某鎢礦斜坡道中高程法標(biāo)定腰線的全站儀應(yīng)用

鐘曉陽

（江西鐵山垅鎢業(yè)有限公司，江西 于都 342307）

0引言

某鎢礦區(qū)429 m標(biāo)高以上因資源枯竭已關(guān)閉，為確保礦山持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)定和延長礦山服務(wù)年限，搞好礦山生產(chǎn)的正常銜接，429 m標(biāo)高以下采用斜井、平硐開拓。

429～345中段副斜井貫通工程于2005年9月開始施工，設(shè)計429 m中段標(biāo)高434.547 m至深部345 m中段標(biāo)高350.618 m，副斜井工程量200 m，巷道斷面7.6 m2，副斜井傾角25°，由于巷道坡度陡，斷面大，給測量工作中腰線標(biāo)定帶來了一定的難度。以往采用經(jīng)緯儀偽傾角標(biāo)定腰線，因其測量精度較低，已滿足不了礦山生產(chǎn)需求，隨著測量技術(shù)的高速發(fā)展，全站儀現(xiàn)已普遍應(yīng)用于礦山控制測量、地形測量及工程測量中[1]。利用其精確測距、測高程的優(yōu)勢[2]，結(jié)合利用中線點標(biāo)定腰線和偽傾角標(biāo)定腰線原理，在對斜坡道兩幫標(biāo)定腰線點進(jìn)行測量時，通過對斜坡道平面及剖面進(jìn)行公式推導(dǎo)，然后用高程法計算出各標(biāo)定點與腰線之間的高差，最后準(zhǔn)確標(biāo)定出各腰線點。

1 斜坡道腰線的現(xiàn)場標(biāo)定

1.1 標(biāo)定前的準(zhǔn)備工作

（1）在斜坡道采用全站儀對向三角高程測量方法按I級水準(zhǔn)高程的標(biāo)準(zhǔn)做好導(dǎo)線點的高程測量，并采用往返兩次水準(zhǔn)高程測量，進(jìn)行檢測校正。

（2）準(zhǔn)確了解施工現(xiàn)場的情況，盡量使全站儀架設(shè)的導(dǎo)線點離標(biāo)定點的距離處在比較適合的位置，一般遠(yuǎn)以10 m為最佳，近不小于2 m，既要看清三菱鏡刻劃線，又要在儀器有效視線之內(nèi)。

（3）按腰線標(biāo)定要求，準(zhǔn)備齊全所用工具和資料。

（4）對參加測量人員的進(jìn)行工作技術(shù)交底，對工作人員進(jìn)行簡單分工和交代工作責(zé)任及工作要點。

1.2 斜坡道腰線的現(xiàn)場標(biāo)定步驟

（1）斜坡道平面投影如圖1所示，在導(dǎo)線點A（同時是中線點）架設(shè)全站儀，可用2 m鋼卷尺在導(dǎo)線點A直接向下量取儀器高i。

圖1 斜坡道平面投影

（2）計算出儀器高與架設(shè)全站儀導(dǎo)線點的所需腰線高度的差值d。

（3）照準(zhǔn)中線點O的方向，將全站儀水平角置零。

（4）將三菱鏡安置在兩幫標(biāo)定點上，量取棱鏡高t鏡，然后觀測斜坡道兩幫標(biāo)定點1，2，3……的水平角β及高差h、平距L（兩幫各3個點為一組腰線）。

（5）按計算出來的各點與腰線的差值di，用2 m鋼卷尺統(tǒng)一向上或向下量差值di定出點1，2，3……腰線點即可。

（6）將標(biāo)定完畢的點上掛上線繩，拉緊，用紅油漆畫出斜坡道兩幫的腰線。

2 標(biāo)定腰線的計算公式

2.1 中線平距的計算公式

如圖1所示，式中D為標(biāo)定點1在中線投影點1′與觀測點A的平距，L為觀測點A到標(biāo)定點1的距離，β為中線與A1的水平夾角，用全站儀測得。

2.2 設(shè)站點與標(biāo)定點的腰線高差理論值計算公式

斜坡道縱剖面圖如圖2所示。

圖2 斜坡道縱剖面圖

式中：h理為設(shè)站點A與標(biāo)定點1的腰線高差理論值（豎直角為俯角時h理為負(fù)值，豎直角為仰角時h理為正值），α為斜坡道的坡度傾斜角。

2.3 標(biāo)定點的高程計算公式

式中：H1為標(biāo)定點的高程，HA為設(shè)站點的高程，i為儀器高（點下對中i為負(fù)值，點上對中i為正值），h測為標(biāo)定點與全站儀的高差（豎直角為俯角時h測為負(fù)值，豎直角為仰角時h測為正值），t鏡為棱鏡高。

2.4 標(biāo)定點腰線的高程計算公式

式中：H1腰為標(biāo)定點腰線的高程，dA為儀器高與設(shè)站點A的所需腰線高度的差值，當(dāng)腰線比儀器站低，則減dA；當(dāng)腰線比儀器站高，則加dA。

2.5 標(biāo)定點與腰線的差值d1計算公式

式中：d1為標(biāo)定點與腰線的差值，當(dāng)d1為正值時，則從標(biāo)定點向下量取d1為腰線點，當(dāng)d1為負(fù)值時，則從標(biāo)定點向上量取d1為腰線點。

3 全站儀在斜坡道標(biāo)定腰線的檢查方法

標(biāo)定腰線現(xiàn)場檢查至關(guān)重要，因為這是測量工作性質(zhì)決定的。凡是從事測量工作，在任何環(huán)節(jié)的操作都至關(guān)重要，測量上的一點點誤差都會給企業(yè)和工程造成不可挽回的損失，為了避免測量事故的發(fā)生，設(shè)定了腰線的現(xiàn)場標(biāo)定檢查方法和要求[3]。

（1）視平法。將標(biāo)定完畢的點上掛上線繩，拉緊，仔細(xì)查看標(biāo)定的3個點是否處在同一面上，不得出現(xiàn)視覺上的明顯差異。

（2）高差計算法。用水準(zhǔn)儀或全站儀水平觀測兩腰線高差，按設(shè)計坡度或傾角計算兩腰線的高差不超過設(shè)計值±7 mm。

（3）高程測定法。用水準(zhǔn)儀或全站儀水平觀測4個腰線點高程和坐標(biāo)，查看是否在設(shè)計腰線的高程面上，最大誤差±3 mm。

4 傳統(tǒng)斜坡道腰線標(biāo)定方法

4.1 半圓儀標(biāo)定斜坡道腰線

半圓儀標(biāo)定斜坡道腰線如圖3所示，1點為新開斜坡道的起點。在1點系上測繩，沿巷道同側(cè)拉向掘進(jìn)方向，在幫上選定一點2，拉直測繩，懸掛半圓儀，上下移動測繩，使半圓儀的讀數(shù)等于巷道的設(shè)計傾角δ，此時固定2點，連接1、2點，用油漆在巷道幫上畫出腰線[4]。

圖3 半圓儀標(biāo)定斜坡道腰線

4.2 利用中線點標(biāo)定斜坡道腰線

利用中線點標(biāo)定斜坡道腰線如圖4所示。

（1）在中線點1安置經(jīng)緯儀，使豎盤讀數(shù)為巷道的設(shè)計傾角δ，此時的望遠(yuǎn)鏡視線方向與腰線平行。然后瞄準(zhǔn)掘進(jìn)方向以標(biāo)定的中線點2、3、4的垂球線，分別做臨時記號。

（2）由式（6）計算K值

圖4 利用中線點標(biāo)定斜坡道腰線

式中：H1為1點的高程；H1′為1點處軌面設(shè)計高程；i為儀器高；h為軌面到腰線點的鉛垂距離。

（3） 由中線點上的記號 2′、3′、4′分別向下量 K值，得到的 2″、3″、4″即為所求的腰線點。

4.3 用偽傾角標(biāo)定斜坡道腰線

偽傾角與真傾角的關(guān)系：

式中：β為中線點及原腰線點之間的水平夾角，該角用經(jīng)緯儀測得；δ為設(shè)計巷道的真傾角。

利用偽傾角標(biāo)定腰線如圖5所示，方法如下[3]：

（1）在B點安置儀器，測出B點至中線點A及原腰線點1之間的水平夾角β1，如圖5（b）所示。

（2）根據(jù)水平夾角 β1和真傾角 δ，按式（7）計算的偽傾角 δ′。

（3）瞄準(zhǔn)1點，固定水平度盤，上下移動望遠(yuǎn)鏡，使豎盤讀數(shù)為δ′，在巷道幫上做記號1′，用小鋼卷尺量出1′到腰線點1的鉛垂距離K，如圖5（a）所示。

（4）轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部，瞄準(zhǔn)新設(shè)的中線點C，然后松開照準(zhǔn)部瞄準(zhǔn)在巷道幫上擬設(shè)腰線點處，測出β2角，如圖 5（b）所示。

（5）根據(jù)水平角 β2和真傾角 δ2，計算得偽傾角 δ2′。

（6）用望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)擬設(shè)腰線處，并使豎盤讀數(shù)為δ2′，在巷道幫上做記號 2′，用小鋼卷尺從 2′向上量出距離K，即得到新標(biāo)定的腰線點2。

（7）用測繩連接1、2兩點，用油漆沿測繩畫出腰線。

圖6 利用偽傾角標(biāo)定腰線

5 全站儀高程法標(biāo)定腰線與傳統(tǒng)標(biāo)定腰線方法之比較

根據(jù)斜坡巷道的性質(zhì)和用途不同，腰線的標(biāo)定方法可采用不同的儀器和方法，故對全站儀高程法斜坡道標(biāo)定腰線與傳統(tǒng)腰線標(biāo)定方法進(jìn)行了比較。

（1）對于新開的巷道，開口子時可以用半圓儀標(biāo)定腰線，但由于其精度較低，巷道掘進(jìn)4～8 m后，必須按要求用相應(yīng)的儀器重新標(biāo)定腰線。

（2）水準(zhǔn)儀標(biāo)定腰線主要用于傾角小于8°的主要巷道，而斜坡道傾角一般大于8°，用其標(biāo)定腰線的話，因需要擺的站數(shù)較多，造成精度較低，所以水準(zhǔn)儀不適用于斜坡道標(biāo)定腰線。

（3）利用中線點標(biāo)定腰線的方法，雖然操作簡單易行，但有多方面的因素造成其精度較低。一是該方法利用中線點垂球線做臨時記號比較容易出現(xiàn)誤差，甚至是出現(xiàn)粗差；二是用半圓儀分別從腰線點拉一條垂直中線的水平線到兩幫，把中線上的腰線點轉(zhuǎn)設(shè)到兩幫上，半圓儀本身測量精度較低，也很難做到這條水平線與中線垂直。

（4）用偽傾角標(biāo)定斜坡道腰線的方法是最常用，也是精度相對較高的一種測量方法，但也有其不足的方面。一是該方法利用原腰線點作為計算鉛垂距離K的起算依據(jù)，而腰線點的測量精度一般是較低的，容易造成后標(biāo)定腰線點的系統(tǒng)誤差；二是用偽傾角標(biāo)定斜坡道腰線的方法必須以豎盤讀數(shù)的精度來保證標(biāo)定腰線點的精度，而礦山井下測量用的經(jīng)緯儀往往豎盤讀數(shù)的精度最沒有保證。

（5）全站儀高程法斜坡道標(biāo)定腰線的方法，其原理是利用全站儀高精度測距、測高程的特點，再結(jié)合利用中線點標(biāo)定腰線與用偽傾角標(biāo)定斜坡道腰線的方法于一體。其優(yōu)點首先起算數(shù)據(jù)由于是經(jīng)全站儀對向三角高程測量方法按I級水準(zhǔn)高程的標(biāo)準(zhǔn)做好導(dǎo)線點的高程測量，并采用往返兩次水準(zhǔn)高程測量進(jìn)行檢測校正，所以精度遠(yuǎn)高于用偽傾角標(biāo)定斜坡道腰線時起算數(shù)據(jù)所采用的原腰線點精度；其次標(biāo)定的腰線點只作為這一次指導(dǎo)掘進(jìn)用，下次起始數(shù)據(jù)還是用按I級水準(zhǔn)高程的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行高程測量的導(dǎo)線點，所以避免了系統(tǒng)誤差；其三可以在斜坡道兩幫任意標(biāo)定點，不會因為兩幫凹凸不平而留死角，具有精度高、用時短、操作簡單易行的最大特點。

6 結(jié)束語

在某鎢礦區(qū)429～345中段副斜井貫通工程施工中，斜坡道用全站儀對向三角高程測量傳遞高程，并用水準(zhǔn)儀進(jìn)行檢測，腰線則全部采用全站儀高程法標(biāo)定。2006年1月該副斜井工程順利貫通后，現(xiàn)場實測腰線誤差僅35 mm，其精度符合測量規(guī)范要求，充分說明了運用全站儀高程法標(biāo)定腰線精度高、用時短、方便可行。對傾斜巷道施工掘進(jìn)來說，用全站儀高程法標(biāo)定腰線在巷道兩幫上，在使用上非常便利，用全站儀標(biāo)定比水準(zhǔn)儀和經(jīng)緯儀標(biāo)定更為方便，更為準(zhǔn)確，所以該方法值得推廣使用。

[1] 陳 峰．三角高程測量替代水準(zhǔn)測量初探[J].鐵道勘測與設(shè)計，2006，（6）：45-46.

[2] 勒海亮，趙長勝，韓奎峰.全站儀三角高程替代四等水準(zhǔn)測量精度分析[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2004，（5）：606-608.

[3] 宋和清.偽傾角標(biāo)定腰線在錫鐵山鉛鋅礦斜坡道工程中的應(yīng)用[J].采礦技術(shù)，2006，（4）：97.

[4] 李永智．巷道腰線的標(biāo)定[J]．中國錳業(yè)，2009，（1）：49-51.