引水隧道豎井的聯(lián)系控制測(cè)量

王華強(qiáng)

0 引言

近年來(lái),隨著地下空間開發(fā)利用技術(shù)的大發(fā)展,國(guó)內(nèi)大中城市地鐵建設(shè)空前迅速,地鐵建設(shè)主要通過(guò)豎井提供工作面進(jìn)行施工,如何保證地下按設(shè)計(jì)施作就成為施工的首要問(wèn)題,本文以貴陽(yáng)市西郊郊外城市用水引水隧道工程中的豎井工程為例,對(duì)豎井施工控制測(cè)量作簡(jiǎn)要介紹和分析。

1 測(cè)量前的準(zhǔn)備工作

1)升降吊錘和鋼絲用的絞車和導(dǎo)向滑輪:絞車各部件的強(qiáng)度必須能承受 3倍投點(diǎn)時(shí)的荷重,絞車應(yīng)設(shè)有雙閘;導(dǎo)向滑輪要求結(jié)構(gòu)牢固,輪緣做成銳角形繩槽,滑輪應(yīng)安置在與井架分離的特別托架上。在實(shí)際工作中,由于絞車和滑輪的安裝和調(diào)節(jié)不方便,通常采用焊接鋼筋三腳架和工鋼組合的方式代替,要求三腳架與工鋼完全分離豎井護(hù)欄和井架設(shè)備,形成獨(dú)立穩(wěn)固單元。

2)鋼絲:采用直徑小、抗拉強(qiáng)度高的碳素鋼絲,直徑一般為0.3mm～0.8mm,安全系數(shù)為2,豎井深度大于300m時(shí),宜選用直徑1mm以上的鋼絲。

3)重錘(吊錘):應(yīng)由生鐵做成,其形狀如砝碼狀,在無(wú)重錘的情況下,可采用規(guī)格的帶肋鋼筋綁焊成重錘代替,其懸掛點(diǎn)四周重量應(yīng)相互對(duì)稱。

4)阻尼液(穩(wěn)定液):阻尼液對(duì)重錘起穩(wěn)定作用,減少旋擺,所以阻尼液應(yīng)選用具有一定稠度的液體,通常采用機(jī)油作為阻尼液。

5)自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀兩套,經(jīng)鑒定過(guò)的 50m鋼尺一把。

2 平面聯(lián)系測(cè)量

2.1 豎井聯(lián)系測(cè)量方法的測(cè)量原理

通過(guò)豎井懸掛兩根或三根鋼絲,由地面導(dǎo)線點(diǎn)測(cè)定與鋼絲間的距離和角度,從而算得鋼絲的坐標(biāo)以及它們之間的方位角。在地下,認(rèn)為鋼絲的坐標(biāo)和方位角已知,通過(guò)測(cè)量和計(jì)算便可得出地下導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)和方位角,實(shí)現(xiàn)把地面與地下導(dǎo)線聯(lián)系起來(lái),推算出地下導(dǎo)線起始邊方位角。

2.2 豎井聯(lián)系測(cè)量方法的測(cè)量步驟

進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量之前,首先按照工程設(shè)計(jì)四等導(dǎo)線測(cè)量精度,依據(jù)豎井附近的地面控制點(diǎn),引測(cè)到井口附近埋設(shè)兩個(gè)近井點(diǎn)A, A′,如圖 1所示,近井點(diǎn)與地面控制點(diǎn)形成閉合(或附合)導(dǎo)線,平差后得出近井點(diǎn)A,A′的坐標(biāo)。在豎井內(nèi)懸吊兩根吊錘線O1,O2,吊錘線上端牢固的固定在鐵架上,下端掛錘球并分別懸空放在裝有阻尼液體容器中。吊錘線 O1,O2的間距盡可能大,隨線路方向前后布置,使定向角要小于 3°,在吊錘線上、下部固定全站儀測(cè)量專用反射片;然后,全站儀分別架設(shè)在近井點(diǎn)A,A′上,采用雙測(cè)站極坐標(biāo)的方法,測(cè)量后視邊到O1,O2的角度以及測(cè)站到O1,O2的距離,此時(shí)的距離測(cè)量全部為全站儀對(duì)反射片直接測(cè)距;再利用雙測(cè)站極坐標(biāo)的測(cè)量原理,可計(jì)算出吊錘線O1,O2在地面坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)值。

同理,通過(guò)點(diǎn) A′可求得吊錘線O1的另一組坐標(biāo)值 xO1′,yO1′;類似,通過(guò)點(diǎn) A,A′,可得另一條吊錘線 O2的地面坐標(biāo) xO2,yO2, xO2′,yO2′。因此,兩吊錘線分別有兩套坐標(biāo),兩套坐標(biāo)可相互比較、相互檢核,以確保兩吊錘線地面坐標(biāo)測(cè)量的精度。當(dāng)兩測(cè)站分別測(cè)量的O1,O2坐標(biāo)差值小于 2mm后,取它們的均值作為O1,O2坐標(biāo)的最后值。這樣就將地面控制點(diǎn)的坐標(biāo)和方位角傳遞到吊錘線O1,O2上。

如圖 1所示,獲得吊錘線的地面坐標(biāo)后,分別在井下布設(shè)的控制點(diǎn)B,B′上架設(shè)儀器,按地面上相同的測(cè)量精度,測(cè)量測(cè)站到O1,O2的角度θ以及測(cè)站到O1,O2的距離S1,S2,井下的距離測(cè)量也全部為全站儀對(duì)反射片直接測(cè)距;由于吊錘線 O1,O2的坐標(biāo)值已求得,故可反算出 O1,O2的平距S3;通過(guò)上述觀測(cè)角及觀測(cè)平距,利用正弦定理,可求得圖 2中的α,進(jìn)而可求得B,B′兩點(diǎn)在地面坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)值。

有了B,B′兩點(diǎn)的坐標(biāo),就可求出井下導(dǎo)線起始邊的坐標(biāo)方位角。這樣,就將吊錘線O1,O2的坐標(biāo)和方位角傳遞到地下B,B′點(diǎn)和邊BB′上了,也就是將地面控制網(wǎng)中的坐標(biāo)、方向經(jīng)由豎井上面地面控制點(diǎn)傳遞到豎井下了。

2.3 聯(lián)系三角形的測(cè)量方法和有關(guān)技術(shù)要求

聯(lián)系三角形測(cè)量,每次定向應(yīng)獨(dú)立進(jìn)行三次,取三次平均值作為定向成果,每次定向?qū)⒋咕€(鋼絲)位置移動(dòng)1 cm～2 cm,測(cè)量方法不變。

1)測(cè)角:

角度觀測(cè)應(yīng)采用不低于Ⅱ級(jí)全站儀,用方向觀測(cè)法觀測(cè)六測(cè)回,測(cè)角中誤差應(yīng)在 ±2.5″之內(nèi)。為了減小測(cè)角時(shí)對(duì)中誤差的影響,儀器應(yīng)對(duì)中 3次,每次對(duì)中將照準(zhǔn)部(或基座)位置變換 120°;或采用三聯(lián)觀測(cè)法及強(qiáng)制對(duì)中措施,以減小對(duì)中誤差的影響。

2)測(cè)邊:

聯(lián)系三角形邊長(zhǎng)測(cè)量可采用光電測(cè)距或經(jīng)檢定的鋼尺丈量,每次應(yīng)獨(dú)立測(cè)量三測(cè)回,每測(cè)回三次讀數(shù),各測(cè)回較差應(yīng)小于1mm。地面與地下丈量的鋼絲間距較差應(yīng)小于 2mm。鋼尺丈量時(shí)應(yīng)施加鋼尺鑒定時(shí)的拉力,并應(yīng)進(jìn)行傾斜、溫度、尺長(zhǎng)改正。

3 高程聯(lián)系測(cè)量

只要將圖1中懸掛在O1或Q2處的1.0mm的鋼絲換成經(jīng)鑒定過(guò)的50.0m大鋼尺,架置在圖1中A點(diǎn)或B點(diǎn)的全站儀換成自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀,就可以將地面上的水準(zhǔn)點(diǎn)高程精準(zhǔn)傳遞到豎井下的施工工作面上。

水準(zhǔn)點(diǎn)高程傳遞測(cè)量的工作步驟:在進(jìn)行水準(zhǔn)點(diǎn)高程傳遞測(cè)量之前,首先按照工程施工設(shè)計(jì)的四等水準(zhǔn)測(cè)量精度要求,將豎井附近的地面高程水準(zhǔn)點(diǎn),引測(cè)到井口附近,埋設(shè)兩個(gè)近井水準(zhǔn)點(diǎn)BM-1或BM-2,并利用水準(zhǔn)儀在已知地面高程點(diǎn)上測(cè)量BM-1或BM-2高程;在豎井內(nèi)懸吊50.0m大鋼尺一把并配10 kg重錘球一個(gè)。然后同時(shí)在井上和井下各安置一臺(tái)水準(zhǔn)儀。在豎井口附近后視BM-1或BM-2,記錄好后視讀數(shù)a,在井下前視B點(diǎn)讀數(shù)b,然后井上井下同時(shí)照準(zhǔn)鋼尺讀數(shù),井上讀數(shù)c1,井下讀數(shù) c2并記錄好,計(jì)算出BM-1與B點(diǎn)的高差h=a-(c2-c1)-b。然后井上井下變動(dòng)儀高按上述方法再獨(dú)立測(cè)兩次,三次測(cè)得的高差較差不得大于 3mm,并取三次的平均值。上述測(cè)量方法簡(jiǎn)單、方便、實(shí)用,可以廣泛運(yùn)用到城市地鐵豎井施工測(cè)量中。

4 結(jié)語(yǔ)

利用這一測(cè)量方法進(jìn)行操作的時(shí)候,為了保證測(cè)量誤差盡可能地減小到最低,要注意以下幾方面:

1)聯(lián)系三角形法傳遞方位角時(shí),應(yīng)盡量布設(shè)成延伸形三角形,外業(yè)觀測(cè)時(shí)可采用高等級(jí)觀測(cè)要求和設(shè)備來(lái)提高傳遞精度。

2)投點(diǎn)時(shí),兩垂線所懸掛重錘的質(zhì)量不宜太輕;懸吊鋼絲后應(yīng)待鋼絲和重錘穩(wěn)定后再進(jìn)行測(cè)角量邊。角度觀測(cè)時(shí),注意鋼絲擺動(dòng),儀器豎絲緊卡擺幅中間位置。盡量選擇在無(wú)風(fēng)的時(shí)候進(jìn)行測(cè)量工作。鋼結(jié)構(gòu)架子一定要安裝牢固,不能有任何的晃動(dòng)。

3)聯(lián)系三角形法宜地面地下同步觀測(cè),利于提高精度和減少占用豎井的作業(yè)時(shí)間。

4)在導(dǎo)線測(cè)量時(shí)圖 1O1,O2兩點(diǎn)之間的距離越大越好,以保證我們傳遞到豎井下的導(dǎo)線起算邊的邊長(zhǎng)盡可能的大。

5)因?yàn)閭鬟f到豎井下的導(dǎo)線起始邊方位角存在有一定的誤差,這一誤差對(duì)隧道的貫通有影響,誤差將隨著地下導(dǎo)線長(zhǎng)度的增加而增大,因此在使用此方法對(duì)獨(dú)頭掘進(jìn)的長(zhǎng)大隧道進(jìn)行控制測(cè)量的時(shí)候,每掘進(jìn)到一定的里程需按上述方法進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量。

[1] 劉 澈.測(cè)量放線工(高級(jí))[M].北京:中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2001:56-58.

[2] 王兆祥.鐵道工程測(cè)量[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2004: 152-154.

[3] 于來(lái)法,楊志藻.軍事工程測(cè)量學(xué)[M].北京:八一出版社, 1994:142-145.