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地下工程测量整理 第一章 绪论 1、地下工程测量:是工程测量学的重要组成部分.是地下工程在规划、设计、施工、竣工及经营管理各阶段所进行的测量工作。 2、地下工程测量的特点： 1）地下工程施工环境差 ；潮湿、边长长短不一、点下对中、通视不好。 2）独头掘进 、错误往往不能及时发现 、点位误差的累积。 3）地下工程施工面狭窄，只能前后通视 。 4）低等级导线指示坑道掘进，而后布设高级导线进行检核。 5）特殊或特定的测量方法 。 3、地下工程测量的主要内容：地面控制测量、联系测量、地下控制测量、贯通测量、地下工程施工测量、地下变形监测以及地下管线探测。 4、1 地面控制测量：大范围，高精度 ,GPS 小范围，局部，用导线、小三角。 5、联系测量：将地面平面坐标系统和高程系统传递到地(井)下的测量，称为联系测量。地面平面坐标系统传递到地(井)下的测量称平面联系测量，简称定向。将地面高程系统传递到地(井)下的测量称高程联系测量，简称导入高程。联系测量的目的是使地面和地(井)下测量控制网采用同一坐标系统。 6、联系测量的任务在于确定： (1)地(井)下经纬仪导线起算边的坐标方位角； (2)地(井)下经纬仪导线起算点的平面坐标x和y； (3)地(井)下水准基点的高程H。 7、地下工程平面与高程控制测量 特点：由于受井下巷道条件的限制，井下平面控制均以导线的形式沿巷道布设，而不能像地面控制网那样可以有测角网、测边网、GPS网和交会法等多种可能方案。 目的:是建立井下平面测量的控制，作为测绘和标定井下巷道、硐室、回采工作面等的平面位置的基础，也能满足一般贯通测量的要求。 第二章 地下工程控制测量 1、导线网： 导线网的优点：灵活性高、作业方便 计算简单 导线网的缺点：检核条件不如三角网。 解决办法：把网线布成网形、闭合环形或主副导线的形式。 2、GPS控制网 特点：对点间的边长没有限制，也不要求两点间通视，而且所测的点位精度均匀，与常规方法相比，具有很大的优越性和灵活性，适合各种地下工程的地面控制测量，尤其适合山岭地区大型隧道和跨河、跨海隧道的地面控制测量。 3、地下控制测量的特点：在布设矿区控制网时，应在每个井口附近至少设立一个控制点，以便将地面的坐标系统传递到井下去。这个点就叫作近井点。 由于受井下巷道条件的限制，因此一般只能设立导线或者导线网作为地下平面控制：导线测量。 4、地下工程中的地下导线测量具有以下特点： 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。 导线点有时设于坑道顶板，需采用点下对中。 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。 地下工作环境较差，对导线测量干扰较大。 导线类型主要有：附合导线、闭合导线、方向附合导线、支导线及导线网。 5、地下高程控制测量主要任务： (1)确定主要巷道内各水准点与永久导线点的高程，以建立井下高程基本控制； (2)给定巷道在竖直面内的方向； (3)确定巷道底板的高程； (4)检查主要巷道及其运输线路的坡度和测绘主要运输巷道纵剖面图。 6、井下经纬仪导线测量内业： 1）检查整理记录：在井下测角量边过程中，都应按规定的要求进行检核，如不符合，必须重测， 直到满足规程要求为止。 2）计算平均边长和边长改正： 检查边长记录，计算各边的平均长度，并转抄到边长计算表中。抄录后要进行查对，以免抄错。 井下基本控制导线应加入化归海平面和投影面的改正。采区控制导线则只需把量得的倾斜距离化算成平距即可。 7、地下高程控制测量： 在进行井下高程测量之前，应在井底车场和主要巷道内预先设置好水准点。水准点每组不应少于两个，两点之间的距离为3080m；而各组之间昀距离一般为300800m 。井下永久导线点可作为水准点用。 第三章 联系测量 1、在地下工程中，通过斜井、立井将地面的平面坐标系统和高程系统传递到井下，使地面和地下建立统一的坐标系统，该工作称为联系测量。 2、联系测量的任务： 1）确定地下导线测量起算边的坐标方位角； 2）确定地下导线测量起算点的平面坐标； 3）确定地下高程测量起算点高程。 3、联系测量定向种类 1）几何定向：通过平峒和斜井定向、通过一个竖井定向、通过两个竖井定向。 2）物理定向：用磁性仪器定向、用投向仪定向、用陀螺经纬仪定向。 4、一井定向原理：在竖井井筒中悬挂两根钢丝垂球线在地面上利用地面控制点测定两垂球线的平面坐标及其联线方位角，在井下使用全站仪测角量边把垂球线与井下起始控制点连接起来，通过计算确定井下起始控制点的坐标和方位角。 5、投点误差与投向误差： 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叫做投向误差。 6、减少投点误差的主要措施： 尽管增加两垂球线间的距离，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，但垂直于两垂球线连线方向上的倾斜却不大，因而可以减少投向误差。 尽量减少马头门处气流对垂球线的影响。定向时最好停止风机运转，以减少风速。 采用小直径、高强度的钢丝，适量加大垂球重量，并将垂球浸入稳定液中。 减少滴水对垂球线及垂球的影响，在淋水大的井筒，必须采用挡水措施，并在大水桶上加挡水盖。 7、钢丝的下放和自由悬挂的检查： 8、连接测量： 9、一井定向内业计算： 1）首先应对两垂球线间距进行检查。设C丈为两垂线间距离的实际丈量值，C222计为其计算值，则：c 计=a+b-2abcosg d=c丈-c计如在地面连接三角形中d2mm、井下连接三角形中d4mm，可在丈量的边长中分别加人下列改正数，以消除其差值。 上式是针对地面连接三角形而言，对于图3-5所示的井下连接三角形，其井下各边长改正数应为： asina=sing2）解算连接三角形各未知要素： cb sinb=singc 、角应满足下列条件：+r=180。 因计算、角时数值凑整误差的影响，上述条件可能出现会不满足。若存有微小的残差时，则可将其平均分配给和。 3）在对各边长和角度加入上述改正后，可依照DCABCD顺序构成支导线，按一般导线计算方法计算即可。 10、两井定向原理：就是在两井筒中各挂一根垂球线，在地面上测定两垂球线的坐标，并计算其连线的坐标方位角。然后在井下巷道中，用全站仪导线将两垂球线进行连测，取一假定坐标系统来确定井下两垂球线连线的假定方位角，然后将其与地面上确定的坐标方位角相比较，其差值便是井下假定坐标系统和地面坐标系统的方位差，这样便可确定井下导线在地面坐标系统中的坐标方位角。 11、两井定向内业计算： 1）首先由地面测量结果求出两垂球线的坐标，并计算出A、B连线的坐标方位角和长度。 2）地下定向水平的导线为无定向导线，为解算出地下各点的坐标。可假设A为假定坐标系的原点，A1边为假定纵轴x轴方向。由此可计算出地下各点在假定坐标系中的坐标，并求出A、B连线在假定坐标系中的坐标方位角及长度。 式中H为竖井深度；R为地球的平均曲率半径。c应小于地面和地下连接测量中误差的两倍 。 a=a-aA1AB3）根据式'AB 算出地下起始边在地面坐标系中的坐标方位角，依此可重新计算出地下各边的坐标方位角和各点的坐标。由于测量误差的影响，地下求出的B点坐标与地面测出的B点坐标存有差值。如果其相对闭合差符合测量所要求的精度时，可进行分配。因地面连接导线精度较高，可将坐标增量闭合差按边长或坐标增量成比例反号分配给地下导线各坐标增量上。最后计算出地下各点的坐标。 12、联系测量的精度分析 ： 联系测量误差由以下三部分组成： 井上的连接误差 投向误差 井下的连接误差 13、自由陀螺仪在高速旋转时具有两个重要特性： 陀螺仪自转轴在无外力矩作用时，始终指向其初始恒定方向。该特性称为定轴性。 陀螺仪自转轴受到外力矩作用时，将按一定的规律产生进动。该特性称为进动性。 14、陀螺经纬仪工作原理：自由陀螺仪具有两个特性，即陀螺轴在不受外力作用时，它的方向始终指向初始恒定方向，即所谓定轴性；陀螺轴在受外力作用时，产生进动性。高速旋转的陀螺仪在受地球自转影响下，绕正北方向产生进动，形成以子午面为中心的扁椭圆简谐摆动，摆动会使陀螺轴正端偏离子午面角度在东西两边产生最大值，即为东西逆转点。取东西逆转点的平均方向即为地理北方向，再根据经纬仪定向边读数确定待测边的方位角。 15、陀螺经纬仪定向的作业过程： 1） 地面已知边上测定仪器常数 2）在井下定向边上测定陀螺方位角 3）仪器上井后重新测定仪器常数 4）求算子午线收敛角 5）求算井下定向边的坐标方位角 16、陀螺方位角的一次测定作业过程： 在测站上整平对中陀螺经纬仪，以一个测回测定待定边或已知边的方向值，然后将仪器大致对正北方。 粗略定向 锁紧灵敏部，启动陀螺马达，待达到额定转速后，下放陀螺灵敏部，用粗略定向的方法测定近似北方向。完毕后制动陀螺并托起锁紧，将望远镜视准轴转到近似北方向位置，固定照准部。 测前悬带零位观测 打开陀螺照明，下放陀螺灵敏部。进行测前悬带零位观测。同时用秒表记录自摆周期T。零位观测完毕，托起并锁紧灵敏部。 精密定向 采用有扭观测方法或无扭观测方法精密测定已知边或待定边的陀螺方位角。 测后悬带零位观测 以一个测回测定待定边或已知边的方向值，测前测后两次观测的方向值的互差对J2和J6级经纬仪分别不得超过10和25。取测前测后观测值的平均值作为测线方向值。 17、粗略定向：在测定已知边和定向边的陀螺方位角之前，首先进行粗略定向，即把经纬仪望远镜视准轴置于近似北。方法：两个逆转点法、四分之一周期法 18、精密定向方法：精密定向就是精确测定已知边和定向边的陀螺方位角。精密定向方法可分为两大类：一类是仪器照准部处于跟踪状态，即多年来国内外都采用的逆转点法；另一类是仪器照准部固定不动，国内外研究和提出的方法很多，如中天法、时差法、摆幅法等。 19、陀螺经纬仪定向的精度评定：陀螺经纬仪的定向精度主要以陀螺方位角一次测定中误差mT和一次定向中误差ma表示。 20、陀螺方位角一次测定中误差： 在待定边进行仿陀螺定向前，陀螺仪需在地面巳知坐标方位角边上测定仪器常数。按试行规程规定，前后共需测6次，这样就可按白塞尔公式来求算陀螺方位角一次测定中误差，即仪器常数一次测定中误差。 mD=mT=±vvnD-121、导入高程的实质：矿井高程联系测量又称导入标高，其目的是建立井上、井下统一的高程系统。采用平硐或斜井开拓的矿井，高程联系测量可采用水准测量或三角高程测量，将地面水准点的高程传递到井下。 22、导入高程的方法随开拓方法的不同而分为：通过平硐导入高程通过斜井导入高程 通过立井导入高程 23、立井导入高程：长钢尺导入高程、钢丝导入高程、光电测距仪导入高程。 第四章 地下工程施工测量 1、中线：巷道水平投影的几何中心线。 2、作用：指示巷道水平面内的掘进方向。 3、给中线：将图纸上设计好的巷道标设到实地，指导掘进方向和位置，边掘边标，不断向前推进。 4、隧道中线的标定工作： 1）检查设计图纸。 2）确定标定的必要数据，标定要素。 3）实地标定巷道开切点位置和掘进方向。 4）标定和延长巷道的中腰线。 5）测绘已掘巷道，填图，检查纠己标设方向。 5、直线型隧道中线测量主要使用经纬仪正倒镜法和激光指向仪导向法。 6、曲线隧道中线有圆曲线和综合曲线等形式，实际测设曲线隧道中线时是将曲线用一系列折线代替，用折线配合大样图来指示曲线隧道掘进。曲线测设有多种方法，主要有弦线法、短弦法和切线支距法等三种方法 。 7、弦线法可用全站仪或经纬仪配合钢尺放样。弦线法原理是将中线的曲线部分等分成若干份，也可非等分，这样曲线就被弦线代替，计算每段曲线对应的弦长和弦线间的转角，然后测设弦线于实地。因弦线非中线所以在施工时应绘制大样图，用大样图表示弦线两侧隧道开掘的尺寸。大样图使用的比例尺一般为1：100或1：50。 8、弦线法测设中线的步骤： 实地测设 9、隧道腰线： 腰线的作用是指示隧道在竖直面内的掘进方向。腰线通常的位置在隧道的一帮或两帮上，高于隧道底板或轨面高程11.5m，同一工程系统内应采用统一数值，以免造成差错。 腰线点每隔一定距离设置一组，每组点数不少于3个，点间距不小于2m，最前面一个腰线点至掘进工作面的距离一般不应超过30 m。 10、倾斜隧道腰线的测设： 1）中线点兼作腰线点测设法，中线点兼作腰线点测设法的特点是先在中线点的垂球线上标出腰线的标志。同时量腰线标志到中线点的距离以便随时根据中线点恢复腰线位置。 2）伪倾角测设法： 第五章 贯通测量 1、贯通测量，就是采用两个或多个相向或同向掘进的工作面，同时掘进同一巷道，使其按照设计要求在预定地点正确接通而进行的测量工作。 2、巷道贯通常用形式： 1)两个工作面相向掘进，叫做相向贯通； 2) 从巷道的一端向另一端的指定地点掘进，叫做单向贯通； 3) 两个工作面同向掘进，叫做同向贯通或追随贯通。 3、井巷贯通一般分为一井内巷道贯通、两井之间的巷道贯通和立井贯通三种类型。 4、凡是由井下一条导线起算边开始，能够敷设井下导线到达贯通巷道两瑞的，均属于一井内巷道贯通。 5、两井间的巷道贯通，是指在巷道贯通前不能由井下的一条起算边向贯通巷道的两端敷设井下导线，而只能由两个井口，通过地面连测、联系测量，再布设井下导线到待贯通巷道两端的贯通。 6、立井贯通主要包括从地面及井下相向开凿的立井贯通和延深立井时的贯通。 7、贯通测量的容许偏差： 1）水平面内沿巷道中线方向上的长度偏差。 2）水平面内垂直于巷道中线的左、右偏差。 3）竖直面内垂直于巷道腰线的上、下偏差。 8、贯通测量工作的步骤： (1)调查了解待贯通巷道的实际情况，根据贯通的容许偏差，选择合理的测量方案与测量方法。 (2)依据选定的测量方案和方法，进行施测和计算，每一施测和计算环节，均须有独立可靠的检核，并要将施测的实际测量精度与原设计书中要求的精度进行比较。若发现实测精度低于设计中所要求的精度时，应当分析其原因，并采取提高实测精度的相应措施，返工重测。 (3)根据有关数据计算贯通巷道的标定几何要素，并实地标定巷道的中线和腰线。 (4)根据掘进巷道的需要，及时延长巷道的中线和腰线，定期进行检查测量和填图，并按照测量结果及时调整中线和腰线。 (5)巷道贯通之后，应立即测量出实际的贯通偏差值，并将两端的导线连接起来，计算各项闭合差。此外，还应对最后一段巷道的中腰线进行调整。 (6)重大贯通工程完成后，应对贯通测量工作进行精度分析与精度评定，写出总结。 9、贯通测量设计书的编制：井巷贯通工程概述、贯通测量方案的选定、贯通测量方法、贯通测量误差预计、贯通测量成本预计、贯通测量中存在的问题和采取的措施。 10、由井下一条导线起算边开始，能够敷设井下导线到达贯通巷道两瑞的，均属于一井内的巷道贯通。 11、贯通测量的几何要素：坐标方位角、腰线的倾角(坡度)、贯通距离和巷道两端点处的指向角。 12、一井内巷道贯通测量工作： (1) 根据设计，从井下某一条导线边开始，测设全站仪导线到待贯通巷道的两端22SAB=(xB-Ax、)+(y-y)处，并进行井下高程测量，然后计算出B两点的坐标及高程，以及CA、BDABA两条导线边的坐标方位角aCA和aBD。 (2) 计算标定数据： 贯通巷道中心线AB的坐标方位角 yB-yAaAB=arctan xB-xA计算AB边的水平长度 计算指向角 b1=ÐCAB=aAB-aAC 2BABDb=ÐDBA=a-a 计算贯通巷道的坡度 计算贯通巷道的斜长(实际贯通长度) LAB=(HB-HA)+S22ABHB-HASAB=sindABcosdAB 13、两井间的巷道贯通，是指在巷道贯通前不能由井下的一条起算边向贯通巷道的两端敷设井下导线，只能在两井间通过地面连测、联系测量，再在井下布设导线至待贯通巷道两端的贯通。 14、两井间巷道贯通步骤:两井间的地面连测、两井分别进行联系测量、井下导线测量和高程测量、计算巷道贯通几何要素并进行实地标定。 第六章 贯通工程方案设计及误差预计 1、贯通测量误差预计，就是按照所选择的测量方案与测量方法，应用误差传播理论，对贯通精度进行估算。它是预计贯通实际偏差最大可能出现的限度，而不是预计贯通实际偏差的大小。因此，误差预计只有概率上的意义。其目的是优化测量方案与选择适当的测量方法，做到对贯通心中有数。 2、一井内巷道贯通测量误差预计：由于一井内巷道贯通时只需要进行井下导线测量和高程测量，并不需要进行地面连测和联系测量等工作，因此，其贯通误差预计只是估算井下导线测量和高程测量在贯通点处重要方向上误差的大小。 3、 两井间巷道贯通误差预计：两井间的巷道贯通时，除进行井下导线测量和井下高程测量之外，还必须进行地面控制测量和井巷联系测量。所以在进行贯通测量误差预计时，要考虑地面测量误差、井巷联系测量误差及井下测量误差的综合影响。 4、贯通相遇点K在水平重要方向上的误差来源包括：地面平面控制测量误差、联系测量中的定向测量误差和井下平面控制测量误差。 5、两井间巷道贯通相遇点K在高程上的误差来源包括：地面水准测量误差、导入高程误差、井下水准测量和三角高程测量误差。 HB-HA6、贯通工程方案设计书： i=tanAB= (1) 贯通工程概况。 SAB (2) 贯通测量方案的选定。 (3)贯通测量方法。 (4)贯通测量误差预计。 d (5)贯通测量成本预计。 (6)贯通测量中存在的问题和采取的措施。 7、贯通测量总结报告书的编制： (1) 贯通工程概况。贯通巷道的用途、长度、施工方式、施工日期及施工单位等。以及贯通相遇点的确定。 (2) 地面控制测量，包括平面控制测量和高程控制测量。平面控制网的图形；测量时间和单位，观测方法和精度要求，观测成果的精度评定；近井点的测设及其精度评定。 (3) 联系测量。定向及导入高程的方法；所采用的仪器，定向及导入高程的实际精度。 (4) 地下控制测量。贯通导线施测情况及实测精度的评定；导线中加测陀螺定向边的条数、位置及实测精度；井下高程控制测量情况及其精度；原设计的测量方案的实施情况及对其可行性的评价，曾做了哪些变动及变动的原因说明。 (5) 贯通测量工作情况。贯通过程中采用的具体仪器和测量方法。 (6) 贯通精度。贯通工程的容许偏差值；贯通的预计误差；贯通的实际偏差值及对贯通巷道正常使用的影响程度。 (7) 贯通测量工作明细表及附图。参加测量的单位、人员；完成的测量工作量及完成日期；测量工作的实际支出决算，包括人员工时数、仪器折旧费和材料消费等，贯通后的竣工图。 (8) 对本次贯通测量工作的综合评述。包括技术总结评价及建议。