測量方案
一、專案簡介
xx市軌道交通*號線一期工程***隧道*號豎井，中心里程ck11+140，縱向長10公尺，橫向寬16公尺，深度26公尺。豎井兩側連線礦山法施工段隧道，施工期本豎井作為隧道施工的工作面，隧道施工結束後作為通風口使用。通常由於地面測量、地下控制測量以及施工放樣中的誤差等諸多因素的影響，在實際貫通隧道中心線在貫通面不能理想銜接而造成錯位，形成隧道施工貫通誤差。
隧道施工貫通誤差可分為三部分；一沿隧道中線方向的縱向貫通誤差、二垂直隧道中線方向的橫向貫通誤差、三鉛垂面上的高程貫通誤差。在地鐵隧道貫通中，橫向貫通與高程貫通精度指標最為重要。是衡量隧道掘進準確度的標準。
我們擬在本豎井施工中採用以下測量方法。
1聯絡三角形測量
聯絡三角形通過合理構造三角形形狀和測量裝置可達到較高的
精度。如圖1所示,我們在井口架設框架,固定兩根鋼絲l1、l2,鋼絲
底部懸掛20kg的重錘,並使重錘浸入油桶中,但不能與油桶有接觸,
鋼絲在重錘重力作用下繃緊,且由於油桶內油的阻尼而保持鉛直,
所以,l1、l2起了傳遞座標的作用。在實測傳遞時,首先需要在井口
精確定位a0,然後在鋼絲上標定兩點a1及a2,精確測量三角形a1a0b1
的邊長s1、s2、s3及連線角a、β之角值。同樣在井底選擇b0,並在鋼
絲上選出a2及b2,精確丈量三角形a2b0b2的邊長s'1、s'2和s'3傳遞
角a'、β'之角值。利用定向原理可以得到井下控制邊b0-b1的方位
角以及井下控制點b0的座標。聯絡三角形在豎井定位中起傳遞方位
和點位座標的作用,它的布設圖形在方位和點位座標傳遞的精度影
響上關係極大。點位傳遞誤差對井下各點的影響均為同乙個量值,
使各點座標相對基準都發生相同的位置錯動,但這種誤差的值較
小,所以對地下控制的影響不太大,而方位角傳遞的誤差卻隨距離
的增加而累積。因此,在豎井定位中對方位角的精度控制較嚴,必須
採用合適的圖形,以使傳遞方向角的精度能達到較高標準。
1聯絡三角形布設示意圖
如圖2所示為地面及井下兩個聯絡三角形在同一平面上的投影
圖。根據聯絡三角形傳遞方位的作用分析,由於β1與α為實測,β2
是由β1、s1、s2、s3等解算而得。當β1、β2值很小時,則可簡化為:β2=β1s1/s3,由此微分可求得中誤差方程:
mβ22=s1s3!"2mβ12+s1s3!"2mβ12+β1s1s32!"2ms3
圖2聯絡三角形投影圖
該式分析可知,等式右邊第一部分為β1的觀測精度對傳遞方位
的影響,第
二、三部分為三角形邊的丈量精度對方位傳遞的影響。首
先考察第一部分,為使測角的影響減少,則須s1/s3越小越好,由於s3
為豎井直徑,受到客觀限制,只有使聯絡三角形頂點a0到a1的距離
s1之值在條件許可的情況下應布設得越短越好,使s1/s3<1,那樣角
度觀測的誤差對方位傳遞的影響就能減弱。對於第
二、三部分,由於
聯絡三角形邊長較短,都在同一尺段內,可取msl=ms2=ms3=ms,則:
β1s32!"2ms2=β1s1s32!"2ms2=mss3!"2β12+1+s12s32!"
從而可知,聯絡三角形應布設成直伸形,井口投點a0到a1點的
距離應盡可能的短。假定測角誤差和測邊誤差在方位傳遞中視作等
影響,通常儀器取mβ=±3",當β1=50'時,可得:ms/s=l/1500。那麼對於直伸三角形的測距精度要求可以很低,但是在實際工作中,測距
精度往往可達l/5000左右,若測角中誤差仍為mβ=±3",則可得測距
誤差對方位角傳遞的影響僅為測角誤差的30%左右。所以,在聯絡
三角形定位中測角誤差是影響方位角傳遞精度的重要因素。還有在
聯絡三角形測量時,必須保證兩根鋼絲嚴格鉛直,這樣才能保證a1、
b1和a2、b2點具有相同點位座標及它們之間連線具有相同的方位
角,但懸掛的鋼絲受到諸多因素的影響,在聯絡三角形觀測期間不
可能完全嚴格地位於鉛垂位置。如考慮氣流和風力作用,可得側向
風使垂線下端偏移:△=l×f/p,其中l為線長,p為錘重,f為風力,
△為位移量。垂線越長,吊錘越輕,則影響越大,特別是井下的a2、
b2,所以,在井下觀測時應予以注意。另外,由於井筒口徑的限制,垂
線l1和l2的距離變通範圍有限,所以,a1或b1的偏離將給方位傳遞
帶來顯著的影響。在井下觀測中,為求得平衡位置,可採用逆轉點法
觀測,從而獲得平衡位置的對應的水平度盤讀數。而對於目標偏心
對定位的影響,地面觀測時由於地面控制點可選較遠的已知點,所
以偏心對傳遞方位的影響不十分顯著,但在井下觀測時由於坑道長
度有限,控制點間距較短,對中誤差的影響就較顯著。所以,井下必
須要有足夠的長度,而且井下盡量採用強制對中或使用校正過的光
學對中器。因此,聯絡三角形法進行豎井定向時,方位角傳遞誤差:
ma=±4mβ2+m器2+m對中2+m偏心2$
綜上所述,聯絡三角形進行豎井定向不僅傳遞方位而且傳遞點
位座標,在城市地下工程豎井傳遞中是一種比較好的定向法。
2豎井高程定位
為了滿足豎井高程方向的開挖要求,我們在井底設立了相應等
級的水準點。由於豎井結構的特殊性,不可能利用水準測量把地面
已知高程引測到井底,通常豎井高程的引測都利用鋼帶尺進行傳
遞。如圖4所示,我們首先在井口附近測設水準點m0(高程為h0),
然後在井口上設一滑輪,將檢定過的長鋼尺由滑輪向井筒內送放。
鋼尺末端掛一定重量的重物p0當重物p十分接近井底時,把鋼尺另
一端在井口處固定。然後在地面和井底架設兩台水準儀同時觀測。
圖4豎井高程傳遞示意圖
若兩台水準儀在鋼尺和水準尺上的讀數分別為a1、a2與b1、b2,且鋼
尺的零點刻劃位於井底處,那麼可以求得井底水準點的概略高程
h'1為:
h′1=h0+(a1-b1)-(a2-b2)
式中a2-b2即為高程傳遞中所用鋼尺的長度。為了求得m1點的
精確高程,還必須進行尺段溫度改正△h1和尺段拉力改正數△h2。
2.1尺段溫度改正
對於一根20m長的鋼尺,如果溫度變化△t=±1℃,那麼因溫度
變化而引起尺長的改變將達△l=±0.25mm。可見溫度對鋼尺的作用
是顯著的。在豎井高程聯絡測量時,如果豎井較深,則所用鋼尺(或
鋼絲)必定很長,溫度影響將更顯著。此外,豎井內的溫度分布情況
比較複雜,並不是均勻一致的,在精度較高的高程傳遞中,必須顧及
豎井內溫度的垂直梯度場而對尺段進行溫度改正。通常採用一種簡
單的處理方法,把豎井內的溫度梯度分布與高程成線性關係,即:th=
th0+a(h-h0),這樣鋼尺的溫度改正就很簡單,只要在地面井口附近
的適宜位置和井底部位分別觀測溫度,取平均值作為尺子實際溫度
t,計算溫度改正數△h1。但是,實際豎井內溫度垂直梯度場比較復
雜,而且不容易測定出來。為精確地傳遞高程,可利用溫度補償的辦
法。在高程傳遞時,設定兩個靠得很近的滑輪並分別懸掛尺子(銦瓦
絲或鋼絲)一起進行觀測,此兩根尺子應預先測出各自的線膨脹係數
a1和a2之值,若設在銦瓦帶尺上、下端的水準測量讀數為a2和b2,而
鋼尺上的水準測量讀數是a'2和b'2,那麼它們所測得的長度之差為:
△l=(a'2-b'2)-(a2-b2),若設所測得實際距離為,則兩根尺子由於溫
度的變化而產生的溫度改正值分別為:δl′1=
10"a1δtdl,δl′2=10"a2δtdl。
由於豎井內各不同高程位置處兩根尺子的溫度是相同的,即△t是
相同的,所以:
δl′2-δl′1=(a2-a1)10"δtdl
δl=δl′2-δl′1=(a′2-a′1)-(a2-a1)
從而可以求得:
10"δtdl=δt(a2-a1),δl′1=a1a2-a1δl,δl′2=a2a2-a1δl,
因此,若已知兩尺的a1和a2,並測得了兩尺的距離差△l,則兩
尺因溫度作用產生的改正值可直接求得,而不必知道豎井垂直面內
溫度分布的實際情況。
2.2尺段拉力改正數△h2
尺子檢定時的拉力一般為100n左右,但豎井高程傳遞時,所掛
的重錘會更重一些以保證尺子的穩定性。此外,尺子豎直懸掛時,由
於自身的重量產生乙個附加拉應力作用於尺體上,因此必須對尺子
施加拉力改正。根據胡克定律,在彈性變形範圍內有:σ=e×△l/l若
設尺子橫斷面積為w(㎜2),所掛重錘比檢驗時的標準拉力增重△p
(kg),尺長為l,那麼因重錘的變化而引起的長度改正為:△l1=△p/
w×l/e,此外,尺子自重而產生的長度改正值可由下式計算:
δl2=ab"rexdx,δl2re×12(a2-b2)
式中γ為尺子的單位長度重量,e為鋼的彈性模量。那麼由於重量
的變化和尺子自重的影響,對所測高差的改正為:
δh2=δpw×le×re×12(a2-b2)
三、結論和建議
聯絡三角形測量是一種比較有效的豎井定位定向方法,其中測
角誤差是影響方位傳遞精度的重要因素。為使定向的效果更佳,聯
系三角形角度布設得越小越好(最好是能小於60'),聯絡三角形邊長
比例也越小越好,盡量布設成直伸三角形。此外,宜用較細的吊垂
線,且在無風的天氣下,以減少井中風向的紊流影響,減小吊錘所帶
來的誤差影響。
為滿足豎井高程方向的開挖要求,在井底必須設立相應等級的
水準點,通常豎井的高程引測採用鋼帶尺傳遞,但高程引測必須進
行鋼尺尺段溫度改正和拉力改正數,以保證精度。
實踐證明我們通過以上測量方法對豎井進行的控制測量取得了
良好的效果,在隧道的橫向貫通中,中線橫向偏差5mm,高程貫通誤
差3mm,遠小於容許誤差範圍。
豎井開挖施工測量技術
摘要 豎井開挖施工對測量而言，重要的工作有控制測量 反井鑽機垂直度控制 過程測量控制 雷射指向儀安裝 日常開挖施工放樣 貫通測量 資料整理等。本文以響水澗抽水蓄能電站施工測量為背景，豎井控制測量 日常開挖測量放樣 開挖竣工形體測量 滿足規範精度等問題。關鍵詞 豎井開挖 垂直度控制 雷射指向儀安裝 放...
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cb01施工技術方案申報表 華水 2007 技案013號 合同名稱 吉林省中部城市供水工程長春玉公尺工業園引水隧洞工程合同編號 bjxg 0704 7 說明 本表一式 4 份,由承包人填寫。監理機構籤後，隨同審批意見，承包人 監理機構 發包人 設代機構各式各1份 吉林省中部城市引松供水工程 長春玉公...
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