豎井聯(lián)系測量

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)豎井聯(lián)系測量豎井聯(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)

2、豎井定向(簡稱兩井定向)；3.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

3、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(duì)位置也必須正確無誤；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

4、面測算兩鋼絲的坐標(biāo)， 同時(shí)在井下與永久控制點(diǎn)連接， 如此達(dá)到將一點(diǎn)坐標(biāo)和一個(gè)方向?qū)氲叵碌哪康?。定向工作分投點(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(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

5、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； 垂球擺動(dòng)振幅大于 0.4mm 時(shí)， 則按照觀測擺動(dòng)的振幅度求出靜止位置，精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)并將其固定。連續(xù)測量同時(shí)在地面和定向水平上對(duì)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。GS1GS2S2S3S1aa1b1A0S2S3S1a11a2b2B0A1B1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

6、 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、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， 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、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。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注

7、-專業(yè)CEBDADFCdbacabd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(duì)中三次，具體要求見表 13-1。水平角的觀測要求水平角的觀測要求(表 13-1)儀器級(jí)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(duì)中測回間互差DJ2全圓方向觀測法36121272DJ6全圓方向觀測法6123030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 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 2mm。(3)內(nèi)業(yè)計(jì)算在CBA 和ABC兩個(gè)三角形中，c 和 c為

8、直接丈量的邊長，同時(shí)也可用余弦定理進(jìn)行計(jì)算：c2算=a2+b2-2ab.cosc2算=a2+b2-2ab.cos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2mm；地下c不應(yīng)大于4mm。可用正弦定理計(jì)算、和、。sin =absinsin =bcsinsin=acsinsin=bcsin(13-5)當(dāng)2，178時(shí)，上式可簡化 =ac =bc(13-6)式中地面觀測值，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。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)

9、?C= ?C+ ?CA+ ?AB+ ?BC?C= ?C+ ?CA+ ?AB+ ?BC?CD= ?DC+ + + + 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；投向誤差。在式（13-7）中，設(shè)、和、的中誤差分別為 m、m、m、m則井下一次獨(dú)立定向的定向邊 CD方位角的中誤差為M2(CD)m2 2(DC)(DC)m2 2m2 2m2 2m2 22 2（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

10、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 23之間，故 C 和 C點(diǎn)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，b/c 的比值。盡可能保證角的觀測精度，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。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

11、，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? =?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，則投向誤差為：? =?=1=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，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

12、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。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)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20，這個(gè)方案才能使用。BAC2431a)b)2431CAB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

13、長度 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。?AB= tan1?(13-9)邊長? =(?B ?A)2+ (?B ?A)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。反算 AB 的假定方位角。?AB= tan1?(13-10)?=?B2+ ?A2c 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：?c= ? ?+?(13-11)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)式中：H井深；R地球曲率半徑，為

14、 6371km。fc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 Si，計(jì)算井下導(dǎo)線的坐標(biāo)增量，并求其閉合差。?x=AB?x? (xB xA)?y=AB?y? (yB yA)(13-12)?s=?X2+ ?Y2(13-13)其全長相對(duì)閉合差?X? ?容級(jí)導(dǎo)線?容14000，級(jí)導(dǎo)線?容12000。在滿足精度要求的情況下，將 fX、fY反符號(hào)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

15、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?，F(xiàn)在討論通過豎井傳遞高程的方法。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(tái)

16、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?P=?(PP0)EF(13-14)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，2106kg/cm2；F為鋼尺的橫斷面積，以 cm2為單位。自重拉長改正?C=?22E(13-15)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)式中：鋼尺單位體積的質(zhì)量，g/cm3。井下 B 點(diǎn)高程HBHA(ab)(ab)l

17、dltlplc(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(tái)上鋼絲所移動(dòng)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(LL1L2)；在井口安置反射鏡，測出距離 L2