单井定向测量：一井定向技术

1.用冲线法进行竖井定向测量

竖井定向的关键是向洞内传递方向，即确定洞内导线起始边的坐标方位角。所谓冲线法定向，是在竖井口附近地面上，精确地测定隧洞的掘进方向，然后，在竖井内悬挂两个重锤，并使两个重锤悬线的连线方向与地面上标定的掘进方向一致，在洞内根据两悬线所指方向标定洞内的掘进方向。

图11.6　竖井口地面标定洞轴线

如图11.6所示，在竖井口附近的地面上，首先标定隧洞轴线方向桩A和B。然后，在靠近井口的地面上标定两个近井点方向桩，即根据A、B两点定向，在AB直线上标定点1和点2。进行竖井定向时，在近井点方向桩点1上安置经纬仪（图11.7），瞄准近井点方向桩2的标志，固定望远镜视线方向。调整井口上对点板的位置，使两重锤的悬线O 1O 1＇和O 2O 2＇都在经纬仪视线方向上，这两根悬线的连线方向就是洞内的掘进方向。两吊锤线确定后，在竖井下适当的位置（如A＇点）安置经纬仪，用逐渐趋近法，使经纬仪位于两垂线的方向上。然后，用倒镜法或拨角180°。即可得隧洞的掘进方向（在底板或顶板上届定标志）。

冲线法定向是在竖井距工作面不超过30m的距离内、定向精度要求不高的条件下使用的。为了提高定向精度，两个重锤必须放在盛有液体的容器内，以减小锤线摆动的幅度。在定向之前，也必须分别在井上、井下两处丈量两垂线的距离O 1O 2和O 1＇O 2＇，两距离之差应小于2mm。

图11.7　冲线法竖井定向测量

冲线法定向工作方法简便，不用进行平差计算。如果精心操作，也可获得较高的定向精度。

2.联系三角形法定向

对于山岭隧道或过江隧道以及矿山坑道，由于隧道竖井较深，一井定向大多采用联系三角形法进行定向测量，如图11.8所示。

图11.8　一井定向三角形示意图

（a）竖井联系测量立体图；（b）竖井联系测量平面图

图11.8（a）中，地面控制点C为连接点，D为近井点，它与地面其他控制点通视（如图中E方向），实际工作中至少有两个控制点通视。C＇为地下连接点，D＇为地下近井点，它与地下其他控制点通视（如图中E＇方向）。O 1、O 2为悬吊在井口支架上的两根细钢丝，钢丝下端挂上重锤，并将重锤置于机油桶中，使之稳定。

（1）联系三角形布设

按照规范规定，联系三角形应是伸展形状，对联系三角形的形状要求如下。

①三角形内角α及β应尽可能小，在任何情况下，α及β角都不能大于3°。

②联系三角形边长以及的比值约等于1.5。

图11.9　一井定向设备

1—小绞车；2—钢丝；3—定线板；4—支架；5—垂球；6—大水桶

③两吊锤线O 1与O 2的间距a（a＇），应尽可能选择最大的数值。

④选择经过小角β的路线推算地下导线起始边的方位角。

（2）投点

所谓投点，就是在井筒中悬挂重锤线至定向水平，然后利用悬挂的两钢丝将地面的点位坐标和方位角传递到井下。投点的设备如图11.9所示。

（3）联系三角形测量

1）角度测量(www.xing528.com)

联系三角形的α（α＇）和ω（ω＇）的观测，一般使用J2级经纬仪或全站仪观测地面和地下各4个测回，使用J6级经纬仪则要观测6个测回。

测角精度：地面联系三角形控制在±4″以内，地下联系三角形应在±6″以内。

2）边长测量

使用经检定的具有毫米刻划的钢尺在施加一定拉力条件下，悬空水平丈量地面、地下联系三角形边长a、b、c和a＇、b＇、c＇，每边往返丈量4次，估读至0.1mm。

边长丈量精度的要求为边长丈量的中误差应小于8mm，地面与地下实量两吊锤间距离a与a＇之差不得超过±2mm，即

a－a＇＜±2mm

两吊锤线稳定后，进行上述观测称为一组观测，每次定向，一般要求移动吊锤位置2～3次，进行2～3组观测，取各组的平均值作为定向的数据。

（4）平差计算

平差计算前，应对外业观测数据认真检查，由于要求a－a＇＜±2mm，可以采用近似平差法，计算步骤如下。

1）边长平差计算

按余弦定理计算井上、井下两吊锤线的间距a算和a＇算

丈量的间距与计算的间距应满足下列要求

符合上述要求，则可计算三角形边长的改正数，三角形各边长度的改正数按下式计算

2）角度平差计算

在图11.8（b）中，在三角形ABC和三角形ABC＇中，可按正弦定理求β、γ和β＇、γ＇角，即

当α＜3°，γ＞177°时，可按近似公式计算β和γ，即

按上述公式计算β（β＇）和γ（γ＇）时，a、b和c的长度应是改正后的边长。

三角形内角计算出来以后，进行角度闭合差的计算并改正，根据观测的α（α＇）和计算的β（β＇）、γ（γ＇），可求得三角形的闭合差

由于要满足式（11.4）要求，说明a边的误差很小，因而三角形闭合差也很小，连接三角形的三个内角α、β、γ和α＇、β＇、γ＇的和均应为180°，一般均能闭合，若有少量闭合差存在，不给α（α＇）分配，可平均分配到β、γ和β＇、γ＇上。即

（5）地下导线点起算数据的计算

根据上述方法求得的水平角和边长，将井上、井下看成一条导线，按照导线的计算方法求出井下起始点C＇的坐标及井下起始边C＇D＇的方位角。