地下工程测量整理(1)

1、 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。1. 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 、点位误差的累积地下工程施工面狭窄，只能前后通视 （导线）。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. 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。将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

2、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。4.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。 第二章 地下工程控制测量1.导线网 导线网的优点：优点：灵活性高、作业方便 计算简单（隧道的地面控制测量中广泛使用）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

3、型隧道和跨河、跨海隧道的地面控制测量。 1.长度大于4Km的隧道地面平面控制测量优先采 用（ ）。 A.导线测量 B.三角形网测量 C.GPS测量 2.二等水准测量往返测高差不符值为（ ）。 A.4K B.6K C.8K 2. 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 3.与地面导线测量相比，地下工程中的地下导线测量具有以下特点： （1）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

4、渐向前延伸。 （2）导线点有时设于坑道顶板，需采用点下对中。 （3）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。 （4）地下工作环境较差，对导线测量干扰较大。 （5）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。4. 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。5. 井下经纬仪导线测量内业（一）检查整理记录 在井下测角量边过程中，都应

5、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。（二）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。6地下高程控制测量（一）井下水准点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.联系测量 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

6、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平面联系测量（定向） 高程联系测量（导入标高）3. 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。4.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

7、误差叫做投向误差。其中误差为： 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。 5. 钢丝的下放和自由悬挂的检查测量前，应该用坚固的木板将井口盖上，板上留有孔隙，让钢丝通过。在下放之前必须通知定向水平的人

8、员离开井筒。钢丝通过滑轮井挂上小垂球后，慢慢放入井筒内。为了检查钢丝是否弯曲和减少钢丝的摆动，钢丝应通过提成拳状的手均匀缓慢下放，每下放50 m左右，稍停一下，使垂球摆动稳定下来。当收到垂球到达定向水平的信号后，即停止下放并闸住绞车，将钢丝卡入定点板内。在定向水平上，取下小垂球，挂上定向垂球。 垂球线在井筒中的自由悬挂检查常采用信号圈法和比距法同时进行。信号圈法是在地面上用铁丝做成直径为23cm的小圈(信号圈)套在钢丝上，然后下放，看是否能到达定向水平。使用此法时应注意信号圈不能太重及钢丝摆动，以免信号圈乘隙通过接触处。比距法就是用比较井上下两垂球线间距离的方法进行检查。若井上下所量得的两垂球

9、线间距离之差不大于2mm时，便认为是自由悬挂的。 6. 连接测量连接测量时，常采用连接三角形法。C与C称为井上下的连接点，A、B点为两垂球线点,从而在井上下形成了以AB为公用边的三角形ABC和ABC。在选择井上下连接点C和C时应满足下列要求： CD和CD的长度应尽量大于20 m； 应使C和C点处的锐角及小于2°，构成最有利的延伸三角形； 点C和C应适当地靠近最近的垂球线，使a/c和b/c之值尽量小一些。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，C计为其计算值，则： 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

10、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：、2解算连接三角形各未知要素 、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。 7.两井定向原理：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

11、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。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 3、根据上式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

12、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。8联系测量的精度分析 （一井定向为例）根据规程要求，一井两次独立定向所算得的井下定向边的方位角之差，不应超过2，则一次定向的允许误差是 若采用两倍中误差作为允许误差，则一次定向的中误差为 此误差由以下三部分组成： （1）井上的连接误差 （2）投向误差 （3）井下的连接误差 一般情况下，一井定向的投向误差和连接误差大致相等若井上与井下的连接误差相等时9.

13、投向误差分析 如图：假设投点时候，B点没有误差，A点有投点误差，则投向误差为： 投点线量误差的方向可能偏向任何一方，类似以前所学觇标对中误差对测角的影响公式推导方法（参考8-30式）可得 同理，若A点没有误差，B点有投点误差，则投向误差为一般两根垂球线的投点条件相同，即认为则总的投向误差为 10.连接误差分析由上图，井下导线起始边的方位角为 上式分为井上和井下连接误差及投向误差三部分，下面分别讨论： 1.连接三角形中垂球线处角度的误差及三角形最有利的形状同理，对角同样可得结论（1）连接三角形最有利的形状为锐角不大于2o的延伸三角形。（2）计算角a和的误差随测量角r的误差（测角方法误差）增大而增

14、大，随比值a/c的减小而减小。故在连接测量时，应使连接点C和C尽可能靠近最近的垂球线，并精确地测量角度r。规程规定a/b（或b/c）的值一般应不超过1.5。（3）两垂球线间的距离c越大，则计算角的误差越小。（4）在延伸三角形时，量边误差对定向精度的影响较小。 第三章 联系测量(2)1.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。 2. 陀螺仪的工作原理3. 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（测定定向边

15、陀螺方位角应独立进行两次，其互差应小于40 ）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4. 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（测定近似北方向）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（精密测定陀螺北）

16、采用有扭观测方法（如逆转点法等）或无扭观测方法（如中天法、时差法、摆幅法等）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。5.粗略定向方法（两个逆转点法、四分之一周期法）6. 陀螺定向的精度分析（1.）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 表示。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

17、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（简称一次测定中误差）。 第四章 地下工程施工测量1.隧（巷）道中线的标定工作 中线：巷道水平投影的几何中心线 作用：指示巷道水平面内的掘进方向 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。 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。2.直线隧（巷）道中线测设直线型隧（巷）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。3曲线隧（巷）道中线测设曲线隧（巷）道中线

18、有圆曲线和综合曲线等形式，实际测设曲线隧（巷）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（巷）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 。 （1）弦线法原理: 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。弦线法测设中线的步骤： （2）实地测设 如图4-4所示，当隧道掘进到曲线起始点A后，先在直线段标

19、出A点，然后在A点安置全站仪或经纬仪，后视隧道直线段中线点M，测设转向角 ，给出弦A1的方向，此时曲线隧道仅掘进至A，1号点无法标定，故将望远镜纵转给出A1的反方延伸线，并在A1的反向延长线上的隧道顶板处标出弦线点 ， 和A构成一组中线点，用于指示A1段隧道掘进方向。当隧道掘至1点位置后，再置经纬仪于1点，后视A点拨转角 给出12方向，同样此时12段隧道尚掘出，2点无法标出，按测设Al的方法，在12反向延伸线上标出2和2”，2、2”和1构成一组中线点，用于指示12段隧道掘进方向。照此方法逐次测设各弦，直至曲线隧道终点B。图4-4 弦线法测设中线作业：圆曲线巷道中心角90°，曲线的半径

20、R=12m，用三等分中心角求弦线法测设数据,画示意图叙述详细的测设过程。实验三（巷道施工放样）：在地面上任找一直线AM，从A点开始以左角将上述测设数据测设在地面上。4. 隧（巷）道腰线的测设方法腰线的作用是指示隧（巷）道在竖直面内的掘进方向。腰线通常的位置在隧（巷）道的一帮或两帮上，高于隧（巷）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。 5.倾斜隧（巷）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

21、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。 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.巷道贯通常用形式有如下三种1)两个工作面相向掘进，叫做相向贯通(a)；2) 从巷道的一端向另一端的指定地点掘进，叫做单向贯通(b)；3) 两个工作面同向掘进，叫做同向贯通或追随贯通(c)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. 贯通测量误差5. 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

22、方案与测量方法。对重要的贯通工程，要编制贯通测量设计书，进行贯通测量误差预计，以验证所选择的测量方案、测量仪器和方法的合理性。(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

23、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。 6.贯通测量设计书的编制1.井巷贯通工程概述 包括井巷贯通工程的目的、任务和要求，贯通容许偏差值的确定，并附比例尺不小于1：2000的井巷贯通工程图。2.贯通测量方案的选定 包括地面控制测量、矿井联系测量及井下控制测量的方案，并要说明所采用的测量起始数据的情况。(3)贯通测量方法。包括采用的仪器、测量方法及其限差。(4)贯通测量误差预计。绘制比例尺不小于1：2000的贯通测量设计平面图，在图上绘出与工程有关的巷道和井上、下测量控制点

24、；确定测量误差参数，并进行误差设计，预计误差采用中误差的两倍，它应小于规定的容许偏差。(5)贯通测量成本预计。包括所需工时数及仪器折旧和材料消耗等成本概算。(6)贯通测量中存在的问题和采取的措施。 7.一井内巷道贯通测量（1）定义：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道。（2)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(3) 步骤：(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处，并进行井下高程测量，然后计算出A、B两点的坐标及高程，以及CA、BD两条导线边的坐标方位角aCA和aBD

25、。(2) 计算标定数据：贯通巷道中心线AB的坐标方位角8. 两井间巷道贯通测量（1） 定义：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。（2） 两井间巷道贯通一般包含以下几个步骤: 1、两井间的地面连测 两井间地面连测的目的是为了确定两井近井点的坐标和高程。地面连测的方式 可以采用导线测量、三角网插点或GPS测量，同时进行相应的水准测量。 2、两井分别进行联系测量 对两井分别进行联系测量的目的是为了将地面的坐标、方位和高程传递到井下 去，以确定井下导线起始边的方位角以及井下定向基点的平面坐标和高程。 3.井下导线测量和高程测量 井下导线测量和高程测量从由地面传递到井下的井下基准点和起始边开始。 4、计算巷道贯通几何要素并进行实地标定 根据井下导线测量和水准测量求得的待贯通巷道两端处在中线点上的坐标和高程，按照一井内贯通的计算方法，计算出待贯通巷道的掘进方向和坡度等贯通几何要素，并在实地进行标定，在掘进过程中应及时进行检查和调整巷道的掘进方向和坡度，直到巷道完全贯通为止。第6章 贯通工程方案设计及误差预计1. 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