豎井聯(lián)系測(cè)量

1、豎井聯(lián)系測(cè)量人民交通出版社一、豎井聯(lián)系測(cè)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)，可以縮短貫穿段的長(zhǎng)度，提高施工進(jìn)度。這時(shí)，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(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(cè)量。其中坐標(biāo)和方向的傳遞，稱為豎井定向測(cè)量。通過(guò)定向測(cè)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(guò)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(cè)量方法可分為以下四種：1.經(jīng)過(guò)一個(gè)豎井定向(簡(jiǎn)稱一井定向)；2.經(jīng)過(guò)兩個(gè)豎井定向(簡(jiǎn)稱兩井定向)；3.經(jīng)過(guò)橫洞(平坑)與斜井

2、的定向；4.應(yīng)用陀螺經(jīng)緯儀定向。豎井的聯(lián)系測(cè)量可通過(guò)一個(gè)井筒、也可同時(shí)通過(guò)兩個(gè)井筒進(jìn)行。這種聯(lián)系測(cè)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(cè)量可通過(guò)一個(gè)井筒、也可同時(shí)通過(guò)兩個(gè)井筒進(jìn)行。這種聯(lián)系測(cè)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)，大大縮短貫穿長(zhǎng)度。其作業(yè)方法與地面控制測(cè)量相同。斜井的聯(lián)系測(cè)量方法與平峒根本相同。不同處是隧道坡度較大，導(dǎo)線測(cè)量要注意坡度的影響。另外，斜井大局部為單頭掘進(jìn)，從洞口引進(jìn)的導(dǎo)線均為支導(dǎo)線，要加強(qiáng)檢核，以防止聯(lián)系測(cè)量出現(xiàn)錯(cuò)誤。由于陀螺儀

3、技術(shù)的飛速開展，在導(dǎo)航和測(cè)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(cè)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(cè)量是將地面高程引入地下，又稱導(dǎo)入高程。顯而易見(jiàn)，為使地下隧道(巷道)貫穿，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(duì)位置也必須正確無(wú)誤；地下建(構(gòu))筑物的相對(duì)關(guān)系，也必須精確。如此種種，說(shuō)明聯(lián)系測(cè)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(cè)算兩鋼絲的坐標(biāo)，同時(shí)在井下與永久控制點(diǎn)連接，如此到達(dá)將一點(diǎn)坐標(biāo)和一

4、個(gè)方向?qū)氲叵碌哪康?。定向工作分投點(diǎn)和連接測(cè)量?jī)删植?。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(dòng)，故投點(diǎn)分穩(wěn)定投點(diǎn)和擺動(dòng)投點(diǎn)。穩(wěn)定投點(diǎn)是指垂球的擺動(dòng)振幅不大于0.4mm時(shí)，即認(rèn)為垂球線是穩(wěn)定的，可進(jìn)行井上井下同時(shí)觀測(cè)；垂球擺動(dòng)振幅大于0.

5、4mm時(shí)，那么按照觀測(cè)擺動(dòng)的振幅度求出靜止位置，并將其固定。連續(xù)測(cè)量同時(shí)在地面和定向水平上對(duì)垂球線進(jìn)行觀測(cè)，地面觀測(cè)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(cè)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(cè)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(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(cè)、和、。測(cè)量邊長(zhǎng)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(diǎn)坐標(biāo)和DE邊的方位角，觀測(cè)三角形

6、的各邊長(zhǎng)a、b、c及角，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(zhǎng)度應(yīng)大于20m；C和C點(diǎn)應(yīng)盡可能在AB的延長(zhǎng)線上，即、和、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。圖13-6 用連接三角形法在井下定向水平角的觀測(cè)要用DJ6以上的經(jīng)緯儀，對(duì)中三次，具體要求見(jiàn)表13-1。水平角的觀測(cè)要求 (表13-1)儀器級(jí)別水平角觀測(cè)方法測(cè)回法測(cè)角中誤差半測(cè)回零差各測(cè)回互差重新對(duì)中測(cè)回間互差DJ2全圓方向觀測(cè)法3±6121272DJ6全圓方向觀測(cè)法6±123030 量邊要使用檢驗(yàn)過(guò)的鋼尺，施加標(biāo)準(zhǔn)拉力和測(cè)記溫

7、度。用鋼尺從不同起點(diǎn)丈量6次，讀至0.5mm，觀測(cè)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2mm。(3)內(nèi)業(yè)計(jì)算在CBA和ABC兩個(gè)三角形中，c和c為直接丈量的邊長(zhǎng)，同時(shí)也可用余弦定理進(jìn)行計(jì)算：c2算=a2+b2-2ab.cos c2算=a2+b2-2ab.cos因此，觀測(cè)值有一差值c=c測(cè)-c算c=c測(cè)-c算標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：地面上c不應(yīng)超過(guò)±2mm；地下c不應(yīng)大于±4mm。可用正弦定理計(jì)算、和、。sin=absinsin=bcsinsin'=a'csin'sin'=b'csin'

8、 (13-5)當(dāng)2°，178°時(shí)，上式可簡(jiǎn)化=ac=bc (13-6)式中地面觀測(cè)值，以秒計(jì)。當(dāng)20°時(shí)，178°時(shí)，可用正弦公式計(jì)算、。計(jì)算出、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(shè)、和、的中誤差分別為m、m、m、m那么井下一次獨(dú)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(cè)角的觀測(cè)誤差m、m，可采取措施保證其精度。、和、，是間接觀測(cè)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(diǎn)盡可能地選在兩垂球線連線的延長(zhǎng)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(cè)精度，并使C點(diǎn)盡量靠近垂球線，以減小a、b長(zhǎng)度。垂球線的投向誤差。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，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(cè)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(cè)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(zhǎng)，按式=±ec 計(jì)算，投向誤差會(huì)大大減小。設(shè)點(diǎn)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(diǎn)。因此，但凡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。1 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(cè)時(shí)間也短。連接測(cè)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；假設(shè)距離較遠(yuǎn)時(shí)，兩井可分別建立近井點(diǎn)。地面測(cè)量時(shí)，首先根據(jù)近井點(diǎn)和方位角，測(cè)定A、B兩垂線的坐標(biāo)。事先布好導(dǎo)線，定向時(shí)只測(cè)各垂線的一個(gè)連接角和一條邊長(zhǎng)。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(lái)的

12、橫向誤差。井下連接測(cè)量是在早已完成的導(dǎo)線兩端與垂線進(jìn)行聯(lián)測(cè)，只測(cè)一個(gè)角度和一條邊長(zhǎng)。對(duì)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(cè)量方法、導(dǎo)線布設(shè)的方案，估算一次定向測(cè)量的中誤差，假設(shè)不超過(guò)±20，這個(gè)方案才能使用。圖13-7 二井定向 (3)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AB長(zhǎng)度c。按導(dǎo)線的計(jì)算方法，計(jì)算xA、yA和xB、yB反算AB的方位角。aAB=tan-1yB-yAxB-xA (13-9)邊長(zhǎng)c=(xB-xA)2+(yB-yA)2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，用導(dǎo)線計(jì)算方法計(jì)算出B點(diǎn)的坐標(biāo)，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(gè)高程面上，一方面由于測(cè)量誤差的存在，那么地下邊長(zhǎng)c加上井深改正后與地面相應(yīng)邊長(zhǎng)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(yīng)大于兩倍連接測(cè)量的中誤差。求出AB邊井上、井下兩方位角之差aaABaABaA1井下導(dǎo)線各邊的假定方位角，加上a，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(zhǎng)Si，計(jì)算井

14、下導(dǎo)線的坐標(biāo)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(zhǎng)相對(duì)閉合差fXSK容級(jí)導(dǎo)線K容14000，級(jí)導(dǎo)線K容12000。在滿足精度要求的情況下，將fX、fY反符號(hào)按邊長(zhǎng)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(guò)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(guò)斜井傳遞高程3.通過(guò)豎井傳遞高程通過(guò)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(cè)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

15、坡度和長(zhǎng)度的大小，可采用水準(zhǔn)測(cè)量或三角高程測(cè)量的方法進(jìn)行傳遞高程?，F(xiàn)在討論通過(guò)豎井傳遞高程的方法。1.用鋼尺導(dǎo)入高程專用鋼尺的長(zhǎng)度有100m、500m。導(dǎo)入高程時(shí)如圖13-8所示，使用長(zhǎng)鋼尺通過(guò)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(tái)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(cè)定溫度t1、t2。由于鋼尺受客觀條件的影響，要參加尺長(zhǎng)、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lP=l(P-P0)EF (13-1

16、4)式中：lba； P施加垂球的重量； P0標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)改正lC=l22E (13-15)式中：鋼尺單位體積的質(zhì)量，g/cm3。井下B點(diǎn)高程HBHA(ab)(ab)ld ltlplc (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(tái)，在臺(tái)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(tái)的一端設(shè)置手搖絞車，鋼絲繞在絞車上。經(jīng)過(guò)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(cè)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(cè)量時(shí)慢慢提升鋼絲，利用比尺臺(tái)上鋼絲所移動(dòng)的距離與井上、井下標(biāo)志所上升的長(zhǎng)度相等的原理，用鋼尺量出井上、井下標(biāo)志間的長(zhǎng)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(cè)距儀導(dǎo)入高程法用光電測(cè)距儀測(cè)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(cè)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(cè)出測(cè)距儀至地下反射鏡的距離L(LL1L2)；在井口安置反射鏡，測(cè)