本發(fā)明涉及地鐵施工領域,特別是涉及一種地鐵施工豎井聯(lián)系測量系統(tǒng),具體為聯(lián)系三角形定位系統(tǒng)。
背景技術:
地鐵工程建設期長、投資大,測量工作貫穿著始終,測量的精度直接決定地鐵工程質量的優(yōu)劣,其中豎井聯(lián)系測量是施工測量的重中之重。豎井聯(lián)系測量必須考慮現(xiàn)場條件的前提下采用合適的方法將地面點的坐標和方位角及高程準確地傳遞到地下,作為地下控制測量的依據(jù)。
豎井聯(lián)系測量是通過豎井將地面控制網和井下控制網聯(lián)系在同一平面坐標系統(tǒng)中的測量工作。主要包括豎井定向測量、定向連接測量和導入高程測量。
豎井聯(lián)系測量的方法一般有以下幾種:
1、導線直線定向法:采用全站儀進行導線測量的方法進行定向,垂直角不大于30°。對實用的一起。設備等均有較高的要求,因盾構井較大,補交適用于盾構法施工的隧道。
2、兩井定向鉆孔投點法:具有定向精度高、操作簡便、占用井口時間少、勞動量和強度小的特點,非常適合礦山隧道的施工,但是需要在地面鉆孔,審批手續(xù)繁雜,同時鉆孔成本較高。
3、鉛垂儀、陀螺全站儀聯(lián)合定向法:適用于各種平面聯(lián)系測量。具有定向精度高、占用豎井時間少、勞動量和強度小的特點,應用十分廣泛。
從現(xiàn)有的豎井聯(lián)系測量方法上看,或多或小都存在精度、工作強度和成本的問題,沒有一種能夠全面滿足施工要求的測量方法。
技術實現(xiàn)要素:
為了解決上述技術問題,本發(fā)明提供了一種測量精度高、施工方便。勞動強度小、成本低廉的地鐵施工豎井聯(lián)系三角形定位系統(tǒng)。
本發(fā)明所要解決的技術問題通過以下技術方案來實現(xiàn):
本發(fā)明的一種地鐵施工豎井聯(lián)系三角形定位系統(tǒng),包括待測豎井和置于待測豎井的井口的框架,所述框架下方、沿豎井垂直方向懸有兩根鋼絲,分別為第一鋼絲l1和第二鋼絲l2,所述第一鋼絲l1和第二鋼絲l2上方均與框架連接固定、下方懸掛均有重錘,分別為與第一鋼絲l1連接的第一重錘d1、與第二鋼絲l2連接的第二重錘d2;
所述第一重錘d1和第二重錘d2分別通過第一鋼絲l1和第二鋼絲l2垂直浸于豎井內的油中,所述第一鋼絲l1和第二鋼絲l2分別通過第一重錘d1和第二重錘d2的作用處于繃緊狀態(tài);
所述豎井井口處通過定位儀選取a0點,所述第一鋼絲l1上靠近框架一側選取a1點,所述第二鋼絲l2上靠近框架一側選取b1點,所述a0、a1和b1點組成第一三角形,所述第一三角形的三條邊分別為s1、s2和s3;
所述豎井內下方通過定位儀選取b0點,所述第一鋼絲l1上靠近第一重錘d1處選取a2點,所述第二鋼絲l2上靠近第二重錘d2處選取b2點,所述b0、a2和b2點組成第二三角形,所述第二三角形的三條邊分別為s1′、s2′和s3′;
所述a0點處有控制線a1,所述b0點處有控制線b1,通過投影法的方式得出a1與s1的夾角為α,s1與s2的夾角為β1,s2與s3的夾角為β2,b1與s1′的夾角為α′,s1′與s2′的夾角為β1′,s3與s2′的夾角為β2;
所述β1(β1′)和α(α′)通過測量得到,所述β2=β1×s1/s3;
豎井聯(lián)系三角形定位系統(tǒng)的測量誤差通過誤差方程得出:
其中m代表誤差值,mβ2代表β2處的誤差值,mβ1代表β1處的誤差值,ms1代表s1處的誤差值,ms3代表s3處的誤差值。
進一步的,所述s3的長度等于豎井直徑,所述s1/s3小于1。
進一步的,在同一尺寸段取ms1=ms2=ms3=ms。
進一步的,所述豎井內采用強制對中或校正過的光學對中器。
進一步的,所述β1(β1′)和β2均小于60。
進一步的,所述第一三角形和第二三角形均為直伸形三角形。
借由上述方案,本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點:
采用豎井聯(lián)系三角形定位系統(tǒng)進行定向測量,保證精度的同時,能夠降低施工工人的工作強度,節(jié)約施工成本,結構架設便捷。
上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述,為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段,并可依照說明書的內容予以實施,以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的一種地鐵施工豎井聯(lián)系三角形定位系統(tǒng)的結構示意圖;
圖2是圖1所示的一種地鐵施工豎井聯(lián)系三角形定位系統(tǒng)的聯(lián)系三角形投影示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例,對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明,但不用來限制本發(fā)明的范圍。
參見圖1-2所示,一種地鐵施工豎井聯(lián)系三角形定位系統(tǒng),包括待測豎井和置于待測豎井的井口的框架,所述框架下方、沿豎井垂直方向懸有兩根鋼絲,分別為第一鋼絲l1和第二鋼絲l2,所述第一鋼絲l1和第二鋼絲l2上方均與框架連接固定、下方懸掛均有重錘,分別為與第一鋼絲l1連接的第一重錘d1、與第二鋼絲l2連接的第二重錘d2;
所述第一重錘d1和第二重錘d2分別通過第一鋼絲l1和第二鋼絲l2垂直浸于豎井內的油中,所述第一鋼絲l1和第二鋼絲l2分別通過第一重錘d1和第二重錘d2的作用處于繃緊狀態(tài);
所述豎井井口處通過定位儀選取a0點,所述第一鋼絲l1上靠近框架一側選取a1點,所述第二鋼絲l2上靠近框架一側選取b1點,所述a0、a1和b1點組成第一三角形,所述第一三角形的三條邊分別為s1、s2和s3;
所述豎井內下方通過定位儀選取b0點,所述第一鋼絲l1上靠近第一重錘d1處選取a2點,所述第二鋼絲l2上靠近第二重錘d2處選取b2點,所述b0、a2和b2點組成第二三角形,所述第二三角形的三條邊分別為s1′、s2′和s3′;
所述a0點處有控制線a1,所述b0點處有控制線b1,通過投影法的方式得出a1與s1的夾角為α,s1與s2的夾角為β1,s2與s3的夾角為β2,b1與s1′的夾角為α′,s1′與s2′的夾角為β1′,s3與s2′的夾角為β2;
所述β1(β1′)和α(α′)通過測量得到,所述β2=β1×s1/s3;
豎井聯(lián)系三角形定位系統(tǒng)的測量誤差通過誤差方程得出:
其中m代表誤差值,mβ2代表β2處的誤差值,mβ1代表β1處的誤差值,ms1代表s1處的誤差值,ms3代表s3處的誤差值。
在井口架設框架,固定兩根鋼絲l1、l2,鋼絲底部懸掛重錘,并使重錘浸入油桶中,但不能與油桶有接觸,鋼絲在重錘重力作用下繃緊,且由于油桶內油的阻尼而保持鉛直,所以,l1、l2起了傳遞坐標的作用。在實測傳遞時,首先在井口精確定位a0,然后在鋼絲上標定兩點a1及b1,精確測量三角形a1a0b1的邊長s1、s2、s3。同樣在井底選擇b0,并在鋼絲上選出a2及b2,精確丈量三角形a2b0b2的邊長s1′、s2′和s3′。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b的坐標從而解決了豎井的定位問題。
聯(lián)系三角形在豎井定位中起傳遞方位和點位坐標的作用,它的布設圖形在方位和點位坐標傳遞的精度影響上關系極大。點位傳遞誤差對井下各點的影響均為同一個量值,使各點坐標相對基準都發(fā)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,必須采用合適的圖形,以使傳遞方向角的精度能達到較高標準。
通過誤差方程可以看出,等式右邊第一部分為角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,則須使s1/s3越小越好,由于s3為豎井直徑,受到客觀限制,只有使聯(lián)系三角形頂點a0到al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。對于第二、三部分,由于聯(lián)系三角形邊長較短,都在同一尺段內,可取msl=ms2=ms3=ms,則:
從上式可知,邊長測量誤差對傳遞方位角的影響,不僅與測量的精度有關,而與圖形有密切的關系,有利于傳遞方位角的圖形應為β1很小,且s1、s3比值小于1的圖形。即聯(lián)系三角形應布設成直伸形,井口投點a0到at點的距離應盡可能的短。由于聯(lián)系三角形布設成特殊形式,所以在保證方位傳遞的精度要求下對測角和測邊的精度要求各不相同,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。那么對于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(lián)系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。
除了上述聯(lián)系三角形測量中的誤差對定位的影響,還有鋼絲傳遞點位誤差、目標偏心誤差等其他因家影響。在聯(lián)系三角形測量時,必須保證兩根鋼絲嚴格鉛直,這樣才能保證a1、b1和a2、b2點具有相同的點位坐標及它們之間連線具有相同的方位角,但懸掛的鋼絲由于受到井筒內和井面上氣流和風力、受到油桶內油所產生的粘滯力作用和鋼絲本身的內應力、單擺的擺動作用等諸多因素的影響,在聯(lián)系三角形觀測期間不可能完全嚴格地位于鉛垂位置。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(wèi)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,豎井定位中垂線通常較長,在風力作用下,會構成一個單擺,此單擺的運動軌跡是一個十分復雜的曲線,因為它受到風力作用及油的粘滯阻力、空氣阻力、重錘等的共同作用。由于井筒口徑的限制,垂線l1和l2的距離變通范圍有限,所以,a1或b2的偏離將給方位傳遞帶來顯著的影響。若a1點偏離誤差為m,那么它對a2一b2方位角的誤差影響為:
式中d為兩根垂線的距離,若設l=20m,垂線傳遞點位的相同精度為1/5萬,則偏離誤差m=±0.4mm,取d=8m,利用上式可計算得mα=±7”,若同時考慮bt點誤差影響,則對方位傳遞的誤差可達±10”左右。在井下觀測中,為求得平衡位置,可采用逆轉點法觀測,從而獲得平衡位置的對應的水平度盤讀數(shù)。而對于目標偏心對定位的影響,地面觀測時由于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,但在井下觀測時由于坑道長度有限,控制點間距較短,對中誤差的影響就較顯著。
如考慮目標偏心,取口m=±lmm,d=50m,按上式計算可知,目標偏心對方位傳遞的誤差mα=±3″。如同時考慮儀器偏心,則總影響可達±4″,所以,井下必須要有足夠的長度,而且井下盡量采用強制對中或使用校正過的光學對中器。因此,聯(lián)系三角形法進行豎井定向時,方位角傳遞誤差:
綜上所述,聯(lián)系三角形進行豎井定向不僅傳遞方位而且傳遞點位坐標,在城市地下工程豎井傳遞中是一種比較好的定向法。為使定向的效果更佳,消減誤差的影響,聯(lián)系三角形β2、β1角度應布設得越小越好,最好是能小于60′,另外,聯(lián)系三角形邊長比例也越小越好,即布設成直伸三角形,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,在測量時也應注意勿使重錘振動,減小吊錘所帶來的誤差影響。
采用豎井聯(lián)系三角形定位系統(tǒng)進行定向測量,保證精度的同時,能夠降低施工工人的工作強度,節(jié)約施工成本,結構架設便捷。
上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述,為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段,并可依照說明書的內容予以實施,以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式,并不用于限制本發(fā)明,應當指出,對于本技術領域的普通技術人員來說,在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下,還可以做出若干改進和變型,這些改進和變型也應視為本發(fā)明的保護范圍。