豎井定向測量

豎井聯繫測量是將地面和地下控制聯繫到同一座標系中的方法。在各種隧道工程建設和地下采礦巷道開挖過程中，通過豎井將地面和地下的平面和高程控制聯繫在同一座標系統中的測量工作。它包括平面聯繫測量（通常稱豎井定向測量或豎井定向）和高程聯繫測量（或稱豎井高程傳遞）兩部分。豎井定向有一井定向、兩井定向和陀螺經緯儀定向等方法，用懸掛吊錘或用激光鉛直儀投點，通過豎井向地下傳遞座標和方向；豎井高程傳遞通常採用懸掛長鋼尺或長鋼絲配合水準儀的方法進行，也可用電磁波測距儀直接測量豎直距離 ^[3]  。

雙井定向是礦山、隧道及地下工程建設中，通過兩個豎井進行的豎井定向測量。是在兩個有坑道相通的豎井中各掛一根吊錘線，利用地面控制點測出這兩根線的平面座標，再用導線在與它們相通的地下坑道內進行聯測，經過計算而將地面控制網的座標和方位角傳遞至地下坑道中。此法是以增大兩投點吊錘線的間距來減小投向誤差，提高地下導線的定向精度，並可作為繼續開挖而佈設的地下導線的起始數據 ^[2]  。

在有井下巷道相連通的兩個立井中各掛一根鋼絲垂線由地面向井下傳遞平面座標和方向的測量工作。如圖1，在兩個立井中各掛一根鋼絲垂線A、B，由地面控制點K敷設導線測定兩垂線的座標，在井下兩垂線間敷設經緯儀導線，經計算將地面平面座標及方向傳遞到井下。兩井定向工作包括定向投點，井上、下連接測量及其計算。

一井定向是在一個豎井進行的豎井定向測量。是在一個井筒內懸掛兩根鋼絲（或同時鉛垂地發射兩條可見光束），將地面點的座標和邊的方位角傳遞到井下的測量工作。一井定向工作分為投點和連接兩個部分。

在一個立井中自由懸掛兩根鋼絲垂線，由地面向井下傳遞平面座標和方向的測量工作。如圖2，在井筒中自由懸掛兩根鋼絲垂線A、B，它代表一個鉛垂面，利用該面上的任一條直線都具有相同的方位角和垂線上任一點的平面座標都相同的原理，將地面平面座標和方向傳遞到井下。一井定向工作，除定向投點和井上、下連接測量外，還需進行地面連測導線測量，以求得地面連接測量的起算數據 ^[4]  。

物理定向是利用物理原理和方法進行的豎井定向測量。如用磁性儀進行的磁性定向、用陀螺經緯儀進行的陀螺定向、用激光鉛垂儀進行的光學定向等。

幾何定向是在立井中懸掛鋼絲垂線由地面向井下傳遞平面座標和方向的測量工作。定向工作分為三個部分：①定向投點：在井筒中自由懸掛鋼絲垂線將地面點（鋼絲）垂直投影到定向水平上；②地面（井上）連接測量：地面已知點與鋼絲垂線連測，以測定鋼絲垂線的座標和兩垂線連線的座標方位角；③井下連接測量：井下導線點與鋼絲垂線進行連測，根據鋼絲垂線的座標和兩垂線連線的座標方位角，求出井下導線起始點的座標和起始邊的座標方位角。

經緯儀進行幾何定向簡介：在傳統測量中，無論是測角網、測邊網、邊角網，還是附合導線、閉合導線和支導線的佈設，通過角度測量傳遞已知方位是確定地面點位的基本測量工作之一，常用的角度測量儀器有經緯儀、全站儀。由於單從角度測量而言，經緯儀與全站儀等價，故此以經緯儀為例敍述。

要通過經緯儀實現定向功能，確定出地面任意兩點連線的座標方位，必須具備已知起始數據：一已知座標方位或兩已知座標，故該定向法誤差包含有已知起始方位誤差，其次是水平角觀測誤差。在水平角觀測誤差中有各種各樣的誤差來源，其中誤差來源不同對水平角觀測的精度也有着不同的影響，主要包括五方面的誤差來源：1)儀器誤差；2)儀器對中誤差；3)目標偏心誤差；4)照準誤差與讀數誤差；5)外界條件的影響。其中儀器誤差有屬於製造方面的，如水平度盤偏心與刻劃誤差、水平度盤與豎軸不垂直等；有屬於校正不完善的，如豎軸與照準部水準管軸不完全垂直，視準軸與橫軸的殘餘誤差。至於儀器對中誤差和目標偏心誤差均屬於“對中”性質的誤差，就對中本身而言是偶然誤差，可是一旦目標標誌和儀器已經安置，則對中誤差的真值不再發生變化，因此該誤差在一次架站中又具有系統性。另外，讀數誤差主要是針對光學經緯儀而言的，取決於儀器的讀數設備，而電子數顯經緯儀則不存在該誤差 ^[5]  。

聯繫測量是修建隧道及地下工程時，將地面和地下控制網聯繫在同一座標和高程系統中的測量工作。分為平面和高程兩種聯繫測量。目的是確定地下一個控制點的平面座標、一條邊的方位角和一個水準點的高程，作為地下控制網的起始數據。根據入口的不同而有洞口投點、豎井投點、豎井聯繫測量等 ^[2]  。

豎井投點又稱吊錘投影。豎井定向測量中用吊錘線將地面點投影到地下坑道的測設工作。將吊錘的金屬絲線一端固定在地面，另一端懸掛重錘後自由懸掛在井內並下垂至地下坑道，進行聯測。一般採用單荷重投點和多荷重投點。前者又分為穩定投點和擺動投點兩種 ^[2]  。

洞口投點是為將地面測量控制點的座標和方位角傳遞至洞內而在隧道及地下工程洞口附近設置的平面控制點。每個洞口應有不少於三個彼此能聯繫的點，包括附近的三角點或導線點。點位應選在不受施工干擾和不會被施工破壞之處，並應儘量納入洞外平面控制的主網內。若地形限制不能實現時，可用插點或單三角形式與主網連接 ^[2]  。