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

　摘 要：鉴于特长隧道施工中深竖井联系测量具有操作繁杂、精度不易控制等特点，为提高定向测量精度，缩短定向时间，提出了“全自动陀螺仪+激光铅锤仪+全站仪+GPS”联合定向的测量技术，对其测量原理和技术方法进行详细论述。实践表明该测量技术可使工作效率大幅度提高，确保隧道的高精度贯通。
　　关键词：联合定向；竖井；全自动陀螺仪；控制测量
　　前言
　　近年来随着我国高速铁路和城市轨道的大力建设，特长隧道不断增多，为了加快施工进度、降低施工成本，在暗挖工程中通常采用深竖井作为施工通道以增加开挖工作面。在施工中需要建立地面和井下测量的几何关系，做好竖井传递控制测量使其达到井上和井下坐标系统的统一，确保隧道按照设计要求高精度贯通。
　　目前，隧道竖井平面联系测量的方法有很多，但都费时、费力、精度较低。与传统的悬吊钢丝联系三角法相比，采用“全自动陀螺仪+激光铅垂仪+全站仪+GPS”联合定向的测量方法，可充分考虑到隧道贯通误差产生的地面控制测量因素、竖井坐标传递因素和洞内控制测量三个因素，将各个环节中最大的测量误差降低到最小，对提高测量精度具有重要的实践意义。
　　1 多种仪器联合定向的测量原理
　　1.1 陀螺仪定向原理
　　全自动陀螺仪是陀螺仪和全站仪组合而成的测量仪器。其中陀螺仪是根据陀螺的作用原理，能在陀螺灵敏部本身重力和地球自转的组合作用下，旋转轴会一直稳定指向一个方向的特性，使陀螺轴精确地指示出真北方向，并由全站仪读出该方向读数。因此，全自动陀螺仪可以精确地测定地面和井下隧道任意测站的真北子午线位置，或任意测线的地理方位角，然后加入子午线收敛角即可算出该测线的实际坐标方位角。
　　1.2 激光铅垂仪原理
　　激光铅垂仪是一种铅垂定位专用仪器，利用光学准直原理，在光学垂准系统的基础上添加了两只半导体激光器，分别从向上和向下两个方向发射铅垂激光束，从而保证竖井井口和井底控制点的竖向准直。
　　1.3 全站仪和GPS测量控制原理
　　利用GPS高精度定位原理，根据隧道的长度和贯通精度要求按照相应的测量等级在隧道竖井的地面上做平面测量控制网。采用全站仪将竖井附近的GPS控制点坐标引测到竖井井盖上再利用激光铅垂仪向井底进行坐标传递；在陀螺仪隧道洞内定向完毕后，洞内采用全站仪导线的测量方法进行控制测量。
　　2 深竖井联系测量技术方法
　　2.1 工艺流程
　　多种测量仪器在深竖井及洞内联合定向的操作流程如图1所示。
　　2.2 操作要点
　　2.2.1 隧道洞外控制网建立