地下工程测量概述.ppt

地下工程测量学,第一章 地下工程测量概述,栾元重山东科技大学,1.1 地下工程的种类及特点,地下工程测量概念:是地下工程科学的一个分支，它是综合运用测量、地质采矿、岩土工程、计算机等多种学科的知识，来研究、处理和地下开挖过程中由围岩与地面在静态和动态下的各种空间几何问题的一门边缘学科。地下工程根据工程建设的特点可分为三大类：第一类属于的地下通道工程，如隧道工程(包括城市间或国家间的铁路隧道、公路隧道、跨海通道以及输水隧洞)、城市地下有轨交通系统、上下水道、电力及瓦斯管道等；第二类属于地下建(构)筑物，如地下工厂、地下式住宅、地下停车场、地下文化娱乐设施（影剧院、游乐场、舞厅、餐厅、医院和图书室等）、地下核能发电站、地下水力发电站、地下能源发电站、地下各种储备设施、地下商业街、防御洪水灾害的地下坝、人防避难工程、地下河、防灾型城市的构思以及军事设施等，第三类是为开采各种地下矿产资源（金属和非金属）而建设的地下采矿工程。,地下工程的特点1.地下工程施工环境差 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。并且随着坑道向前掘进，点位误差的累积越来越大。3.地下工程施工作面狭窄，并且坑道一般只能前后通视，致使控制测量形式比较单一，常规的地面控制测量形式已不在适合，只能采用导线形式。4.测量工作随着工程的进展，需要不间断的进行。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和仪器,1.2 地下工程对测量的要求,地下工程的测量环节包括: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、竣工及施工测量。对测量的要求如下：1.原则：应严格按照先“控制”后“碎部”原则、由“高级”到“低级”原则、从“整体”到“局部”原则、步有检核检核等原则。对测量成果要逐项检核，测量精度必须达到或略高于规范的要求。2.贯通误差：在隧道工程中，两个相向开挖的工作面的施工中线往往因测量误差，产生上下或左右错开现象，即所谓贯通误差。其在隧道中线方向的投影长度称为纵向贯通误差(简称纵向误差)，在垂直于中线方向的投影长度称为横向贯通误差(简称横向误差)，在高程方向的投影长度称为高程贯通误差(简称高程误差)。,3.各项贯通误差的允许数值，铁路测量技术规则对于横向误差规定为：当两相向开挖的洞口间长度为4km及4km以下时为100mm(即中误差为土50mm)，在48km时为150mm(即中误差为土75 mm)，在8km以上时应根据现有的测量水平另行酌定。对于高程误差规定不超过50mm(即中误差为土25mm)。对于纵向误差的限值，一般都不作明确规定，如果按照定测中线的精度要求，则应小于隧道长度的1/2000。根据煤矿测量规程，其平面误差小于0.2m，高程误差小于0.5m。,4.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 5.在地下工程中应尽量采用先进的测量设备。地面控制测量应采用GPS测量技术进行。平面联系测量应尽量采用陀螺定向。坑道内的导线测量应采用红外测距仪测距以加大导线边长，减少导线点数。为限制测角误差的传递，当导线前进一定距离后应使用高精度陀螺经纬仪加测陀螺定向边。,1.3 地下工程测量的具体内容,1.在地下工程规划设计、施工阶段，视工程规模的大小和建筑物所处的地下深度，需要使用已有的各种大、中比例尺地形图或测绘专用地形图。地形图测绘范围，除满足主体工程和附属工程的设计需要外，还应考虑在岩体掘空后，地面沉陷、岩体移动以及地下水渗入的可能影响范围。测图比例尺，对大型地下工程，规划阶段为1:50001:25000；初步设计阶段为1:10001:5000;施工设计阶段为1:2001:1000。对小型地下工程，初步设计和施工设计用图常一次测绘，比例尺采用1:5001:2000。此外，还要测绘必要的纵、横断面图以及地质剖面图等。,2.在施工阶段，配合施工步骤和施工方法，进行施工控制测量以及建（构）筑物的定线放样测量，保证地下工程按照设计正确施工。主要内容有：,1）地下工程施工控制测量，分为地面控制和地下控制两部分，另外还应将地面和地下两部分联测，形成具有统一坐标和高程系统的控制网。2）地下工程的定线放样工作，是依据地下平面控制点和水准控制点，放样出施工中线和施工腰线，给出开挖的方向,从而布置炮眼进行钻爆或以掘进机械进行开挖（近代已用激光导向的方法操纵掘进机械的进程）。待洞体成型或部分成型后，即根据校准的中线放样断面线，进行衬砌。地下工程衬砌后，要进行断面测量，核实净空。对于洞室、地下油库等还要进行实际库容的测算。,（1）地面平面控制测量一般采用导线、测角网、测边网、边角网以及GPS控制网。高程控制测量一般采用水准网或电磁波测距三角高程控制网，高程控制网的首级网应布设成闭合环线，加密网可布设成附合路线、结点网或闭合环。（2）地面与地下的联系测量，对于采用平峒或斜井进行施工的地下工程，可采用导线进行平面联系测量，采用水准或电磁波测距三角高程进行高程联系测量。如果通过竖井施工，则采用几何联系测量（一井、两井定向测量等）或物理定向（陀螺定向测量等）的方法进行平面联系测量高程联系测量通常采用长钢尺法、长钢丝法或电磁波测距仪测深的方法进行。（3）地下控制测量从各洞口或井口引进，随坑道掘进而逐步延伸。地下控制网的形状和测量方法，依坑道的形状和净空的大小而定。地下平面控制一般多采用导线或狭长的导线网，并在适当的位置加测陀螺方位角以减少测角误差的积累。地下高程控制一般采用水准测量或电磁波测距三角高程进行。,3.地下工程竣工测量，地下工程竣工后要测制竣工图和记录必要的测量数据，在经营管理阶段还要进行地下工程的设备安装、维修、改建、扩建等各种测量工作。,1.4 矿山测量学,矿山测量的研究内容及任务1.矿山测量概念矿山测量学：是采矿科学的一个分支，它是综合运用测量、地质及采矿等多种学科的知识，来研究、处理和采矿过程中由矿体到围岩、从井下到地面在静态和动态下的各种空间几何问题的一门边缘学科。2.矿山测量的任务（1）建立矿区地面和井下（露天矿）测量控制系统，测绘大比例尺地形图；（2）矿山基本建设中的施工测量；（3）测绘各种采掘工程图、矿山专用图及矿体几何图；（4）对资源利用及生产情况进行检查和监督；,（5）观测和研究由于开采所引起的地表及岩层移动的基本规律，以及露天矿边坡的稳定性，组织开展“三下”（建筑物下、铁路下、水体下）采矿和矿柱留设的实施方案；（6）进行矿区土地复垦及环境综合治理研究；（7）进行矿区范围内的地籍测量；（8）参与本矿区（矿）月度、季度、年度生产计划和长远发展规划的编制工作。3.矿山测量在采矿工程中的作用(1)为均衡生产起保证作用；(2)为充分开采地下资源和采掘工程质量起监督作用；(3)为安全生产起指导作用。矿山测量发展简史矿山测量人员必须具备的理论知识必须全面掌握测量方面的知识，这是最基本的要求。地质方面的知识。采矿知识。遥感与地理信息系统和矿区土地复垦知识。,1.5 地下工程测量的沿革及展望,地下工程测量的研究应用领域目前国内把工程建设有关的工程测量按勘测设计、施工建设和运行管理三个阶段划分；也有按行业划分成：线路(铁路、公路等)工程测量、水利工程测量、桥隧工程测量、建筑工程测量、矿山测量、海洋工程测量、军事工程测量、三维工业测量等。总的来说，地下工程测量学主要包括以工程建筑为对象的地下工程测量和以机器设备为对象的工业测量两大部分，主要任务是为各种服务对象提供测绘保障，满足它们所提出的各种要求，可分为普通地下工程测量和精密地下工程测量。精密地下工程测量代表地下工程测量学的发展方向，大型特种精密工程是促进地下工程测量学科发展的动力。,地下工程测量技术目前的发展状况1.传感器的研究动态、应用与集成2.激光扫描仪的研究与应用3.变形监测4.测量仪器的检校,1.4.3 地下工程测量技术的展望,1.测量机器人将作为多传感器集成系统在人工智能方面得到进一步发展，其应用范围将进一步扩大，影像、图形和数据处理方面的能力进一步增强。2.在变形观测数据处理和大型工程建设中，将发展基于知识的信息系统，并进一步与大地测量、地球物理、工程与水文地质以及土木建筑等学科相结合，解决工程建设中以及运行期间的安全监测、灾害防治和环境保护的各种问题。3.工程测量将从土木工程测量、三维工业测量扩展到人体科学测量，如人体各器官或部位的显微测量和显微图像处理。4.多传感器的混合测量系统将得到迅速发展和广泛应用，如GPS接收机与电子全站仪或测量机器人集成，可在大区域乃至国家范围内进行无控制网的各种测量工作。5.GIS技术将紧密结合工程项目，在勘测、设计、施工管理一体化方面发挥重大作用。6.大型和复杂结构建筑、设备的三维测量、几何重构以及质量控制将是工程测量学发展的一个热点。固定式、移动式、车载、机载三纬激光扫描仪将成为快去获取被测物体乃至地面建筑物、构筑物基地型信息的重要仪器。用精密工程测量的设备和方法进行工业测量、大型设备的安装、在线监测和质量控制，成为设计制造的重要组成部分，甚至作为制造系统不可分割的一个单元是在工业领域应用的一个趋势。7.数据处理中数学物理模型的建立、分析和辨识将成为工程测量学专业教育的重要内容；数据处理由侧重网的平差计算、点的坐标计算、几何元素计算发展到高密度空间三维电、“点云”数据处理、被测物体的三维重建、可视化分析、“逆向工程”以及与实体模型的比较分析、测量数据和各种设计数据库的无缝链接等。,本章小结,1、地下工程的特点2、贯通误差、纵向贯通误差、横向贯通误差、高程贯通误差的概念3、重难点：测量方法是重点，难点主要是在精度分析部分；4、学习技巧：多联系普测、平差、控测、工测、采矿、地质、计算机等方面的知识；5、实习安排：6、要注意掌握井下与地面测量的不同点之处,