全站仪高程法标定斜坡道腰线的应用

王宏军

（陕西凤县四方金矿有限责任公司）

引言

甘肃某金属矿山由于矿山的开拓需要在1455m标高掘进4折螺旋式上升的斜坡道至1510m标高。设计坡度为11°，断面为2.5×2.8m的三心拱。由于巷道坡度和断面较大，在施工中给测量工作的腰线标定带来一定的难度，普通的采用伪倾角腰线标定法，由于现场的计算量大而且误差容易累积，精度低满足不了实际生产要求。加上本公司专业测量人员偏少。我们在实际生产中采用了全站仪精确测距和三角高程测量的优势，结合中线点的标定和伪倾角标定腰线的原理，用高程法计算出需要标定腰线点的高程与腰线点的高差，最后在现场标定处腰线。

1 全站仪高程法现场标定腰线的具体方法

1.1 标定前的准备工作

（1）在斜坡道开口前的控制点处，利用（水准仪）全站仪三角高程测量方法按照一级水准测量对控制点的高程进行往返两次测量，并进行检核。确保控制点的高程精确。

（2）对参与测量人员进行交底和明确分工，并准备和标定腰线所需的工具材料等。

1.2 利用全站仪斜坡道腰线现场标定的具体步骤和计算方法

（1）斜坡道平面投影图如图1，A为起坡点，且AB为控制点，ABC同时也为中线点，1′为巷道壁上的1点在中线上的投影。在控制点同时也是中线点的B点（HB为B点的标高）架设仪器，并用2m的小钢尺量的仪器高i（点下对中记为负值），这样计算出B点的仪器高和腰线高的差值d。

图1 斜坡道平面投影图

B点的理论腰线高：

（DAB为点AB的平距，δ为设计坡度，腰线高设定距离底板为1.5m，HA底为起坡点的底板高程）

B点仪器高（视线高）与腰线高的差值：

当d＞0时，腰线点在全站仪激光点向下量取d米处为腰线，当d＜0是向上量取d米处为腰线。

（2）测量要素和方法

瞄准C点（中线方向）竖直角调整为斜坡道设计角度（上坡时为：90°-δ，下坡时为：90°+δ）激光达到要标定的1点位置用面棱镜进行测量得到平距L和角度α及高差Vd，如图2。

图2 斜坡道纵剖面图

则：B点和1′点位置的理论高差为：

实际测量得到：1点的高程为：

（3）计算标定点的高程

1′点的腰线高程为：

这样就把在1′点的腰线高规化为1点的腰线高。

（4）标定点与腰线的差值计算公式

式中d1为全站仪激光视线高于1点腰线高的差值，当d1＞0时由巷道帮上的激光点1处向下竖直量取d1距离即为1点的腰线点，当d1＜0是向上量取得到1点的腰线点。

同样的方式测量计算得到2.3点处的腰线点。

（5）全站仪腰线标定的现场检查

由于测量性质决定了现场检查的至关重要，测量工作任何一个细节都非常重要，任何的失误都会造成重大损失，为了避免失误的发生我们采用了一下的检查方法。

①高差计算法，利用水准仪或全站仪观测每组三个腰线点的高差，按照设计坡度（倾角）计算其最大高差不得超过：±7mm。

②高程计算法，利用水准仪或全站仪观测至少四个腰线点的高程和坐标，看是否在腰线的设计高程面上。最大误差不得超过：3mm。

③拉线法，通过每两组腰线点挂线拉紧，看所放的腰线点是否在同一面上，不得出现明显的视觉误差。

2 常用的腰线点标定方法

图3

2.1 利用坡度规标定斜坡道腰线

用坡度规标定腰线如下图，在斜坡道开口处的巷道一边帮上1点处系上测绳中间挂坡度规，沿着巷道同侧掘进向上拉测绳，上下移动测绳使得坡度规的读数等于巷道设计坡度即可固定2点，连接并标记1、2两点即为巷道的腰线。

2.2 中线点法标定斜坡道腰线

（1）在中线点1点处安置经纬仪（全站仪），照准中线方向并转动仪器竖盘，使得度数为巷道设计倾角，此时视线方向与巷道底板及腰线平行，瞄准中线 2、3、4 点并做临时标记 2′、3′、4′。

（2）利用公式（7）计算K值：

式中H1为1点的高程，i为仪器高，h为底板到腰线的高，H1底为1点设计底板高。

（3）利用小钢尺有由各个中线点标记处2′、3′、4′向下量取K长度得到了A、B、C点并做标记，则ABC三点即为腰线点，可以直接交施工使用或者用坡度规在将ABC三点水平的投影到巷道的两帮上。

2.3 利用伪倾角法标定斜坡道腰线

伪倾角与真倾角的关系公式为：tanα=cosβ×tanδ

公式中α为伪倾角，β为中线点与原腰线点之间的夹角，δ为设计巷道倾角。

（1）在中线点A点安装仪器，测量中线与原腰线1点的夹角β1，并按照公式计算出1点的伪倾角δ1。照准1点并将竖直角上下调整到δ1，做标记1′，用小钢尺向上或向下测量1点与1′点的铅锤距离得到d值。

（2）转点照准部，测量中线点到新设腰线点2的夹角β2，并计算出2点的伪倾角δ2，照准2点并将竖直角上下调整到δ2，做标记2＇，用小钢尺向上或向下测量铅锤距离d，这样就得到腰线点2。

3 全站仪高程法标腰线发与传统标腰线方法的比较

根据巷道的施工和设计要求，我们可以采用不同的仪器和方法，在此做了比较。

（1）对于新开巷道用坡度规开口，但是其精度低，掘进5m后必须用仪器来精确标定腰线。

（2）用水准仪标定腰线比较常用，但是设计倾角超过8°后，迁站次数太多，造成精度下降，故不适合本工程。

（3）利用中线点标定腰线对于较长的斜坡有多方面的因素影响精度：①在中线上做标记容易出现误差；②用坡度规将腰线点向两帮引是容易出现误差。

（4）用伪倾角法标定腰线精度较高也比较常用，但是也存在不足之处，首先是要利用以前的腰线点，这是不可靠的已形成误差累计，其次现场计算量大，容易受到环境影响出现误差，仪器的竖盘读数在现场易受到影响产生误差。

（5）用全站仪坐标法充分发挥了其测距精度高的特点，先利用其高程的对向三角高程测量两次安装一级水准测量校正，保证起算数据的精度，其次每次的腰线只是作为本次施工用，不会产生误差累计。还可以在巷道帮上的任意位置标定。具有精度可靠，易操作的特点。

4 后记

甘肃某矿区在进行1450m标高到1510m标高的折返型斜坡道的施工高程采用了三角对向两次测量，腰线标定采用了全站仪高程法，贯通后其精度符合设计要求，这说明了全站仪高程法标定腰线的方法精度可靠，现场易操作，用时短，方便可行，可以推广使用。