13第十三章地下工程测量.

第十三章地下工程测量主要内容•地下工程的种类、特点及对测量的要求•隧道贯通误差预计•地面和地下控制测量•联系测量•陀螺经纬仪及定向测量•隧道施工及竣工测量13.1地下工程的种类、特点及对测量的要求种类•地下通道工程：如隧道工程(包括铁路隧道、公路隧道以及输水隧洞)、城市地下铁道工程等；•地下建(构)筑物：如地下工厂、仓库、影剧院、游乐场、舞厅、餐厅、医院、图书室、地下商业街、人防工程以及军事设施等；•地下采矿工程施工方式•明挖法（浅层）•矿山法（硬质）•盾构法（软质）地下工程测量的特点(1)、地下工程施工面黑暗潮湿，环境较差，经常需进行点下对中（常把点位设置在坑道顶部），并且有时边长较短，因此测量精度难以提高。(2)、地下工程的坑道往往采用独头掘进，而洞室之间又互不相通，因此不便组织校核，出现错误往往不能及时发现。并且随着坑道的进展，点位误差的累积越来越大。(3)、地下工程施工面狭窄，并且坑道往往只能前后通视，造成控制测量形式比较单一，仅适合布设导线。(4)、测量工作随着坑道工程的掘进，而不间断的进行。一般先以低等级导线指示坑道掘进，而后布设高级导线进行检核。(5)、由于地下工程的需要，往往采用一些特殊或特定的测量方法（如为保证地下和地面采用统一的坐标系统，需进行联系测量）和仪器。地下工程测量主要内容•建立地面控制网•地面和地下的联系测量•地下坑道中的控制测量•施工测量•竣工测量•安全监测地下工程对测量的要求•应严格按照先控制后碎部、高级控制低级、对测量成果逐项检核，测量精度必须满足规范要求等原则进行。•应采取措施严格控制横向误差和高程误差，以保证工程质量。•为保证地下工程的施工质量，在工程施工前，应进行工程测量误差预计。•在地下工程中应尽量采用先进的测量设备。13.2隧道贯通误差预计贯通误差•定义：施工中心线在贯通面处产生错开的现象称之。•分类：纵向：中心线方向的贯通误差，仅影响线路的里程，要求较低。横向：垂直于中心线方向的贯通误差，直接影响工程的质量，需重点考虑。高程：铅垂线方向的贯通误差，利用水准测量方法，一般较容易满足要求。贯通误差的分配•把测量误差分成：地面控制测量、两条地下导线，3个独立的影响因素来考虑。则每个因素的影响为：MMMq58.03•当采用竖井开挖时，应同时考虑竖井的传递误差，并将其各作为一个独立的影响因素，此时每个因素的影响为：MMMq45.05•高程方面，由于地面和地下的观测条件各有优缺点，因此，将洞内和洞外各作一个独立因素来考虑，即：hhhMMm71.02•对于多个贯通面的情况，为保证线路中心线几何形状的完整性，测量精度应从严考虑，即只考虑有一个贯通面，总的误差不变，则每个贯通面的洞内测量允许误差影响为：nMnmmqi82.02以上方法经实践证明，行之有效，但偏于安全。严密方法利用计算机模拟平差的方法，将地面控制网和地下导线进行联合精度估计，具体步骤如下：•确定地面和地下控制网的基本网形（注意将贯通面处的M点处理成M1和M2两个点）。•量取观测量的概略值。•确定观测精度和先验权。•控制网联合平差，求取M1、M2两个点的协方差子矩阵。•求取M1、M2两点的相对误差椭圆元素（E、F、φ）。•求横向贯通误差影响：22222SinFCosEmMm2max如果上述要求不满足，则应进一步进行控制网的优化处理。13.3地面和地下控制测量地面控制的一般要求•控制网类型由工程规模、地形、地质条件、测量仪器等因素决定。一般可采用三角网、边角网、导线网、GPS网等。•平面网布设收集资料：地形图、线路平面图等。现场踏勘：查看测量控制点和线路控制桩。布网选点：注意控制网的网形；控制点的稳定性、安全性和使用的方便性；洞口一般应有3~4个控制点；洞口点应通视良好，便于保存。•控制网精度一般根据规范的规定和工程的实际需要进行确定。•导线网具有灵活、方便、计算简单、受地形及通视条件影响小等优点。一般用主副导线法，主导线沿隧洞中心线布设成直伸形，副导线用于提高精度和可靠性。•高程控制一般用水准测量方法，并布设成环形，每个洞口至少有2个水准点，以便检核，埋设时，应注意点位的稳定性。单一导线对横向贯通误差的影响•单一导线宜布设成紧靠中心线的直伸导线。•单一导线缺少必要的检核条件。11112222)()(nniSyxxSmRmmim主副导线法作隧洞地面控制•利用两条导线构成两个闭合环，以主导线控制精度，副导线起到检核作用，利用闭合环作角度平差，以提高横向贯通精度。•采用条件平差方法，对两个闭合环的角度作平差。•主副导线有检核作用，且能提高横向贯通精度。•宜布设成两个环形，结点在贯通面附近。•单一环形的主副导线，提高精度少，一般不宜采用。1111222222)(])()([)(nniSbbaaxxSmNYNYYmmm三角锁作地面控制对横向贯通误差的影响•利用计算机模拟方法，直接分析两个洞口点A、N的相对误差在贯通面上的投影即可。地下控制测量•地下平面控制测量和地下高程控制测量。•地下平面控制测量由于受地下工程条件的限制，使得测量方法较为单一，只能敷设导线。•地下高程控制测量方法有水准测量、三角高程测量。地下导线•地下导线测量的作用是以必要的精度，建立地下的控制系统。依据该控制系统可以放样出隧道中线及其衬砌的位置，从而指示隧道的掘进方向。•地下导线的起始点通常位于平峒口、斜井口以及竖井的井底车场，而这些点的坐标是由地面控制测量或联系测量测定的。•地下导线等级的确定，取决于地下工程的类型、范围及精度要求等。对此各部门均有不同的规定。地下导线测量的特点•由于受坑道的限制，其形状通常形成延伸状。•地下导线不能一次布设完成，而是随着坑道的开挖而逐渐向前延伸。随着坑道的开挖，先敷设边长较短、精度较低的施工导线，指示坑道的掘进。而后敷设高等级导线对低等级导线进行检查校正。•导线点有时设于坑道顶板，需采用点下对中。•地下工作环境较差，对导线测量干扰较大。地下导线的布设•地下导线的类型有附合导线、闭合导线、方向附合导线、支导线及导线网等。•当坑道开始掘进时，首先敷设低等级导线给出坑道的中线，指示坑道掘进。•当巷道掘进300—500m时，再敷设高等级导线检查已敷设的低等级导线是否正确，所以应使其起始边(点)和最终边(点)与低等级导线边(点)相重合。•当巷道继续向前掘进时，以高等级导线所测设的最终边为基础，向前敷设低等级导线和给中线。•施工导线：指导开挖，方便放样，精度较低，边长30~50米，由基本导线控制。•基本导线：保证贯通，精度较高，边长100~200米，当隧洞不超过2KM时，可作首级控制。•主要导线：保证贯通，边长150~800米，由合适的基本导线点组成，应尽量靠近中心线布设。导线的检核•往、返观测支导线，以检核错误。•增加新点时，对老点的变动检查可只查转折角，如无明显变动，则取两次成果的平均值为结果，若有变动，则取后一次的成果为结果。•控制导线遇横洞时，应及时组成闭合环，并重新测量，严密平差，计算新的坐标。•当隧洞全部贯通后，为确定隧洞的中心位置，测定贯通误差，应将各条支导线连接起来，精确求得各控制点的最终坐标值。布设地下导线时应注意以下事项：1、地下导线应尽量沿线路中线（或边线）布设，边长要接近等边，尽量避免长短边相接。导线点应尽量布设在施工干扰小、通视良好且稳固的安全地段，两点间视线与坑道帮的距离应大于0.2m。对于大断面的长隧道，可布设成多边形闭合导线或主副导线环。有平行导坑时，平行导坑的单导线应与正洞导线联测，以资检核。2、在进行导线延伸测量时，应对以前的导线点作检核测量，在直线地段，只作角度检测，在曲线地段，还要同时作边长检核测量。3、由于地下导线边长较短，因此进行角度观测时，应尽可能减小仪器对中和目标对中误差的影响。当导线边长小于15m时，在测回间仪器和目标应重新对中。应注意提高照准精度。4、边长测量中，采用钢尺悬空丈量时，除加入尺长、温度改正外，还应加入垂曲改正。当采用电磁波测距仪时，应经常拭净镜头及反射棱镜上的水雾。当坑道内水汽或粉尘浓度较大时，应停止测距，避免造成测距精度下降。洞内有瓦斯时，应采用防爆测距仪。为保证测距精度，边长很短时应采用钢尺量边。在矿山的重要贯通工程中，还应对导线边长加入归化到投影水准面和投影到高斯-克吕格投影面的改正。5、凡是构成闭合图形的导线网(环)，都应进行平差计算，以便求出导线点的新坐标值。6、对于螺旋形隧道，不能形成长边导线，每次向前引伸时，都应从洞外复测。复测精度应一致，在证明导线点无明显位移时，取点位的均值。导线的测角精度洞内支导线测量所产生的横向贯通误差为0.58M，在直伸隧洞中，横向误差主要由测角误差引起，因此，可以认为角度观测所引起的横向贯通误差不应大于0.58M，假设支导线为等边直伸，则：35.1][2222nmSm35.158.0nSnMm若导线形状曲折，则可采用下式：22222)()()58.0(xlydlmRmM由基本导线边长推算主要导线边长•主要导线边长一般不需要观测，而是采用基本导线的边长进行投影求得。•基本导线基本上等边直伸时，主要导线边长的精度与基本导线丈量的精度相同。•对于曲线形隧洞，不能用上面的公式进行精度估算。洞内高程测量•地下高程控制测量的任务是，测定地下坑道中各高程点的高程，建立一个与地面统一的地下高程控制系统，作为地下工程在竖直面内施工放样的依据。解决各种地下工程在竖直面内的几何问题。•地下高程控制测量可分为：地下水准测量和地下三角高程测量。特点1、高程测量线路一般与地下导线测量的线路相同。在坑道贯通之前，高程测量线路均为支线，因此需要往返观测及多次观测进行检核。2、通常利用地下导线点作为高程点。高程点可埋设在顶板、底板或边墙上。3、在施工过程中，为满足施工放样的需要，一般是低等级高程测量给出坑道在竖直面内的掘进方向，然后再进行高等级的高程测量进行检测。每组永久高程点应设置三个，永久高程点的间距一般以300—500m为宜。施测•地下水准测量的作业方法同于地面水准测量，测量时应使前后视距离相等。由于坑道内通视条件差，仪器到水准尺的距离不宜大于50m。•为检查地下水准标志的稳定性，应定期地根据地面水准点进行重复的水准测量，将所测得的高差成果进行分析比较。根据分析的结果，若水准标志无变动，则取所有高差的平均值作为高差成果；若发现水准标志变动，则应取最近一次的测量成果。•对于水准支线，要进行往返观测，当往返测不符值在容许限差之内，则取高差平均值作为其最终值。13.4联系测量•设置竖井的主要目的是增加工作面。它需要将地面的坐标、高程和方位传递到地下，以方便开挖施工。•在地下工程中，可使用平峒、斜井及竖井进行地下的开挖工作。•为保证地下工程沿设计方向掘进，应通过平峒、斜井及竖井将地面的平面坐标系统及高程系统传递到地下。该项工作称为联系测量。•通过平峒、斜井的联系测量可由导线测量、水准测量、三角高程测量完成。•竖井联系测量工作分为平面联系测量和高程联系测量。平面联系测量又分为几何定向（包括一井定向和两井定向）和陀螺定向。一井定向示意图•一井定向测量工作可分为投点和连接测量工作。•投点通常采用单重稳定投点或单重摆动投点。单重稳定投点只有当井筒中风流、滴水很小，垂球线基本稳定时才能应用。而单重摆动投点则让钢丝自由摆动，用专门的设备观测其摆动，从而求出它的静止位置并加以固定。•由地面向定向水平上投点时，由于井筒内气流、滴水等影响，致使井下垂球线偏离地面上的位置，该线量偏差e称为投点误差，由此而引起的垂球线连线的方向误差θ，叫做投向误差。•连接测量时，常采用连接三角形法。联系三角形定位原理C与C′称为井上下的连接点，A、B点为两垂球线点,从而在井上下形成了以AB为公用边的三角形ABC和ABC′。连接测量•在连接点C和C′点处用测回法测量角度γ、γ′、Φ、Φ′。当CD边小于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