陀螺全站仪在地铁隧道贯通测量中的应用研究-论文.pdf

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1、2014年8月城市勘测Aug．2014第4期UrbanGeotechnicalInvestigation＆SurveyingNo．4文章编号：1672—8262(2O】4)04—127—04中图分类号：P258文献标识码：B陀螺全站仪在地铁隧道贯通测量中的应用研究高军虎，秦宽(西安市勘察测绘院，陕西西安710054)摘要：为提高地铁隧道贯通测量的精度，通过对陀螺全站仪的工作原理进行分析，介绍并比较了我国国产陀螺全站仪的现状及特点，结合高精度陀螺全站仪在某城市地铁隧道贯通中的工程实例，得出加测陀螺边定向测量后地铁隧道贯通精度将大大

2、提高的结论，从而保证地铁工程建设的顺利进行。关键词：地铁隧道贯通；陀螺全站仪；导线测量；定向测量1引言和两端高度都在不停地变化中，它不能完成需要的测在地铁地下隧道内，由于空间狭小、观测环境恶劣量定向工作。为此，通常是构造一个摆式陀螺，即在原等影响，并且由于地下工程的特殊性，许多空间测量技有的基础上，在陀螺中心轴下方加装一重物，使其中心术都无法利用，即使传统的全站仪测量也会受到很大下移如图1所示。假设在初始情况下，陀螺的自转轴的限制。定向方法更是如此，传递一个精度较高的基在某时刻与地平面平行，此时重力线的方向即通过重准方向更是要耗

3、费许多的资源。导线测量的误差随着心也通过支撑点，此时重力力矩的方向与自转轴一致，隧道掘进的距离延伸，系统误差会不停地累积，从而导不会出现进动性。致地铁隧道内部引测方位角的定向精度大幅降低。为了控制地铁隧道内导线测量误差的积累，通常的方法就是加测陀螺边，从而可以对隧道内的导线方位角进行有效改善。因为陀螺仪能够对地球自转进行精确感]}，Llo]I，，知从而来确定真北方向，所以它可以快捷精确地在地—V下确定真北方向。这样不仅对系统误差的累积进行了R转向PG1、、、，一、、、、限制，更能对地下控制网的精度提供检核。于是利用陀螺仪来进行方

4、位角定向的基准确定就成为目前完成地下空间定向测量最常用技术J。图1摆式陀螺仪寻北工作原理目前，在地铁隧道贯通测量中陀螺全站仪应用较少。本文通过介绍陀螺全站仪的寻北原理，总结分析而在下一时刻，地球自转的作用将会导致陀螺主了目前我国现有的陀螺全站仪的特点与优势，并结合轴绕Y轴旋转，因而x轴不再与地平面平行，假设它具体的工程实例——陀螺全站仪在某城市地铁左右线旋转过，此时重力力矩的方向将不与自转轴平行，贯通中的应用情况，来验证加测陀螺边后的方位角定它的大小如下：向精度的升高对地铁隧道内导线测量的精度、减小贯M=PLsinfl(1)通误

5、差有重要的提高作用。此时重力力矩作用的陀螺的旋转轴上，陀螺满足了它的进动条件。由进动规律可知，进动角速度应与2陀螺仪寻北工作原理分析外力矩和陀螺的动量矩有下面的关系：陀螺仪的种类多种多样，结构也千差万别，虽然各一育一—HsiL—nfl(2)种陀螺全站仪用途多样性，结构的差异性很大，但所有陀螺仪都具有定轴性和进动性这两个基本特性。从上式看出，当实际选用的陀螺仪确定后，进动角本文以常用的悬挂式陀螺经仪为例来介绍寻北规速度完全受高度角的影响，而却是由地球的自转作律。一般的陀螺在地球自转的影响下，陀螺的自转轴用产生的，于是陀螺仪的自转轴

6、就在地球自转分量和收稿日期：2O14一o4—24作者简介：高军虎(1974一)，男，工程师，主要从事测绘技术质量管理和研究。第4期高军虎等．陀螺全站仪在地铁隧道贯通测量中的应用研究1293．3GAT高精度磁悬浮陀螺全站仪及特点依据相关规范关于陀螺仪定向测量的有关规GAT高精度磁悬浮陀螺全站仪(如图4所示)是定：在地面已知边上采用三测回测量陀螺方位角，求得由长安大学与中国航天科技集团公司第十六研究所联3个仪器常数；在隧洞内定向边上两测回测量陀螺方合开发研制。其技术突破和创新主要表现在三个方位角；返回地面后，在原已知边上重新标定仪器

7、常数，面，一是采用了磁悬浮支撑技术，二是力矩反馈控制技以检核仪器稳定性。由于此次陀螺定向使用的陀螺全术及其配套的测量方法，最后是数据处理技术。这些站仪，标称定向精度为5”，因此要求同一边任意两测回突破和创新使GAT陀螺仪相比一般的陀螺仪具有许测量陀螺方位角的互差，不得超过10”；对于超限数据多独特的优势，改进了陀螺仪的关键技术，精度也达到应在现场予以补测。了国际先进水平。GAT磁悬浮陀螺仪最大的改进就4．2陀螺定向测量是它采用了磁悬浮技术替代了传统的悬挂带技术来支陀螺定向测量包括两部分：①地面常数边陀螺定撑陀螺马达房。它正常工作

8、的原理是当陀螺全站仪开向测量，本例中选取地面控制网中Ck9、Ck8两个控制始工作时，给磁悬浮线圈通电，根据电磁原理产生的磁点构成的测线Ck9--~Ck8进行地面常数边陀螺定向测力便会将陀螺的马达房悬浮起来；当测量结束后，关闭量。②地下导线边定向测量，本例中在隧洞