深竖井及洞内控制测量中多种测量仪器联合定向的应用研究

　　根据隧道长度及竖井和斜井位置对测量控制网的等级和网形进行设计，在隧道的进出口、竖井口和斜井口分别埋设不少于4个控制点，控制点之间以500m为宜并尽可能呈矩形布置，以保证隧道的贯通精度。首先以进出口的控制点组成骨架控制网，然后在此基础上分别建立各个洞口的子网。GPS控制网等级根据隧道的长度制定，并做贯通误差估算设计，长大隧道洞外平面控制网采用经国家法定机构鉴定合格的双频GPS，按照二等控制网精度要求静态观测施测。
　　高程控制点与平面控制点共用，采用电子水准仪DNA03按照二等水准测量技术要求执行。
　　2.2.2 激光铅垂仪平面坐标逆向传递投点
　　（1）竖井井底控制点埋设。在竖井井底合适的位置并且竖井井口上部方便搭设台架的位置埋设3个控制点，控制点间的相互距离根据竖井的宽度尺寸尽可能的最大，以提高全站仪引测时的纵横向精度。
　　（2）竖井井口操作台架搭设。将激光铅垂仪架设在井底控制点上并打开激光，以便确定井口操作平台的搭设位置，同时在激光束通过的位置预留150mm×150mm与井底控制点相对应的小方孔，保证能使激光束垂直向上穿过预留孔。平台分为两层，内层架设铅垂仪，外层供操作人员站立，避免相互影响，搭设的操作平台必须确保安全和台架稳固。
　　（3）激光铅垂仪投点。在竖井井底控制点上架设激光铅垂仪，调置仪器对中整平。铅垂仪上侧的红色激光投射到井口平台预留孔放置的200mm×200mm的透明玻璃接收靶上，采用对径读数法将井底的铅垂控制点向上传递至井口平台。
　　（4）井口逆向投点同地面控制点联系测量。将井底传递上来的井口控制点利用全站仪同井口附近的GPS控制点按照全站仪导线的测量方法进行联测，由于同一铅垂线上两点平面坐标一致，从而将井口控制点坐标引至井底铅锤控制点上，TS30全站仪不少于6个测回。
　　2.2.3 全自动陀螺仪定向
　　（1）地面陀螺边测量。在井口附近选择2个相互通视的GPS控制点作为地面陀螺边，将陀螺仪安置在其中一个控制点上依次进行寻北测量和方位测量。测量次数根据精度要求而定，通常测量三次，当出现超限时，增加测回次数。
　　（2）计算仪器常数。地面陀螺边所测量的角度为陀螺方位角值（真北方位角），该角值与隧道GPS控制网的进洞边已知方位角的差值即为仪器常数。
　　（3）洞内陀螺边测量。地面陀螺边测量完毕后，将陀螺仪移至井内，选择一条长约150m的洞内导线边作为起算边加测陀螺方位，确保平面联系测量的精度。然后对该条陀螺边最好进行对向观测，对向观测的精度控制在5″以内取算术平均值作为井内陀螺边的陀螺方位角。
　　（4）计算洞内陀螺边坐标方位角。为提高仪器常数值的精度，洞内陀螺边测量完毕后，将陀螺仪再次至地面最开始观测的陀螺边，重新测定仪器常数，将地面两次测量的陀螺边方位角相比较，检查陀螺仪在观测过程中是否存在漂移现象，若较差在10″以内取其算术平均值作为仪器常数的最终值。最后，利用公式（1）计算井下定向边的坐标方位角：
　　A=R+？茁-？酌 （1）
　　其中，A表示井下定向边的坐标方位角；R表示陀螺方位角；？茁表示仪器常数；？酌表示子午线收敛角。
　　2.2.4 洞内导线测量
　　利用全站仪在井下检查所投3个控制点的角度与距离，若满足限差要求，采用交叉导线法向洞内延伸导线点坐标，如图2所示。
　　由图2可知，交叉导线每一测站至少观测3个方向，一般都是4个观测方向，相比于传统的支导线、附和导线和闭合导线控制方法，该方法闭合条件和导线环数大幅度提高，图形强度更强，极大的提高了洞内导线精度。
　　3 结束语
　　“全自动陀螺仪+激光铅锤仪+全站仪+GPS”联合定向的测量技术，既可以检测导线观测成果的质量，保证成果的可靠性；又可以对加测高精度陀螺定向边后的导线进行方向附和导线角度差，从而大大提高了导线的精度和工作效率，确保隧道高精度贯通。
　　该测量技术与传统的测量相比，投入人员少，人为干预不多，减少了人为误差，且定向速度快，方位结果精确可靠，有利于提高施工进度。在竖井平面坐标激光铅垂仪传递上提高23倍以上，精度比吊锤串线法更可靠，尤其是竖井越深精度越高。用全自动陀螺仪定向，减少了方位引入过程中的累积误差。同时，贯通精度的大幅度提高，减少了隧道在即将贯通时，两个相向开挖的掘进面在各自距贯通面100m范围内加宽5～10cm的测量误差影响，节省了开挖、衬砌等费用，经济效益显著，为国内各类特长隧道的竖井施工测量作用提供了一定的参考价值。
　　参考文献
　　[1]马全明.城市轨道交通工程精密施工测量技术的应用与研究[J].测绘通报，2010（11）：41-45.
　　[2]张峰，鲍玉学.激光垂准仪竖井定向的测量实践[J].黄金，2010，31（8）：29-31.
　　[3]高浩博.全球定位系统应用于隧道测量中的研究[J].长春理工大学学报，2013，8（2）：199-200.
　　[4]王扶志，张心剑，仝在平.陀螺仪定向纠斜法在中关铁矿区的应用实践[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2011，38（6）：40-42.
　　[5]徐绍文.提高竖井延深贯通测量精度的施测实践[J].现代矿业，2012，524（12）：34-35.
　　[6]陈方敏.吊钢丝联系三角形法在隧道测量大型深竖井定向中的应用[J].城市勘测，2010（2）：135-137.