本發(fā)明涉及工程測量領(lǐng)域，特別是一種超短邊導(dǎo)線精密測量方法。

背景技術(shù)：

1、在地下工程施工中，通常使用導(dǎo)線來控制開挖方向，不同類型的地下工程對施工開挖的精度要求各不相同。例如，煤礦地下通道的開挖方向精度要求相對較低；而鐵路、公路隧道對隧道貫通的精度要求非常高，尤其是對于高速鐵路隧道，必須確保其平順性、舒適性和安全性。修建的隧道必須符合軌道高標(biāo)準(zhǔn)平順的要求，嚴(yán)禁侵入限界。過去存在許多案例顯示，隧道貫通誤差過大導(dǎo)致已建成地段隧道襯砌受到侵害，不得不進(jìn)行修鑿和返工以糾正錯誤，這帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并且?guī)砹藰O大的安全風(fēng)險。

2、長大隧道工程施工過程中，常常為了加快施工進(jìn)度、縮短施工工期而設(shè)置斜井、平行導(dǎo)坑來增加施工開挖面。在斜井轉(zhuǎn)入正洞、平行導(dǎo)坑轉(zhuǎn)入正洞、繞開不良地質(zhì)地段u形導(dǎo)洞等特殊地段進(jìn)行控制測量時，由于各種因素使得該處出現(xiàn)小半徑曲線，該地段通視距離不可避免縮短出現(xiàn)20m～50m超短邊導(dǎo)線，甚至更短，如圖1所示，其中的線段bc即為超短邊導(dǎo)線。在測量的對中誤差、儀器誤差等相對固定的情況下，方位(角度)的測量誤差與邊長成反比，邊長越短誤差越大，隧道洞內(nèi)控制測量精度主要取決于導(dǎo)線角度的測量精度，過短的導(dǎo)線邊長嚴(yán)重影響著測角精度及導(dǎo)線方位傳遞，導(dǎo)線角度測量精度不足會影響隧道準(zhǔn)確貫通，影響工程進(jìn)度與質(zhì)量，甚至給工程造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，這是隧道工程測量一直未有效解決的難題。

3、測量過程中，人、觀測方法、設(shè)備、惡劣的測量環(huán)境等因素都會為測量帶來誤差。測量指向哪里，隧道就挖向哪里，施工設(shè)計幾乎不太考慮測量條件的情況，而短邊給隧道測量工作帶來極大壓力。

4、現(xiàn)有技術(shù)中，可以通過陀螺儀定向或者一種多公共轉(zhuǎn)點側(cè)方交會導(dǎo)線測量方法(中國專利公開號cn104729489a)進(jìn)行超短導(dǎo)線測量以提高測量精度。

5、1、陀螺儀定向：通過陀螺儀真北方位測量進(jìn)行方位傳遞：通過在兩條邊分別用陀螺儀進(jìn)行定向測量得到各自陀螺方位角，計算兩條邊之間的夾角，進(jìn)一步由已知邊推算出未知邊的坐標(biāo)方位角，作為已知方位邊或帶誤差的方位觀測值，放入導(dǎo)線網(wǎng)進(jìn)行平差計算，得到隧道內(nèi)控制導(dǎo)線點坐標(biāo)成果用于指導(dǎo)施工開挖。

6、其優(yōu)點是陀螺方位定向測量相對獨立，沒有誤差積累，是檢驗短邊方位傳遞精度是有效的技術(shù)手段。

7、其缺點是陀螺儀有著價格昂貴(±5″級150萬，±3″級接近500萬)、運(yùn)輸不便(不能傾斜、震動)、測量條件苛刻(測量環(huán)境無干擾震動、溫度穩(wěn)定)、測量成果可靠性有待提高(實踐經(jīng)驗表明經(jīng)常會出現(xiàn)偏離真值2mβ～3mβ的結(jié)果，mβ為儀器標(biāo)稱精度)等顯著缺點；操作難度高，只有少部分專業(yè)測量人員可以完成此項工作。

8、陀螺儀的應(yīng)用受到極大限制，大部分情況行業(yè)人員只是將陀螺方位成果做檢核之用。比如在泥泊爾巴瑞巴貝引水工程隧道，在測量設(shè)計時有陀螺定向測量的計劃，后來因為交通運(yùn)輸問題未能實現(xiàn)。

9、2、一種多公共轉(zhuǎn)點側(cè)方交會導(dǎo)線測量方法：在導(dǎo)線延伸路徑上，布設(shè)至少兩個測站點，在測站點連線方向的另一側(cè)均勻布設(shè)若干個(一般5～7)公共測量轉(zhuǎn)點，使用高精度全站儀自動觀測；對測量的斜距施加改正后計算測站獨立坐標(biāo)；利用最小二乘間接平差和穩(wěn)健估計方法，計算相鄰測站間公共轉(zhuǎn)點的獨立坐標(biāo)與整體坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換三參數(shù)，并將獨立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到整體坐標(biāo)。

10、其優(yōu)點是相比陀螺定向，使得導(dǎo)線傳遞多余觀測數(shù)足夠多、精度高、避免旁折光影響、消除傳遞過程中儀器與棱鏡對中誤差影響、減少觀測粗差對平差結(jié)果的影響；適應(yīng)地下洞室狹窄、彎曲路徑、通視障礙等困難條件，提高了導(dǎo)線方位傳遞的精度和可靠性；替代高精度陀螺儀，測量費(fèi)用和可操作性得到大幅改善。

11、其缺點是(1)測量需要9～12個棱鏡及腳架，這對施工現(xiàn)場來說難以輕易實現(xiàn)，要增加設(shè)備工具購置費(fèi)用；(2)方向較多，測量時間也就相對較多，現(xiàn)場協(xié)調(diào)停工等待測量的時間較長；(3)測量過程中因棱鏡較多，過程中操作難度對現(xiàn)場人員來說相對較高，不易達(dá)到精度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的針對現(xiàn)有陀螺儀定向價格昂貴、操作難度高、運(yùn)輸不便、測量條件苛刻，現(xiàn)有多公共轉(zhuǎn)點側(cè)方交會導(dǎo)線測量方法需要棱鏡及腳架數(shù)量大費(fèi)用相對較高、測量方向較多時間長、操作不便的問題，提供一種超短邊導(dǎo)線精密測量方法，更為快速有效、成本低廉、測量人員都能更加容易掌握且便于操作，解決隧道中超短導(dǎo)線方位傳遞測量精度問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種超短邊導(dǎo)線精密測量方法，包括以下步驟：

4、s1、測量超短邊導(dǎo)線端點b、c之間的距離sb～c；

5、s2、在b、c的連線之間設(shè)置z1、z2兩點；

6、s3、在b點設(shè)置全站儀，分別在a、z1、z2點設(shè)置棱鏡，b、a設(shè)置的全站儀和棱鏡精確對中整平，記下第一次對中整平時全站儀的光學(xué)對中器位置和棱鏡的旋轉(zhuǎn)部位置；z1、z2設(shè)置的棱鏡對中整平，鎖死旋轉(zhuǎn)部，棱鏡頭方向?qū)?zhǔn)b點全站儀，z1、z2棱鏡的設(shè)置高度低于b點全站儀設(shè)置高度；在b點按導(dǎo)線測量方法，分別測量a、z1、z2三個方向的方向和距離觀測值；

7、s4、全站儀轉(zhuǎn)移到c點設(shè)站，d點設(shè)置棱鏡，c、d設(shè)置的全站儀和棱鏡精確對中整平，c點全站儀設(shè)置高度高于z1、z2棱鏡的設(shè)置高度；z1、z2已設(shè)置好的棱鏡基座保持不動，依舊鎖死旋轉(zhuǎn)部，轉(zhuǎn)動棱鏡頭方向?qū)?zhǔn)c點全站儀；在c點按導(dǎo)線測量方法，分別測量d、z1、z2三個方向的方向和距離觀測值；至此，第一組觀測值獲取完成；

8、s5、分別將c點全站儀的光學(xué)對中器位置和d點棱鏡的旋轉(zhuǎn)部位置轉(zhuǎn)動180°，重新精確對中整平，d點棱鏡鎖死旋轉(zhuǎn)部，棱鏡頭方向?qū)?zhǔn)c點全站儀；將z1、z2的棱鏡原地將旋轉(zhuǎn)部轉(zhuǎn)動180°，重新對中整平，鎖死旋轉(zhuǎn)部，轉(zhuǎn)動棱鏡頭方向?qū)?zhǔn)c點全站儀；在c點按導(dǎo)線測量方法，分別測量d、z1、z2三個方向的方向和距離觀測值；

9、s6、全站儀轉(zhuǎn)移到b點設(shè)站，a點設(shè)置棱鏡；b、a設(shè)置全站儀和棱鏡精確對中整平，且將全站儀的光學(xué)對中器和棱鏡的旋轉(zhuǎn)部置于第一次設(shè)置位置的180°位置；z1、z2已設(shè)置好的棱鏡保持不動，依舊鎖死旋轉(zhuǎn)部，轉(zhuǎn)動棱鏡頭方向?qū)?zhǔn)b點全站儀；在b點按導(dǎo)線測量方法，分別測量a、z1、z2三個方向的方向和距離觀測值；至此，第二組觀測值獲取完成；

10、s7、將測量的兩組觀測值，分別按導(dǎo)線技術(shù)要求進(jìn)行處理，用a、b已知坐標(biāo)，平差計算得到c、d兩點坐標(biāo)成果；

11、s8、將兩組觀測值平差計算得到的cd邊的方位值及c、d坐標(biāo)進(jìn)行比較檢核，并取平均值作為向隧道前方引測導(dǎo)線的基準(zhǔn)。

12、采用本發(fā)明所述的一種超短邊導(dǎo)線精密測量方法，僅使用2個大致在一條直線上的棱鏡作為中間傳遞點，避免了儀器、人員、觀測等誤差對短邊測量的巨大影響，突破了短邊困難條件下導(dǎo)線測量精度問題，解決了行業(yè)內(nèi)這一普遍性存在的技術(shù)難題，而且行業(yè)人員還很容易實現(xiàn)本技術(shù)方案，使短邊導(dǎo)線測量變得更加簡單可靠。

13、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，s1中，通過在b點或c點設(shè)置全站儀測量另一點來測量b、c之間的距離sb～c。

14、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，s2中，z1、z2分別到b、c的距離為sb～c的1/5～1/4。

15、作為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，s2中，z1、z2的橫向偏差不大于2cm，以構(gòu)成傳遞精度更高的測量網(wǎng)形。

16、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，s2中，sb～z1和sc～z2的距離差不大于1.0m，以形成對稱測量網(wǎng)形、提高測量精度。

17、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，s3中，z1、z2棱鏡的設(shè)置高度低于b點全站儀設(shè)置高度5cm～10cm。

18、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，s4中，b點全站儀設(shè)置高度與c點全站儀設(shè)置高度一致。

19、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，s7中，分別按導(dǎo)線技術(shù)要求進(jìn)行加、乘常數(shù)改正，高程和高斯投影改正。

20、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，若有連續(xù)超短邊導(dǎo)線，按上述設(shè)置棱鏡和測站方法連續(xù)傳遞，中間全站儀儀器位置自由設(shè)站，每兩全站儀位置間2個棱鏡設(shè)置在一條直線上。

21、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，若現(xiàn)場條件無設(shè)固定點條件或為增加邊長，導(dǎo)線點不處于通道兩端，自由設(shè)站聯(lián)測固定點方式，采用兩端為固定導(dǎo)線點、一端為固定點一端為自由設(shè)站、或者兩端均為自由設(shè)站。

22、第二方面，本發(fā)明還提供了一種隧道，采用如以上任一項所述的超短邊導(dǎo)線精密測量方法進(jìn)行測量施工。

23、綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

24、本發(fā)明所述的一種超短邊導(dǎo)線精密測量方法，僅使用2個大致在一條直線上的棱鏡作為中間傳遞點，避免了儀器、人員、觀測等誤差對短邊測量的巨大影響，突破了短邊困難條件下導(dǎo)線測量精度問題，解決了行業(yè)內(nèi)這一普遍性存在的技術(shù)難題，而且行業(yè)人員還很容易實現(xiàn)本技術(shù)方案，使短邊導(dǎo)線測量變得更加簡單可靠。