a'csin'sin'=b'csin'

8、 (13-5)當2°，178°時，上式可簡化=ac=bc (13-6)式中地面觀測值，以秒計。當20°時，178°時，可用正弦公式計算、。計算出、之后，用導線計算方法計算井下導線點的坐標和起始方位角時，盡量按銳角線路推算，如選擇DCABCD線路。xC'=xC+xCA+xAB+xBC'yC'=yC+yCA+yAB+yBC'aC'D'=aDC+-+'+'+4×180° (13-7)(4)一井定向的誤差定向誤差包括：·地面的連續(xù)誤差m上；·地下的連續(xù)誤差m下

9、；·投向誤差。在式13-7中，設、和、的中誤差分別為m、m、m、m那么井下一次獨立定向的定向邊CD方位角的中誤差為M2(CD)m2(DC)m2m2m2m22 13-8在式中(13-8)中，起始方位角的中誤差m(CD)與聯(lián)測角的觀測誤差m、m，可采取措施保證其精度。、和、，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(、和、)，在2°3°之間，故C和C點盡可能地選在兩垂球線連線的延長線上(如圖13-6)。由式(13-5)可知，、(、)角的誤差大小，取決于m的大小和a/c，

10、b/c的比值。盡可能保證角的觀測精度，并使C點盡量靠近垂球線，以減小a、b長度。垂球線的投向誤差。由于井筒中垂球線受風流、滴水、鋼絲的彈性等因素的影響，而發(fā)生偏斜，產(chǎn)生投點誤差，由此引起兩垂球連線方向的偏差，稱投向誤差。在一井定向中必須重視。2.兩井定向當有兩個豎井，井下有巷道相通，并能進行測量時，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，形成一個閉合環(huán)(圖13-7)，從而把地面坐標系的平面坐標和方位角引測到井下，此即兩井定向。由于A、B兩垂球線之間的距離c較長，按式=±ec 計算，投向誤差會大大減小。設點誤差e為1mm，A、B之間為50mm，那么投向誤差為：=&#

11、177;ec =1×20625650000=±4.1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。因此，但凡能用兩井定向的隧道、礦井，都應采用兩井定向。兩井定向的方法與一井定向大致相同。1 投點投點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，投點占用井筒的時間更短，觀測時間也短。連接測量如圖13-7，兩豎井之間的距離較小時，可在兩井之間建立一個近井點C；假設距離較遠時，兩井可分別建立近井點。地面測量時，首先根據(jù)近井點和方位角，測定A、B兩垂線的坐標。事先布好導線，定向時只測各垂線的一個連接角和一條邊長。導線布設時，要求沿兩井方向布設延伸形，以減少距離帶來的

12、橫向誤差。井下連接測量是在早已完成的導線兩端與垂線進行聯(lián)測，只測一個角度和一條邊長。對井上、井下布設的導線事先要做誤差預計。根據(jù)使用的儀器、采用的測量方法、導線布設的方案，估算一次定向測量的中誤差，假設不超過±20，這個方案才能使用。圖13-7 二井定向 (3)內(nèi)業(yè)計算根據(jù)地面導線計算兩垂球線的坐標，反算連線的方位角和AB長度c。按導線的計算方法，計算xA、yA和xB、yB反算AB的方位角。aAB=tan-1yB-yAxB-xA (13-9)邊長c=(xB-xA)2+(yB-yA)2假定井下導線為獨立坐標系，以A點位原點，以A1為x軸，用導線計算方法計算出B點的坐標，得xB、yB。反

13、算AB的假定方位角。aAB'=tan-1yB'xB' (13-10)c'=y'B2+x'A2 c和c不相等一方面由于井上、井下不在一個高程面上，一方面由于測量誤差的存在，那么地下邊長c加上井深改正后與地面相應邊長c的較差為：fc=c-c'+HRc (13-11)式中：H井深； R地球曲率半徑，為6371km。fc不應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aaABaABaA1井下導線各邊的假定方位角，加上a，即可求得井下各導線邊的方位角。從而按以地面A點的坐標xA、yA和aAB為起算數(shù)據(jù)，已改正后的導線各邊長Si，計算井

14、下導線的坐標增量，并求其閉合差。fx=ABx-(xB-xA)fy=ABy-(yB-yA) (13-12)fs=fX2+fY2 (13-13)其全長相對閉合差fXSK容級導線K容14000，級導線K容12000。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增量上，然后計算井下導線上各點的坐標。三、通過豎井傳遞高程將地面上的高程傳遞到地下去時，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，可由地面向隧道中敷設水準線路，用一般水準測量的方法進行。當?shù)厣吓c地下系用斜井聯(lián)系時，按照斜井的

15、坡度和長度的大小，可采用水準測量或三角高程測量的方法進行傳遞高程?，F(xiàn)在討論通過豎井傳遞高程的方法。1.用鋼尺導入高程專用鋼尺的長度有100m、500m。導入高程時如圖13-8所示，使用長鋼尺通過井蓋放入井下。鋼尺零點端掛一10kg垂球。地面和井下分別安裝水準儀，在水準點A、B的水準尺上讀數(shù)a和b，兩臺儀器在鋼尺上同時分別讀數(shù)b和a。最后再在A、B水準點上讀數(shù)，以復核原讀數(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，要參加尺長、溫度、拉力和鋼尺自重四項改正數(shù)。前兩項改正與第4章計算相同?，F(xiàn)將拉力改正和鋼尺自重改正計算如下。拉力改正lP=l(P-P0)EF (13-1

16、4)式中：lba； P施加垂球的重量； P0標準拉力； E鋼尺的彈性模量，2×106kg/cm2； F為鋼尺的橫斷面積，以cm2為單位。自重拉長改正lC=l22E (13-15)式中：鋼尺單位體積的質量，g/cm3。井下B點高程HBHA(ab)(ab)ld ltlplc (13-16)當井筒較深時，常用鋼絲代替鋼尺導入高程。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的鋼尺，施以標準拉力P；比尺臺的一端設置手搖絞車，鋼絲繞在絞車上。經(jīng)過兩個小輪滑將鋼絲下放井下，掛上5kg左右重錘，當驗證鋼絲是自由懸掛于井筒中時，即可進行測量。和鋼尺導入高程相似，在井上、井下分別安水準儀，視線與鋼尺相交處各設一標志。測量時慢慢提升鋼絲，利用比尺臺上鋼絲所移動的距離與井上、井下標志所上升的長度相等的原理，用鋼尺量出井上、井下標志間的長度，再加上必要的改正，算出高差，即可將高程導入地下。2.光電測距儀導入高程法用光電測距儀測出井深L1,即可將高程導入地下。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(LL1L2)；在井口安置反射鏡，測