本發(fā)明涉及地鐵施工領(lǐng)域，特別是涉及一種地鐵施工豎井聯(lián)系測(cè)量系統(tǒng)，具體為聯(lián)系三角形定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

地鐵工程建設(shè)期長(zhǎng)、投資大，測(cè)量工作貫穿著始終，測(cè)量的精度直接決定地鐵工程質(zhì)量的優(yōu)劣，其中豎井聯(lián)系測(cè)量是施工測(cè)量的重中之重。豎井聯(lián)系測(cè)量必須考慮現(xiàn)場(chǎng)條件的前提下采用合適的方法將地面點(diǎn)的坐標(biāo)和方位角及高程準(zhǔn)確地傳遞到地下，作為地下控制測(cè)量的依據(jù)。

豎井聯(lián)系測(cè)量是通過(guò)豎井將地面控制網(wǎng)和井下控制網(wǎng)聯(lián)系在同一平面坐標(biāo)系統(tǒng)中的測(cè)量工作。主要包括豎井定向測(cè)量、定向連接測(cè)量和導(dǎo)入高程測(cè)量。

豎井聯(lián)系測(cè)量的方法一般有以下幾種：

1、導(dǎo)線直線定向法：采用全站儀進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量的方法進(jìn)行定向，垂直角不大于30°。對(duì)實(shí)用的一起。設(shè)備等均有較高的要求，因盾構(gòu)井較大，補(bǔ)交適用于盾構(gòu)法施工的隧道。

2、兩井定向鉆孔投點(diǎn)法：具有定向精度高、操作簡(jiǎn)便、占用井口時(shí)間少、勞動(dòng)量和強(qiáng)度小的特點(diǎn)，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(shí)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(cè)量。具有定向精度高、占用豎井時(shí)間少、勞動(dòng)量和強(qiáng)度小的特點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛。

從現(xiàn)有的豎井聯(lián)系測(cè)量方法上看，或多或小都存在精度、工作強(qiáng)度和成本的問(wèn)題，沒(méi)有一種能夠全面滿(mǎn)足施工要求的測(cè)量方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種測(cè)量精度高、施工方便。勞動(dòng)強(qiáng)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(shù)問(wèn)題通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)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(cè)豎井和置于待測(cè)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(guò)第一鋼絲l1和第二鋼絲l2垂直浸于豎井內(nèi)的油中，所述第一鋼絲l1和第二鋼絲l2分別通過(guò)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(guò)定位儀選取a0點(diǎn)，所述第一鋼絲l1上靠近框架一側(cè)選取a1點(diǎn)，所述第二鋼絲l2上靠近框架一側(cè)選取b1點(diǎn)，所述a0、a1和b1點(diǎn)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(nèi)下方通過(guò)定位儀選取b0點(diǎn)，所述第一鋼絲l1上靠近第一重錘d1處選取a2點(diǎn)，所述第二鋼絲l2上靠近第二重錘d2處選取b2點(diǎn)，所述b0、a2和b2點(diǎn)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(diǎn)處有控制線a1，所述b0點(diǎn)處有控制線b1，通過(guò)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(guò)測(cè)量得到，所述β2＝β1×s1/s3；

豎井聯(lián)系三角形定位系統(tǒng)的測(cè)量誤差通過(guò)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(jìn)一步的，所述s3的長(zhǎng)度等于豎井直徑，所述s1/s3小于1。

進(jìn)一步的，在同一尺寸段取ms1＝ms2＝ms3＝ms。

進(jìn)一步的，所述豎井內(nèi)采用強(qiáng)制對(duì)中或校正過(guò)的光學(xué)對(duì)中器。

進(jìn)一步的，所述β1(β1′)和β2均小于60。

進(jìn)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(diǎn)：

采用豎井聯(lián)系三角形定位系統(tǒng)進(jìn)行定向測(cè)量，保證精度的同時(shí)，能夠降低施工工人的工作強(qiáng)度，節(jié)約施工成本，結(jié)構(gòu)架設(shè)便捷。

上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。

附圖說(shuō)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(jié)構(gòu)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(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

參見(jiàn)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(cè)豎井和置于待測(cè)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(guò)第一鋼絲l1和第二鋼絲l2垂直浸于豎井內(nèi)的油中，所述第一鋼絲l1和第二鋼絲l2分別通過(guò)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(guò)定位儀選取a0點(diǎn)，所述第一鋼絲l1上靠近框架一側(cè)選取a1點(diǎn)，所述第二鋼絲l2上靠近框架一側(cè)選取b1點(diǎn)，所述a0、a1和b1點(diǎn)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(nèi)下方通過(guò)定位儀選取b0點(diǎn)，所述第一鋼絲l1上靠近第一重錘d1處選取a2點(diǎn)，所述第二鋼絲l2上靠近第二重錘d2處選取b2點(diǎn)，所述b0、a2和b2點(diǎn)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(diǎn)處有控制線a1，所述b0點(diǎn)處有控制線b1，通過(guò)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(guò)測(cè)量得到，所述β2＝β1×s1/s3；

豎井聯(lián)系三角形定位系統(tǒng)的測(cè)量誤差通過(guò)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(shè)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(nèi)油的阻尼而保持鉛直，所以，l1、l2起了傳遞坐標(biāo)的作用。在實(shí)測(cè)傳遞時(shí)，首先在井口精確定位a0，然后在鋼絲上標(biāo)定兩點(diǎn)a1及b1，精確測(cè)量三角形a1a0b1的邊長(zhǎng)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(zhǎng)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(diǎn)b的坐標(biāo)從而解決了豎井的定位問(wèn)題。

聯(lián)系三角形在豎井定位中起傳遞方位和點(diǎn)位坐標(biāo)的作用，它的布設(shè)圖形在方位和點(diǎn)位坐標(biāo)傳遞的精度影響上關(guān)系極大。點(diǎn)位傳遞誤差對(duì)井下各點(diǎn)的影響均為同一個(gè)量值，使各點(diǎn)坐標(biāo)相對(duì)基準(zhǔn)都發(fā)生相同的位置錯(cuò)動(dòng)，但這種誤差的值較小，所以對(duì)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(duì)方位角的精度控制較嚴(yán)，必須采用合適的圖形，以使傳遞方向角的精度能達(dá)到較高標(biāo)準(zhǔn)。

通過(guò)誤差方程可以看出，等式右邊第一部分為角β1的觀測(cè)精度對(duì)傳遞方位的影響，第二、三部分為三角形邊的丈量精度對(duì)方位傳遞的影響。

首先考察第一部分，為使測(cè)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(diǎn)a0到al的距離s1之值，在條件許可的情況下應(yīng)布設(shè)得越短越好，使s1/s3<1，那樣角度觀測(cè)的誤差對(duì)方位傳遞的影響就能減弱。對(duì)于第二、三部分，由于聯(lián)系三角形邊長(zhǎng)較短，都在同一尺段內(nèi)，可取msl＝ms2＝ms3＝ms，則：

從上式可知，邊長(zhǎng)測(cè)量誤差對(duì)傳遞方位角的影響，不僅與測(cè)量的精度有關(guān)，而與圖形有密切的關(guān)系，有利于傳遞方位角的圖形應(yīng)為β1很小，且s1、s3比值小于1的圖形。即聯(lián)系三角形應(yīng)布設(shè)成直伸形，井口投點(diǎn)a0到at點(diǎn)的距離應(yīng)盡可能的短。由于聯(lián)系三角形布設(shè)成特殊形式，所以在保證方位傳遞的精度要求下對(duì)測(cè)角和測(cè)邊的精度要求各不相同，假定測(cè)角誤差和測(cè)邊誤差在方位傳遞中視作等影響，通常儀器取mβ＝±3″，當(dāng)β1＝50′時(shí)，可得：ms/s＝l/1500。那么對(duì)于直伸三角形的測(cè)距精度要求可以很低，但是在實(shí)際工作中，測(cè)距精度往往可達(dá)l/5000左右，若測(cè)角中誤差仍為mβ＝±3″，則可得測(cè)距誤差對(duì)方位角傳遞的影響僅為測(cè)角誤差的30％左右。所以，在聯(lián)系三角形定位中測(cè)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(cè)量中的誤差對(duì)定位的影響，還有鋼絲傳遞點(diǎn)位誤差、目標(biāo)偏心誤差等其他因家影響。在聯(lián)系三角形測(cè)量時(shí)，必須保證兩根鋼絲嚴(yán)格鉛直，這樣才能保證a1、b1和a2、b2點(diǎn)具有相同的點(diǎn)位坐標(biāo)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(nèi)和井面上氣流和風(fēng)力、受到油桶內(nèi)油所產(chǎn)生的粘滯力作用和鋼絲本身的內(nèi)應(yīng)力、單擺的擺動(dòng)作用等諸多因素的影響，在聯(lián)系三角形觀測(cè)期間不可能完全嚴(yán)格地位于鉛垂位置。如考慮氣流和風(fēng)力作用，可得側(cè)向風(fēng)使垂線下端偏移：△＝l×f/p，其中l(wèi)為線長(zhǎng)，p為錘重，f為風(fēng)力，△為位移量。垂線越長(zhǎng)，吊錘越輕，則影響越大，特別是井下的a2、b2，所以，在井下觀測(cè)時(shí)應(yīng)予以注意。另外，豎井定位中垂線通常較長(zhǎng)，在風(fēng)力作用下，會(huì)構(gòu)成一個(gè)單擺，此單擺的運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)十分復(fù)雜的曲線，因?yàn)樗艿斤L(fēng)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(lái)顯著的影響。若a1點(diǎn)偏離誤差為m，那么它對(duì)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(shè)l＝20m，垂線傳遞點(diǎn)位的相同精度為1/5萬(wàn)，則偏離誤差m＝±0.4mm，取d＝8m，利用上式可計(jì)算得mα＝±7”，若同時(shí)考慮bt點(diǎn)誤差影響，則對(duì)方位傳遞的誤差可達(dá)±10”左右。在井下觀測(cè)中，為求得平衡位置，可采用逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法觀測(cè)，從而獲得平衡位置的對(duì)應(yīng)的水平度盤(pán)讀數(shù)。而對(duì)于目標(biāo)偏心對(duì)定位的影響，地面觀測(cè)時(shí)由于地面控制點(diǎn)可選較遠(yuǎn)的已知點(diǎn)，所以偏心對(duì)傳遞方位的影響不十分顯著，但在井下觀測(cè)時(shí)由于坑道長(zhǎng)度有限，控制點(diǎn)間距較短，對(duì)中誤差的影響就較顯著。

如考慮目標(biāo)偏心，取口m＝±lmm，d＝50m，按上式計(jì)算可知，目標(biāo)偏心對(duì)方位傳遞的誤差mα＝±3″。如同時(shí)考慮儀器偏心，則總影響可達(dá)±4″，所以，井下必須要有足夠的長(zhǎng)度，而且井下盡量采用強(qiáng)制對(duì)中或使用校正過(guò)的光學(xué)對(duì)中器。因此，聯(lián)系三角形法進(jìn)行豎井定向時(shí)，方位角傳遞誤差：

綜上所述，聯(lián)系三角形進(jìn)行豎井定向不僅傳遞方位而且傳遞點(diǎn)位坐標(biāo)，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(yīng)布設(shè)得越小越好，最好是能小于60′，另外，聯(lián)系三角形邊長(zhǎng)比例也越小越好，即布設(shè)成直伸三角形，此外，宜用較細(xì)的吊垂線，且在無(wú)風(fēng)的天氣下，以減少井中風(fēng)向的紊流影響，在測(cè)量時(shí)也應(yīng)注意勿使重錘振動(dòng)，減小吊錘所帶來(lái)的誤差影響。

采用豎井聯(lián)系三角形定位系統(tǒng)進(jìn)行定向測(cè)量，保證精度的同時(shí)，能夠降低施工工人的工作強(qiáng)度，節(jié)約施工成本，結(jié)構(gòu)架設(shè)便捷。

上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。