CN109211183A - 长大隧道深竖井边角交会测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了长大隧道深竖井边角交会测量方法，包括布点方法、测量方法和精度指标，具有技术效果：分段测量、段段搭接、逐段步进、能有效克服水汽、水滴等影响、实用性强，具有精度高、结构网形强、检核条件多、粗差探测能力强、作业效率高等优点。

Description

长大隧道深竖井边角交会测量方法

技术领域

本发明涉及工程建设领域中长大隧道深竖井施工建设领域，具体为长大隧道深竖井边角交会测量方法。

背景技术

在长大隧道施工过程中，为了加快施工进度和通风需要，往往需要设置深竖井以增加施工作业面，为了保证井下作业面施工准确性，需要将地面控制网成果通过竖井传递至井下。竖井联系测量决定井下施工方向和高程正确与否，与相邻作业面能否顺利贯通紧密相关，对工程建设进度、工程质量均具有重大意义。

目前竖井联系测量常用方法是投点+陀螺定向、一井定向。投点+陀螺定向模式包括向上投点和向下投点，具体做法是：在井口或井底架设投点仪，向下或向上投点，之后采用陀螺仪测定井上、井下方位，完成投点和定向工作。该方法受水汽、水滴影响导致投点激光不显示或视线不通视，在深竖井联系测量中已很少使用。一井定向具体做法：在井内悬吊两根钢丝，钢丝的上端固定在井口稳定支架上，钢丝的下端悬吊重锤并放置在油桶内，待重锤和钢丝稳定后，井上、井下同时对钢丝进行观测，见图1，井上通过观测的角度、距离计算钢丝坐标和方位角。井下以该值为起算基准，通过观测角度、距离将坐标和方位角传递至其它控制点，从而完成竖井联系测量工作。该方法虽然可以降低水汽、水滴等影响，然而受到重锤和钢丝摆动等影响也具有一定的局限性，仅适合于较浅竖井或对贯通精度要求不高、井下掘进距离短、掘进方向要求不严等情况，因此探索一种高精度、实用性强的长大隧道深竖井测量方法十分必要。

发明内容

本发明的目的在于提供长大隧道深竖井边角交会测量方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

长大隧道深竖井边角交会测量方法，包括步骤如下：

步骤1：布点方法；

步骤2：测量方法；

步骤3：精度指标；

且按照作业位置不同，测量方法包括井口测量、井身测量、井下测量。

优选的，步骤1中所述布点方法为：布点包括测量点和测站点，测量点和测站点均布设在竖井洞壁上，均为强制对中桩，测量点沿竖井环形布设，每个截面布设3个，根据竖井直径和深度的不同，相邻两个截面的距离在10m～100m，每向下一组截面测量点顺时针增加3°～20°，平面位置相互错开，避免遮挡。测站点布设在相邻2组截面点的中部任意位置，左右两侧各1个，在井壁安装对中装置架设全站仪。

优选的，步骤2中所述测量方法为：在竖井联系测量过程中采用边角交会法，每测站不量取仪器高和棱镜高，以棱镜组构成的网形为检核条件和传递载体，仪器均向井上方向观测2～3组井身测量点，观测数据为水平角、垂直角和斜距，每个目标点在不同测站位置观测次数≥4次；

每次观测前将测站、各个测量点的温度、气压取平均后输入仪器，对观测距离进行自动改正。

优选的，步骤3中所述精度指标：在竖井联系测量过程中，需要每测站对水平角、竖直角和距离进行查看，其中具体的技术指标包括水平方向观测技术要求、距离观测技术要求；

一旦发生超限立即进行重测，从源头保证了观测数据的质量；在内业数据处理过程中各项改正数指标，一旦超限需要对相应测站进行补测。

优选的，所述水平方向观测技术要求：控制网名称为深竖井、仪器等级为0.5″、测回数为3、半测回归零差为9″、不同测回同一方向2C互差为15″、同一方向归零后方向值较差为9″；

所述距离观测技术要求：控制网名称为深竖井、测回数≥3、半测回间距离较差为±1mm、测回间距离较差为±1mm；

所述数据后处理主要技术要求：控制网名称为深竖井、方向改正数为±3.0″、距离改正数为±3mm、方向观测中误差为±3.0″、距离观测中误差为±5.0mm、相邻点相对点位中误差为±5.0mm。

优选的，将地面控制引测至井口地表附近，沿井口布设3个控制点，其中2个点位于井口附近，其间距D≥井直径，第三个近井点距井口≥200m，作为后视点，将全站仪分别架设在J01、J02，后视J03,对井口测量点11、12、13分别进行测量，两次测量结果取均值作为井身测点起算值。

优选的，其中所述井身测量：井身测量可根据井深、井径和现场情况，向上观测2～3组点，其作业流程分别如下所示：

2组点作业流程：

1.在井身第一区段中部Z11、Z12架设仪器，对11、12、13进行第一次、第二次边角测量；

2.在井身第二区段Z21、Z22架设仪器，对11、12、13进行第三次、第四次边角测量，对21、22、23进行第一次、第二次边角测量；

3.在井身第三区段Z31、Z32架设仪器，对21、22、23进行第三次、第四次边角测量，对31、32、33进行第一次、第二次边角测量；

以此类推………

4.完成井身测量；

3组点作业流程：

1.在井身第一区段中部Z11、Z12架设仪器，对11、12、13进行第一次、第二次边角测量；

2.在井身第二区段Z21、Z22架设仪器，对11、12、13进行第三次、第四次边角测量，对21、22、23进行第一次、第二次边角测量；

3.在井身第三区段Z31、Z32架设仪器，对11、12、13进行第五次、第六次边角测量，对21、22、23进行第三次、第四次边角测量，对31、32、33进行第一次、第二次边角测量；

以次类推………

4.完成井身测量。

优选的，其中所述井下测量：在井底任意两个位置架设仪器，对井身6个测量点和井底3个测量点进行边角测量；更换位置后在横通道或正洞任意位置架设仪器，对井底3个测量点和正洞3个测量点进行边角交会测量，作业流程如下所示：

1.在井底任意位置Zi1、Zi2,架设仪器，对井身测量点(i-1)1、(i-1)2、(i-1)3进行第三次、第四次边角测量，对井底测量点i1、i2、i3和正洞内测量点D01、D02、D03进行第一次、第二次边角测量；

2.在井下横通道或正洞内任意位置Z(i+1)1、Z(i+1)2架设仪器，对井底测量点i1、i2、i3、正洞测量点D01、D02、D03进行第三次、第四次边角测量。

对以上观测数据进行初步整理试算，对超限站进行外业补测，平差处理并进行精度评定，完成竖井联系测量工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、提高了平面坐标和高程传递精度

1.测量点均为强制对中桩，棱镜在转动过程中对点误差小。

2.测站在上下两组点的中部任意位置自由设站，不量取仪器高和棱镜高，对中误差小，相对精度更高。

3.距离和角度测量均在相对短范围内进行，具备通视条件，可以充分发挥高精度全站仪的测距和测角功能。

4.温度、气压实时输入全站仪，对距离的改正更精准。

二、提高了作业效率

1.作业过程中占用一个井，不影响其他竖井的施工生产。

2.平面坐标和高程同时进行传递，效率更高。

3.作业过程中检核指标多，对超限站可实时补测。

三、检核条件多，发现粗差能力强

1.边角交会测量，每个测量点被观测≥4次，网形结构强，粗差探测能力强。

2.精度指标全面，对超限指标能及时发现和改正。

附图说明

图1为背景技术提及的一井定向示意图；

图2为测点、测站布设图；

图3为井口测量示意图；

图4为井身2组点测量图；

图5为井身3组点测量图；

图6为井底测量示意图；

图7为边角交会测量示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-7，本发明提供技术方案：

针对目前技术的不足，在全站仪自动目标搜索、自动目标识别、数据自动存储基础上，研发一种新的竖井联系测量方法，采用边角交会测量方式，测量点固定在井壁，全站仪自由设站，每站向上方向观测2～3组井身测量点，每个测点保证有≥4个自由测站的方向和距离观测量，观测数据为水平角、垂直角和斜距。根据井直径和井深将竖井划分为若干段，分段测量、段段搭接、逐段步进，见图4和图5。本方法每站测的平面坐标和高程通过棱镜进行传递，能有效消除全站仪对中误差对定向的精度影响，每站作业时仅观测相邻区段，距离较短，不易受到井内水汽、水滴影响，实用性较强，使全站仪在竖井联系测量得到充分利用。该测量方法布点方便、观测灵活、每站均为独立观测值、粗差易探测与补测、传递精度高、测量网形结构强、效率高并可以同时将高程传递至井底。

本发明通过以下技术方案解决的：

长大隧道深竖井边角交会测量方法，包括布点方法、测量方法、精度指标等三部分,其中测量方法包括井口测量、井身测量、井下测量。

一、布点方法

布点包括测量点和测站点，测量点和测站点均布设在竖井洞壁上，均为强制对中桩，测量点沿竖井环形布设，每个截面布设3个，根据竖井直径和深度的不同，相邻两个截面的距离在10m～100m，每向下一组截面测量点顺时针增加3°～20°，平面位置相互错开，避免遮挡。测站点布设在相邻2组截面点的中部任意位置，左右两侧各1个，在井壁安装对中装置架设全站仪。测点、测站布设见图2。

二、测量方法

在竖井联系测量过程中采用边角交会法，每测站不量取仪器高和棱镜高，以棱镜组构成的网形为检核条件和传递载体，仪器均向井上方向观测2～3组井身测量点，观测数据为水平角、垂直角和斜距，每个目标点在不同测站位置观测次数≥4次。每次观测前将测站、各个测量点的温度、气压取平均后输入仪器，对观测距离进行自动改正。按照作业位置不同，分为井口测量、井身测量和井底测量，该作业方式不分先后顺序，任意测站和采集数据均相互独立，可以从任意区域开始，也可以平行作业。

2.1井口测量

将地面控制引测至井口地表附近，沿井口布设3个控制点，其中2个点位于井口附近，其间距D≥井直径，第三个近井点距井口≥200m，作为后视点，见图3，将全站仪分别架设在J01、J02，后视J03,对井口测量点11、12、13分别进行测量，两次测量结果取均值作为井身测点起算值。

2.2井身测量

井身测量可根据井深、井径和现场情况，向上观测2～3组点，2组点测量作业方法见图4，3组点测量作业方法见图5。

2组点作业流程如下所示：

1.在井身第一区段中部Z11、Z12架设仪器，对11、12、13进行第一次、第二次边角测量；

2.在井身第二区段Z21、Z22架设仪器，对11、12、13进行第三次、第四次边角测量，对21、22、23进行第一次、第二次边角测量；

3.在井身第三区段Z31、Z32架设仪器，对21、22、23进行第三次、第四次边角测量，对31、32、33进行第一次、第二次边角测量；

以此类推………

4.完成井身测量。

3组点作业流程如下所示：

1.在井身第一区段中部Z11、Z12架设仪器，对11、12、13进行第一次、第二次边角测量；

2.在井身第二区段Z21、Z22架设仪器，对11、12、13进行第三次、第四次边角测量，对21、22、23进行第一次、第二次边角测量；

3.在井身第三区段Z31、Z32架设仪器，对11、12、13进行第五次、第六次边角测量，对21、22、23进行第三次、第四次边角测量，对31、32、33进行第一次、第二次边角测量；

以次类推………

4.完成井身测量。

2.3井下测量

在井底任意两个位置架设仪器，对井身6个测量点和井底3个测量点进行边角测量。更换位置后在正洞任意位置架设仪器，对井底3个测量点和正洞3个测量点进行边角交会测量，见图6，作业流程如下所示：

1.在井底任意位置Zi1、Zi2,架设仪器，对井身测量点(i-1)1、(i-1)2、(i-1)3进行第三次、第四次边角测量，对井底测量点i1、i2、i3和正洞内测量点D01、D02、D03进行第一次、第二次边角测量；

2.在井下横通道或正洞内任意位置Z(i+1)1、Z(i+1)2架设仪器，对井底测量点i1、i2、i3、正洞测量点D01、D02、D03进行第三次、第四次边角测量。

对以上观测数据进行初步整理试算，对超限站进行外业补测，平差处理并进行精度评定，完成竖井联系测量工作。

与现有技术相比，本发明的技术效果是：分段测量、段段搭接、逐段步进、能有效克服水汽、水滴等影响、实用性强，具有精度高、结构网形强、检核条件多、粗差探测能力强、作业效率高等优点。

三、精度指标

在竖井联系测量过程中，需要每测站对水平角、竖直角和距离进行查看，见表1和表2，一旦发生超限立即进行重测，从源头保证了观测数据的质量。在内业数据处理过程中各项改正数指标见表3中，一旦超限需要对相应测站进行补测。

表1.水平方向观测技术要求

表2.距离观测技术要求

表3.数据后处理主要技术要求

实施例1：

括仓山2号竖井

诸永高速公路括苍山隧道位于温州市永嘉县与台州仙居县交界处，其中隧道左线长7929m，右线长7869m，2号竖井设计深度为183.3m(K159+750m)，内径9.5m，井下掘进距离约1.8km。采用边角交会测量方法进行竖井联系测量，在井口埋设3个测点，在井底埋设3个测点，以地表近井点成果为准将成果传递至进口测点，再将全站仪分别架设在井身和井底对井身6个棱镜进行边角交会测量，之后向隧道正洞内传递。观测数据解算后贯通点坐标较差与作业时间统计见表4。

表4.边角交会与一井定向贯通点较差统计表

方法	△x(cm)	△y(cm)	△h(cm)	方位较差(°′″)	作业时间(h)
						一井定向	6.6	7.1	3.3	0-0-9.3	6
边角交会	2.3	1.9	1.6	0-0-1.8	2

实施例2：

2.引大济湟调水总干渠引水隧道竖井

青海引大济湟引水隧道位于青海省大坂山区，起止里程：K3+000～DK24+165.83全长21.165km，竖井设计深为323.5m(K9+820)，内径3.0m，地下掘进约0.8km

采用边角交会测量和一井定向方法分别进行，边角交会测量见图7，一井定向见图1，贯通点的较差统计见表5。

表5.边角交会与一井定向较差统计表

方法	△x(cm)	△y(cm)	△h(cm)	方位较差(°′″)	作业时间(h)
						一井定向	5.7	8.2	11.7	0-0-12.0	10
边角交会	1.8	2.1	1.9	0-0-2.3	4

实施例3：

3.乌鞘岭隧道大台竖井

兰新铁路乌鞘岭隧道位于兰新线兰武～伍威段打柴沟车站和龙沟车站之间,设计为两座单线隧道，左、右线隧道全长均为20.050km,起止里程：DK163+135～DK183+185,两隧道线间距40m，共设13个斜井和一个竖井，其中大台竖井DK176+500，竖井位于隧道中部，设计深度为515.66m,内径5.5m，主要用于开挖左线平导，掘进约1.2km。采用边角交会测量和一井定向方法分别进行，边角交会测量见图7，一井定向见图1，贯通点的较差统计见表6。

表6.边角交会与一井定向较差统计表

方法	△x(cm)	△y(cm)	△h(cm)	方位较差(°′″)	作业时间(h)
						一井定向	16.7	18.2	21.5	0-0-16.7	24
边角交会	1.5	2.4	2.8	0-0-2.7	8

综合分析可得,在长大隧道深竖井联系测量中采用边角交会测量方法与一井定向区别如下：

1.一井定向方位角定向精度≥6″，本测量方法方位角定向精度≤3″，定向精度提高一倍；

2.一井定向投点精度≥6cm，本测量方法投点精度≤2cm，投点精度提高二倍；

3.一井定向等待时间≥5小时，本测量方法仅占用一井，可以实时作业，不影响施工生产；

4.一井定向作业受水汽影响，距离观测常常受阻，本测量方法观测距离短、分段进行、逐段步进、段段搭接；

5.一井定向受井身温度、气压变化大，距离改正误差大，本测量方法观测距离短，温度、气压变化小，对距离改正更精准；

6.一井定向一旦出现读错或记错等粗差，需要重新测量，本作业方式任意站测量数据均独立，可以单独补测，不影响其余站观测数据；

7.一井定向计算复杂、检核条件少，本作业方式计算简单，测量网灵敏，发现粗差能力强。

本发明在全站仪自动目标搜索、自动目标识别、数据自动存储基础上，发明一种新的竖井联系测量方法，采用边角交会测量方式，分段测量、段段搭接、逐段步进，通过设计的测量方法，使全站仪在竖井联系测量得到充分利用，竖井联系测量精度和作业效率均得到明显提高，具有较强的实用价值。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.长大隧道深竖井边角交会测量方法，其特征在于，

包括步骤如下：

步骤1：布点方法；

步骤2：测量方法；

步骤3：精度指标；

且按照作业位置不同，测量方法包括井口测量、井身测量、井下测量。

2.根据权利要求1所述的长大隧道深竖井边角交会测量方法，其特征在于，步骤1中所述布点方法为：布点包括测量点和测站点，测量点和测站点均布设在竖井洞壁上，均为强制对中桩，测量点沿竖井环形布设，每个截面布设3个，根据竖井直径和深度的不同，相邻两个截面的距离在10m～100m，每向下一组截面测量点顺时针增加3°～20°，平面位置相互错开，避免遮挡，测站点布设在相邻2组截面点的中部任意位置，左右两侧各1个，在井壁安装对中装置架设全站仪。

3.根据权利要求1或2所述的长大隧道深竖井边角交会测量方法，其特征在于：步骤2中所述测量方法为：在竖井联系测量过程中采用边角交会法，每测站不量取仪器高和棱镜高，以棱镜组构成的网形为检核条件和传递载体，仪器均向井上方向观测2～3组井身测量点，观测数据为水平角、垂直角和斜距，每个目标点在不同测站位置观测次数≥4次；

每次观测前将测站、各个测量点的温度、气压取平均后输入仪器，对观测距离进行自动改正。

4.根据权利要求1所述的长大隧道深竖井边角交会测量方法，其特征在于，步骤3中所述精度指标：在竖井联系测量过程中，需要每测站对水平角、竖直角和距离进行查看，其中具体的技术指标包括水平方向观测技术要求、距离观测技术要求；

一旦发生超限立即进行重测，从源头保证了观测数据的质量；在内业数据处理过程中各项改正数指标，一旦超限需要对相应测站进行补测。

5.根据权利要求4所述的长大隧道深竖井边角交会测量方法，其特征在于，所述水平方向观测技术要求：控制网名称为深竖井、仪器等级为0.5″、测回数为3、半测回归零差为9″、不同测回同一方向2C互差为15″、同一方向归零后方向值较差为9″；

所述距离观测技术要求：控制网名称为深竖井、测回数≥3、半测回间距离较差为±1mm、测回间距离较差为±1mm；

所述数据后处理主要技术要求：控制网名称为深竖井、方向改正数为±3.0″、距离改正数为±3mm、方向观测中误差为±3.0″、距离观测中误差为±5.0mm、相邻点相对点位中误差为±5.0mm。

6.根据权利要求2所述的长大隧道深竖井边角交会测量方法，其特征在于，其中所述井口测量：将地面控制引测至井口地表附近，沿井口布设3个控制点，其中2个点位于井口附近，其间距D≥井直径，第三个近井点距井口≥200m，作为后视点，将全站仪分别架设在J01、J02，后视J03,对井口测量点11、12、13分别进行测量，两次测量结果取均值作为井身测点起算值。

7.根据权利要求2所述的长大隧道深竖井边角交会测量方法，其特征在于，其中所述井身测量：井身测量可根据井深、井径和现场情况，向上观测2～3组点，其作业流程分别如下所示：

2组点作业流程：

1.在井身第一区段中部Z11、Z12架设仪器，对11、12、13进行第一次、第二次边角测量；

2.在井身第二区段Z21、Z22架设仪器，对11、12、13进行第三次、第四次边角测量，对21、22、23进行第一次、第二次边角测量；

3.在井身第三区段Z31、Z32架设仪器，对21、22、23进行第三次、第四次边角测量，对31、32、33进行第一次、第二次边角测量；

以此类推………

4.完成井身测量；

3组点作业流程：

1.在井身第一区段中部Z11、Z12架设仪器，对11、12、13进行第一次、第二次边角测量；

2.在井身第二区段Z21、Z22架设仪器，对11、12、13进行第三次、第四次边角测量，对21、22、23进行第一次、第二次边角测量；

3.在井身第三区段Z31、Z32架设仪器，对11、12、13进行第五次、第六次边角测量，对21、22、23进行第三次、第四次边角测量，对31、32、33进行第一次、第二次边角测量；

以此类推………

4.完成井身测量。

8.根据权利要求3所述的长大隧道深竖井边角交会测量方法，其特征在于，其中所述井下测量：在井底任意两个位置架设仪器，对井身6个测量点和井底3个测量点进行边角测量；更换位置后在正洞任意位置架设仪器，对井底3个测量点和正洞3个测量点进行边角交会测量，作业流程如下所示：

1．在井底任意位置Zi1、Zi2,架设仪器，对井身测量点（i-1）1、（i-1）2、（i-1）3进行第三次、第四次边角测量，对井底测量点i1、i2、i3和正洞内测量点D01、D02、D03进行第一次、第二次边角测量；

2．在井下横通道或正洞内任意位置Z（i+1）1、Z（i+1）2架设仪器，对井底测量点i1、i2、i3、正洞测量点D01、D02、D03进行第三次、第四次边角测量；

对以上观测数据进行初步整理试算，对超限站进行外业补测，平差处理并进行精度评定，完成竖井联系测量工作。