市政工程地鐵隧道貫通測量方法及技術(shù)

市政工程地鐵隧道貫通測量方法及技術(shù)

趙玉玲河北工程大學(xué)5.1概述5.1.1貫通測量的概念和方法所謂貫通測量，就是采用兩個(gè)或多個(gè)相向或同向掘進(jìn)的工作面，同時(shí)掘進(jìn)同一巷道，使其按照設(shè)計(jì)要求在預(yù)定地點(diǎn)正確接通而進(jìn)行的測量工作。巷道貫通常用形式有如下三種(圖5-1)：1)兩個(gè)工作面相向掘進(jìn)，叫做相向貫通，見圖5-1(a)；2)從巷道的一端向另一端的指定地點(diǎn)掘進(jìn)，叫做單向貫通，見圖5-1(b)；3)兩個(gè)工作面同向掘進(jìn)，叫做同向貫通或追隨貫通，見圖5-1(c)。圖5-1巷道貫通的形式(c)同向貫通(b)單向貫通(a)相雙向貫通貫通測量工作中一般應(yīng)當(dāng)遵循下列原則：(1)要在確定測量方案和測量方法時(shí)，保證貫通所必須的精度，既不能因精度過低而使巷道不能正確貫通，也不能因盲目追求過高精度而增加測量工作量和成本。(2)對所完成的每一步測量工作都應(yīng)當(dāng)有客觀獨(dú)立的檢查校核，尤其要杜絕粗差。5.1.2貫通測量的種類和容許偏差井巷貫通一般分為一井內(nèi)巷道貫通、兩井之間的巷道貫通和立井貫通三種類型。凡是由井下一條導(dǎo)線起算邊開始，能夠敷設(shè)井下導(dǎo)線到達(dá)貫通巷道兩瑞的，均屬于一井內(nèi)的巷道貫道。兩井間的巷道貫通，是指在巷道貫通前不能由井下的一條起算邊向貫通巷道的兩端敷設(shè)井下導(dǎo)線，而只能由兩個(gè)井口，通過地面連測、聯(lián)系測量，再布設(shè)井下導(dǎo)線到待貫通巷道兩端的貫通。立井貫通主要包括從地面及井下相向開鑿的立井貫通和延深立井時(shí)的貫通。貫通巷道接合處的偏差值，可能發(fā)生在三個(gè)方向上：1、水平面內(nèi)沿巷道中線方向上的長度偏差。2、水平面內(nèi)垂直于巷道中線的左、右偏差。見圖5-2（a）。3、豎直面內(nèi)垂直于巷道腰線的上、下偏差。見圖5-2（b）。中線中線腰線腰線（a）巷道平面圖（b）巷道剖面圖圖5-2貫通容許偏差圖對于立井貫通來說，影響貫通質(zhì)量的是平面位置偏差，即上、下兩段待貫通的井筒中心線之間在水平面內(nèi)投影的偏差(見圖5-3)。水平投影上段井筒下段井筒豎直投影圖5-3立井貫通偏差圖5.1.3貫通測量工作作的步驟貫通測量工作作通常依照以以下的工作步步驟(1)調(diào)查了解待貫貫通巷道的實(shí)實(shí)際情況，根根據(jù)貫通的容容許偏差，選選擇合理的測測量方案與測測量方法。對重要的貫貫通工程，要要編制貫通測量量設(shè)計(jì)書，進(jìn)進(jìn)行貫通測量量誤差預(yù)計(jì)，，以驗(yàn)證所選選擇的測量方方案、測量儀儀器和方法的的合理性。關(guān)于貫通測量量設(shè)計(jì)書的編編制及貫通測測量誤差預(yù)計(jì)計(jì)見第十章。。(2)依據(jù)選定的測測量方案和方方法，進(jìn)行施測和和計(jì)算，每一一施測和計(jì)算算環(huán)節(jié)，均須須有獨(dú)立可靠靠的檢核，并并要將施測的的實(shí)際測量精精度與原設(shè)計(jì)計(jì)書中要求的的精度進(jìn)行比比較。若發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)測精度低低于設(shè)計(jì)中所所要求的精度度時(shí)，應(yīng)當(dāng)分分析其原因，，并采取提高高實(shí)測精度的的相應(yīng)措施，，返工重測。。(3)根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)據(jù)計(jì)算貫通巷巷道的標(biāo)定幾幾何要素，并并實(shí)地標(biāo)定巷巷道的中線和和腰線。(4)根據(jù)掘進(jìn)巷道道的需要，及及時(shí)延長巷道道的中線和腰腰線，定期進(jìn)進(jìn)行檢查測量量和填圖，并按照測量量結(jié)果及時(shí)調(diào)調(diào)整中線和腰腰線。(5)巷道貫通之后后，應(yīng)立即測量出實(shí)際的的貫通偏差值值，并將兩端端的導(dǎo)線連接接起來，計(jì)算算各項(xiàng)閉合差差。此外，還應(yīng)對對最后一段巷巷道的中腰線線進(jìn)行調(diào)整。。(6)重大貫通工程程完成后，應(yīng)應(yīng)對貫通測量工工作進(jìn)行精度度分析與精度度評定，寫出出總結(jié)。（二）貫通測測量設(shè)計(jì)書的的編制編制測量設(shè)計(jì)計(jì)書，主要任任務(wù)是選擇合合理的測量方方案和測量方方法。貫通測測量設(shè)計(jì)書可可參照下列提提綱編寫。1.井巷貫通工程程概述包括井巷貫通通工程的目的的、任務(wù)和要要求，貫通容容許偏差值的的確定，并附附比例尺不小小于1：2000的井巷貫通工工程圖。2.貫通測量方案案的選定包括地面控制制測量、礦井井聯(lián)系測量及及井下控制測測量的方案，，并要說明所所采用的測量量起始數(shù)據(jù)的的情況。3.貫通測量方法法包括所采用的的儀器、測量量方法及其限限差規(guī)定。4.貫通測量誤差差設(shè)計(jì)繪制比例尺不不小于1：2000的貫通測量設(shè)設(shè)計(jì)平面圖，，在圖上繪出出與工程有關(guān)關(guān)的巷道和地地面及井下測測量控制點(diǎn)，，確定測量誤誤差參數(shù)，并并進(jìn)行誤差預(yù)預(yù)計(jì)。采用兩兩倍的中誤差差作為預(yù)計(jì)誤誤差，預(yù)計(jì)誤誤差不應(yīng)超過過規(guī)定的容許許偏差值。5、貫通測量中中應(yīng)注意的問問題和應(yīng)采取取的相應(yīng)措施施5.2一井內(nèi)巷道貫貫通測量由井下一條導(dǎo)導(dǎo)線起算邊開開始，能夠敷敷設(shè)井下導(dǎo)線線到達(dá)貫通巷巷道兩瑞的，，均屬于一井井內(nèi)的巷道貫貫道。不論何種貫貫通，均需事事先求算出貫貫通巷道中心心線的坐標(biāo)方方位角、腰線線的傾角(坡度)、貫通距離和和巷道兩端點(diǎn)點(diǎn)處的指向角角等要素，這這些要素統(tǒng)稱稱為貫通測量的幾幾何要素，它它們是標(biāo)定巷道道中、腰線所所必需的數(shù)據(jù)據(jù)，需要正確確計(jì)算。5.2.1一井內(nèi)相向貫貫通如圖5-4中，假設(shè)要在在上、下平巷巷的A點(diǎn)與B點(diǎn)之間貫通二二號(hào)下山，圖圖中用虛線所所表示的巷道道。其測量和和計(jì)算工作如如下：上平巷下平巷一號(hào)下山二號(hào)下山ACDB圖5-4一井內(nèi)相向貫通(1)根據(jù)設(shè)計(jì)，從從井下某一條條導(dǎo)線邊開始始，測設(shè)經(jīng)緯緯儀導(dǎo)線到待待貫通巷道的的兩端處，并并進(jìn)行井下高高程測量，然然后計(jì)算出A、B兩點(diǎn)的坐標(biāo)及及高程，以及及CA、BD兩條導(dǎo)線邊的的坐標(biāo)方位角角aCA和aBD。(2)計(jì)算標(biāo)定數(shù)據(jù)據(jù)：貫通巷道中心心線AB的坐標(biāo)方位角角計(jì)算AB邊的水平長度度計(jì)算指向角計(jì)算貫通巷道道的坡度計(jì)算貫通巷道道的斜長(實(shí)際貫通長度度)[例5-1]如圖5-4，為貫通巷道道AB，在上、下平平巷及一號(hào)上上山內(nèi)布設(shè)經(jīng)經(jīng)緯儀導(dǎo)線，，設(shè)已求得A、B兩點(diǎn)坐標(biāo)為（（395293.580，78284.723）和（395157.435，78325.314），且AC、BD邊的坐標(biāo)方位位角分別為和A點(diǎn)高程為-121.931m，B點(diǎn)高程為-92.225m，試計(jì)算貫通通幾何要素？？解：貫通巷道道中線的方位位角貫通巷道的水水平長度貫通巷道的斜斜長貫通巷道的坡坡度A、B點(diǎn)處的指向角角分別為根據(jù)以上計(jì)算算數(shù)據(jù)，便可可以在待貫通通巷道兩端A、B兩點(diǎn)處分別標(biāo)標(biāo)定巷道掘進(jìn)進(jìn)的中、腰線線，指使巷道道向前掘進(jìn)。。5.2.2一井內(nèi)的單向向貫通及開切切位置的確定定圖5-5一井內(nèi)單向貫通A113254678上平巷下平巷一號(hào)下山二號(hào)下山1B12109①計(jì)算A點(diǎn)的平面坐標(biāo)標(biāo)xA及yA，可列出11-12邊和A-B邊兩條直線的的方程式：聯(lián)立解此方程程式，可得P點(diǎn)平面坐標(biāo)(xA,yA)。為了檢核，可可再求算A點(diǎn)到12點(diǎn)的平距SA-12并檢查是否滿滿足S11-A+SA-12=S11-12，有了S11-A和SA-12，即可在上平平巷中標(biāo)定出出二號(hào)下山的的開切點(diǎn)A。③計(jì)算AB間的平距④計(jì)算A點(diǎn)處的指向角角⑤計(jì)算AB的坡度⑥計(jì)算貫通巷巷道的斜長(實(shí)際貫通長度度)5.3兩井間巷道貫貫通測量兩井間的巷道道貫通，是指在巷道道貫通前不能能由井下的一一條起算邊向向貫通巷道的的兩端敷設(shè)井井下導(dǎo)線，只只能在兩井間間通過地面連連測、聯(lián)系測測量，再在井井下布設(shè)導(dǎo)線線至待貫通巷巷道兩端的貫貫通。為保證兩井井之間巷道道的正確貫貫通，兩井井的測量數(shù)數(shù)據(jù)必須采采用統(tǒng)一的的坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)。兩井間巷道道貫通一般般包含以下下幾個(gè)步驟驟:1、兩井間的地地面連測兩井間地面面連測的目目的是為了了確定兩井井近井點(diǎn)的的坐標(biāo)和高高程。地面面連測的方方式可以采采用導(dǎo)線測測量、三角角網(wǎng)插點(diǎn)或或GPS測量，同時(shí)時(shí)進(jìn)行相應(yīng)應(yīng)的水準(zhǔn)測測量。2、兩井分別進(jìn)進(jìn)行聯(lián)系測測量對兩井分別別進(jìn)行聯(lián)系系測量的目目的是為了了將地面的的坐標(biāo)、方方位和高程程傳遞到井井下去，以以確定井下下導(dǎo)線起始始邊的方位位角以及井井下定向基基點(diǎn)的平面面坐標(biāo)和高高程。3、井下導(dǎo)線測測量和高程程測量井下導(dǎo)線測測量和高程程測量從由由地面?zhèn)鬟f遞到井下的的井下基準(zhǔn)準(zhǔn)點(diǎn)和起始始邊開始。。4、計(jì)算巷道貫貫通幾何要要素并進(jìn)行行實(shí)地標(biāo)定定根據(jù)井下導(dǎo)導(dǎo)線測量和和水準(zhǔn)測量量求得的待待貫通巷道道兩端處在在中線點(diǎn)上上的坐標(biāo)和和高程，按按照一井內(nèi)內(nèi)貫通的計(jì)計(jì)算方法，，計(jì)算出待待貫通巷道道的掘進(jìn)方方向和坡度度等貫通幾幾何要素，，并在實(shí)地地進(jìn)行標(biāo)定定，在掘進(jìn)進(jìn)過程中應(yīng)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行行檢查和調(diào)調(diào)整巷道的的掘進(jìn)方向向和坡度，，直到巷道道完全貫通通為止。5.4豎（立）井井貫通測量量豎（立）井井貫通有兩兩種最常見見的情況，，一種是從地地面及井下下相向開鑿鑿的豎井貫貫通；另一一種是延深深豎井時(shí)的的貫通。下面分別加加以介紹。。井底車場副井一號(hào)立井主井運(yùn)輸大巷圖5-6立井相向開鑿圖OP5.4.1從地面和井井下相向開開鑿的立井井貫通如圖5-6所示，在距距離主、副副井較遠(yuǎn)處處的井田邊邊界附近要要新開鑿一一號(hào)立井，，并決定采采用相向開開鑿方式貫貫通。一方方面從地面面向下開鑿鑿，另一方方面同時(shí)由由原運(yùn)輸大大巷繼續(xù)向向三號(hào)井方方向掘進(jìn)，，開鑿?fù)耆?hào)立井的的井底車場場后，在井井底車場巷巷道中標(biāo)定定出三號(hào)井井筒的中心心位置，由由此位置以以小斷面向向上開鑿反反井，待與與上部貫通通后，再按按設(shè)計(jì)的全全斷面刷大大成井，當(dāng)當(dāng)然也可以以全斷面相相向貫通，，但這樣會(huì)會(huì)對貫通精精度要求更更高，從而而增大測量量的工作量量和難度。。這時(shí)的測量量工作內(nèi)容容簡述如下下：(1)進(jìn)行地面連連測，建立立主、副井井和三號(hào)井井的近井點(diǎn)點(diǎn)。地面連測方方案可視兩兩井間的距距離、地形形情況以及及礦上現(xiàn)有有儀器設(shè)備備條件而定定。(2)以一號(hào)立井井的近井點(diǎn)點(diǎn)為依據(jù)，，實(shí)地標(biāo)出出井簡中心心(井中)的位置，指指示井簡由由地面向下下開鑿。(3)通過主副井井進(jìn)行聯(lián)系系測量，確確定井下導(dǎo)導(dǎo)線起始邊邊的坐標(biāo)方方位角及起起始點(diǎn)的坐坐標(biāo)。(4)在井下沿運(yùn)運(yùn)輸大巷測測設(shè)導(dǎo)線，，直到三號(hào)號(hào)井的井底底車場出口口P點(diǎn)。(5)根據(jù)三號(hào)井井的井底車車場設(shè)計(jì)的的巷道布置置圖，編制制井底車場場設(shè)計(jì)導(dǎo)線線。5.4.2延深立井時(shí)時(shí)的貫通圖5-7立井延伸貫通圖一號(hào)立井大下山輔助下山一水平二水平就圖5-7所示的立井井延深貫通通測量來說說，其主要要測量工作作包括；(1)在一水平測測出一號(hào)井井井簡底部部在該水平平的實(shí)際中中心O1點(diǎn)的坐標(biāo)，而不能采采用地面井井中的坐標(biāo)標(biāo)，更不能能采用原來來的設(shè)計(jì)井井中坐標(biāo)作作為貫通的的依據(jù)。因因?yàn)榫膊徊豢赡芡耆U直而且且有可能變變形，而延延深的井簡簡是要和一一水平的一一號(hào)井井簡簡底部相接接的。(2)從一水平井井底車場中中的起始導(dǎo)導(dǎo)線邊開始始，沿大巷和大大下山測設(shè)設(shè)導(dǎo)線到二二水平，直直到一號(hào)井井井簡的下下方，并在在二水平標(biāo)標(biāo)定出井筒筒中心O3點(diǎn)，指示井井簡由下向向上開鑿。。(3)從一水平井井底車場中中的起始導(dǎo)導(dǎo)線邊開始始，沿大巷和輔輔助下山測測設(shè)導(dǎo)線到到達(dá)一號(hào)井井巖柱下方方，標(biāo)定出出井簡中心心O2點(diǎn)，指示井井簡由上向向下掘進(jìn)。。(4)一號(hào)井簡延延深部分的的上、下兩兩端相向掘掘進(jìn)到只剩剩下10-15m時(shí)，要書面通知知有關(guān)單位位，停止一一端的掘進(jìn)進(jìn)作業(yè)，采采取相應(yīng)安安全措施。。上、下兩兩端貫通后后，再去掉掉巖柱。最最終使一號(hào)號(hào)井由一水水平延深到到二水平。。5.5貫通實(shí)際偏偏差的測定定及調(diào)整巷道貫通后后，實(shí)際偏偏差的測定定是一項(xiàng)重重要的工作作，它具有有以下意義義。(1)對巷道貫通通的結(jié)果作作出最后的的評定；(2)用實(shí)際數(shù)據(jù)據(jù)檢查測量量工作的成成果，從而而驗(yàn)證貫通通測量誤差差預(yù)計(jì)的正正確程度，，以豐富貫貫通測量的的理論和經(jīng)經(jīng)驗(yàn)；(3)通過貫通后后的連測，可使兩端端原來沒有有形成閉合合或附合條條件的井下下測量控制制網(wǎng)有了可可靠的檢核核，并可以以進(jìn)行平差差和精度評評定，以確確定實(shí)測的的精度；(4)作為巷道中中腰線最后后調(diào)整的依依據(jù)。5.5.1貫通后實(shí)際際偏差的測測定1.平斜巷貫通通時(shí)水平面面內(nèi)偏差的的測定(1)用全站儀或或經(jīng)緯儀把把兩端巷道道的中心線線都延長到到巷道貫通通接合面上上，量出兩兩中心線之之間的距離離d，其大小就是是貫通巷道道在水平面面內(nèi)的實(shí)際際偏差，如如圖5-8所示。(2)將巷道兩端端的導(dǎo)線進(jìn)進(jìn)行連測，，求出閉合合邊的坐標(biāo)標(biāo)方位角的的差值和坐坐標(biāo)閉合差差，這些差值實(shí)實(shí)際上也反反映了貫通通平面測量量的精度。。中線中線圖5-8水平偏差測定2.平斜巷貫通通時(shí)豎立面面內(nèi)偏差的的測定(1)用水準(zhǔn)儀測測出或用小小鋼尺直接接量出兩端端腰線在貫貫通接合面面處的差值值，其大小就是是貫通在豎豎直面內(nèi)的的實(shí)際偏差差。(2)用水準(zhǔn)測量量或經(jīng)緯儀儀三角高程程測量方法法，連測兩兩端巷道中中的已知高高程控制點(diǎn)點(diǎn)(水準(zhǔn)點(diǎn)或經(jīng)經(jīng)緯儀導(dǎo)線線點(diǎn))，求出高程程閉合差，，它也實(shí)際上上反映了貫貫通高程測測量的精度度。3.立井貫通后后井中實(shí)際際偏差的測測定立井貫通后后，可由地地面上或由由上水平的的井中處掛掛中心垂球球線到下水水平，直接接丈量出井井筒中心之之間的偏差差值，即為為立井貫通的的實(shí)際偏差差值。有時(shí)也可可測繪出貫貫通接合處處上、下兩兩段井筒的的橫斷面圖圖，從圖上上量出兩中中心之間的的距離，就就是立井貫貫通的實(shí)際際偏差。5.5.2貫通后巷道道中腰線的的調(diào)整測定巷道貫貫通后的實(shí)實(shí)際偏差后后，還需對對中腰線進(jìn)進(jìn)行調(diào)整。。1.中線的調(diào)整整d中線2中線1圖5-9中線調(diào)整AB2.腰線的調(diào)整整若實(shí)際的貫貫通高程偏偏差很小時(shí)時(shí)，可按實(shí)實(shí)測高差和和距離算出出最后一段段巷道的坡坡度，重新新標(biāo)定出新新的腰線。。在平巷中中，如果貫貫通的高程程偏差較大大時(shí)，可適適當(dāng)延長調(diào)調(diào)整坡度的的距離，再再根據(jù)高差差和距離計(jì)計(jì)算最后一一段的坡度度，重新標(biāo)標(biāo)定新腰線線。在斜巷巷口，通常常對腰線的的調(diào)整要求求不十分嚴(yán)嚴(yán)格，可由由掘進(jìn)入員員自行掌握握調(diào)整。5.6提高貫通測測量精度的的技術(shù)措施施貫通結(jié)果的的好壞，固固然取決于于所選擇的的貫通測量量方案和測測量方法是是否正確。。然而，還還有很重要要的一方面面便是實(shí)際際施測工作作的質(zhì)量。。因此，我我們需要在在實(shí)際測量量過程中，，根據(jù)實(shí)測測成果衡量量評定所達(dá)達(dá)到的精度度，進(jìn)行可靠的的檢核，及及時(shí)填圖，，并經(jīng)常