全站儀高程法標定斜坡道腰線的應用

王宏軍

（陜西鳳縣四方金礦有限責任公司）

引言

甘肅某金屬礦山由于礦山的開拓需要在1455m標高掘進4折螺旋式上升的斜坡道至1510m標高。設計坡度為11°，斷面為2.5×2.8m的三心拱。由于巷道坡度和斷面較大，在施工中給測量工作的腰線標定帶來一定的難度，普通的采用偽傾角腰線標定法，由于現場的計算量大而且誤差容易累積，精度低滿足不了實際生產要求。加上本公司專業測量人員偏少。我們在實際生產中采用了全站儀精確測距和三角高程測量的優勢，結合中線點的標定和偽傾角標定腰線的原理，用高程法計算出需要標定腰線點的高程與腰線點的高差，最后在現場標定處腰線。

1 全站儀高程法現場標定腰線的具體方法

1.1 標定前的準備工作

（1）在斜坡道開口前的控制點處，利用（水準儀）全站儀三角高程測量方法按照一級水準測量對控制點的高程進行往返兩次測量，并進行檢核。確保控制點的高程精確。

（2）對參與測量人員進行交底和明確分工，并準備和標定腰線所需的工具材料等。

1.2 利用全站儀斜坡道腰線現場標定的具體步驟和計算方法

（1）斜坡道平面投影圖如圖1，A為起坡點，且AB為控制點，ABC同時也為中線點，1′為巷道壁上的1點在中線上的投影。在控制點同時也是中線點的B點（HB為B點的標高）架設儀器，并用2m的小鋼尺量的儀器高i（點下對中記為負值），這樣計算出B點的儀器高和腰線高的差值d。

圖1 斜坡道平面投影圖

B點的理論腰線高：

（DAB為點AB的平距，δ為設計坡度，腰線高設定距離底板為1.5m，HA底為起坡點的底板高程）

B點儀器高（視線高）與腰線高的差值：

當d＞0時，腰線點在全站儀激光點向下量取d米處為腰線，當d＜0是向上量取d米處為腰線。

（2）測量要素和方法

瞄準C點（中線方向）豎直角調整為斜坡道設計角度（上坡時為：90°-δ，下坡時為：90°+δ）激光達到要標定的1點位置用面棱鏡進行測量得到平距L和角度α及高差Vd，如圖2。

圖2 斜坡道縱剖面圖

則：B點和1′點位置的理論高差為：

實際測量得到：1點的高程為：

（3）計算標定點的高程

1′點的腰線高程為：

這樣就把在1′點的腰線高規化為1點的腰線高。

（4）標定點與腰線的差值計算公式

式中d1為全站儀激光視線高于1點腰線高的差值，當d1＞0時由巷道幫上的激光點1處向下豎直量取d1距離即為1點的腰線點，當d1＜0是向上量取得到1點的腰線點。

同樣的方式測量計算得到2.3點處的腰線點。

（5）全站儀腰線標定的現場檢查

由于測量性質決定了現場檢查的至關重要，測量工作任何一個細節都非常重要，任何的失誤都會造成重大損失，為了避免失誤的發生我們采用了一下的檢查方法。

①高差計算法，利用水準儀或全站儀觀測每組三個腰線點的高差，按照設計坡度（傾角）計算其最大高差不得超過：±7mm。

②高程計算法，利用水準儀或全站儀觀測至少四個腰線點的高程和坐標，看是否在腰線的設計高程面上。最大誤差不得超過：3mm。

③拉線法，通過每兩組腰線點掛線拉緊，看所放的腰線點是否在同一面上，不得出現明顯的視覺誤差。

2 常用的腰線點標定方法

圖3

2.1 利用坡度規標定斜坡道腰線

用坡度規標定腰線如下圖，在斜坡道開口處的巷道一邊幫上1點處系上測繩中間掛坡度規，沿著巷道同側掘進向上拉測繩，上下移動測繩使得坡度規的讀數等于巷道設計坡度即可固定2點，連接并標記1、2兩點即為巷道的腰線。

2.2 中線點法標定斜坡道腰線

（1）在中線點1點處安置經緯儀（全站儀），照準中線方向并轉動儀器豎盤，使得度數為巷道設計傾角，此時視線方向與巷道底板及腰線平行，瞄準中線 2、3、4 點并做臨時標記 2′、3′、4′。

（2）利用公式（7）計算K值：

式中H1為1點的高程，i為儀器高，h為底板到腰線的高，H1底為1點設計底板高。

（3）利用小鋼尺有由各個中線點標記處2′、3′、4′向下量取K長度得到了A、B、C點并做標記，則ABC三點即為腰線點，可以直接交施工使用或者用坡度規在將ABC三點水平的投影到巷道的兩幫上。

2.3 利用偽傾角法標定斜坡道腰線

偽傾角與真傾角的關系公式為：tanα=cosβ×tanδ

公式中α為偽傾角，β為中線點與原腰線點之間的夾角，δ為設計巷道傾角。

（1）在中線點A點安裝儀器，測量中線與原腰線1點的夾角β1，并按照公式計算出1點的偽傾角δ1。照準1點并將豎直角上下調整到δ1，做標記1′，用小鋼尺向上或向下測量1點與1′點的鉛錘距離得到d值。

（2）轉點照準部，測量中線點到新設腰線點2的夾角β2，并計算出2點的偽傾角δ2，照準2點并將豎直角上下調整到δ2，做標記2＇，用小鋼尺向上或向下測量鉛錘距離d，這樣就得到腰線點2。

3 全站儀高程法標腰線發與傳統標腰線方法的比較

根據巷道的施工和設計要求，我們可以采用不同的儀器和方法，在此做了比較。

（1）對于新開巷道用坡度規開口，但是其精度低，掘進5m后必須用儀器來精確標定腰線。

（2）用水準儀標定腰線比較常用，但是設計傾角超過8°后，遷站次數太多，造成精度下降，故不適合本工程。

（3）利用中線點標定腰線對于較長的斜坡有多方面的因素影響精度：①在中線上做標記容易出現誤差；②用坡度規將腰線點向兩幫引是容易出現誤差。

（4）用偽傾角法標定腰線精度較高也比較常用，但是也存在不足之處，首先是要利用以前的腰線點，這是不可靠的已形成誤差累計，其次現場計算量大，容易受到環境影響出現誤差，儀器的豎盤讀數在現場易受到影響產生誤差。

（5）用全站儀坐標法充分發揮了其測距精度高的特點，先利用其高程的對向三角高程測量兩次安裝一級水準測量校正，保證起算數據的精度，其次每次的腰線只是作為本次施工用，不會產生誤差累計。還可以在巷道幫上的任意位置標定。具有精度可靠，易操作的特點。

4 后記

甘肅某礦區在進行1450m標高到1510m標高的折返型斜坡道的施工高程采用了三角對向兩次測量，腰線標定采用了全站儀高程法，貫通后其精度符合設計要求，這說明了全站儀高程法標定腰線的方法精度可靠，現場易操作，用時短，方便可行，可以推廣使用。