Разработка методики геодезических наблюдений за осадками инженерных сооружений

Усть-Кут — Жигалово.

Автобусное сообщение

Основная статья: Усть-Кутский автобус

Пассажирские перевозки общественным транспортом осуществляются муниципальными и частными перевозчиками. Действует несколько городских маршрутов. В 2009—2010 годах создана сеть пригородных маршрутов, охватывающая все относительно крупные населённые пункты. Действует 1 междугородный маршрут до Иркутска.

Водный транспорт. На территории района располагается крупнейший в России речной порт Осетрово, занимающийся перевалкой грузов на север.

Пассажирские перевозки вниз по Лене до посёлка Пеледуя, вверх — до Жигалова.

Воздушный транспорт. Аэропорт «Усть-Кут». Регулярные рейсы до Иркутска.

Таблица 1

Координаты объектов и исходных пунктов

Объект	Xa	Ya	a	И.п.	X, м	Y, м	Н, м
ГРТ Общ.№10 Общ.№8	1720 1580 1480	1770 1970 1925	90̊     0̊    90̊	Грп.№1 Грп.№2 Грп.№3	1965 1690 1330	2070 1715 2080	675,1 670,9 665,3	2,3	1,1

 

ГЛАВА 2. ТРЕБОВАНИЕ К ТОЧНОСТИ КОНЕЧНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ИЗМРЕНИЙ

Точность наблюдений. Согласно требованиям СНиП III-2-75 средние квадратические ошибки определения осадок типовых зданий и сооружений не должны превышать (относительно исходного репера):

1 мм — для зданий и сооружений, возводимых на скальных и полускальных грунтах;

2 мм — для зданий и сооружений, возводимых на песчаных, глинистых и других сжимаемых грунтах;

5 мм — для зданий и сооружений, возводимых на насыпных, просадочных, заторфованных и других сильно сжимаемых грунтах.

Для прецизионных и сложных сооружений требования к точности наблюдений за осадками обосновываются специальными расчетами.

Основную формулу определения осадок в текущем цикле можно представить в виде (для марки )

 или

где - отметка исходного репера 1; и - сумма уравненных превышений соответственно текущего и начального циклов наблюдений по ходу от исходного репера до некоторой марки .

Если нивелирование на станциях выполняется примерно с одинаковой точностью, то при незначительном влиянии систематических ошибок

где - средняя квадратическая ошибка измеренного превышения на станции; - число станций от исходного репера до наблюдаемой марки.

При наблюдениях за осадками расстояние от нивелира до реек колеблется от 5 до 25 м, достигая иногда 30—40 м, поэтому в общем случае измеряемые на станциях превышения не будут равноточными.

По исследованиям М. Е. Пискунова [32] для высокоточного нивелирования коротким лучом в благоприятных условиях при использовании в качестве реек шкаловых марок зависимость между ошибкой превышения на станции и длиной визирного луча выражается уравнением регрессии, полученным эмпирическим путем,

где дано в метрах.

Эта ошибка соответствует среднему превышению на станции, полученному по основной и дополнительной шкалам, т. е.

При проектировании высотных сетей по формуле и по длине визирного луча рассчитывают ошибку нивелирования для каждой станции, в том числе и для оптимальной длины, принятой за единицу веса. Тогда вес равноточного результата будет

 Подсчитав по схеме нивелирной  сети по эквивалентному ходу от исходного репера до наиболее слабой точки значение , по формуле) можно определить допустимую ошибку единицы веса, чтобы обеспечивалась требуемая точность определения осадки,

В современном высокоточном нивелировании короткими лучами средняя квадратическая ошибка измеряемого превышения (среднего из двойных ходов) составляет 0,05—0,07 мм, при этом одним из главных источников ошибок являются неточности делений шкал реек и их установки на знаках. Поэтому везде, где это возможно, следует стремиться применять шкаловые марки.

При проектировании высотных сетей со сложной схемой ходов для наблюдения за осадками крупных сооружений большой протяженности можно задаться минимально возможной ошибкой единицы веса и для требуемой ошибки осадки рассчитать по формуле допустимую величину эквивалентного хода.

Если в запроектированной сети число равноточных станций превышает эту величину, то необходимо проложить дополнительные продольные перемычки или уменьшить общую длину сети, установив дополнительные исходные реперы.

  ГЛАВА 3. ВЫБОР МЕТОДА НИВЕЛИРОВАНИЯ

Осадки сооружения определяют геометрическим и тригонометрическим нивелированием, гидро- и микронивелированием, фото- и стереофотограмметрическим способами. Наиболее широко используют способ геометрического нивелирования, обладающий высокой точностью и быстротой измерений. Превышения между точками на расстоянии 5-10 м можно определять с точностью до 0,05-0,1 мм, а на расстоянии сотен метров — с точностью до 0,5 мм.

3.1 Геометрическое нивелирование

Геометрическое нивелирование – определение высот точек земной поверхности относительно исходной точки с помощью горизонтального луча.

Выполняют геометрическое нивелирование путём визирования горизонтальным лучом трубой нивелира и отсчитывания высоты визирного луча над земной поверхностью в некоторой её точке по отвесно поставленной в этой точке рейке с нанесёнными на ней делениями или штрихами.

Метод нивелирования из середины, устанавливая рейки на башмаках или колышках в двух точках, а нивелир – на штативе между ними. Расстояния от нивелира до реек зависят от требуемой точности нивелирования и условий местности, но должны быть примерно равны и не более 100–150 м. Превышение h одной точки над другой определяется разностью отсчётов а и b по рейкам, так что h = a - b. Так как точки, в которых установлены рейки, близки друг к другу, то измеренное превышение одной из них относительно другой можно принять за расстояние между проходящими через них уровенными поверхностями. Если геометрическим нивелированием определены последовательно превышения между точками А и В, В и С, С и D и т.д. до любой удалённой точки К, то путём суммирования можно получить измеренное превышение точки К относительно точки А или исходной точки О, принятой за начало счёта высот.

В зависимости от точности и последовательности выполнения работы по геометрическому нивелированию подразделяются на классы. Государственная нивелирная сеть РФ строится по особой программе и делится на 4 класса. Нивелирование I класса выполняют высокоточными нивелирами и штриховыми инварными рейками по особо выбранным линиям вдоль железных и шоссейных дорог, берегов морей и рек, а также по др. трассам, важным в том или ином отношении. По линиям Н. I класса средняя квадратичная случайная ошибка определения высот не превышает ±0,5 мм, а систематическая ошибка всегда менее ±0,1 мм на 1 км хода. В России нивелирование I класса повторяют не реже, чем через 25 лет, а в отдельных районах значительно чаще, чтобы получить данные о возможных вертикальных движениях земной коры. Между пунктами Н. I класса прокладывают линии Н. II класса, которые образуют полигоны с периметром 500–600 км и характеризуются средней квадратичной случайной ошибкой около ±1 мм и систематической ошибкой ±0,2 мм на 1 км хода. Нивелирные линии III и IV классов прокладываются на основе линий высших классов и служат для дальнейшего сгущения пунктов нивелирной сети. Для долговременной сохранности нивелирные пункты, выбираемые через каждые 5–7 км, закрепляются на местности реперами или марками нивелирными, закладываемыми в грунт, стены каменных зданий, устои мостов и т.д.

3.2 Тригонометрическое нивелирование

Тригонометрическое нивелирование  — метод определения разностей высот точек на земной поверхности по измеренному углу наклона и длине наклонной линии визирования или её проекции на горизонтальную плоскость. Превышение h определяют по формулам:

h=stg n+i-V или h=Ssin n+i-V, где

n — угол наклона визирного  луча;

S — длина линии визирования;

s — горизонтальная проекция;

i — высота прибора;

V — высота визирования.

Способ тригонометрического нивелирования позволяет определять осадки точек, расположенных на существенно разных высотах, в труднодоступных местах. Такие случаи возникают при наблюдениях за высокими зданиями, башнями, плотинами, при производстве измерений через препятствия.

Наиболее высокая точность порядка 0,1 мм обеспечивается при коротких (до 100 м) лучах визирования с применением высокоточных теодолитов и специальной методики измерений, позволяющей измерять зенитные расстояния с погрешностью порядка 5". Кроме того, методика предусматривает однообразную во всех циклах установку теодолита и его тщательное исследование, строгую вертикальность реек, выбор времени и условий наблюдений для уменьшения влияния вертикальной рефракции и ряд других мероприятий, направленных на ослабление действий различных источников погрешностей. Расстояния до определяемых точек должны измеряться с погрешностью 3...5 мм.

3.3 Гидростатическое нивелирование.

При измерении осадки методом гидростатического нивелирования используют гидростатический нивелир или стационарную гидростатическую систему. В принципе гидростатическое нивелирование основано на свойстве свободной поверхности жидкости устанавливаться в сообщающихся сосудах на одном уровне. Гидростатический нивелир состоит из двух стеклянных сосудов цилиндрической формы, соединенных между собой резиновым шлангом.

Стеклянные сосуды и резиновый шланг заполнены кипяченой подкрашенной водой или спиртом так, что жидкость заполняет лишь половину сосудов при установке их на одинаковой высоте. На оправе сосудов нанесены миллиметровые деления с началом шкал у оснований оправы. В том случае, когда основания сосудов находятся на разных уровнях, превышение будет равно разности отсчетов по шкалам.

Пьезометры соединены между собой и с напорным резервуаром резиновыми шлангами, уложенными в защитные водопроводные трубы ниже глубины промерзания грунта. При определении осадки напорный резервуар служит в качестве опорного репера. В резервуар наливается подкрашенная вода, которая по шлангам заполняет всю гидростатическую систему. По измерительным устройствам берут отсчеты и вычисляют превышения между наблюдаемыми точками. Величину осадки определяют как разность превышений в первоначальном и последующем циклах измерений.

Гидростатическая система позволяет автоматически фиксировать предельные осадки. Для этого измерительные устройства устанавливают на всех пьезометрах, а их иглы закрепляют над жидкостью на расстоянии, соответствующем предельному значению осадки. Иглы соединяют с постоянным источником тока. Во время осадки наблюдаемой точки пьезометр опускается и игла измерительного устройства, соприкасаясь с жидкостью, замыкает электрическую цепь. В это время на пульте загорается сигнальная лампочка.

Гидростатический нивелир, кроме определения осадок, применяют для перенесения отметок в стесненных условиях, приведения плоскостей конструкций и деталей в горизонтальное положение, построения нулевых горизонтов сооружений и технологического оборудования. Стационарные гидростатические системы применяют при необходимости постоянных наблюдений за осадками крупных промышленных зданий, гидротехнических сооружений и сложного оборудования. При расстоянии между сосудами до 500 м можно измерить превышение с ошибкой около 10 мм. 

3.4 Барометрическое  нивелирование

Нивелирование, при котором определяется разность высот двух точек 
(превышения), по данным изменения атмосферного давления, измеренного 
в этих точках, называется барометрическим. Барометрическое 
нивелирование один из методов нивелирования , основанный на установленной Б. Паскалем в 1647 связи давления воздуха с высотой 
точки над уровнем моря.

Барометрическое нивелирование дает возможность быстро определять 
абсолютные высоты точек местности, оно также используется для съемки 
рельефа высокогорной и сильно пересеченной территории. По разности давления, как отмечалось выше, с учетом метеорологических условий , можно вычислить и разность высот двух не очень удаленных друг от друга точек. дл я этой цели применяют понятие барической ступени высот , или расстояния по вертикали в метрах , на котором атмосферное давление меняется на 1 мм ртутного столба. По формуле Бабине составлены таблицы барических ступеней высот. Так, например, для средней полосы европейской части России барическая ступень составляет 10,5 м/мм.

Атмосферное давление меняется не только с высотой, оно зависит также от ряда метеорологических факторов, в частности от температуры 
воздуха.

Широкое применение при барометрическом нивелировании получили 
пружинные барометры анероиды (безжидкостные). Барометр анероид БАММ, например, обеспечивает определение давления с точностью 0,2— 0,3 
мм ртутного столба. Определение температуры воздуха осуществляется с 
помощью термометра.