第11章施工测量与监测

实施性施工组织设计第11章 施工测量与监测11.1 施工测量11.1.1 编制依据1、工程测量规范（GB5002693）2、建筑工程施工测量规程（DBJ01-21-95）3、地下铁道、轻轨交通工程测量规范（GB50308-1999）4、石家庄地铁新建线路控制测量总体技术要求5、新建铁路工程测量技术规范6、石家庄地铁施工监控量测技术要求7、设计图纸根据以上规范、规程关于隧道工程设计施工验收对施工精度的有关要求，本着“技术先进，确保质量”的原则，制定本施工测量方案，确保圆满完成本工程的施工测量任务。11.1.2 测量准备 施工测量准备工作是保证施工测量全过程顺利进行的重要环节，包括图纸的审核，测量定位依据点的交接与校核，测量仪器的检定与校核，测量方案的编制与数据准备，施工场地测量等。 1、首先对照业主提供的精密导线点及精密水准点等交桩资料，对现场桩位进行复测，及时将复测结果报业主和监理工程师。2、对所有进场的仪器设备及人员进行初步调配，并对所有进场的仪器设备重新进行检定。3、由主管工程师进行技术交底。4、根据图纸条件及工程结构特征确定平面控制网形式。11.1.3 控制测量控制测量分地上控制测量和地下控制测量。11.1.3.1地上控制测量选择甲方所交的精密导线点作为依据，首先对其进行复测，逐个进行导线点方位角及距离测量，所测结果是否与交桩结果相符。最后精密导线点作为依据加密导线点。高程控制网的建立采用和导线控制网相同的点位，由一已知水准点开始进行闭合水准测量，最后回到另一个已知水准点上。闭合水准满足要求后，进行平差处理，让各水准点归算于同一高程系统，作为控制整个工程的标高依据。在施工车站附近至少布设两个水准点，且要在同一水准路线内，以便于施工测量时有多个水准参考点。11.1.3.2地下控制测量地下平面控制网采用导线控制，分为施工控制导线和施工导线。联系测量到竖井的点为起始点，随隧道的不断延伸布设施工控制导线点；直线段控制导线的边长一般150m左右，在特殊情况下不小于100m。曲线段施工控制点应尽量设在曲线元素点上，其边长不应小于60m。随着隧道的推进，通过施工导线点每30m布设一个施工导线点；导线点布置在稳固牢靠、易保护、便于通视的地方，并做上明显标记。导线点测设用 级全站仪施测，左、右角每次测2个测回，左右角平均值之和于360较差应小于6，边长往返观测各二测回，往返观测平均值较差应小于7mm。导线最远点点位横向中误差应在25mm之内。为保证贯通精度，导线要定期检测，一个月复测一次，隧道进入一半和盾构机出洞前50m时，要联系地面各重新复测一次。地下高程控制测量采用几何水准测量方法，地下施工控制水准点每200m设置一个地下施工水准点，沿隧道50m布设一点，点位最好与导线点联测，精度要求按二等水准测量。每布设一点，测量时都要往返到井下的起始点上，地下水准点测量应在隧道贯通前独立进行三次，并与地面向地下传递高程同步，重复测量的高程点与原测点的高程较差应小于5mm。地下水准点要经常进行复测，根据复测的结果及时修正水准点的高程。11.1.4 施工测量在施工控制网建成后，接下来的工作就是放线与验线。其工作步骤分为：地面控制点的坐标、高程传递到竖井内、隧道中线定位与复核等各项工作。测量的技术要求应参照地下铁道、轻轨交通工程测量规范的有关规定执行。施工中为保证放样精度，避免误差的积累，隧道中线应以不同控制点测设的两个点来确定。放样的要素必须用坐标反算法来计算，用极坐标法来测设已知角和距离。11.1.5 联系测量当车站底板完成后，为保证地面控制和地下控制系统的统一，需将地面控制点的坐标、高程传递到始发井内，使地下控制和地面建立一定的几何联系。11.1.5.1平面网的联系测量平面的联系测量是通过联系三角形法传递，本工程的盾构始发井深17米，并且精度要求很高，故选用联系三角法。因井较深，通过竖井附近的导线点往井下传递，共向井下传递四个点。在盾构基座安装前，在竖井隧道中线上投放两点，控制基座安装；考虑到通视要求，在盾构机井下组装前，把点投放到竖井长边同侧的两个角上。井下作业点要牢固不易遮挡，点位做法是在竖井底板钻孔嵌铜芯，并做好标识。角度观测采用全圆测回法观测，测角误差应在4之内，重复观测，一般应进行三组投点，每组投点独立观测三次，独立计算有关数据，然后取其加权平均值作为观测结果，通过观测的边角数据，推算出竖井下点的坐标及方位，作为地下平面控制的起始点。11.1.5.2高程联系测量通过始发井附近事先设好的水准点将高程从始发井传到地下结构中。传递高程采用悬挂钢尺法，使用的钢尺事先经过检定，钢尺悬吊的重锤重量必须与检定时所施加的拉力相同。传递的时间宜选在井上井下气温相差不大的时候进行。如果传递时气温与检定时的标准温度相差过大，要对传递结果进行温度改正。钢尺应悬挂在龙门吊的适当位置，固定要牢固。引测高程时，电葫芦不能工作，以保证引测的精度。传递高程作业时，地面上应选两个水准点，井上井下应同时进行，每次3个测回，每测回应变动仪器高度，三测回测得地上、地下水准点的高差较差应小于3mm。井下水准基准点布置两个，一个布置在始发井一角，另一个布置在洞内，基准点应采用型钢或预埋铁件，埋深大于50cm。洞内水准点最好与中线点预埋铁板放在一起，即在铁板上加一条螺栓，作为水准点。水准点做好后应在边墙上做标记，以便于保护。站内水准基点应选取在变形基本稳固的底板或柱子结构上，点数不少于3个，以便于相互较测。11.1.6 洞内施工测量11.1.6.1盾构机的掘进测量为控制盾构机沿设计方向前进，在隧道施工前要准确测量盾构机的三维位置。通过联系测量得到的竖井下的控制点进行隧道中线定位和盾构安装时所需要的测量控制点，测设值和设计值较差应小于3mm。中线至少定出两点，洞内中线点应作在不易松动的地方。测点的间隔一般为30m，向前移设测点时，应对后方的几个点进行复测后再决定新的位置。由于盾构机上配备较先进的测量指向系统，只需要将激光经纬仪所在点的坐标和后视的坐标输入系统程序里，激光经纬仪将会按设计线路方位指导盾构前进。为确保线路方位正确，每天根据需要复测一次激光经纬仪及后视点坐标，其精度符合规范要求，同时通过盾构机上留好的参考点校核盾构自动测量系统的准确性。随盾构机的不断掘进，激光经纬仪也得随之向前移动，直线段施工每50m移动一次；隧道曲线段施工时每30m移动依一次。为避免误差的积累，每一中线点采用极坐标法通过隧道内导线点测定。每点必须有两个测回，测角采用全圆法，角度观测应在6之内，边长中误差应在10mm之内。盾构掘进要适时姿态测量，其技术要求要满足【表11-1盾构机姿态测量误差技术要求】规定。表11-1 盾构机姿态测量误差技术要求测量项目测量误差平面偏离值（mm）5高程偏离值（mm）5纵向坡度（%）1横向偏转角（）3切口里程（mm）1011.1.6.2衬砌环片的测量要定期对已拼衬砌环片中心偏差、环的椭圆度和环的姿态进行测量。衬砌环片一般不少于4环测量一次，测量时每环都应测量，并测定待测环的前端面。相邻衬砌环片测量时应重合测定23环环片。11.1.7 工程自动测量系统1、使用前将隧道中线坐标数据的输入。2、开始使用自动测量系统之前要输入盾构机的初始状态值。3、人工测量激光经纬仪的位置并将数据输入PC内 。4、随着盾构的推进，开始自动测量的导向工作（每5s测一次），在该过程中根据工程进度及线路情况前移激光经纬仪并根据需要进行人工复核测量工作。5、及时整理各项测量数据，填写好每一表格及绘制盾构机的状态图，及时反馈，其结果将作为盾构机施工指令调整的主要依据。11.1.8 贯通误差测量 隧道贯通后利用贯通面两侧的平面和高程控制点，进行贯通误差测量，贯通误差包括隧道的纵向、横向和方位角贯通误差测量以及高程贯通误差测量。隧道的纵向、横向贯通误差测量时，根据两侧控制导线测定的贯通面上同一临时点的坐标闭合差确定。方位角贯通误差测量利用两侧控制导线测定与贯通面相邻的同一导线的方位角较差确定。隧道高程贯通误差由两侧控制水准点测定贯通附近同一水准点的高程较差确定，测定结果作好记录并保存。11.2 监测方案设计盾构法隧道施工中进行监控量测，对施工顺利进行有着十分重要的意义。通过监控量测可以判断出施工因素对地层变形的影响，提供改进盾构机施工参数、减少地面沉降的依据。根据前一步的观测结果，预测下一步的地表沉降和对周围建筑的影响，以合理的代价采取保护措施。通过对已建成隧道结构的监控量测，可以及时采取有效措施，保证隧道的顺利贯通。 盾构法隧道的监控量测主要有地面沉降监测、隧道变形监控量测和地下水土压力和变形的监测。11.2.1 设计原则1、本工程项目监测方案以确保安全、保证施工精度为目的，根据不同的工程项目如（盾构隧道、联络通道）确定监护对象（隧道及围岩、临近构筑物和建筑物、地下管线、地下水、地表等），针对监测对象安全稳定的主要指标进行方案设计。2、本工程项目监测点的布置能够全面地反映监测对象的工作状态。3、采用先进的仪器、设备和监测技术，如计算机技术、遥测技术等。4、各监测项目能相互校验，以利数值计算，故障分析和状态研究。5、方案在满足监测性能和精度的前提下，可适当降低监测频率，减少监测元件，以节约监测费用。11.2.2 测点布设原则1、观测点类型和数量的确定应结合工程性质、地质条件、设计要求、施工特点等因素综合考虑。2、为验证设计数据而设的测点布置在设计中最不利位置和断面，为结合施工而设的测点布置在相同工况下的最先施工部位，其目的是及时反馈信息、指导施工。3、表面变形测点的位置既要考虑反映监测对象的变形特征，又要便于采用仪器进行观察，还要有利于测点的保护。4、埋测点不能影响和妨碍结构的正常受力，不能削弱结构的刚度和强度。5、在实施多项内容测试时，各类测点的布置在时间和空间上应有机结合，力求使一监测部位能同时反映不同的物理变化量，找出内在的联系和变化规律。6、深层测点应在施工前30天布置好，以便监测工作开始时，监测元件进入稳定的工作状态。7、测点在施工过程中遭到破坏时，应尽快在原来位置或尽量靠近原来位置补设测点，保证该点观测数据的连续性。11.2.3 盾构法隧道施工监测1、监测内容及目的见下【表11-2 盾构法隧道监测项目表】：表11-2 盾构法隧道监测项目表项次监测项目监测目的1地面沉降监测了解盾构施工不同阶段引起的地面沉降情况，结合盾构推进参数和地质情况指导施工2地面建（构）筑物调查及沉降监测由于隧道下穿建筑物，且建筑物大多稳定性较差，施工前必须对沿线建筑物的现状进行调查， 施工过程中进行沉降监测，确保施工期间，地面房屋和地下管线的安全。3隧道收敛变形监测了解隧道变形，判断隧道受力状态及稳定性，反馈信息，优化设计。4地中位移监测了解盾构施工对地层的扰动情况以及地中地层的沉降关系5管片内力监测了解管片衬砌的实际受力状态6地层接触应力量测了解管片与地层的关系和相互作用，逐步掌握石家庄地层与管片的相互作用规律7地下水位观测了解地下水的存在对盾构隧道施工相关要素的影响，如地面沉降等。8隧道内降沉观测了解隧道修建后的降沉情况9不同地层施工参数统计了解不同地层中盾构掘进的适应性2、施工监测手段与频率见【表11-3 盾构法隧道项目与频率表】表11-3 盾构法隧道项目与频率表量测项目常用工具量测频率1地面沉降监测水准仪等距掘进面 20m时，12次/天距掘进面 50m时，1次/周2地面建（构）筑物调查及沉降监测水准仪等距掘进面 20m时，12次/天距掘进面 50m时，1次/周3隧道结构收敛变形监测收敛计等距掘进面 20m时，12次/天距掘进面 50m时，1次/周4地中位移监测水准仪、分层沉降仪、倾斜仪等距掘进面 20m时，12次/天距掘进面 50m时，1次/周5管片内力监测压力计、电阻应变仪等距掘进面 20m时，12次/天距掘进面 50m时，1次/周6地层接触应力监测压力计、频率计、电阻应变仪等距掘进面 20m时，12次/天距掘进面 50m时，1次/周7地下水位监测测绳等距掘进面 20m时，12次/天距掘进面 50m时，1次/周8隧道内降沉监测水准仪等距掘进面 20m时，12次/天距掘进面 50m时，1次/周3、测点布置（1）地面沉降测点布置沉降监测是地下工程监测中最常用的主要监测项目，沉降监测的主要对象是受施工影响的建筑物、地下管线和周围道路等。由于隧道线路较长，沉降监测的基准点，一般都从城市的永久水准点引出施工临时水准点，沿隧道布设，作为沉降监测的基准点。基准点的型式和埋设参考三、四等水准点的要求进行，应埋设在隧道变形区以外的原状土层以下，或者利用稳固的建筑物、构筑物，设立墙上水准点。根据隧道的埋深及沿线的工程地质和水文地质条件，观测断面一般垂直与隧道中线方向布置，原则上每30米设置一个断面，特殊地段可以加密至10米。每个断面布设7个观测点，关于线路中心线两侧对称布置，观测点间距为7米。本标段盾构区间隧道穿越农田、道路及建构筑物。为保护地面建构筑物的安全，沉降观测的重点应放在对建构筑物的沉降观测上。在施工前，对沿线的建构筑物进行详细的调查和鉴定，确定保护监测方案。沉降监测应选择有代表性的建构筑物（如高压线塔），建构筑物沉降观测点应埋设在能明显反映其变形的敏感部位，同时要便于观测。每栋被监测建构筑物沉降观测点的数量不少于4点，规模较大的建构筑物根据需要增加测点数量。盾构法隧道的变形测量主要包括拱顶下沉和净空水平收敛，一般沿隧道纵向每10米布置一个断面，要结合地面沉降观测断面布设。其点位布置如【图11-2 盾构隧道观测点布置图】。图11-2 盾构隧道观测点布置图测点要在管片拼装后及时进行，初始值在点位布设后12小时内测量。隧道变形监测测量频率为：距离盾构工作面1倍洞径 2次/每天距离盾构工作面12倍洞径 1次/每天距离盾构工作面25倍洞径 1次/每2天距离盾构工作面 5倍洞径 1次/每周隧道的监测结果要及时汇总，结合相应位置的地面沉降的监测结果进行分析，出现异常，及时进行处理。（2）区间隧道地面沉降监测断面的间距见下表：表11-4 地面沉降监测断面的间距埋置深度间距（m）H2B2050BH2B1020HB10注：B代表隧道的外经（3）地面建筑物的测点布置在隧道施工影响范围内根据沿线地面建筑物的详细调查资料，根据建筑物的历史年限、使用要求以及受施工影响的程度，确定在需保护的建筑物的四角及其他构筑物周围基础上布设监测点，有裂缝的建筑物要设裂缝监测点。（4）地下管线监测点布置根据地下管线的详细调查资料，在确定受影响的管线上每隔5m布设一个监测点，以测量盾构掘进期间地下管线的变形量。（5）土体内部垂直/水平位移测点布置土体内部位移（垂直/水平位移）每30m设一断面，在隧道中线顶部地层中布设1个垂直测孔，隧道两侧布置两个测斜孔，详见下图。图11-3 量测主断面测点布置示意图（6）地下水土压力及变形的测点布设盾构法施工掘进工程中，由于盾构前方的土体受到挤压、切割等作用，土体的原始应力平衡受到破坏，土压力重分布。施工中，水土不可避免的流失，造成土体变形，水压力降低，产生固结沉降。土体的变形量是隧道施工多方面因素的反映，作为最直观，反应最明显的物理量，加强对地下水土压力及变形的监测和趋势分析，对实现隧道信息化施工，验证设计参数，保证周边环境和结构安全具有重大的指导意义。地下水土压力及变形的监测内容主要有：土层垂直位移监测土层水平位移监测土层孔隙水压力监测地下水位监测土层垂直位移和土层水平位移的监测可以采取“两管和一”的方法，插入埋设。对孔隙水压力用孔隙水压力计进行监测，钻孔埋设。对地下水位的变化采用长期观测孔进行观测。土层位移监测一般每50米布置一个断面，在每个断面上对称布置7个观测孔。孔隙水压力的监测，每个断面布置2个。地面隆陷、土体位移监测项目在横断面上的布点范围要能覆盖施工影响范围，通常隧道中线两侧布点的范围不小于覆土厚度与隧道衬砌外径之和。监测项目应在盾构掘进前测得初始值，监测数据要绘制成时态曲线，用回归法进行处理，及时反馈指导施工。要同步采集盾构开挖面压力、推力、推进速度、出土量、和注浆量等施工参数，以便与监测数据一起分析，提高施工控制水平，保证施工安全。（7）衬砌环内力和变形测点布置每50m布设一个测面，每个测面布设5个测点，采用内贴式，不允许破坏管片。4、主要监测仪器表11-5 监测仪器汇总表类别设备、仪器名称单位数量监测仪器全站仪台1精密水准仪台1铟钢尺付1计算机台1收敛仪台测斜仪台1频率仪台1反射镜片片1005、监测控制标准（1）地表沉降控制标准：允许隆起值为10mm，允许沉降值为30mm。（2）建筑物下沉及倾斜控制基准：根据建筑地基基础设计规范确定的各建筑物的允许倾斜和沉降值，或有关部门对建筑物沉降的特殊要求为基准。（3）其他检测控制基准：采用石家庄地铁施工监控量测技术要求的规定进行控制。6、监测资料的收集整理和信息反馈监控量测资料主要包括监测方案、监测数据、监测日记、监测报告、监测会议纪要等。坚持长期的、连续的、定人、定时、定仪器地进行收集资料，用专用表格做好记录，做到签字齐全，用计算机进行整理，绘制各种类型的表格和曲线图，对监测结果进行一致性和相关性分析，预测最终位移值，预测结构物的安全性，及时反馈指导施工。地面建筑物及地下管线、地面沉降监测成果是确定盾构机掘进参数的重要依据，为保证盾构机正常掘进和地面建筑物及地下管线的安全，信息化施工是重要手段，信息化施工流程见【图11-4 盾构信息化施工流程图】。7、监测措施（1）将重要的监测对象和监测点标注在1：500的线路平面图上（标有盾构机的位置）。（2）不断向工作人员提供监测领域的新技术、新工艺、新仪器，不断提高监测队伍的素质。（3）对业主提供的基准点资料要及时进行复测，对不同之处要及时提出意见以便修正，从而确保基准点数据的准确性。（4）通过中标后的详细调查资料，确定受施工影响的建（构）筑物和地下管线，并在其上设置必需的监测点，相应的测点埋设保护措施。（5）仪器和元器件在使用前均经严格的校验，合格后才能投入使用。（6）监测组内要建立二级检查制度，仪器要按规定时间进行核准，以确保测量数据的准确性，固定专人管理仪器，进行保养和维修。（7）监测资料的存储、计算、管理均采用计算机进行。（8）每天的监测成果要及时送报主管工程师（并报送监理工程师）。（9）将所有被保护对象的详细调查资料汇编成册，以备随时查阅。（10）监测值出现异常时，要迅速报告相关工程师并加密观测次数（甚至24小时值班）直至稳定为止。（11）要保留所有的原始资料，以供抽查。（12）施工期间，派有经验的岩土工程师定期巡视工程现场，当发现有异常征兆时，立即通知有关各方，并及时增加相应的监测项目，加密监测。（13）雨季施工将给监测工作带来一定难度，因此，在雨季里，保证正常的监测频率的情况下，应加强一些受雨季影响的项目的量测频率。（14）测点埋设应达到有关规范的要求，位置准确，安全稳固，设计醒目的警戒标志加以保护。盾构机掘进地面监测隧道掘进测量与监测初始掘进地下管线沉降、水平位移地面建筑物沉降、倾斜 地面沉降 沉降、位移、倾斜与隧道掘进的关系区间定期监测监测数据图表、曲线分析、预测调整确定掘进参数监测成果报监理工程师监测数据图表、曲线分析预测险 情 预 报地面建筑物、管线加固加 密 监 测正 常 掘 进监测对象达到稳定标准停 止 监 测监测成果报监理工程师图11-4 盾构信息化施工流程图测量小方案通常由于地面测量、地下控制测量以及施工放样中的误差等诸多因素的影响，在实际贯通隧道中心线在贯通面不能理想衔接而造成错位，形成隧道施工贯通误差。隧道施工贯通误差可分为三部分；一沿隧道中线方向的纵向贯通误差、二垂直隧道中线方向的横向贯通误差、三铅垂面上的高程贯通误差。在地铁隧道贯通中，横向贯通与高程贯通精度指标最为重要。是衡量隧道掘进准确度的标准。我们拟在本竖井施工中采用以下测量方法。1联系三角形测量联系三角形通过合理构造三角形形状和测量装置可达到较高的精度。如图1所示,我们在井口架设框架,固定两根钢丝L1、L2,钢丝底部悬挂20kg的重锤,并使重锤浸入油桶中,但不能与油桶有接触,钢丝在重锤重力作用下绷紧,且由于油桶内油的阻尼而保持铅直,所以,L1、L2起了传递坐标的作用。在实测传递时,首先需要在井口精确定位A0,然后在钢丝上标定两点a1及a2,精确测量三角形a1A0b1的边长S1、S2、S3及连接角a、之角值。同样在井底选择B0,并在钢丝上选出a2及b2,精确丈量三角形a2B0b2的边长S1、S2和S3传递角a、之角值。利用定向原理可以得到井下控制边B0-B1的方位角以及井下控制点B0的坐标。联系三角形在竖井定位中起传递方位和点位坐标的作用,它的布设图形在方位和点位坐标传递的精度影响上关系极大。点位传递误差对井下各点的影响均为同一个量值,使各点坐标相对基准都发生相同的位置错动,但这种误差的值较小,所以对地下控制的影响不太大,而方位角传递的误差却随距离的增加而累积。因此,在竖井定位中对方位角的精度控制较严,必须采用合适的图形,以使传递方向角的精度能达到较高标准。1联系三角形布设示意图如图2所示为地面及井下两个联系三角形在同一平面上的投影图。根据联系三角形传递方位的作用分析,由于1与为实测,2是由1、S1、S2、S3等解算而得。当1、2值很小时,则可简化为:2=1S1/S3,由此微分可求得中误差方程:m22=S1S3!2m12+S1S3!2m12+1S1S32!2ms3图2联系三角形投影图该式分析可知,等式右边第一部分为1的观测精度对传递方位的影响,第二、三部分为三角形边的丈量精度对方位传递的影响。首先考察第一部分,为使测角的影响减少,则须S1/S3越小越好,由于S3为竖井直径,受到客观限制,只有使联系三角形顶点A0到a1的距离S1之值在条件许可的情况下应布设得越短越好,使S1/S31,那样角度观测的误差对方位传递的影响就能减弱。对于第二、三部分,由于联系三角形边长较短,都在同一尺段内,可取msl=ms2=ms3=ms,则:1S32!2ms2=1S1S32!2ms2=msS3!212+1+S12S32!从而可知,联系三角形应布设成直伸形,井口投点A0到a1点的距离应尽可能的短。假定测角误差和测边误差在方位传递中视作等影响,通常仪器取m=3,当1=50时,可得:ms/s=l/1500。那么对于直伸三角形的测距精度要求可以很低,但是在实际工作中,测距精度往往可达l/5000左右,若测角中误差仍为m=3,则可得测距误差对方位角传递的影响仅为测角误差的30%左右。所以,在联系三角形定位中测角误差是影响方位角传递精度的重要因素。还有在联系三角形测量时,必须保证两根钢丝严格铅直,这样才能保证a1、b1和a2、b2点具有相同点位坐标及它们之间连线具有相同的方位角,但悬挂的钢丝受到诸多因素的影响,在联系三角形观测期间不可能完全严格地位于铅垂位置。如考虑气流和风力作用,可得侧向风使垂线下端偏移:=LF/P,其中L为线长,P为锤重,F为风力,为位移量。垂线越长,吊锤越轻,则影响越大,特别是井下的a2、b2,所以,在井下观测时应予以注意。另外,由于井筒口径的限制,垂线L1和L2的距离变通范围有限,所以,a1或b1的偏离将给方位传递带来显著的影响。在井下观测中,为求得平衡位置,可采用逆转点法观测,从而获得平衡位置的对应的水平度盘读数。而对于目标偏心对定位的影响,地面观测时由于地面控制点可选较远的已知点,所以偏心对传递方位的影响不十分显著,但在井下观测时由于坑道长度有限,控制点间距较短,对中误差的影响就较显著。所以,井下必须要有足够的长度,而且井下尽量采用强制对中或使用校正过的光学对中器。因此,联系三角形法进行竖井定向时,方位角传递误差:ma=4m2+m器2+m对中2+m偏心2$综上所述,联系三角形进行竖井定向不仅传递方位而且传递点位坐标,在城市地下工程竖井传递中是一种比较好的定向法。2竖井高程定位为了满足竖井高程方向的开挖要求,我们在井底设立了相应等级的水准点。由于竖井结构的特殊性,不可能利用水准测量把地面已知高程引测到井底,通常竖井高程的引测都利用钢带尺进行传递。如图4所示,我们首先在井口附近测设水准点M0(高程为H0),然后在井口上设一滑轮,将检定过的长钢尺由滑轮向井筒内送放。钢尺末端挂一定重量的重物P0当重物P十分接近井底时,把钢尺另一端在井口处固定。然后在地面和井底架设两台水准仪同时观测。图4竖井高程传递示意图若两台水准仪在钢尺和水准尺上的读数分别为a1、a2与b1、b2,且钢尺的零点刻划位于井底处,那么可以求得井底水准点的概略高程H1为:H1=H0+(a1-b1)-(a2-b2)式中a2-b2即为高程传递中所用钢尺的长度。为了求得M1点的精确高程,还必须进行尺段温度改正H1和尺段拉力改正数H2。2.1尺段温度改正对于一根20m长的钢尺,如果温度变化t=1,那么因温度变化而引起尺长的改变将达l=0.25mm。可见温度对钢尺的作用是显著的。在竖井高程联系测量时,如果竖井较深,则所用钢尺(或钢丝)必定很长,温度影响将更显著。此外,竖井内的温度分布情况比较复杂,并不是均匀一致的,在精度较高的高程传递中,必须顾及竖井内温度的垂直梯度场而对尺段进行温度改正。通常采用一种简单的处理方法,把竖井内的温度梯度分布与高程成线性关系,即:TH=TH0+A(H-H0),这样钢尺的温度改正就很简单,只要在地面井口附近的适宜位置和井底部位分别观测温度,取平均值作为尺子实际温度t,计算温度改正数H1。但是,实际竖井内温度垂直梯度场比较复杂,而且不容易测定出来。为精确地传递高程,可利用温度补偿的办法。在高程传递时,设置两个靠得很近的滑轮并分别悬挂尺子(铟瓦丝或钢丝)一起进行观测,此两根尺子应预先测出各自的线膨胀系数a1和a2之值,若设在铟瓦带尺上、下端的水准测量读数为a2和b2,而钢尺上的水准测量读数是a2和b2,那么它们所测得的长度之差为:l=(a2-b2)-(a2-b2),若设所测得实际距离为,则两根尺子由于温度的变化而产生的温度改正值分别为:l1=10a1tdl,l2=10a2tdl。由于竖井内各不同高程位置处两根尺子的温度是相同的,即t是相同的,所以:l2-l1=(a2-a1)10tdll=l2-l1=(a2-a1)-(a2-a1)从而可以求得:10tdl=t(a2-a1),l1=a1a2-a1l,l2=a2a2-a1l,因此,若已知两尺的a1和a2,并测得了两尺的距离差l,则两尺因温度作用产生的改正值可直接求得,而不必知道竖井垂直面内温度分布的实际情况。2.2尺段拉力改正数H2尺子检定时的拉力一般为100N左右,但竖井高程传递时,所挂的重锤会更重一些以保证尺子的稳定性。此外,尺子竖直悬挂时,由于自身的重量产生一个附加拉应力作用于尺体上,因此必须对尺子施加拉力改正。根据胡克定律,在弹性变形范围内有:=El/l若设尺子横断面积为W(2),所挂重锤比检验时的标准拉力增重P(kg),尺长为l,那么因重锤的变化而引起的长度改正为:l1=p/wl/E,此外,尺子自重而产生的长度改正值可由下式计算:l2=abrExdx,l2rE12(a2-b2)式中为尺子的单位长度重量,E为钢的弹性模量。那么由于重量的变化和尺子自重的影响,对所测高差的改正为:H2=PWlErE12(a2-b2)三、结论和建议联系三角形测量是一种比较有效的竖井定位定向方法,其中测角误差是影响方位传递精度的重要因素。为使定向的效果更佳,联系三角形角度布设得越小越好(最好是能小于60),联系三角形边长比例也越小越好,尽量布设成直伸三角形。此外,宜用较细的吊垂线,且在无风的天气下,以减少井中风向的紊流影响,减小吊锤所带来的误差影响。为满足竖井高程方向的开挖要求,在井底必须设立相应等级的水准点,通常竖井的高程引测采用钢带尺传递,但高程引测必须进行钢尺尺段温度改正和拉力改正数,以保证精度。实践证明我们通过以上测量方法对竖井进行的控制测量取得了良好的效果,在隧道的横向贯通中,中线横向偏差5mm,高程贯通误差3mm,远小于容许误差范围。17