地下工程施工测量.ppt

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1、第八章地下工程施工测量,二十一世纪测绘类规划教材,第八章 地下工程施工测量,8-1.概述8-2.地面控制测量8-3.地下控制测量8-4.联系测量8-5.贯通测量误差预计8-6.地下工程施工测量与竣工测量8-7.隧道贯通后实际偏差的测定与调整8-8.陀螺经纬仪,第八章 地下工程施工测量,地下建筑物施工测量的内容及其作用，隧道贯通误差的要求及要求及横向贯通误差的统计分析，隧道地面控制测量误差对贯通误差的影响，地面控制测量的布设方案，进洞关系数据的推算，地下导线控制测量及其精度设计，地下水准测量，隧道施工中的测量工作，隧道贯通时实际误差和测定与调整。,8-1.概述,一、地下工程的有关基本知识按地下工

2、程的用途和开挖地点的不同可分为：（1）地下隧道工程。（2）地下峒室工程。（3）地下矿山井巷工程。,具体的施工方法有：（1）明挖法。（2）凿岩爆破法。（3）盾构法。（4）顶管法。,1.地下工程施工测量的内容：标定出地下隧道等线性工程的开挖位置和设计中线的平面位置与高程，以指导隧道按设计正确开挖施工；标定地下峒室的空间位置、形状和大小，放样隧道、峒室衬砌的位置，保证按设计要求进行开挖和支护衬砌；还要进行地下工程结构物基础放样，以及大型设备的安装和调校测量等测量工作。,二、地下工程施工测量的内容和特点,为了完成地下工程施工测量任务，在地下工程施工前要进行地面控制测量，在施工中进行地下控制测量和施工测

3、量，施工完成后需要进行验收竣工测量，如果地下工程有通过竖井或斜井与地面相通时，还必须进行竖井、斜井的联系测量。,2.地下工程施工测量的原则,1.由整体到局部，2.先控制后碎步，3.由高级到低级,3.地下工程施工测量的特点,（1）井下控制只适合布设导线；（2）地下平面和高程控制不能预先一次全面布设；（3）地下测量的测点标志一般布设在顶板上；（4）没有参照物，出现错误难以发现，同时巷道的布设影响，点位误差积累显著；（5）施工照明、灰尘、噪声、水文、施工运输机械等的影响的干扰影响测量工作的开展和测量精度。,1.贯通测量 是为加快施工速度，改善工作条件，在不同地点以两个或两个以上的工作面分段掘进按设计

4、彼此相同的同一井筒、巷道或隧道时所进行的各种测量工作。主要任务是确定并给出井筒或隧道在空间的位置和方向，并经常检查其正确性，以保证所掘井筒或隧道符合设计要求。,三、贯通测量与贯通误差,为了保证贯通工程的质量贯通工程应遵循两个原则：（1）贯通测量的总体测量方案和各个环节的策略方法应保证隧道、巷道贯通所必需的测量精度；（2）对所完成的策略和计算工作都应有客观的检查，确保其正确无误。,地下工程贯通的情形：,（1）两个工作面间相向掘进贯通，称为相向贯通。（2）两个工作面同向掘进贯通，称为同向贯通。（3）由一个工作面向另一个指定的地点掘进贯通，叫做单向贯通。,由于测量过程中不可避免地带有误差，因此隧道贯

5、通总会出现贯通偏差。如果将贯通偏差控制在某一限值内，使出现的贯通偏差不影响隧道的正常使用，则该限值称为贯通允许偏差。贯通允许偏差的大小一般是随地下工程的性质和用途而定。,表8-1 铁路隧道贯通允许偏差,贯通偏差可能发生在空间的3个方向上，即：（1）沿隧道中心线的长度偏差；（2）水平面内垂直于隧道中心线方向的左右偏差；（3）水平面内垂直于隧道中心线方向的高程偏差。,贯通测量一般包括地面控制测量、地下控制测量和施工放样测量。当通过竖井或斜井进行开挖时，还需要进行竖井、斜井联系测量。因此，影响隧道贯通误差的主要因素有：地面控制测量误差、地下控制测量误差，当通过竖井或斜井进行开挖掘进时，还需考虑竖井或

6、斜井的联系测量误差。,8-2.地面控制测量,隧道开挖的地面控制测量应在隧道开挖以前完成。地面控制测量包括平面控制测量和高程控制测量，平面控制测量网应根据隧道的长度和平面形状以及线路通过地区的地形情况和施工方法进行设计布设。高程控制测量通常仍采用水准测量方法，只有在斜井和地形陡峻的山区地段可考虑采用全站仪三角高程测量。,一、地面控制网的布设,隧道工程控制测量的作用是保证隧道按设计规定的精度能够正确贯通，并使地下各种建筑物按设计位置定位安装。而地面控制测量的作用是提供洞口点的三维坐标和进洞开挖的方向，或者说用以确定洞口点、竖井的进井点和方向照准点之间的相对位置，作为地下洞内控制测量的起始数据。,隧

7、道施工控制网分为地面网和洞内网。长隧道一般可近似作为直线型处理。洞外采用GPS平面控制网，在进、出口线路中线上布设进、出口点，进、出口再布设3个定向点，进、出口与相应定向点之间应通视。,应注意的是，各洞口点、竖井的近井点要和定向点通视，以便于与洞外控制点联测及向洞内测设导线，洞口点的布设位置还应便于施工中线的放样。,二、地面导线测量,全站仪导线已成为隧道贯通测量的地面平面控制测量的一种主要布网方式。它可以作为独立的地面控制，也可以用来进行GPS网点的加密，是坐标和坐标方位角传递的一种好的方式。导线的布设形式有附和导线、闭合导线、直伸形多环导线锁和环形导线网。,导线或导线网应尽量沿着隧道的中线方

8、向延伸布设，尽可能加大导线边长，减少导线转折角，以减少测角误差对横向贯通偏差的影响。如果地面有平峒、斜井和竖井与地下隧道相通时在这些洞口处应设导线点作为洞口点；对于曲线隧道，曲线的起点、终点以及曲线切线方向上的定向点都应包括在导线或导线网中。,三、GPS控制测量,当用GPS控制网作为隧道工程首级控制网，且需采用其他测量方法进行加密时，应每隔5Km设置一对相互通视的GPS点，若将GPS首级控制网直接作为施工控制网，每个GPS点至少应与一个相邻点通视。,一、二级GPS控制网应采用网连式、边连式布网，三、四级GPS控制网宜采用点连式布网，即整个GPS网由若干个独立的异步环构成，网中不应出现自由基线，

9、每个点上最好至少有3条独立基线通过，每个点最好至少独立设站观测两个时段。GPS控制网应同附近等级高的国家平面控制网联测，联测点数不少于3个。,四、地面高程控制测量,高程控制测量的任务是在各洞口附近设立23个水准点，测量各开洞口的进口点间的高差，由进口点向洞内或井下传递高程，建立洞内或地下统一的高程系统，以保证在贯通面上高程的正确贯通。高程控制测量的方法，一般在平坦地区及丘陵地区用等级水准测量，在山区采用全站仪三角高程测量。,进行地面水准测量时，利用线路定测水准点的高程作为起始高程，沿水准路线在每个洞口至少应埋设两个水准点，水准线路应形成闭合环线，或者敷设两条相互独立的水准线路，由已知的起始水准

10、点从一端洞口测至另一端的洞口。,8-3.地下控制测量,地下控制测量包括地下平面控制测量和地下高程控制测量。地下平面控制测量是随着隧道向前开挖掘进延伸而逐步布设导线的方式进行，同地面导线测量一样，仍然遵循高级控制低级的原则。地下高程控制测量方法有水准测量和三角高程测量。,一、地下导线测量,地下导线测量的任务是以必要的精度，建立地下工程平面控制测量系统。根据地下导线点坐标可以放样出隧道设计中线及其衬砌位置，从而指示隧道的掘进方向及衬砌施工，地下构筑物施工放样和竣工测量。,地下导线的起始点通常设在平峒口、斜井口以及竖井的井底车场，通过地面控制测量和联系测量测定地下导线起始点的坐标和起始边的坐标方位角

11、。地下导线布设等级和策略精度要求取决于地下工程的类型、用途、延伸的范围大小、施工方法和设计提出的限差要求等。,地下导线一般采用分级布设，通常分施工导线、基本导线和主要导线3种。一般施工导线的边长为2050m，基本导线边长为50100m，而主要导线的边长为150800m。地下导线常采用，全导线或交叉导线。,二、地下高程控制测量,地下高程控制测量的任务是测定地下隧道中高程点的高程，建立一个与地面统一的地下高程控制系统，作为隧道掘进中坡度的控制和竖直面内施工放样的依据。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。地下水准测量的等级和使用仪器，主要根据两开挖洞口间洞外水准路线的长度确定。,8

12、-4.联系测量,联系测量：为了保证地下工程按设计方向掘进，保证各相向掘进的工作面在预定地点能正确贯通，就必须将地面的平面坐标系统合高程系统通过平峒、斜井及竖井传递到地下，这些传递工作称为联系测量。,联系测量的任务：就是通过联系测量使地下河地面测量有一个统一的平面坐标系统和高程系统，同时也为地下测量提供坐标、方位角和高程的起算数据。,通过平峒、斜井的联系测量可由导线测量、水准测量、三角高程测量由地面洞口直接联测到地下完成。竖井联系测量分为平面联系测量和高程联系测量，其中传递坐标和方位角的联系测量称为平面联系测量，亦称为竖井的定向测量；传递高程的联系测量称为高程联系测量，简称导入高程。,地下导线起

13、算边的坐标方位角误差将使地下导线各边的方位角偏转同一个误差值，由此引起的导线各点的点位误差将随着导线伸长而增大。设导线终点为K，起算边的坐标方位角误差为m0，引起k点的位置中误差为：式中，R1为导线终点到起算点的直线距离。,由此可见，对沿隧道布设的近似直伸形的导线，由竖井定向确定的导线起算边坐标方位角误差对导线终点为的影响是很大的，竖井定向的坐标传递误差对导线各点位置的影响为一常数，他只使导线点位发生平移，其影响不随导线的伸长而累积，它相对于坐标方位角误差的影响而言就非常小了。,因此说竖井联系测量确定地下导线起算边方位角比确定起算点坐标更重要，精度要求更高，故通常将竖井平面联系测量简称竖井定向

14、。竖井定向方法可分为两类：第一类是从几何原理出发的所谓几何定向（包括一井定向、两井定向）；第二类是以物理特性为基础的所谓陀螺经纬仪定向。,一、一井定向,一井定向：是在一个竖井内悬挂两根吊锤线，将地面点的坐标和地面边的坐标方位角传递到井下的测量工作。一井定向测量工作分为在井筒内下放吊锤线投点和连接测量两个部分。,（一）投点和连接测量 通过竖井用吊锤线投点，通常用单稳定投点法。由地面向地下定向水平投点时，由于井筒内气流、滴水等影响，致使井下锤球线偏离地面上的位置，该线量偏差称为投点误差，由此而引起的锤球线连线的方向误差，叫做投向误差。,（二）内业计算 内业计算时，首先应对全部记录进行检查。连接三角

15、形内角和，若有微小的残差是，课将其平均分配给 和。,当地面连接三角形中d2mm，地下连接三角形中d4mm时，可在丈量的边长中分别加入下列改正数，以消除其差值 然后按D-C-A-B-C-D的顺序，用一般导线计算方法计算各边的坐标方位角和各点的坐标。,（三）一井定向误差分析分析上述误差公式课得出如下结论：（1）连接三角形最有利的形状为锐角不大于2的延伸三角形。（2）在连接测量时，应尽量使连接点C和C靠近最近的锤球线并精确的测量角度（3）两锤球线间的距离c越大，则计算角的误差越小。（4）在延伸三角形中，量边误差对定向精度的影响较小。,三、两井定向,（一）两井定向测量方法 当两相邻竖井间开挖的隧道在地

16、下已贯通，就具备条件采用两井定向。两井定向是在连个竖井内各悬挂一根吊锤线，在地面和地下用导线将它们连接起来，从而把地面坐标系统中的平面坐标和方向传递到地下。,两井定向的外业测量也包括投点、地面和地下连接测量两个部分工作。与一井定向相比，两井定向时每个竖井中只悬挂一根吊锤线，这就使投点工作更为方便且缩短了占用井筒的时间，有条件时吊锤线可挂在靠近井壁的设备管道之间，使竖井能照常进行生产。由于两吊锤线间的距离大大增加了，从而使投向误差显著减少，有利于提高地下导线定向的精度。,（二）两井定向的内业计算（1）根据地面连接测量的成果，按照导线的计算方法，计算出地面两吊锤线的坐标xA、xA、yB、yB。（2

17、）计算两吊锤线A、B连线在地面坐标系统中的坐标方位角和长度,（3）因地下连接导线为无定向导线，为此，计算时先采用假定坐标系。可计算出A、B连线在假定坐标系中的坐标方位角和长度：,（4）计算地下连接导线起始边在地面坐标系统中的坐标方位角（5）根据A点的坐标和计算出A1边的坐标方位角，计算地下连接导线各点在地面坐标系统中的坐标和坐标方位角。,（三）两井定向的误差分析 两井定向起始边的方位角误差来源于投点误差、地面连接误差及地下连接误差。地面连接误差为：,地下连接误差主要是又地下测角误差和量边误差所引起，因此 最后得到两井定向的地下连接导线边坐标方位角中误差的计算公式为：,四、高程联系测量,为了使地

18、面和地下建立统一的高程系统，应通过平峒、斜井和竖井将地面高程传递到地下隧道中，作为地下高程测量的起始高程，这项工作称为高程联系测量。通过平峒、斜井的高程联系测量可直接从地面用水准测量或三角高程测量直接导入。通过竖井导入高程的方法有长钢尺法、长钢丝法和光电测距仪铅直测距法。,（一）长钢尺法导入高程（二）钢丝法导入高程,（三）光电测距仪导入高程 光电测距仪导入高程的基本方法是：在井口附近的地面上安置光电测距仪，在井口和井底的中部，分别安置反射镜，经商的反射镜与水平面成45夹角，井下反射镜处于水平状态，通过光电测距仪分别测量出仪器中心至井上和井下反射镜的距离l、s，从而计算出井上和井下反射中心间的铅

19、垂距离h,然后，分别在井上和井下安置水准仪，测量出井上反射镜中心与地面水准基点间的高差hAE和井下反射镜中心与井下水准基点间的高差hFB 最后可按下式计算出井下水准基点B的高程HB。,8-5.贯通测量误差预计,贯通测量误差预计是在贯通测量工程施工前根据所选定的测量方案、测量精度和测量方法预先估计贯通相遇点的误差。如果估算出来的误差大于贯通误差在设计规定的容许偏差时，要对选定的测量方案和精度进行调整，直到估算的贯通误差在设计规定的容许偏差范围内，则按最终确定的测量方案、方法和测量精度进行施测，以保证在预定地点准确贯通。,一、贯通测量方案设计 贯通测量包括平面测量和高程测量两个部分。贯通测量方案设

20、计中，主要考虑贯通重要方向，即水平面内垂直于贯通中心线的横向贯通误差在设计规定的容许范围内，以确保贯通质量。因此，贯通误差预计也是针对该横向贯通误差进行估算。,一般来说，考虑地面测量条件要优于地下，故对地面控制测量的精度要求可高一些，因此，将地面控制测量误差对贯通的影响作为一个独立的因素，将地下两端相向掘进的隧道中导线测量的误差对贯通的影响各作为一个独立因素。设隧道设计的贯通横向误差的，根据测量中的等影响原则，则各独立因素测量误差的允许值为,如果隧道两端都用竖井与地面连通，然后在地下相向贯通隧道，此时，在两端竖井作联系测量的误差对贯通的影响也要各作为一个独立的因素来考虑，同样可得：同理，假若是

21、通过一个竖井和一个平峒口相向开挖贯通时，则,对于直线隧道，量边误差对横向贯通误差的影响完全可以忽略不计。实际上，两个洞口间的隧道一般都是直线形或半径很大的曲线形这种形状，因此，地面、地下导线有条件时应尽量布设成等边直伸形长边导线，地下导线只要在洞内具有长边通视条件，就可在基本导线基础上布设由长边组成的主要控制导线来指示长距离隧道的掘进施工。,贯通测量方案设计时，可根据隧道的设计长度、走向、线路经过地段的地形和地质水文情况、设计的线路等级和用途、贯通点允许偏差以及测量误差预计的结果，参考针对铁路、交通、城市、矿山等制定的相关测量规程，选定所采用的测量等级、精度要求和有关技术指标，必要时还通过优化

22、设计，最终确定符合工程设计要求、保证贯通质量的贯通测量方案。,二、平面贯通测量误差预计方法,（一）地面平面控制测量对横向贯通误差影响值的估算方法 地面控制测量对横向贯通误差的影响主要是由进、出口的洞口点坐标误差和定向边的坐标方位角所引起，因此，无论地面采用何种平面控制测量方式，误差估计就是计算两端洞口点的坐标误差和定向边的坐标方位角误差对横向贯通误差的影响值。,按方向间接平差中，用求平差未知数函数精度的方法估算横向贯通误差的严密估算方法。设未知数的函数和其线性化的权函数式为 由误差传播定律，贯通点的横向偏差的权倒数为,求得权倒数 后，可按下式计算未知数函数的中误差 式中，为设计的方向观测中误差

23、。,横向贯通误差与洞口控制点和定向点的位置和精度有关，选择不同的定向点，其横向贯通误差则不同。,（二）地下控制测量误差对横向贯通误差影响的估算方法 地下平面控制测量一般采用敷设导线的方法进行。对于长距离贯通隧道，地下导线布设成多边形闭合导线或主副导线环，采用严密平差方法进行平差计算时，横向贯通误差估算同地面控制测量对横向贯通误差影响值的估算方法一样，用严密估算方法进行估算。,对于短的隧道和矿山巷道的贯通，地下平面控制测量采用复测支导线形式时，可用下式进行横向贯通误差近似估算：,（三）竖井联系测量误差对横向贯通误差影响的估算方法 如果有通过竖井联系测量，由地面向地下传递坐标方位角和坐标的情况时，

24、那么总的横向贯通中误差为：,如果各项测量工作均独立进行两次，两次测量结果的较差符合规程规定的限差要求时，取两次测量结果的平均值作为最终观测值进行计算，这时估算的横向贯通中误差应为：一般用两倍中误差作为贯通预计误差，用 表示，则 贯通预计误差与贯通允许偏差 比较，若，则所选用的平面贯通测量方案和方法是可行的，能保证贯通质量。,三、高程贯通测量误差预计方法,地面和地下高程控制测量主要是采用水准测量方法。水准测量误差对隧道高程贯通误差的影响，可用下式计算 L为洞内外高程线路总长，km；为每千米高差中数的偶然中误差。,同平面控制测量一样，若高程测量工作独立进行两次，取平均值作为最终观测值进行计算，用2

25、倍中误差作为贯通预计误差，那么预计的高程贯通误差为 而且要求,需要指出的是，若采用光电测距三角高程测量时，L取导线的长度。若洞内外高程控制测量精度不相同时，则应分别进行计算。如果有通过竖井由地面往地下导入高程时，还应考虑竖井导入高程误差对高程贯通误差的影响。,8-6.地下工程施工测量与竣工测量,地下工程施工测量的主要任务是洞口开挖位置及其附近地段施工中线放样，在施工过程中指示平面和竖直面内的开挖掘进方向，定期测量检查掘进工程进度及计算所完成的土石方量，及时将已掘成的隧道、峒室位置测绘到平面图上。地下工程竣工后，还要进行竣工测量。,一、洞口开挖位置和进洞方向的标定,地下工程开始施工时，首先要在地

26、面标定平峒口、斜井口、竖井口的开挖位置和进洞方向，以指导开挖施工。标定时先要检查和熟悉设计图纸，弄清地面控制测量布设的洞口点和附近控制点与设计的中线点及中线方向的几何位置关系，同时核对地面平面控制点和水准点的测量坐标值和高程值，检查核对设计图上的设计数据，所用的测量数据和设计数据必须准确无误。,然后根据地面控制测量所得的洞口点坐标和它与其他控制点的连线方向，以及设计的隧道开挖点和中线方向，用坐标反算公式计算出所需的标定数据，用全站仪极坐标法标定洞口开挖位置和进洞方向，同时根据洞口所设高程控制点的高程值，确定洞口开挖点在竖直面内的高程位置。,二、隧道掘进时的测量工作,（一）平面掘进方向的标定 隧

27、道的掘进施工方法有全断面开挖法和开挖导坑法，根据施工方法和施工程序的不同，给定掘进方向的方法有中线法和瞄线法两种。,（二）竖直面内掘进方向的标定 为了指示隧道在竖直面内的掘进坡度，而在隧道壁上给出的一条基准线称为腰线。腰线可成组设置，每组不得少于3个点，各相邻点的间距应大于2m；也可每隔3040m设置1个，在隧道两壁上用红油漆画出腰线，腰线距底板或轨面的高度应为某一固定值。,（三）开挖断面测量 在隧道施工过程中，为了随时掌握所完成的土石方工程量，检查隧道开挖断面是否合乎设计要求，测量人员还需要随时测定隧道的断面，以便开挖人员及时对断面进行修补。隧道开挖断面形状的测定，传统的方法是采用断面支距法

28、。,（四）隧道内各部位结构物的放样 隧道内各部位的衬砌和结构物施工，都是根据线路中线、起拱线和轨顶高程，按照断面的设计尺寸和各结构物的平面设计位置和高程进行的。因此在施工前，必须检查复核要利用的中线点的平面位置和高程，检查要用的水准点高程以及设立的轨顶高程标志，确认无误后才能用来进行施工放样。,三、隧道竣工测量,隧道竣工后，为检查主要结构物及线路位置是否符合设计要求，并测绘竣工图，应进行竣工测量。该项工作包括隧道净空断面测量、永久中线点及水准点的测设。,隧道净空断面测量时，应在直线地段每50m，曲线地段每20m或需要加测断面处测绘隧道的实际净空。测量时均以线路中线为准，包括测量隧道的拱顶高程、

29、起拱线宽度、轨顶水平宽度、铺底或仰拱高程。,隧道竣工测量后，应对隧道的永久性中线点用混凝土包埋金属标志。在采用地下导线测量的隧道内，可利用原有中线点货根据调整后的线路中心点埋设。直线上的永久性中线点，曲线上应在缓和曲线的起点、终点各埋设一个，在曲线中部，可根据通视条件适当的增加。在隧道边墙上要画出永久性中线点的标志。洞内水准点应每千米埋设一个，并在边墙上画出标记。,8-7.隧道贯通后实际偏差的测定与调整,隧道贯通后实际偏差的测定是一项重要的工作，贯通后要及时地测定实际的横向和竖向贯通偏差，以对贯通结果作出最后评定，验证贯通误差预计的正确程度，总结贯通测量方法和经验。若贯通偏差在设计允许范围之内

30、，则认为贯通测量工作成功地达到了预期目的，若存在着贯通偏差，将影响隧道断面的修整、扩大和轨道铺设工作的进行。因此，应该采用适当方法对贯通后的偏差进行调整。,一、水平面内横向贯通偏差的测定,（一）中线法 隧道贯通后，用经纬仪将两端隧道的中线延伸到贯通面上，量出两中线间的距离d，其大小即为贯通隧道在水平面内垂直于中线方向的横向实际贯通偏差。,（二）连测法 用经纬仪将贯通隧道两端的中线点连测，使其闭合，同时丈量某一端中线点到贯通相遇点的距离l，根据贯通中线方向的偏角，可计算出贯通点在垂直于隧道中线方向的横向贯通偏差。,二、竖直内高程贯通偏差的测定,用水准仪测出或直接量出贯通接合面上两端腰线点的高差，

31、即为竖直面内高程贯通实际偏差。用水准仪连测两端隧道中的已知高程点，其高程闭合差即为贯通点在竖直面内的贯通实际偏差。,三、贯通偏差的调整,测定贯通隧道的实际偏差后，须对中线和腰线进行调整。（一）中线的调整隧道贯通后，如果实际偏差在设计允许范围之内，可用贯通相遇点一端的的中线点与另一端的中线点的连线代替原来的中线，作为衬砌和铺轨的依据。而且应该尽量在隧道未衬砌地段内进行调整，不牵动已衬砌地段的中线。,当贯通面位于曲线上时，可将贯通面两端各一中线点和曲线的起点、终点用导线连测得出其坐标，再用这些坐标计算交点坐标和转角，然后在隧道内重新放样曲线。,（二）腰线的调整实际测得隧道两端腰线点的高差后，可按实

32、测高差和距离算出坡度。在水平隧道中，如果算出的坡度与原设计坡度相差在允许范围内，则按实际算出的坡度调整腰线；如果坡度相差超过规定的允许范围时，则应延长调整坡度的距离，直到调整后的坡度与设计坡度相差在允许范围内为止。,8-8.陀螺经纬仪,将陀螺特性与地球自转有机结合构成的陀螺仪能够自动寻找真北方向，把这样的陀螺仪安置在经纬仪上，组成的陀螺仪便可以测定真北方向在经纬仪水平度盘的读数N，从而可求出任一方向的真方位角。这一工作称为陀螺经纬仪定向观测。,一、陀螺经纬仪的基本用途与类型划分,依仪器结构可将陀螺经纬仪划分为下架悬挂式和上架悬挂式两种类型。下架悬挂式陀螺经纬仪是利用金属悬挂把陀螺房悬挂在经纬仪

33、空心轴下，悬挂带上端与经纬仪的壳体相固连，采用导流丝直接供电，附有携带式蓄电池组合晶体变流器。,上架式陀螺经纬仪是用金属丝悬挂带把陀螺转子悬挂在灵敏部的顶端，灵敏部可稳定地连接在经纬仪横轴顶端的金属桥形支架上，不用时可取下，也就是说，灵敏部实际上相当于经纬仪的一个附件。,二、上架式陀螺经纬仪的结构组成,一套完整的上架式陀螺经纬仪由经纬仪、陀螺仪、经纬仪与陀螺仪连接装置以及电源箱等四部分构成。经纬仪与普通测量中所使用的完成一样，只是需在其上部安装一个专用的桥形支架，以用于陀螺仪的安置。,一般来说，上架式陀螺仪的结构均可划分为灵敏部、光学观测系统、锁紧限幅机构以及机体外壳等四部分。（一）灵敏部灵敏

34、部为陀螺仪的核心部分，其作用是利用高速旋转的陀螺寻找子午面，它包括悬挂带、导流丝、陀螺马达、陀螺房及反光镜等部件。,（二）光学观测系统在光源照射下，光标线经反光棱镜、反光镜反射后，通过物镜成像在目镜分划板上。由于光线反射的具体情况，我们在目镜看到的光标线影像的摆动方向与陀螺轴的实际摆动方向正好相反，所以，分划板的刻划为左“+”右“-”。,（三）锁紧限幅机构转动仪器外部的手轮，通过凸轮带动锁紧限幅机构的升降，可使陀螺灵敏部拖起或下放。该机构的作用一是拖放、一是限幅。拖起灵敏部的目的是保护悬挂带不受折损，因此要求陀螺经纬仪在搬运途中，或者在启动以及制动过程中，灵敏部必须处于拖起状态。灵敏部下放的快

35、慢直接影响着陀螺摆幅的大小，从而可实现限幅的功能。另外，该部分还配有减震、阻尼装置。,（四）机体外壳机体外壳由陀螺支柱、套筒、防磁层、即电缆插头等组成。机体外壳要有一定的隔热、防磁作用。,8-9.陀螺经纬仪定向作业过程,应用陀螺经纬仪进行定向的操作过程课概括为以下几个步骤：（1）在已知方位边上测定仪器常数（2）在待定边上测定陀螺方位角（3）在已知方位边上重新测定仪器常数（4）计算测线的坐标方位角。,陀螺仪在生产中使用的名词：陀螺北：指陀螺轴在零刻划线跟踪状态下白的的平衡位置，对应的水平度盘读数M称为陀螺北方向值，显然M的确定是陀螺经纬仪定向的主要工作。陀螺方位角地理方位角坐标方位角,一、零位观

36、测,零位是陀螺马达未启动时灵敏部自由摆动的平衡位置。灵敏部自由摆动的规律也是阻尼简谐运动。零点观测即对灵敏部自由摆动过程的观测，其目的是将观测值代入求出零位，从而求出零位对真北方向的影响即零位改正。,零位观测的过程是，在陀螺转子部转动的状态下，首先松开锁紧装置，缓慢放下灵敏部，然后观察目镜视场中光标线相对于分划板的摆动情况，可利用限幅机构使光标线的运动在目镜视场范围内。灵敏部的摆动完全由光标线的摆动来反映，因此我们可以对光标线摆动的进行观测。,二、精密定向,精密定向的目的是得到真北方向N,或陀螺北方向M,计算公式为这是陀螺经纬仪定向观测的主要工作。精密定向前需要进行粗略定向，也就是使望远镜近似指北。,在灵敏部拖起状态下，启动陀螺马达，当其达到额定转速后，缓慢而均匀地下放灵敏部。光标线开始晃动表明灵敏部处于半脱状态，稍停几秒，待光标线稳定，再慢慢下放，直至灵敏部全脱。若发现光标线晃动或摆动很快，则需使灵敏部返回半脱，重新慢慢下放，直至满足要求。，此时，就可以通过对光标线的观测来研究陀螺轴的摆动规律。逆转点法和中天法是精密定向的经典方法。,三、粗略定向,进行陀螺经纬仪精密定向的前提之一是望远镜近似指北，即粗略定向。粗略定向可利用罗盘仪，一般用陀螺经纬仪。（一）两逆转点法（二）四分之一周期法,四、仪器常数测定,在已知方位角的边上进行陀螺经纬仪定向观测，即可反求仪器的常数。,