联系测量方案.doc
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1、第一章 联系测量第一节 联系测量的定义一、联系测量的定义将地面坐标系统和高程系统传递到地下,确定地下控制点、控制边,作为地下控制导线的起算数据,这一过程测量工作叫做联系测量。将地面平面坐标系统传递到地下的测量称为平面联系测量,简称定向。将地面高程系统传递到地下的测量称高程联系测量,简称导入高程1。联系测量工作应包括地面趋近导线测量趋近水准测量、通过竖井斜井通道的定向测量和传递高程测量以及地下趋近导线测量地下趋近水准测量2。二、联系测量的任务联系测量的任务在于:(1)、确定地下经纬仪导线起算边的坐标方位角;(2)、确定地下经纬仪导线起算点的平面坐标x和y;(3)、确定地下水准点的高程H1。前两项
2、任务是通过平面联系测量定向来完成的;第三个任务是通过导入高程来完成的。这样就获得了地下平面与高程测量的起算数据1。第二节 联系测量的种类联系测量分为平面联系测量(简称为定向)和高程联系测量(简称为导入高程)。平面联系测量说来可分为两大类:一类是从几何原理出发的几何定向;另一类是以物理特性为基础的物理定向1。几何定向分为:1、通过平硐或斜井的几何定向;2、通过一个立井的几何定向(一井定向);3、通过两个立井的几何定向(两井定向)1。物理定向可分为:1、 用精密磁性仪器定向;2、用投向仪(投点仪)定向;3、用陀螺经纬仪定向1。通过平硐或斜井的几何定向,只需要通过平硐或斜井敷设经纬仪导线,对地面和地
3、下进行联测即可1。但是在地铁工程中由于地下铁道本身的特点,并没有平硐或斜井,有的只是竖井(出土井或下灰井或是更宽敞的明挖车站),因此,通过平硐或斜井的几何定向在地铁的平面联系测量中一般不用,只在矿山测量中有应用。在地铁平面联系测量中的导线直接传递法、竖直导线定向法的原理和通过平硐或斜井几何定向的原理是一样的1。第三节 几何定向 这里主要讲的是立井几何定向。在立井中悬挂钢丝垂线由地面向地下传递平面坐标和方向的测量工作成为立井几何定向。立井几何定向概要地说,就是在井筒内悬挂钢丝垂线,钢丝的一端固定在地面,另一端系有定向专用的垂球自由悬挂于定向水平,一般称作垂球线。再按地面坐标系统求出垂球线的平面坐
4、标及其连线的方位角;在定向水平上把垂球线与地下永久导线点连接起来,这样便能将地面的方向和坐标传递到地下,而达到定向的目的。因此,可把立井定向工作分为两个部分:由地面向定向水平投点(简称投点);在地面和定向水平上与垂球线连接(简称连接)。立井几何定向分为一井定向和两井定向1。一井定向方法有连接三角形法、四边形法和适合小型矿井的瞄直法等。这里仅介绍连接三角形法1。一、一井定向(一)投点采用连接三角形进行一井定向时,要在井筒内挂两根垂球线。投点时,一般都采用垂球线单重投点法,即在投点过程中,垂球的重量不变。单重投点可分为两类:单重稳定投点和单重摆动头点。单重稳定投点法是将垂球放在水桶内,使其基本上处
5、于静止状态;在定向水平上测角量边时均与静止的垂球线进行连接。单重摆动投点法则恰恰相反,而是让垂球自由摆动,用专门的设备观测垂球线的摆动,而求出它的静止位置并加以固定;在定向水平上连接时,则按固定的垂球线位置进行1。稳定投点法,只有当垂球线摆幅很小时才能应用。否则,必须采用摆动投点法1。由地面向定向水平上投点时,由于井筒内气流、滴水等影响,致使垂球线在地面上的位置投到定向水平后会发生偏离,一般称这种线量偏差为投点误差。由这种误差而引起的垂球线连线的方向误差,叫做“投向误差”。图1-1中A和B系两垂球线在地面的位置,而A和B为两垂球线在定向水平上偏离后的位置。图1-1(a)中表示两垂球线沿其连线方
6、向偏离,则这种投点误差对AB方向来说没有影响。图1-1(b)中则为两垂球线偏向于连线的同一侧,且在连线的垂直方向上,使AB方向的投射产生了一个误差角。则1 (1-1)(a) (b) (c)图1-1 投点误差与投向误差1 如果两垂球向其连线两边偏离,且在垂直于连线方向上(图1-1(c),则其投向误差可用下式求得1: (1-2)设,且由于很小,则上式可简化为: (1-3)显然,上述三种投向误差都是特殊的 ,而且以第三种情况所引起的投向误差为最大1。下面简单介绍一下用垂球线投点而引起的方向误差。在井筒中用垂球线投点的误差的主要来源:(1)、气流对垂球线和垂球的作用;(2)、滴水对垂球线的影响;(3)
7、、钢丝的弹性作用;(4)、垂球线的摆动面和标尺面不平行;(5)、垂球线的附生摆动1。用垂球线投向的误差是通过一个立井几何定向时,由于垂球线的偏斜,引起的两垂球线的方向误差,即投向误差,以表示,值的大小直接与投点误差e的大小及方向有关(见图1-2)1。(a) (b)图1-2 垂球线的投向误差图中 A0、B0垂球线在地面上的位置;A、B垂球线在定向水平上偏斜后的某一位置;eA、eBA0、B0在定向水平上的投点线量误差;垂球线的偏斜方向与两垂球线连线方向的夹角;垂球线在某一偏斜情况下所引起的投向误差;c两垂球线之间的距离1利用觇标对中误差的推导方法可得到1 (1-4)若两根垂球线的投点条件相同,即认
8、为,则总的投向误差为1: (1-5)由此可知, 要减少投向误差,必须加大两垂球线间的距离c和减少投点误差饿之值。但是由于井筒直径的限制,而是c值增大受限,因此只有采取精确投点的方法。在投点时必须采取许多有效的措施和给予极大的注意,才能达到要求的精度1。减少投点误差的措施主要有:(1)、尽量增大两垂球线间的距离,并选择合理的垂球线位置。例如使两垂球线连线方向尽量与气流方向一致,这样尽管沿气流方向的垂球线偏斜可能较大,但是危险方向,即垂直于两垂球线连线方向上的偏斜却不大,因而可以减少投向误差。(2)、尽量减少马头门(立井、斜井与平硐的连接部位)处气流对垂球线的影响。定向时最好停止风机运转或增设风门
9、,以减小风速。(3)、采用小直径、高强度的钢丝,适当加大垂球线重量,并将垂球浸入稳定液中。(4)、摆动观测时,垂球线摆动的方向应尽量与标尺平行,并适当增大摆幅,但不宜超过100mm。(5)、减小滴水垂球线及垂球的影响,在大水桶上加挡水盖1。1、单重稳定投点单重稳定投点是假设垂球线在井筒内处于铅垂位置而静止不动。当井筒不深、滴水不大、井筒内气流缓慢、垂球线摆动很小、其摆幅一般不超过0.4mm时被采用1。现将对投点所需主要设备的要求分述如下:(1)、垂球以对称砝码式的垂球为好。每个圆盘的重量最好为10kg或20kg,当井深小于100m时,采用3050kg的垂球,当井深超过100m时,则宜采用501
10、00kg的垂球。(2)、钢丝应采用直径为0.52mm的高强度的优质碳素弹簧钢丝。钢丝上悬挂的重锤重量应为钢丝极限强度的60%70%。(3)、手摇绞车绞车各部件的强度应能承受三倍投点时的荷重,绞车应设有双闸。(4)、导向滑轮直径不得小于150mm,轮缘做成锐角形的绳槽以防止钢丝脱落,最好采用滚珠轴承。(5)、定点板用铁片制成。定向时也可不用定点板。(6)、小垂球在提放钢丝时用的,其形状成圆柱形或普通垂球的形状均可。(7)、大水桶用以稳定垂球线,一般可采用废弃油桶,水桶上应加盖1。2、钢丝的下放和自由悬挂的检查进行测量之前,应该用坚固的木板将井口盖上,以便安全地进行工作。但须在盖板上留有孔隙,让钢
11、丝通过,在下放之前必须通知定向水平的人员离开井筒。钢丝通过滑轮并挂上小垂球后,慢慢放入井筒内。为了检查钢丝是否弯曲和减少钢丝的摆动,钢丝应通过握成拳状的手均匀缓慢的下放,每下放50m左右,稍停一下,使垂球摆动稳定下来。当收到垂球到达定向水平的信号后,即停止下放并闸住绞车,将钢丝卡入定点板内。在定向水平上,取下小垂球,挂上定向垂球。此时应事先考虑到钢丝因挂上重锤后被拉伸得长度。挂好后,应检查垂球是否与桶底、桶壁接触1。垂球线在井筒中的自由悬挂检查常采用信号圈法和比距法同时进行。信号圈法是在地面上用铁丝做成直径为23cm的小圈(信号圈)套在钢丝上,然后下放,看是否能达到定向水平。使用此方法时应注意
12、信号圈不能太重及钢丝摆动,以免信号圈乘隙通过接触处。比距法就是用比较井上下两垂球线间距离的方法进行检查。如果井上下所量得的两垂球线间距离之差不大于2mm时,便认为是自由悬挂的1。3、单重摆动投点单重摆动投点就是观测垂球线的摆动,找出其静止位置并固定起来,然后进行连接。目前我国常采用标尺法和定中盘法。其所需设备和安装方法基本上和前述稳定投点一样,只不过在定向水平增设一对观测垂球线摆动的标尺和具有标尺的定点盘而已。标尺法所用的标尺与带毫米刻划的普通标尺一样1。当钢丝下放到定向水平后,将定点盘固定在专门的工作台上,然后挂上定向垂球,使钢丝大致位于空底圆盘中央,在牢固地固定工作台,并将空底圆盘最后固定
13、在平台上。观测垂球线的摆动,是借助于定点盘上两个互相正交的小标尺和经纬仪来进行的,如图1-3所示。视线的交角允许变动于45135之间,最理想的为90。人为地使垂球线在某一角度自由摆动,用两台经纬仪T1、T2分别按标尺M、N观测钢丝摆动的左右最大位置的读数,连续读取13个以上的奇数读数,取其左右读数的平均值,作为钢丝铅直状态的位置读数。同法进行两次观测,当较差不大于1mm时,取其平均值为最终值。然后根据最终结果按标尺M、N用经纬仪T1、T2来固定钢丝位置。当用定点盘时,可将切口薄片放入空底圆盘上,将钢丝卡放在切口薄片上的对点块内,利用螺杆移动对点块,把钢丝对准在两架仪器的视线上并固紧之。用同法观
14、测另一个垂球线的摆动,并将其固定1。图1-3 用两架经纬仪观测垂球线的摆动1(二)连接连接三角形法的示意图如图1-4所示。由于不能在垂球线A、B点安设仪器,因此选定井上下的连接点C与C,从而在井上下形成了以AB为公共边的三角形ABC和ABC,一般把这样的三角形称为连接三角形。从井上下连接三角形的平面投影图1-4(b)可看出,当已知D点坐标及DE边的方位角和地面三角形各内角及边长时,便可按导线测量计算法,算出A、B在地面坐标系中的坐标及其连接的方位角。同样,已知A、B的坐标及连线的方位角和地下三角形各要素时,再测定角,就能计算出井下导线起始边DE的方位角及D点的坐标1。(a)(b)图1-4 连接
15、三角形示意图1在选择井上下连接点C和C时,应满足下列要求:(1)、点C与D及点C与D应彼此通视,且CD和CD长度应尽量大于20m,当CD边长小于20m时,在C点进行水平角观测,其仪器必须对中三次,每次对中应将照准部(或基座)位置变换120;(2)、点C与C应尽可能在AB的延长线上,是三角形的锐角应小于1,这样便构成最有利的延伸三角形;(3)、点C与C应适当的靠近最近的垂球线(图1-4(b)中,地面为B,地下为A),使a/c及b/c的值应尽量小一些1。1、外业(1)在连接点C上用测回法测量角度和。当CD边小于20m时,在C点的水平角观测,仪器应对中三次,每次对中应将照准部(或基座)位置变换120
16、。具体的施测方法和限差见表1-11。表1-1 施测方法及限差1仪器级别水平角观测方法测回数测角中误差限差半测回归零差各测回互差重新对中测回间互差DJ2全圆方向观测法36121260DJ6全圆方向观测法66303072(2)丈量连接三角形的三个边长a(a)、b(b)及c(c)。量边应用检验过的钢尺并施加比长时的拉力,记录测量时的温度。在垂线稳定情况下,应用钢尺的不同起点丈量6次。读数估读到0.5mm。同一边长各次观测值的互差不得大于2mm,取平均值作为丈量的结果1。在垂球线摆动情况下,应将钢尺沿所量三角形的各边方向固定,然后用摆动观测的方法(至少连续读取6个读数),确定钢丝在钢尺上的稳定位置,以
17、求得边长。每次均需用上述方法丈量两次,互差不得大于3mm,取其平均值作为丈量结果1。井上、下量得两垂球线间距离互差,一般应不超过2mm1。如果连接点不是事先埋好而是临时选定的,那么还应该在点D和D处测量角度和,并且丈量CD与CD。关于测角量边的方法及要求,地面与由近井点到连接点的导线测量相同,井下则按井下基本控制导线测量要求进行1。2、内业在进行内业计算前,应对全部记录进行检查。内业计算分为两部分:解算连接三角形各未知要素及其检核;按一般导线方法计算各边的方位角与各点坐标。(1)、三角形的解算对于延伸三角形,垂球出的角度、按正弦公式计算: (1-6)当2及178时,可用下列简化公式计算: (1
18、-7)在计算井下连接三角形时,应用井下定向水平丈量和计算的两垂球线间距离平差值进行计算1。(2)、测量和计算正确性的检核连接三角形三内角和应等于180。一般均能闭合,若尚有微小的残差时,则可将其平均分配于及中1。两垂球线间距离检查。设c丈为两垂线间距离的实际丈量值,c计为其计算值,则: (1-8)式中c计可按余弦公式计算: (1-9)当井上连接三角形中d2mm、井下连接三角形中d4mm且符合相关要求时,可在丈量的边长a、b及c中分别加入下列改正数: (1-10)以消除其差值1。(三)一井定向的工作组织一井定向因工作环节多,测量精度要求高,同时又要缩短占用井筒的时间,所以须要由很好的工作组织,才
19、能圆满的完成定向工作1。一井定向的工作组织可分为:1、准备工作选择连接方案,作出技术预计;定向设备及用具的准备;检查定向设备及检验仪器;预先安装某些投点设备和将所需用设备等送至定向井口和井下;确定井上下的负责人,统一负责指挥和联络工作1。2、制定地面的工作内容及顺序3、制定定向水平上的工作内容和顺序4、定向时的安全措施在进行联系测量时,应特别注意安全,否则极易产生意外事故。为此,必须采取下列措施:在定向过程中,应劝阻一切非定向工作人员在井筒附近停留;提升容器应牢固稳妥;井盖必须结实可靠的盖好;对定向钢丝必须事先仔细检查,放提钢丝时,应事先通知井下,只有当井下人员撤出井筒后才能开始;吹求未到井底
20、或地面时,井下人员均不得进入井筒;下放钢丝时应严格遵守均匀慢放等规定,切忌时快时慢和猛停,因为这样最易使钢丝折断;应向参加定向工作的全体人员反复进行安全教育,以提高警惕。在地面工作的人员不得将任何东西掉入井内,在井盖工作的人员均应配带安全带;定向时,地面井口自始至终不能离人,应有专人负责井上下联系1。5、定向后的技术总结定向工作完成后,应认真总结经验,并写出技术总结,同技术设计书一起长期保存。定向后的技术总结,首先应对技术设计书的执行情况作简要说明,指出在执行中遇到的问题、更改的部分和原因。其次编入下列内容:定向测量的实际时间安排,参加定向的人员分工;地面连接导线的计算成果及精度;定向的内业计
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