矿山测量培训教程郑(1-2)

电子教程地下工程测量山东科技大学测绘科学与工程学院山东科技大学测绘科学与工程学院第一章概述（第一节地下工程的种类及特点）一、地下工程的种类地下工程根据工程建设的特点可分为三大类：1、地下通道工程：如隧道工程、城市地下有轨交通工程、上下水道、电力及瓦斯管道等；2、地下建(构)筑物：如地下工厂、地下式住宅、地下停车场、地下文化娱乐设施以及军事设施等；3、开采各种地下矿产资源（金属和非金属）而建设的地下采矿工程。另外也可根据地下工程的施工方法分为明挖法和暗挖法。第一章概述（第一节地下工程的种类及特点）二、地下工程测量的特点1.地下工程施工环境差。边长有时较短，测量精度难以提高；2.地下工程的坑道往往采用独头掘进，点位误差的累积较大；3.控制测量形式比较单一，往往只能采用导线形式；4.一般先以低等级导线指示坑道掘进，而后布设高级导线进行检核；5.由于地下工程的需要，往往采用一些特殊或特定的测量方法和设备。山东科技大学测绘科学与工程学院第一章概述（第二节地下工程对测量的要求）要求：1.应严格按照“测量三原则”进行测量工作；2.应依据工程性质及工程限差要求合理制定各项测量工作的限差（如立井贯通时，影响贯通质量的是平面位置的偏差，高程误差对贯通质量影响不大。因此《煤矿测量规程》规定其平面误差小于0.2m，高程误差小于0.5m）；3.为保证地下工程的施工质量，在工程施工前，应进行工程测量误差预计。4.在地下工程中应尽量采用先进的测量设备（如GPS测量技术、高精度陀螺经纬仪等）。山东科技大学测绘科学与工程学院第一章概述（第三节地下工程测量的内容）内容：1、在地下工程规划设计、施工阶段，视工程规模的大小和建筑物所处的地下深度，需要测绘各种大、中比例尺地形图及纵、横断面图等；2、在施工阶段，应进行施工控制测量以及建（构）筑物的定线放样测量，保证地下工程按照设计正确施工；3、地下工程竣工测量，地下工程竣工后要测制竣工图和记录必要的测量数据，在经营管理阶段还要进行地下工程的设备安装、维修、改建、扩建等各种测量工作；4、在施工前及经营期间，应对地面、地面建筑物、地下岩体进行系统的变形观测，以保证安全施工。山东科技大学测绘科学与工程学院第一章概述（第四节地下工程测量的发展史）一、地下工程测量的研究应用领域地下工程测量学主要包括以工程建筑为对象的地下工程测量和以机器设备为对象的工业测量两大部分，主要任务是为各种服务对象提供测绘保障，满足它们所提出的各种要求，可分为普通地下工程测量和精密地下工程测量。精密地下工程测量代表地下工程测量学的发展方向，大型特种精密工程是促进地下工程测量学科发展的动力。山东科技大学测绘科学与工程学院二、地下工程测量技术目前的发展状况1.传感器的研究动态、应用与集成传感器泛指各种能自动化、高精度地采集数据的设备（如GPS接收机、激光跟踪仪、智能全站仪、CCD数码相机以及工程岩土位移伸缩计、流体静力水准等）。当今，新型、高精度和实时动态性是保证结构复杂的大型工程安全施工和运营的重要保障。因此，需要充分利用传感器的自动化和高精度的特点，来实现数据的自动采集、传输、处理和表达。山东科技大学测绘科学与工程学院第一章概述（第四节地下工程测量的发展史）2.激光扫描仪的研究与应用激光扫描仪是近几年出现的一种新型的传感器，激光扫描仪的突出优点是不需要反射合作目标，速度快、精度高，主要用于快速、精确地测定物体的表面形状，尤其适合于形状和结构特别复杂的对象，如工业设备测定、古建筑测绘等。在工业测量、古迹文物保护、土木工程文档和变形监测等方面都得到广泛的应用。目前对其研究的重点集中在两个方面：一是测量精度的研究，包括距离测量精度、角度测量精度、物体表面影响和同名点的匹配精度等；二是具体的实际应用，如建筑物文档的制作，工厂复杂管道三维模型建立，工程施工和竣工的形状资料等。山东科技大学测绘科学与工程学院第一章概述（第四节地下工程测量的发展史）3.变形监测变形监测的自动化应该是数个测量传感器和“非测量”传感器组成的联合自动化系统。目前的监测手段还是以GPS、马达驱动的全站仪和数字水准仪为主体。同时流体静力水准、倾斜测量仪、温度传感器、风力传感器、光纤位移传感器等的应用也越来越广泛。各种传感器的使用，不仅可连续地测量变形，而且可连续测量包括温度、水位、气压、荷载、风力、降雨、湿度等环境数据对变形体的影响。因此，变形监测的数据处理主要集中在对连续时间序列的处理、对多传感器数据的联合处理、变形可视化表达和建立变形动态模型等几个方面。山东科技大学测绘科学与工程学院第一章概述（第四节地下工程测量的发展史）4.测量仪器的检校随着各种高精度的数字化仪器(传感器)的出现，如何选择更高精度的设备和方法对它们进行有效的检验，也是地下工程测量技术发展的一个重点。如数字水准仪、电子经纬仪、流体静力水准系统、三维激光扫描仪、倾斜测量仪等到底能达到怎样的精度，如何检测其精度，它们在实际运行中的姿态对测量结果产生多大的影响，外界的环境因素的变化影响有多大等，有很大的发展空间。而且检测结果不仅是仪器使用者所关心的问题，也是仪器制造商关心的问题，也属于地下工程测量需要研究和解决的问题。山东科技大学测绘科学与工程学院第一章概述（第四节地下工程测量的发展史）5.高精度的陀螺经纬仪陀螺经纬仪可以确定过测站的子午线方向(陀螺北方向)和测线的陀螺方位角的仪器，是矿山、隧道等地下工程测量中的定向主要设备。由于陀螺仪定向的人工观测过程费时费力,很容易造成返工且精度受到限制,所以便出现了自动跟踪观测及自动数字显示等的陀螺经纬仪,这是能够自动。新一代的陀螺经纬仪是由微机控制，仪器自动、连续地观测陀螺的摇动并能补偿外部的干扰，观测时间短、精度高，如Cromad陀螺经纬仪在7min左右的观测时间能获取3″的精度，比传统陀螺经纬仪精度提高近7倍，作业效率提高近10倍，标志着陀螺经纬仪向自动化方向迈进。山东科技大学测绘科学与工程学院第一章概述（第四节地下工程测量的发展史）山东科技大学测绘科学与工程学院第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量地下工程地面平面控制网的基本特点：(1)控制网的大小、形状、点位分布，应与地下工程的大小、形状相适应，点位布设要考虑施工放样的方便，隧道控制网一定要保证隧道两端有控制点；(2)地面控制网的精度，不要求网的精度均匀，但要保证某一方向和某几个点的相对精度高，如隧道控制网要能保证隧道横向贯通的准确性；(3)投影面的选择应满足“控制点坐标反算的两点间长度与实地两点间长度之差应尽可能小”的要求。如遂道施工控制网一般投影到隧道贯通平面上，也可以将长度投影到定线放样精度要求最高的平面上；(4)坐标系应采用独立的建筑坐标系，其坐标线应平行或垂直于建筑物的主轴线。主轴线通常由工艺流程方向、运输干线或主要厂房的轴线所决定的。山东科技大学测绘科学与工程学院第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量山东科技大学测绘科学与工程学院第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量一、地下工程平面控制网的种类及特点测量控制网的定义：测量控制网是工程建设项目的空间位置参照框架，是针对某项具体工程建设测图、施工、竣工、管理等的需要，在一定区域范围内布设的平面和高程控制网。控制网具有控制全局、提供基准和控制测量误差积累的作用。控制测量的目的：是为地面的大比例成图、施工放样、变形观测和地下控制测量传递地面坐标，建立整体的控制基础。山东科技大学测绘科学与工程学院（一）地下工程平面控制网的种类控制网可根据现场地形、工程大小和要求以及现有的仪器设备，在确保工程质量的前提下，可选择导线网、测边网、边角网、GPS网等。1.导线网导线测量是地面控制的一种重要方法，随着测距仪(全站仪)精度的提高，给导线测量提供了十分方便的条件。导线测量相对于三角测量具有更大的灵活性，作业方便、计算简单，在隧道的地面控制中广泛应用。导线测量的不足之处就是检核条件远不如三角测量。为了解决此问题，在实际中一般都把导线布设成网形或闭合环形，单一导线很少使用。第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量山东科技大学测绘科学与工程学院第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量在特别困难地段布设导线，可布设成成主、副导线的形式，以主导线测距测角，而副导线上仅测定转折角，如图所示，其中角α0、β0为主、副导线之间的连接角。通过导线平差计算后，可增加主导线的检核条件并进一步提高对横向误差的控制。山东科技大学测绘科学与工程学院对于直伸型或近于直伸型的隧道，如果以导线作为地面控制，为了减少导线量距误差对横向贯通误差的影响，应尽可能将主要导线点沿隧道中心线布设成直伸型，而导线点不宜过多。第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量山东科技大学测绘科学与工程学院2.三角网（很少用）三角锁的布设最好在垂直于贯通面的方向直伸，图形最好以单三角形组成。如果三角锁能沿垂直于贯通面的方向布成直伸形，这样传距角大小的限制可以放松，此时边长误差对横向贯通精度影响也大大减少。在隧道的每一个入口处都要布设一个三角点，该点最好纳入同级网，与主网一起平差。第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量山东科技大学测绘科学与工程学院第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量隧道三角锁的观测精度，应根据横向贯通误差的允许值和布设图形确定。精度要求不宜太高，但应留有一定的余地。当经误差预计，地面控制网精度不能满足贯通的精度要求时，可加测边长，组成边角网。地下工程较小时，地面控制可采用插点或插网的形式。当地下有重要工程时，一般不宜采用插点插网形式。由于条件关系，必须采用插点插网时，应与原网一起观测，一起平差，以防原网的误差影响。山东科技大学测绘科学与工程学院3.GPS控制网GPS测量的特点是对点间的边长没有限制，也不要求两点间通视，而且所测的点位精度均匀，与常规方法相比，具有很大的优越性和灵活性，适合各种地下工程的地面控制测量，尤其适合山岭地区大型隧道和跨河、跨海隧道的地面控制测量。服务于地下工程的GPS地面控制网。应根据工程的大小、范围、精度和点位密度的要求布设网点，不过分地要求点位均匀，平均边长从几百米到几公里不等，以满足工程需要为原则。第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量山东科技大学测绘科学与工程学院GNSS控制测量GNSS：全球导航卫星定位系统。全球性的位置和时间测定系统，包括一种或几种卫星星座、机载接收机和系统完备性监视系统。以分布在空中的多个卫星为观测目标来确定地面点三维坐标的定位方法。GNSSGPSGLONASSGalileo“北斗”双星系统第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量山东科技大学测绘科学与工程学院GPS系统的组成三个组成部分：GPS卫星（空间部分）地面监控系统（地面监控部分）GPS接收机（用户部分）。第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量山东科技大学测绘科学与工程学院zyxPD1PD2PD3PD4S1S4S3S2Sn卫星PD1伪距x,y,z测站坐标PR1(XS1XR)2(YS1YR)2(ZS1ZR)2c.dTPR2(XS2XR)2(YS2YR)2(ZS2ZR)2c.dTPR3(XS3XR)2(YS3YR)2(ZS3ZR)2c.dTPR4(XS4XR)2(YS4YR)2(ZS4ZR)2c.dTXSN;YSN;ZSN…已知卫星坐标XR;YR;ZR…测站坐标空间大地直角坐标大地坐标XR纬度（B）YR经度（L）ZR高程(h)dT时间T转换解算观测方程4个观测量4个等式4个参数第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量山东科技大学测绘科学与工程学院20世纪80年代末，全球卫星定位系统（GPS）开始在我国用于建立平面控制网。目前，GPS已成为建立平面控制网的主要方法。应用GPS定位技术建立的控制网称为GPS控制网，按其精度分为A、B、C、D、E五个不同精度等级的GPS控制网。在全国范围内，已建立了国家GPSA级网22个点、B级网818个点。第二章地下工程控制测量2