CN111337935A - 一种地下斜井开挖测量方法 - Google Patents

一种地下斜井开挖测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地下斜井开挖测量方法，包括以下步骤：在预挖的斜井中设置安全操作平台；利用安全操作平台将两台激光测距仪轴对称设置于斜井空间水平截面椭圆极轴的两侧，并做好调试；在斜井开挖过程中，利用空间斜井平面投影椭圆的三角测量法对斜井开挖轮廓进行定位测量控制。本发明能够适应目前国内斜井施工技术趋于斜长化的需求，在满足功能需要的情况下，最大限度地提高测量的安全、效率和质量，同时又达到了减小工程规模，减小投资，提高适用性高的目的。

Description

一种地下斜井开挖测量方法
技术领域
本发明属于斜井施工技术领域，特别是一种地下斜井开挖测量方法。
背景技术
斜井施工一般用钻孔***施工，有全断面开挖和反导井扩挖两种，为确保开挖轮廓符合设计及规范标准，需要对开挖轮廓进行定位测量控制，地下洞室受条件限制，洞内工程测量基本采用全站仪进行。斜井空间位置特殊，测量人员在施工过程中，全站仪架设危险系数高，仰角、俯角大时观测精度低，观测难度大，同时测量效率低下、测量人员施测时存在较大安全风险
目前国内斜井施工技术趋于斜长化，在满足功能需要的情况下，为减小工程规模，引水工程、公路隧道、铁路隧道等地下暗挖圆形斜井施工现场，尤其是国内水利水电工程引水隧洞斜井布置倾角已达64°，斜井倾角越大、距离越长。斜井开挖测量方法作为地下洞室最为关键的测量定位工序，对测量人员安全、效率、质量等提出更高要求。为更好地保证人员安全，提高工作效率，确保定位放样精度，对开挖过程进行有效指导、纠偏、控制，为此有必要设计一套简易的操作机具及方法，达到投资小，适用性高，最大限度的解决大斜度地下斜井开挖定位测量难的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种地下斜井开挖测量方法，以适应目前国内斜井施工技术趋于斜长化的需求，在满足功能需要的情况下，最大限度地提高测量的安全、效率和质量，同时又达到了减小工程规模，减小投资，提高适用性高的目的。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种地下斜井开挖测量方法，包括以下步骤：
步骤1：在预挖的斜井中设置安全操作平台；
步骤2：利用安全操作平台将两台激光测距仪轴对称设置于斜井空间水平截面椭圆极轴的两侧，并做好调试；
步骤3：在斜井开挖过程中，利用空间斜井平面投影椭圆的三角测量法对斜井开挖轮廓进行定位测量控制；
其中，所述三角测量法包括以下步骤：
步骤3.1：在斜井开挖面，利用激光测距仪的激光投影测出空间斜井平面投影椭圆的两个焦点(F1、F2)；
步骤3.2：将两个定位杆设在两个焦点(F1、F2)处，将一根机动测杆与两个焦点(F1、F2)在同一水平面的运动点(P)的椭圆运动轨迹作为待开挖轮廓线，并根据待开挖轮廓线在斜井的洞壁标记放样点，以控制开挖轮廓；
步骤3.3：在开挖轮廓范围内按照***钻孔图进行***孔钻孔；
所述两个焦点(F1、F2)通过计算椭圆的焦距得到，椭圆焦距的计算公式如下：椭圆焦距＝2OF1＝2OF2，(OF1)2＝(OF2)2＝a2-b2；其中，OF1为斜井开挖面所在圆(即斜井圆)的圆心到F1的距离，OF2为斜井开挖面所在圆的圆心到F2的距离，a为椭圆长半轴，a＝R/COSβ，β为投影角，b为椭圆短半轴，b＝R，R为斜井开挖面所在圆的半径。
进一步的，所述运动点(P)满足以下要求：(F1P)2＝(F2P)2＝(OF1)2+b2；其中，F1P为F1到P的距离，F2P为F2到P的距离，OF1为斜井开挖面所在圆的圆心到F1的距离，b为椭圆短半轴。
进一步的，在所述斜井开挖过程中，采用测距仪测定斜井开挖里程，当斜井开挖里程达到设计深度时，停止斜井开挖任务。
进一步的，在所述斜井开挖过程中，定时或不定时复核激光测距仪射出的定位导向激光线是否偏移，直至斜井开挖任务完成。
进一步的，所述定位导向激光线的复核采用平洞控制点，利用全站仪进行定测。
进一步的，所述激光测距仪调试射出的激光平行于斜井的中心轴线。
进一步的，所述激光测距仪还用来测得斜井开挖面所在圆的圆心(O)，圆心(O)为两台激光测距仪之间的中点，计算公式如下：LA＝LB＝b-x；其中，LA＝LB为两台激光测距仪各自到圆心(O)的距离，b为椭圆短半轴，b＝R，R为斜井开挖面所在圆的半径，x为激光测距仪与椭圆短半轴顶点的距离。
进一步的，所述两个激光测距仪与各自所在侧椭圆短半轴顶点的距离相等。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
与传统斜井开挖测量方法相比，本发明能够适应目前国内斜井施工技术趋于斜长化的需求，在满足功能需要的情况下，最大限度地提高测量的安全、效率和质量，同时又达到了减小工程规模，减小投资，提高适用性高的目的。
附图说明
图1是本发明流程图；
图2是本发明安全桥架正面图；
图3是本发明安全桥架侧面图；
图4是本发明激光测距仪安装示意图。
图5是本发明平面图。
图6是本发明投影转换计算参数示意图。
图7是本发明椭圆轮廓投影定位示意图一。
图8是本发明施工测量放样模拟图。
图9是本发明三维模型示意图。
图10是本发明空间示意图一。
图11是本发明空间示意图二。
图12是本发明空间示意图三。
图13是本发明椭圆轮廓投影定位示意图二。
1-安全操作平台，2-锚杆，3-激光测距仪，4-洞壁，5-待开挖轮廓线，6-斜井圆，7-椭圆，8-定位杆，9-机动测杆，10-定距测绳，11-激光，12-斜井开挖面，13-竹胶板，14-工字钢托架，15-防护栏，16-斜井
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
主要使用设备及人员:安全桥架、双侧平行红外导向激光测距仪、水平管、直角尺、测杆、定距测绳10、辅助施工线、红油漆、划线笔、测量人员1人、施工员1人、工长1人。
本发明公开的一种地下斜井开挖测量方法，包括如下步骤：
详见图1～图5，步骤1、在平洞开挖结束，斜井16开挖向下开挖约20m后(预挖斜井)，使用起吊设备安装安全桥架，即安全操作平台1，利用平洞测量控制点，使用经校核的全站仪进行定位仪器(激光测距仪/红外导向测距仪，分别作为激光投影点A、B)安装；首先利用安全平台在洞壁两侧风镐垂直洞壁成孔安装钢筋锚杆2，锚杆2采用锚固剂锚固牢固，使用激光测距仪3自带安装支架安装仪器；再打开电源，采用两点确定一条直线原理调试射出激光，不但需要激光11平行斜井中心轴线，同时需要在水平轴线上，计算出两点分别距离圆心距离LA，LB。
详见图6、图7，步骤2、调整就位后人员使用开挖井下爬梯，下至开挖工作面，利用底部激光投影，使用施工辅助线定出椭圆7的短轴，利用水平管使短轴两定点位于同一水平面，并用划线笔红油漆标记在洞壁4两侧，再次使用红外投影点在短轴上确定圆心点(斜井圆6的圆心)，用直角尺，辅助施工线同理标记椭圆7长轴两顶点，再次使用红外激光投影点计算量测出椭圆焦点F1、F2。
详见图6～图9，步骤3、使用两根定位杆8立于焦点F1、F2，一根机动测杆9进行，机动测杆9与两个焦点(F1、F2)在同一水平面的运动点P的椭圆运动轨迹为待开挖轮廓线5，运动轨迹每隔0.5m测量标记一次，在洞壁标出放样点位，用于控制开挖轮廓，在开挖轮廓范围内按照***钻孔图进行***孔钻孔，开挖斜向距离采用测距仪直接测定读取，用于测定斜井里程，经测量到达设计深度时，停止掘进，完成本次测量任务。
利用空间斜井平面投影椭圆的三角测量法：
水平投影椭圆长半轴长度＝R/COSβ，短半轴＝R，β和R可利用工具测得；椭圆焦距c2＝a2-b2；
案例：斜井圆直径5.6m，倾角64°，斜井斜长150m；
椭圆长半轴a＝R/COS26°＝5.6/2*COS(90-64)°＝3.115m，椭圆短半轴b＝R＝5.6/2＝2.8m；
Figure BDA0002414558130000041
计算P点位于短半轴顶点位置测绳有效长度
Figure BDA0002414558130000042
测绳有效长度＝F2P+F1P＝3.111*2＝6.222m。
即按照椭圆焦距定义：平面内与两定点F1、F2的距离的和等于常数2a，(2a>|F1F2|)的动点P的轨迹叫做椭圆。运用椭圆焦距定义，测绳长度为固定值6.222m，动点P由长半轴向短半轴运动，顺时针或逆时针旋转360°后，形成椭圆轨迹。
双侧激光用于定位椭圆半轴及中心：
LB＝2.8-0.4＝2.4m，LB＝LA＝2.4m位置为圆心位置，用短轴、圆形确定焦点位置后，使用水平管、测杆、测绳进行放样或超欠挖检测，该方法误差不会累计，定期进行导向仪器校核。
结合附图10～图13，该操作装置的原理就是：
1、红外导向测距***
利用斜井空间水平截面经过圆心水平线，两侧安装两台激光测距仪，用于斜井下挖导向，空间斜距测设。激光测距仪使用锚杆固定在洞壁。
2、安置调试、纠偏安全通道，即安全操作平台
3、空间圆形斜距平面投影椭圆，三角形测量方法
1、本装置及方法主要由三部分组成，第一节部分为激光测距仪；第二部分为顶部安全防护操作平台；第三部分为开挖工作面水平椭圆三角测量放样，缩短测量工序时间，保护测量仪器及人员安全。
2、第一部分洞壁侧椭圆水平极轴两侧锚固安装两台激光测距仪；第二部分采用平行两榀工字钢，榀之间采用螺纹钢筋横向等间距连接焊接，工字钢托架14铺设竹胶板13，防护栏15设于竹胶板两侧，每榀工字钢外缘焊接钢管，钢管等间距布置，高度1.2m,水平等间距布置水平杆、扫地钢，钢管之间采用标准扣件连接，作为测量人员安装、调试、纠偏操作平台；第三部在斜井开挖面12利用激光投影，使用两个定位杆分别定位在椭圆两焦点(F1、F2)处，利用水平管使投影椭圆焦点F1、F2、P点在同一水平面,P点为机动点，用于测量定位斜井开挖轮廓，测线采用弹性小工程测量线。
3、每隔一定时间需复核定位导向激光线，是否偏离设计坐标，采用平洞控制点利用全站仪进行定测。

Claims (8)

1.一种地下斜井开挖测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在预挖的斜井中设置安全操作平台；
步骤2：利用安全操作平台将两台激光测距仪轴对称设置于斜井空间水平截面椭圆极轴的两侧，并做好调试；
步骤3：在斜井开挖过程中，利用空间斜井平面投影椭圆的三角测量法对斜井开挖轮廓进行定位测量控制；
其中，所述三角测量法包括以下步骤：
步骤3.1：在斜井开挖面，利用激光测距仪的激光投影测出空间斜井平面投影椭圆的两个焦点(F1、F2)；
步骤3.2：将两个定位杆设在两个焦点(F1、F2)处，将一根机动测杆与两个焦点(F1、F2)在同一水平面的运动点(P)的椭圆运动轨迹作为待开挖轮廓线，并根据待开挖轮廓线在斜井的洞壁标记放样点，以控制开挖轮廓；
步骤3.3：在开挖轮廓范围内进行***孔钻孔；
所述两个焦点(F1、F2)通过计算椭圆的焦距得到，椭圆焦距的计算公式如下：椭圆焦距＝2OF1＝2OF2，(OF1)2＝(OF2)2＝a2-b2；其中，OF1为斜井开挖面所在圆的圆心到F1的距离，OF2为斜井开挖面所在圆的圆心到F2的距离，a为椭圆长半轴，a＝R/COSβ，β为投影角，b为椭圆短半轴，b＝R，R为斜井开挖面所在圆的半径。
2.根据权利要求1所述的一种地下斜井开挖测量方法，其特征在于，所述运动点(P)满足以下要求：(F1P)2＝(F2P)2＝(OF1)2+b2；其中，F1P为F1到P的距离，F2P为F2到P的距离，OF1为斜井开挖面所在圆的圆心到F1的距离，b为椭圆短半轴。
3.根据权利要求1所述的一种地下斜井开挖测量方法，其特征在于，在所述斜井开挖过程中，采用测距仪测定斜井开挖里程，当斜井开挖里程达到设计深度时，停止斜井开挖任务。
4.根据权利要求1所述的一种地下斜井开挖测量方法，其特征在于，在所述斜井开挖过程中，定时或不定时复核激光测距仪射出的定位导向激光线是否偏移，直至斜井开挖任务完成。
5.根据权利要求4所述的一种地下斜井开挖测量方法，其特征在于，所述定位导向激光线的复核采用平洞控制点，利用全站仪进行定测。
6.根据权利要求1所述的一种地下斜井开挖测量方法，其特征在于，所述激光测距仪调试射出的激光平行于斜井的中心轴线。
7.根据权利要求1所述的一种地下斜井开挖测量方法，其特征在于，所述激光测距仪还用来测得斜井开挖面所在圆的圆心(O)，圆心(O)为两台激光测距仪之间的中点，计算公式如下：LA＝LB＝b-x；其中，LA＝LB为两台激光测距仪各自到圆心(O)的距离，b为椭圆短半轴，b＝R，R为斜井开挖面所在圆的半径，x为激光测距仪与椭圆短半轴顶点的距离。
8.根据权利要求1所述的一种地下斜井开挖测量方法，其特征在于，所述两个激光测距仪与各自所在侧椭圆短半轴顶点的距离相等。
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