全站儀高程法標(biāo)定斜坡道腰線的應(yīng)用

王宏軍

（陜西鳳縣四方金礦有限責(zé)任公司）

引言

甘肅某金屬礦山由于礦山的開(kāi)拓需要在1455m標(biāo)高掘進(jìn)4折螺旋式上升的斜坡道至1510m標(biāo)高。設(shè)計(jì)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(cè)量工作的腰線標(biāo)定帶來(lái)一定的難度，普通的采用偽傾角腰線標(biāo)定法，由于現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)算量大而且誤差容易累積，精度低滿足不了實(shí)際生產(chǎn)要求。加上本公司專(zhuān)業(yè)測(cè)量人員偏少。我們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中采用了全站儀精確測(cè)距和三角高程測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合中線點(diǎn)的標(biāo)定和偽傾角標(biāo)定腰線的原理，用高程法計(jì)算出需要標(biāo)定腰線點(diǎn)的高程與腰線點(diǎn)的高差，最后在現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定處腰線。

1 全站儀高程法現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定腰線的具體方法

1.1 標(biāo)定前的準(zhǔn)備工作

（1）在斜坡道開(kāi)口前的控制點(diǎn)處，利用（水準(zhǔn)儀）全站儀三角高程測(cè)量方法按照一級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量對(duì)控制點(diǎn)的高程進(jìn)行往返兩次測(cè)量，并進(jìn)行檢核。確?？刂泣c(diǎn)的高程精確。

（2）對(duì)參與測(cè)量人員進(jìn)行交底和明確分工，并準(zhǔn)備和標(biāo)定腰線所需的工具材料等。

1.2 利用全站儀斜坡道腰線現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定的具體步驟和計(jì)算方法

（1）斜坡道平面投影圖如圖1，A為起坡點(diǎn)，且AB為控制點(diǎn)，ABC同時(shí)也為中線點(diǎn)，1′為巷道壁上的1點(diǎn)在中線上的投影。在控制點(diǎn)同時(shí)也是中線點(diǎn)的B點(diǎn)（HB為B點(diǎn)的標(biāo)高）架設(shè)儀器，并用2m的小鋼尺量的儀器高i（點(diǎn)下對(duì)中記為負(fù)值），這樣計(jì)算出B點(diǎn)的儀器高和腰線高的差值d。

圖1 斜坡道平面投影圖

B點(diǎn)的理論腰線高：

（DAB為點(diǎn)AB的平距，δ為設(shè)計(jì)坡度，腰線高設(shè)定距離底板為1.5m，HA底為起坡點(diǎn)的底板高程）

B點(diǎn)儀器高（視線高）與腰線高的差值：

當(dāng)d＞0時(shí)，腰線點(diǎn)在全站儀激光點(diǎn)向下量取d米處為腰線，當(dāng)d＜0是向上量取d米處為腰線。

（2）測(cè)量要素和方法

瞄準(zhǔn)C點(diǎn)（中線方向）豎直角調(diào)整為斜坡道設(shè)計(jì)角度（上坡時(shí)為：90°-δ，下坡時(shí)為：90°+δ）激光達(dá)到要標(biāo)定的1點(diǎn)位置用面棱鏡進(jìn)行測(cè)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(diǎn)和1′點(diǎn)位置的理論高差為：

實(shí)際測(cè)量得到：1點(diǎn)的高程為：

（3）計(jì)算標(biāo)定點(diǎn)的高程

1′點(diǎn)的腰線高程為：

這樣就把在1′點(diǎn)的腰線高規(guī)化為1點(diǎn)的腰線高。

（4）標(biāo)定點(diǎn)與腰線的差值計(jì)算公式

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

同樣的方式測(cè)量計(jì)算得到2.3點(diǎn)處的腰線點(diǎn)。

（5）全站儀腰線標(biāo)定的現(xiàn)場(chǎng)檢查

由于測(cè)量性質(zhì)決定了現(xiàn)場(chǎng)檢查的至關(guān)重要，測(cè)量工作任何一個(gè)細(xì)節(jié)都非常重要，任何的失誤都會(huì)造成重大損失，為了避免失誤的發(fā)生我們采用了一下的檢查方法。

①高差計(jì)算法，利用水準(zhǔn)儀或全站儀觀測(cè)每組三個(gè)腰線點(diǎn)的高差，按照設(shè)計(jì)坡度（傾角）計(jì)算其最大高差不得超過(guò)：±7mm。

②高程計(jì)算法，利用水準(zhǔn)儀或全站儀觀測(cè)至少四個(gè)腰線點(diǎn)的高程和坐標(biāo)，看是否在腰線的設(shè)計(jì)高程面上。最大誤差不得超過(guò)：3mm。

③拉線法，通過(guò)每?jī)山M腰線點(diǎn)掛線拉緊，看所放的腰線點(diǎn)是否在同一面上，不得出現(xiàn)明顯的視覺(jué)誤差。

2 常用的腰線點(diǎn)標(biāo)定方法

圖3

2.1 利用坡度規(guī)標(biāo)定斜坡道腰線

用坡度規(guī)標(biāo)定腰線如下圖，在斜坡道開(kāi)口處的巷道一邊幫上1點(diǎn)處系上測(cè)繩中間掛坡度規(guī)，沿著巷道同側(cè)掘進(jìn)向上拉測(cè)繩，上下移動(dòng)測(cè)繩使得坡度規(guī)的讀數(shù)等于巷道設(shè)計(jì)坡度即可固定2點(diǎn)，連接并標(biāo)記1、2兩點(diǎn)即為巷道的腰線。

2.2 中線點(diǎn)法標(biāo)定斜坡道腰線

（1）在中線點(diǎn)1點(diǎn)處安置經(jīng)緯儀（全站儀），照準(zhǔn)中線方向并轉(zhuǎn)動(dòng)儀器豎盤(pán)，使得度數(shù)為巷道設(shè)計(jì)傾角，此時(shí)視線方向與巷道底板及腰線平行，瞄準(zhǔn)中線 2、3、4 點(diǎn)并做臨時(shí)標(biāo)記 2′、3′、4′。

（2）利用公式（7）計(jì)算K值：

式中H1為1點(diǎn)的高程，i為儀器高，h為底板到腰線的高，H1底為1點(diǎn)設(shè)計(jì)底板高。

（3）利用小鋼尺有由各個(gè)中線點(diǎn)標(biāo)記處2′、3′、4′向下量取K長(zhǎng)度得到了A、B、C點(diǎn)并做標(biāo)記，則ABC三點(diǎn)即為腰線點(diǎn)，可以直接交施工使用或者用坡度規(guī)在將ABC三點(diǎn)水平的投影到巷道的兩幫上。

2.3 利用偽傾角法標(biāo)定斜坡道腰線

偽傾角與真傾角的關(guān)系公式為：tanα=cosβ×tanδ

公式中α為偽傾角，β為中線點(diǎn)與原腰線點(diǎn)之間的夾角，δ為設(shè)計(jì)巷道傾角。

（1）在中線點(diǎn)A點(diǎn)安裝儀器，測(cè)量中線與原腰線1點(diǎn)的夾角β1，并按照公式計(jì)算出1點(diǎn)的偽傾角δ1。照準(zhǔn)1點(diǎn)并將豎直角上下調(diào)整到δ1，做標(biāo)記1′，用小鋼尺向上或向下測(cè)量1點(diǎn)與1′點(diǎn)的鉛錘距離得到d值。

（2）轉(zhuǎn)點(diǎn)照準(zhǔn)部，測(cè)量中線點(diǎn)到新設(shè)腰線點(diǎn)2的夾角β2，并計(jì)算出2點(diǎn)的偽傾角δ2，照準(zhǔn)2點(diǎn)并將豎直角上下調(diào)整到δ2，做標(biāo)記2＇，用小鋼尺向上或向下測(cè)量鉛錘距離d，這樣就得到腰線點(diǎn)2。

3 全站儀高程法標(biāo)腰線發(fā)與傳統(tǒng)標(biāo)腰線方法的比較

根據(jù)巷道的施工和設(shè)計(jì)要求，我們可以采用不同的儀器和方法，在此做了比較。

（1）對(duì)于新開(kāi)巷道用坡度規(guī)開(kāi)口，但是其精度低，掘進(jìn)5m后必須用儀器來(lái)精確標(biāo)定腰線。

（2）用水準(zhǔn)儀標(biāo)定腰線比較常用，但是設(shè)計(jì)傾角超過(guò)8°后，遷站次數(shù)太多，造成精度下降，故不適合本工程。

（3）利用中線點(diǎn)標(biāo)定腰線對(duì)于較長(zhǎng)的斜坡有多方面的因素影響精度：①在中線上做標(biāo)記容易出現(xiàn)誤差；②用坡度規(guī)將腰線點(diǎn)向兩幫引是容易出現(xiàn)誤差。

（4）用偽傾角法標(biāo)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(diǎn)，這是不可靠的已形成誤差累計(jì)，其次現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算量大，容易受到環(huán)境影響出現(xiàn)誤差，儀器的豎盤(pán)讀數(shù)在現(xiàn)場(chǎng)易受到影響產(chǎn)生誤差。

（5）用全站儀坐標(biāo)法充分發(fā)揮了其測(cè)距精度高的特點(diǎn)，先利用其高程的對(duì)向三角高程測(cè)量?jī)纱伟惭b一級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量校正，保證起算數(shù)據(jù)的精度，其次每次的腰線只是作為本次施工用，不會(huì)產(chǎn)生誤差累計(jì)。還可以在巷道幫上的任意位置標(biāo)定。具有精度可靠，易操作的特點(diǎn)。

4 后記

甘肅某礦區(qū)在進(jìn)行1450m標(biāo)高到1510m標(biāo)高的折返型斜坡道的施工高程采用了三角對(duì)向兩次測(cè)量，腰線標(biāo)定采用了全站儀高程法，貫通后其精度符合設(shè)計(jì)要求，這說(shuō)明了全站儀高程法標(biāo)定腰線的方法精度可靠，現(xiàn)場(chǎng)易操作，用時(shí)短，方便可行，可以推廣使用。