CN107121133A - 一种地铁施工竖井联系三角形定位系统 - Google Patents

一种地铁施工竖井联系三角形定位系统 Download PDF

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王鑫
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Abstract

本发明公开了一种测量精度高、施工方便。劳动强度小、成本低廉的地铁施工竖井联系三角形定位系统,包括待测竖井和置于待测竖井的井口的框架,其特征在于,所述框架下方、沿竖井垂直方向悬有两根钢丝,分别为第一钢丝L1和第二钢丝L2,所述第一钢丝L1和第二钢丝L2上方均与框架连接固定、下方悬挂均有重锤,分别为与第一钢丝L1连接的第一重锤D1、与第二钢丝L2连接的第二重锤D2。采用竖井联系三角形定位系统进行定向测量,保证精度的同时,能够降低施工工人的工作强度,节约施工成本,结构架设便捷。

Description

一种地铁施工竖井联系三角形定位系统
技术领域
本发明涉及地铁施工领域,特别是涉及一种地铁施工竖井联系测量系统,具体为联系三角形定位系统。
背景技术
地铁工程建设期长、投资大,测量工作贯穿着始终,测量的精度直接决定地铁工程质量的优劣,其中竖井联系测量是施工测量的重中之重。竖井联系测量必须考虑现场条件的前提下采用合适的方法将地面点的坐标和方位角及高程准确地传递到地下,作为地下控制测量的依据。
竖井联系测量是通过竖井将地面控制网和井下控制网联系在同一平面坐标系统中的测量工作。主要包括竖井定向测量、定向连接测量和导入高程测量。
竖井联系测量的方法一般有以下几种:
1、导线直线定向法:采用全站仪进行导线测量的方法进行定向,垂直角不大于30°。对实用的一起。设备等均有较高的要求,因盾构井较大,补交适用于盾构法施工的隧道。
2、两井定向钻孔投点法:具有定向精度高、操作简便、占用井口时间少、劳动量和强度小的特点,非常适合矿山隧道的施工,但是需要在地面钻孔,审批手续繁杂,同时钻孔成本较高。
3、铅垂仪、陀螺全站仪联合定向法:适用于各种平面联系测量。具有定向精度高、占用竖井时间少、劳动量和强度小的特点,应用十分广泛。
从现有的竖井联系测量方法上看,或多或小都存在精度、工作强度和成本的问题,没有一种能够全面满足施工要求的测量方法。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种测量精度高、施工方便。劳动强度小、成本低廉的地铁施工竖井联系三角形定位系统。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案来实现:
本发明的一种地铁施工竖井联系三角形定位系统,包括待测竖井和置于待测竖井的井口的框架,所述框架下方、沿竖井垂直方向悬有两根钢丝,分别为第一钢丝L1和第二钢丝L2,所述第一钢丝L1和第二钢丝L2上方均与框架连接固定、下方悬挂均有重锤,分别为与第一钢丝L1连接的第一重锤D1、与第二钢丝L2连接的第二重锤D2;
所述第一重锤D1和第二重锤D2分别通过第一钢丝L1和第二钢丝L2垂直浸于竖井内的油中,所述第一钢丝L1和第二钢丝L2分别通过第一重锤D1和第二重锤D2的作用处于绷紧状态;
所述竖井井口处通过定位仪选取A0点,所述第一钢丝L1上靠近框架一侧选取a1点,所述第二钢丝L2上靠近框架一侧选取b1点,所述A0、a1和b1点组成第一三角形,所述第一三角形的三条边分别为S1、S2和S3;
所述竖井内下方通过定位仪选取B0点,所述第一钢丝L1上靠近第一重锤D1处选取a2点,所述第二钢丝L2上靠近第二重锤D2处选取b2点,所述B0、a2和b2点组成第二三角形,所述第二三角形的三条边分别为S1′、S2′和S3′;
所述A0点处有控制线A1,所述B0点处有控制线B1,通过投影法的方式得出A1与S1的夹角为α,S1与S2的夹角为β1,S2与S3的夹角为β2,B1与S1′的夹角为α′,S1′与S2′的夹角为β1′,S3与S2′的夹角为β2;
所述β1(β1′)和α(α′)通过测量得到,所述β2=β1×S1/S3;
竖井联系三角形定位系统的测量误差通过误差方程得出:
,
其中m代表误差值,mβ2代表β2处的误差值,mβ1代表β1处的误差值,ms1代表S1处的误差值,ms3代表S3处的误差值。
进一步的,所述S3的长度等于竖井直径,所述S1/S3小于1。
进一步的,在同一尺寸段取ms1=ms2=ms3=ms。
进一步的,所述竖井内采用强制对中或校正过的光学对中器。
进一步的,所述β1(β1′)和β2均小于60。
进一步的,所述第一三角形和第二三角形均为直伸形三角形。
借由上述方案,本发明至少具有以下优点:
采用竖井联系三角形定位系统进行定向测量,保证精度的同时,能够降低施工工人的工作强度,节约施工成本,结构架设便捷。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明的一种地铁施工竖井联系三角形定位系统的结构示意图;
图2是图1所示的一种地铁施工竖井联系三角形定位系统的联系三角形投影示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
参见图1-2所示,一种地铁施工竖井联系三角形定位系统,包括待测竖井和置于待测竖井的井口的框架,所述框架下方、沿竖井垂直方向悬有两根钢丝,分别为第一钢丝L1和第二钢丝L2,所述第一钢丝L1和第二钢丝L2上方均与框架连接固定、下方悬挂均有重锤,分别为与第一钢丝L1连接的第一重锤D1、与第二钢丝L2连接的第二重锤D2;
所述第一重锤D1和第二重锤D2分别通过第一钢丝L1和第二钢丝L2垂直浸于竖井内的油中,所述第一钢丝L1和第二钢丝L2分别通过第一重锤D1和第二重锤D2的作用处于绷紧状态;
所述竖井井口处通过定位仪选取A0点,所述第一钢丝L1上靠近框架一侧选取a1点,所述第二钢丝L2上靠近框架一侧选取b1点,所述A0、a1和b1点组成第一三角形,所述第一三角形的三条边分别为S1、S2和S3;
所述竖井内下方通过定位仪选取B0点,所述第一钢丝L1上靠近第一重锤D1处选取a2点,所述第二钢丝L2上靠近第二重锤D2处选取b2点,所述B0、a2和b2点组成第二三角形,所述第二三角形的三条边分别为S1′、S2′和S3′;
所述A0点处有控制线A1,所述B0点处有控制线B1,通过投影法的方式得出A1与S1的夹角为α,S1与S2的夹角为β1,S2与S3的夹角为β2,B1与S1′的夹角为α′,S1′与S2′的夹角为β1′,S3与S2′的夹角为β2;
所述β1(β1′)和α(α′)通过测量得到,所述β2=β1×S1/S3;
竖井联系三角形定位系统的测量误差通过误差方程得出:
,
其中m代表误差值,mβ2代表β2处的误差值,mβ1代表β1处的误差值,ms1代表S1处的误差值,ms3代表S3处的误差值。
在井口架设框架,固定两根钢丝L1、L2,钢丝底部悬挂重锤,并使重锤浸入油桶中,但不能与油桶有接触,钢丝在重锤重力作用下绷紧,且由于油桶内油的阻尼而保持铅直,所以,L1、L2起了传递坐标的作用。在实测传递时,首先在井口精确定位A0,然后在钢丝上标定两点a1及b1,精确测量三角形a1A0b1的边长S1、S2、S3。同样在井底选择B0,并在钢丝上选出a2及b2,精确丈量三角形a2 B0b2的边长S1′、S2′和S3′。利用定向原理可以得到井下控制边B0-B1的方位角以及井下控制点B的坐标从而解决了竖井的定位问题。
联系三角形在竖井定位中起传递方位和点位坐标的作用,它的布设图形在方位和点位坐标传递的精度影响上关系极大。点位传递误差对井下各点的影响均为同一个量值,使各点坐标相对基准都发生相同的位置错动,但这种误差的值较小,所以对地下控制的影响不太大,而方位角传递的误差却随距离的增加而累积。因此,在竖井定位中对方位角的精度控制较严,必须采用合适的图形,以使传递方向角的精度能达到较高标准。
通过误差方程可以看出,等式右边第一部分为角β1的观测精度对传递方位的影响,第二、三部分为三角形边的丈量精度对方位传递的影响。
首先考察第一部分,为使测角的影响减少,则须使S1/S3越小越好,由于S3为竖井直径,受到客观限制,只有使联系三角形顶点A0到al的距离S1之值,在条件许可的情况下应布设得越短越好,使S1/S3<1,那样角度观测的误差对方位传递的影响就能减弱。对于第二、三部分,由于联系三角形边长较短,都在同一尺段内,可取msl=ms2=ms3=ms,则:
从上式可知,边长测量误差对传递方位角的影响,不仅与测量的精度有关,而与图形有密切的关系,有利于传递方位角的图形应为β1很小,且S1、S3比值小于1的图形。即联系三角形应布设成直伸形,井口投点A0到at点的距离应尽可能的短。由于联系三角形布设成特殊形式,所以在保证方位传递的精度要求下对测角和测边的精度要求各不相同,假定测角误差和测边误差在方位传递中视作等影响,通常仪器取mβ=±3″,当β1=50′时,可得:ms/S=l/1500。那么对于直伸三角形的测距精度要求可以很低,但是在实际工作中,测距精度往往可达l/5000左右,若测角中误差仍为mβ=±3″,则可得测距误差对方位角传递的影响仅为测角误差的30%左右。所以,在联系三角形定位中测角误差是影响方位角传递精度的重要因素。
除了上述联系三角形测量中的误差对定位的影响,还有钢丝传递点位误差、目标偏心误差等其他因家影响。在联系三角形测量时,必须保证两根钢丝严格铅直,这样才能保证a1、b1和a2、b2点具有相同的点位坐标及它们之间连线具有相同的方位角,但悬挂的钢丝由于受到井筒内和井面上气流和风力、受到油桶内油所产生的粘滞力作用和钢丝本身的内应力、单摆的摆动作用等诸多因素的影响,在联系三角形观测期间不可能完全严格地位于铅垂位置。如考虑气流和风力作用,可得侧向风使垂线下端偏移:△=L×F/P,其中L为线长,P为锤重,F为风力,△为位移量。垂线越长,吊锤越轻,则影响越大,特别是井下的a2、b2,所以,在井下观测时应予以注意。另外,竖井定位中垂线通常较长,在风力作用下,会构成一个单摆,此单摆的运动轨迹是一个十分复杂的曲线,因为它受到风力作用及油的粘滞阻力、空气阻力、重锤等的共同作用。由于井筒口径的限制,垂线L1和L2的距离变通范围有限,所以,a1或b2的偏离将给方位传递带来显著的影响。若a1点偏离误差为m,那么它对a2一b2方位角的误差影响为:
式中D为两根垂线的距离,若设L=20m,垂线传递点位的相同精度为1/5万,则偏离误差m=±0.4mm,取D=8m,利用上式可计算得mα=±7”,若同时考虑bt点误差影响,则对方位传递的误差可达±10”左右。在井下观测中,为求得平衡位置,可采用逆转点法观测,从而获得平衡位置的对应的水平度盘读数。而对于目标偏心对定位的影响,地面观测时由于地面控制点可选较远的已知点,所以偏心对传递方位的影响不十分显著,但在井下观测时由于坑道长度有限,控制点间距较短,对中误差的影响就较显著。
如考虑目标偏心,取口m=±lmm,D=50m,按上式计算可知,目标偏心对方位传递的误差mα=±3″。如同时考虑仪器偏心,则总影响可达±4″,所以,井下必须要有足够的长度,而且井下尽量采用强制对中或使用校正过的光学对中器。因此,联系三角形法进行竖井定向时,方位角传递误差:
综上所述,联系三角形进行竖井定向不仅传递方位而且传递点位坐标,在城市地下工程竖井传递中是一种比较好的定向法。为使定向的效果更佳,消减误差的影响,联系三角形β2、β1角度应布设得越小越好,最好是能小于60′,另外,联系三角形边长比例也越小越好,即布设成直伸三角形,此外,宜用较细的吊垂线,且在无风的天气下,以减少井中风向的紊流影响,在测量时也应注意勿使重锤振动,减小吊锤所带来的误差影响。
采用竖井联系三角形定位系统进行定向测量,保证精度的同时,能够降低施工工人的工作强度,节约施工成本,结构架设便捷。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,并不用于限制本发明,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种地铁施工竖井联系三角形定位系统,包括待测竖井和置于待测竖井的井口的框架,其特征在于,所述框架下方、沿竖井垂直方向悬有两根钢丝,分别为第一钢丝L1和第二钢丝L2,所述第一钢丝L1和第二钢丝L2上方均与框架连接固定、下方悬挂均有重锤,分别为与第一钢丝L1连接的第一重锤D1、与第二钢丝L2连接的第二重锤D2;
所述第一重锤D1和第二重锤D2分别通过第一钢丝L1和第二钢丝L2垂直浸于竖井内的油中,所述第一钢丝L1和第二钢丝L2分别通过第一重锤D1和第二重锤D2的作用处于绷紧状态;
所述竖井井口处通过定位仪选取A0点,所述第一钢丝L1上靠近框架一侧选取a1点,所述第二钢丝L2上靠近框架一侧选取b1点,所述A0、a1和b1点组成第一三角形,所述第一三角形的三条边分别为S1、S2和S3;
所述竖井内下方通过定位仪选取B0点,所述第一钢丝L1上靠近第一重锤D1处选取a2点,所述第二钢丝L2上靠近第二重锤D2处选取b2点,所述B0、a2和b2点组成第二三角形,所述第二三角形的三条边分别为S1′、S2′和S3′;
所述A0点处有控制线A1,所述B0点处有控制线B1,通过投影法的方式得出A1与S1的夹角为α,S1与S2的夹角为β1,S2与S3的夹角为β2,B1与S1′的夹角为α′,S1′与S2′的夹角为β1′,S3与S2′的夹角为β2;
所述β1(β1′)和α(α′)通过测量得到,所述β2=β1×S1/S3;
竖井联系三角形定位系统的测量误差通过误差方程得出:
<mrow> <msubsup> <mi>m</mi> <mrow> <mi>&amp;beta;</mi> <mn>2</mn> </mrow> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>=</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>S</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>S</mi> <mn>3</mn> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <msubsup> <mi>m</mi> <mrow> <mi>&amp;beta;</mi> <mn>1</mn> </mrow> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>&amp;beta;</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>S</mi> <mn>3</mn> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <msubsup> <mi>m</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mn>1</mn> </mrow> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;beta;</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>S</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> <msubsup> <mi>S</mi> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </msubsup> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <msubsup> <mi>m</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mn>3</mn> </mrow> <mn>2</mn> </msubsup> </mrow> ,
其中m代表误差值,mβ2代表β2处的误差值,mβ1代表β1处的误差值,ms1代表S1处的误差值,ms3代表S3处的误差值。
2.根据权利要求1所述的一种地铁施工竖井联系三角形定位系统,其特征在于,所述S3的长度等于竖井直径,所述S1/S3小于1。
3.根据权利要求1所述的一种地铁施工竖井联系三角形定位系统,其特征在于,在同一尺寸段取ms1=ms2=ms3=ms。
4.根据权利要求1所述的一种地铁施工竖井联系三角形定位系统,其特征在于,所述竖井内采用强制对中或校正过的光学对中器。
5.根据权利要求1所述的一种地铁施工竖井联系三角形定位系统,其特征在于,所述β1(β1′)和β2均小于60。
6.根据权利要求1所述的一种地铁施工竖井联系三角形定位系统,其特征在于,所述第一三角形和第二三角形均为直伸形三角形。
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