一种适用于大型地下洞室快速放样锚杆孔位的测量方法与流程

本发明涉及一种测量放样的方法，尤其是一种适用于大型地下洞室快速放样锚杆孔位的测量方法。

背景技术：

随着国家基础设施及能源建设加快，大型地下工程越来越常见，如大型地下矿山开挖、大型隧道、城市地铁、大型地下水电站厂房等等。在水电领域，正在建设中大型洞室诸如白鹤滩水电站、乌东德水电站的地下厂房、巴基斯坦的n-j电站的地下厂房等，都是超大型工程。随着地下工程的施工技术和施工手段日益先进，对施工测量技术也提出了更高的要求，尤其在喷锚支护施工过程中，涉及到施工安全，施工进度尤为重要，关系到整个项目的安全保障和经济效益。

其中，喷锚支护在地下工程安全防护设计中最普遍，而锚杆施工前需要测量人员根据设计图纸将孔位在实地进行精确放样。测量人员要在现场标定锚杆支护部位的桩号、高程信息，准确标定锚杆(锚索)的开孔位置。一般工程施工要求锚杆垂直间距不宜小于2m，水平间距不宜小于1.5m，具体根据地质情况由设计确定。而大型地下开挖工程动辄上百米大面积的开挖范围，如此密集的锚杆孔位都需要测量人员一个孔位一个孔位进行测量放样，工作量极其艰巨，常常需要投入大量人力和设备资源。随着地下工程的施工技术和施工手段日益先进，对施工测量技术也提出了更高的要求，尤其在喷锚支护施工过程中，涉及到施工安全，施工进度尤为重要，关系到整个项目的安全保障和经济效益。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于大型地下洞室快速放样锚杆孔位的测量方法，在保证精度的前提下快速测设大面积锚杆钻孔孔位，重点解决因大面积锚杆点位逐点放样慢、效率低，无法满足现代化施工进度要求的矛盾。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种适用于大型地下洞室快速放样锚杆孔位的测量方法，包括以下步骤：

步骤一：根据支护工程设计图纸对锚杆钻孔定位允许偏差值的要求设计合理的测量方案；选择一台全站仪及至少两台的激光水平仪作为测量仪器；按设计要求执行并将施工部位的锚杆孔位设计桩号、高程等坐标信息准确整理为放样数据，并设计简易放样草图。

步骤二:全站仪在放样范围内实地测量四个以上基准点并用红油漆标定实际桩号和高程，四个以上基准点中每两个基准点位于锚杆钻孔放样点位所在的轴线上；架设激光水平仪，使激光水平仪的垂直基准线或水平基准线与基准点重合，为现场锚杆孔位的测量放样提供绝对坐标基准。

步骤三:通过基准线的绝对坐标计算锚杆孔位设计坐标的偏差值，实地采用钢尺、垂线尺或手持式测距仪等工具进行量测并标定。

步骤四:作业过程中随时采用全站仪进行校核及验证。

所述全站仪采用徕卡全站仪ts06，ts06全站仪测角精度±2″，有棱镜测距模式精度为1.5mm±2mm/km×d，免棱镜测距精度为2mm±2mm/km×d，免棱镜测距测程>500m，采用红色激光对点器和红色精光导向点。

所述激光水平仪采用绿光型激光水平仪ek-468gj，采用波长为532nm的绿光激光器，激光线条清晰明亮，可产生四条互相正交的垂直线和一条水平线，带下对点(红色)。水平精度：±1mm/7m、垂直精度：±1mm/7m、下对点精度：±0.5mm/1.5m，自动安平范围：约±2.5°，采用绿光探测器，工作半径50m。

所述激光水平仪通过万向转换接头与可伸缩三脚架连接。由此可调节高程。

本发明一种适用于大型地下洞室快速放样锚杆孔位的测量方法，具有以下技术效果：

1)、通过利用高精度免棱镜全站仪绝对精确坐标测量的功能，为激光水平仪发射的相对水平和垂直基准线提供实时绝对坐标信息，为大面积锚杆孔位放样现场提供多条可见激光测量基准，通过基准线的绝对坐标计算锚杆孔位设计坐标的偏差值，实地采用手持测距仪、钢尺、垂线尺等工具进行量测并标定，作业过程中随时采用全站仪进行校核及验证，有效规避误差累积，确保放样精度。从而实现大面积、巨量锚杆孔位快速高效测量放样的目的。

以具体实施例为例：42m×30m垂直开挖侧壁，1260平方米的面积按1.2m×1.2m的距离布设锚杆，呈梅花形布置，第一排打30/1.2＝25根，第二排打26根，42/0.6＝70排，合计25根*35排+26根*35排＝1785根。按每根锚杆孔平均放样时间2分钟计算，一台全站仪需要近60小时作业时间，如果采用5台全站仪5个测量班组也至少需要连续作业12小时，每个作业班组按4人计，共需要5个测量班组长、20人。如果采用一台全站仪与四台激光水平仪组合测量，按一台全站仪一台激光水平仪组合每孔平均放样时间0.5分钟计，四台激光水平仪组合作业效率提高4倍计，仅需要1个测量班组长、8人及5个小时左右的作业时间。因此本发明通过一台全站仪和多台激光水平仪组合使用来实现锚杆孔位的快速定位测量，可大幅提高测量工效，降低了作业成本，确保整体支护设计及施工安全满足要求。

2)、现在的激光水平仪虽然精度高，且能发射高精度的水平或垂直基准线，而且是现场激光线纤细光亮、标定清晰、能见度非常好，但激光水平仪以往不能用于施工测量领域主要的原因是其没有测距测角的测量功能，其发射的水平和垂直基准线只是相对基准，仅仅是相对于仪器架设面的高度基准。通过全站仪在现场测量水平基准线的实际高程和垂直基准线的桩号、偏差值，为激光水平仪的水平和垂直基准线赋予绝对坐标，实现在施工测量领域的广泛应用。尤其是在大面积锚杆钻孔孔位测量技术中，为施工现场提供高精度的水平基准线和垂直基准线，指导施工。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为利用本发明进行锚杆钻孔放样示意图。

图中：锚杆钻孔放样点位1，第一基准点1-1，第二基准点1-2，第三基准点1-3，第一水平基准线1-4，第一垂直基准线1-5，第四基准点2-1，第五基准点2-2，第六基准点2-3，第二水平基准线2-4，第二垂直基准线2-5，全站仪2，激光水平仪3，全站仪设站点4，全站仪后视点5。

具体实施方式

如图1所示，一种适用于大型地下洞室快速放样锚杆孔位的测量方法,包括以下步骤：

步骤一：认真审核支护设计图纸，根据支护工程设计图纸对锚杆钻孔定位允许偏差值的要求设计合理的测量方案。按设计要求执行并将施工部位的锚杆孔位设计桩号、高程等坐标信息准确整理为放样数据，并设计简易放样草图，便于现场严格依据设计图纸进行放样。

步骤二:选择合适测量仪器。由于支护工程中锚杆开孔位置允许偏差一般为±100mm，角度允许偏差为±3.0°。因此选择测角精度2”、测距精度±(2mm+2ppm)的全站仪(型号：徕卡ts06)进行加密控制及细部放样测量足够满足精度要求。选择能够提供5线(1水平线和4垂直线)1下对点、绿色激光的自动安平激光水平仪(型号：福田ek-468gj)，激光水平仪在水平和垂直方向的精度可达±0.1mm/m，并配置可伸缩三脚架(用于调整仪器高度)和万向转换接头(用于打斜线)。

步骤三:全站仪在放样范围内实地测量四个以上基准点并用红油漆标定实际桩号和高程，四个以上基准点中每两个基准点位于锚杆钻孔放样点位所在的轴线上；架设激光水平仪，使激光水平仪的垂直基准线或水平基准线与基准点重合，为现场锚杆孔位的测量放样提供绝对坐标基准。通过全站仪在现场测量激光水平仪发射的水平基准线的实际高程，垂直基准线桩号和偏差值，则水平基准线和垂直基准线就变成了两条可见的绝对坐标基准线，这样就为现场锚杆孔位的测量放样提供了可实际量测的坐标基准。

步骤四:通过基准线的绝对坐标计算锚杆孔位设计坐标的偏差值，实地采用钢尺、垂线尺或手持式测距仪等工具进行量测并标定。在地下作业时，有时会出现施工现场光线暗，钢尺量测误差累积有时偏大，垂直量测距离误差大、垂线尺量测距离有限等难题，这时可选择使用手持式测距仪进行替代。手持式测距仪的测距精度达到±2mm/100m，带水平垂直两个方向水准气泡，数字显示，特别适合在地下洞室工程中频繁距离量测使用，可替代钢尺或垂线尺，精度和作业效率更高。

步骤五:作业过程中随时采用全站仪进行校核及验证。

为了提高现场作业效率，全站仪一般在作业开始时在放样范围内实地测量四个以上基准点并用红油漆标定实际桩号和高程，方便激光水平仪在投测过程中进行校核检查，同时避免钢尺量测误差传递和累积。作业过程中，有时为了量测的方便性，要为激光水平仪配备可精确升降的铝合金三脚架，经常需要升降激光水平仪的三脚架，让激光水平仪的水平基准调整为整数高程值，水平旋转微调垂直基准线，让垂直基准线调整为整数桩号值，方便现场进行量测。

这种作业模式还可以为现场提供任意斜线基准，原理与水平和垂直基准线类似，还是通过全站仪精确在实地标定特殊斜线的两个基准点，将激光水平仪架设到带有万向转换头的三脚架上，关闭自动安平功能，通过精确调整激光水平仪的姿态，将激光水平仪发射的斜线与全站仪测量标定的斜线高度一致，必要时通过全站仪测量第三个点进行验证。

锚杆孔位一般按矩形或正方形梅花桩设计，如果设计不规则时，即根据现场开挖断面情况进行倾斜和折线设计，可使用斜线基准放样锚杆孔位，因为在不规则情况下可能用到，这样使该测量方法用途更广泛。

测量过程中的精度分析：

(1)精度要求：

支护工程一般以洞室中轴线为桩号依据，重要部位的锚杆开孔位置允许偏差一般为±100mm，角度允许偏差为±3.0°，一般部位可适度放宽要求。因此我们选择测角精度2”、测距精度±(2mm+2ppm)的全站仪进行控制测量和基准测量足够满足要求。

(2)全站仪极坐标测量精度分析：将仪器架设在a点后视b点用极坐标法直接测量p点坐标时，其主要误差来源为：

1)角度β的误差影响为

2)测量距离s的误差影响为ms。

则定位点p的点位误差为：

鉴于锚杆开孔孔位测量时，通常采用2秒级全站仪(标称精度为2"，2mm+2mm/km)直接架设在加密控制点上进行观测。取测量放样的极限距离为200m，mβ＝2.5"，考虑照准误差、标定误差等影响，则全站仪测点点位中误差mp最大不超过±20mm。

(2)激光水平仪标线精度：

激光水平仪在水平和垂直方向的精度为±0.1mm/m，按极限50米计，测量最大误差为mj±20mm。

(3)手持测距仪、钢尺、垂线尺量误差及其他误差：

按钢尺测量最大误差±20mm，其他误差按±20mm计,合计mq±40mm。

按照误差传播规律，累积最大误差为小于允许偏差±100mm，认为方案可行。在实际作业过程中也多次进行了验证。

具体实施例1

如在金沙江溪洛渡水电地下厂房一42m×30m垂直开挖侧壁，1260平方米的面积按1.2m×1.2m的距离布设锚杆，呈梅花形布置，第一排打30/1.2＝25根，第二排打26根，42/0.6＝70排，合计25根*35排+26根*35排＝1785根。具体操作如下：

该方法在锚杆孔位标定过程中只需要一台全站仪，2台以上激光水平仪(根据实际工作量项目部要求的作业工期合理选择)，本项目由于作业区域狭窄，选择采用2台激光水平仪。全站仪负责为激光水平仪提供绝对坐标基准(提供平面纵横轴线坐标和高程基准)，现场采用免棱镜功能的徕卡全站仪ts06(测量过程中不需要棱镜配合)，可以在有效测程内在测量区域范围为激光水平仪提供设站基准。为了提高现场作业效率，全站仪一般在作业开始时在实地放样范围实测多个基准点(至少4个以上，控制整个测量区域范围)并用红油漆标定坐标桩号和高程，为了提高效率，可根据激光水平仪的台数一次布设多组基准点，基准点一般按间隔整数桩号均匀布置，如0+005、0+010、0+015、0+020......,每个基准点测设在固定高程面(如0+050桩号、450m高程)上，每个桩号(断面)上再布设一个基准方向点(如0+050桩号，470m高程)，方便激光水平仪在投测过程中进行校核检查，同时避免钢尺或手持测距仪量测误差传递和累积。作业过程中，将激光水平仪分别布置在不同的基准桩号上，再调整激光水平仪的水平基准高程为整数值，即可在开挖侧壁投测出有固定桩号和高程的基准线(绿色激光线)，辅助人员再根据基准线和设计锚孔的几何关系测设出设计锚杆孔的固定位置并标定。期间可采用全站仪对标定好锚杆孔位进行校核以验证测量精度，如果需要临时加密测量，可根据现场需要测设一组桩号基准，再架设激光水平仪投测基准线。

按每根锚杆孔平均放样时间1.5分钟计算，一台全站仪需要近45小时作业时间，如果采用4台全站仪4个测量班组也至少需要连续作业11小时，每个作业班组按4人计，共需要4个测量班组长、12个辅助人员。采用一台全站仪与2台激光水平仪组合测量，按一台全站仪一台激光水平仪组合每孔平均放样时间0.5分钟计，2台激光水平仪投测四条垂直线和二条水平线组合作业效率至少比4台全站仪的效率提高2倍以上，且仅需要1个测量班组长、5个辅助人员及5个小时左右的作业时间。因此本发明通过一台全站仪和多台激光水平仪组合使用来实现锚杆孔位的快速定位测量，可大幅提高测量工效，降低了作业成本，确保整体支护设计及施工安全满足要求。