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)，可以縮短貫通段的長(zhǎng)度，提高施工進(jìn)度。這時(shí)，為了保證相向開(kāi)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(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(cè)量方法可分為下列四種：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)，大大縮短貫通長(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)量方法與平峒基本相同。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，斜井大部分為單頭掘進(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。由于陀螺儀技術(shù)的飛速發(fā)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(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，如此達(dá)到將一點(diǎn)坐標(biāo)和一個(gè)方向?qū)氲叵碌哪康摹６ㄏ蚬ぷ鞣滞饵c(diǎn)和連接測(cè)量?jī)刹糠帧＂磐饵c(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30～50kg；大于100m時(shí)為50～100kg。鋼絲的直徑大小決定于垂球的重量。例如鋼絲Φ=1.0mm的懸掛垂球重量可達(dá)90～100kg；Φ=2.0mm，球重達(dá)360～370kg。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0.4mm時(shí)，則按照觀測(cè)擺動(dòng)的振幅度求出靜止位置，并將其固定。⑵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)φ、ψ、γ和φ′、ψ′、γ′。測(cè)量邊長(zhǎng)a、b、c和CD，以及井下的a′、b′、c′和C′D′。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(cè)三角形的各邊長(zhǎng)a、b、c及γ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:①CD和CD長(zhǎng)度應(yīng)大于20m；②C和C′點(diǎn)應(yīng)盡可能在AB的延長(zhǎng)線上，即γ′、α和γ′、β′不應(yīng)大于2°。③b/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13-7二井定向(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αAB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邊長(zhǎng)c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x′B、y′B。反算AB的假定方位角。aABc'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，則地下邊長(zhǎng)c′加上井深改正后與地面相應(yīng)邊長(zhǎng)c的較差為：fc=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△a＝aAB－a′AB＝aA1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)算井下導(dǎo)線的坐標(biāo)增量，并求其閉合差。fxfs=其全長(zhǎng)相對(duì)閉合差fⅠ級(jí)導(dǎo)線K容≤14000，Ⅱ級(jí)導(dǎo)線K容≤1三、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。現(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，要加入尺長(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。現(xiàn)將拉力改正和鋼尺自重改正計(jì)算如下。拉力改正?lP式中：l＝b－a′；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式中：γ——鋼尺單位體積的質(zhì)量，g/cm3。井下B點(diǎn)高程HB＝HA＋(a－b)＋(a′－b′)＋△ld＋△lt＋△lp＋△lc(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(L＝L1＋L2)；在井口安置反射鏡，測(cè)出距離L2。分別測(cè)出井口和井下的反射鏡與水準(zhǔn)點(diǎn)A、B的高差h1、h2，則井下B點(diǎn)的高程：HB＝HA＋h1－(L－L2＋h2)＋△l(13-17)式中：△l——?dú)庀蟾恼Ａ硪环N方法如圖13-10所示，是在井口做一特殊的支架，該支架能使