И транспортных тоннелей

Геодезические работы при строительстве мостов

2.1. Виды и нормы точности для разбивочных работ

После завершения проекта необходимо перенести на местность основные оси и габариты сооружения. Обозначение и закрепление на местности с необходимой точностью осей и ключевых точек объекта, которые определят его местоположение и размеры, называют разбивкой сооружения. При разбивке мостов и транспортных тоннелей применяют нормы точности в плане (поперечная и продольная точность) и по высоте (табл. 2). Причем имеет место два вида точности разбивки сооружений.

1. Точность размещения целого сооружения (основной оси мостового перехода или тоннеля) относительно принятой системы координат. Эта точность (первого вида) соответствует точности планово-высотного обоснования съемочных работ.

2. Точность разбивки частей сооружения относительно основной оси. Эта точность зависит от размеров отдельных элементов сооружения, материала из которого сооружение возводится, места расположения объекта, наличия специального оборудования (технической базы), технологии работ, направления осей элементов относительно оси сооружения, эстетических характеристик и сроков строительства.

Нормы точности разбивки сооружений зависят от точности геодезического обоснования и от допустимых погрешностей при приемке готового сооружения. Если обозначить допуск при приемке сооружения через m _П, нормируемую погрешность разбивки через m _P, и строительную погрешность (погрешность технологии строительства) через m _Т, то между ними можно установить следующую зависимость:

m _П² = m _P² + m _Т². (29)

Допустим что погрешность в размерах строительных конструкций равна погрешности разбивки m _P = m _Т, то в этом случае из (29) следует:

. (30)

Допустим также, что погрешность геодезического обоснования m составляет половину от точности разбивки, то есть m _P = 2 m, то с учетом формулы (30) будем иметь:

. (31)

Из (31) следует, что геодезическое обоснование должно строиться в два раза точнее по отношению к требуемой точности разбивочных работ и в три раза точнее по отношению к точности приемки сооружения в эксплуатацию.

Ключевые точки объекта (мостового перехода или тоннеля) закрепляются на местности в период изысканий. Однако между моментом завершения изысканий и началом строительства проходит некоторое время. Поэтому вынос проекта сооружения на местность начинают с восстановления его ключевых точек. Ключевыми точками мостового перехода являются точки его начала и конца; тоннеля – точки входного и выходного порталов. Их восстанавливают путем развития аналитической сети или проложения хода полигонометрии. Отметки ключевых точек определяют путем их нивелирования от реперов, имеющих высокий класс (I, II). В тоже время намечают дополнительные опорные точки, которые впоследствии используют для разбивки и восстановления точек сооружения. Выбор места опорных точек для разбивки элементов мостового перехода и тоннеля различен.

2.2. Создание опорной сети для разбивки сооружений

Для разбивки мостовых переходов и транспортных тоннелей создается сеть опорных точек (мостовая или тоннельная триангуляция), которую строят в соответствии с геометрическими формами и размерами конкретного объекта. В соответствии с формой и размерами объекта разрабатывают проект опорной сети, в котором должны быть отражены следующие положения:

· принципиальная схема с указанием альтернативных вариантов и методов разбивки ключевых точек мостового перехода или транспортного тоннеля;

· геометрическая схема построения опорных точек разбивки сооружения (геодезический четырехугольник, цепочка треугольников, центральная система и др.) с указанием схемы привязки этих точек к государственной геодезической сети;

· схема закрепления на местности точек опорной сети с указанием необходимого времени сохранности и способа обустройства закрепленных точек;

Таблица 2

Нормы точности разбивки элементов мостовых переходов и транспортных тоннелей

Наименование видов работ и частей сооружений	Допустимые погрешности в см. или относительные
продольные	поперечные	верти-кальные
Земляные работы
Земляное полотно подходов к мостовым переходам (дорог) и регуляционных сооружений: - верх земляного полотна	-
Мосты, виадуки и эстакады
Положение опор относительно точек плановой и высотной основы: - для мостов с пролетами (L) из металла или железобетона - для арочных пролетов длиной L   - при сборке (изготовлении) на месте строительства моста	от ±1 см – до 1:5000 L от ±1 см – до 1:10000 L от ±1 см – до 1:3000 L	1:10000 L   1: 10000 L   1:10000 L	1 см   1 см   1 см
Положение центра кессона или опускного колодца
Положение центра опоры при разбивке на искусственном острове
Внешние контуры кладки выше фундамента относительно осей опорных частей
Свайные деревянные опоры и опоры подмостей
Сваи оболочки
Положение узлов ферм на подмостях	0,2	0,2	0,2
Опорные части металлических ферм	0,5	0,5	0,1
Грани сводов и надсводные строения

Тоннели и метро
Допустимые расхождения встречных забоев: - прямолинейных тоннелей длиной L; - криволинейных тоннелей длиной L	1: 10000 по расчету но не < 1:10000	10 5
Центры стволов шахт
Передача координат через порталы, штольни и шахты	1:20000		0.5
Допустимые расхождения встречных забоев при щитовой проходке метро	1:30000		0.1
Центры стволов шахт для строительства метро
Передача координат через шахты метро	1:30000	0,5	0,5
Сваи крепей и стены при открытом способе строительства метро	-	1 - 3
Стены при траншейном способе строительства метро
Обделка тоннеля метро	1:2000
Платформы на станциях метро	1:2000	0,5	0,5
Рельсовый путь в метро	1:3000	0,2	0,2

· схема наблюдения углов и расстояний;

· требуемая точность определения координат и отметок геодезического обоснования и предрасчет точности измерений;

· применяемые приборы и геодезическое оборудование;

· метод уравнивания углов и расстояний.

В соответствии с разработанным проектом выполняют закрепление опорных точек на местности и выполняют геодезические измерения.

В результате геодезических работ строительной организации передаются по акту закрепленные и соответствующим образом обустроенные на местности точки опорной сети, а также пояснительная записка, в которой содержатся результаты геодезических наблюдений. В пояснительной записке должны быть отражены конкретные вопросы, указанные в проекте геодезических работ, а также каталог координат и высот опорных точек, которые должны использоваться при разбивке сооружения. Следует обратить внимание на полученную фактическую точность определения координат и высот точек опорной сети.

2.3. Методы разбивки сооружений

При проектировании сооружения на топографическом плане графически устанавливают положение его осей и намечают ключевые точки. Причем, если для выноса на местность ключевых точек достаточно иметь графическую точность, то их координаты определяют относительно сетки квадратов топографического плана. К таким точкам относятся начало, конец и вершины углов поворота трассы дороги, а также точки на оси регуляционных сооружений. Для определения координат ключевых точек мостов, путепроводов и тоннелей, когда расстояния между этими точками должны быть установлены с высокой точностью (1:10000 – 1:30000), графической точности плана не достаточно. Поэтому задача определения координат ключевых точек проектируемого сооружения выполняется аналитически в ведомости координат. Для их вычисления используют проектные значения углов, горизонтальных проложений и превышений (размеров элементов конструкции).

Для выноса проектных точек на местность в первую очередь должен быть установлен метод (способ) разбивочных работ. Выбор метода разбивки конкретной точки определяется рациональной технологией выполнения измерений и минимальной погрешностью, с которой эта точка может быть определена на местности. Для такого выбора выполняют сопоставительные вычисления для различных способов разбивки. При этом останавливаются на том методе, который дает максимальные удобства для измерений и минимальную погрешность определения положения точки на местности.

При разбивке применяются методы, которые можно объединить в две группы: метод координат и метод засечек.

К методу координат относятся следующие способы:

- способ прямоугольных координат (способ перпендикуляров);

- способ полярных координат.

К методу засечек относятся следующие способы:

- способ угловых засечек;

- способ микротриангуляции;

- способ обратной засечки;

- способ створных засечек;

- способ линейных засечек (геометрический).

Рассмотрим каждый метод (способ) разбивки сооружений строительства.

2.3.1. Метод координат

Анализ последовательности выполнения работы по разбивке сооружений способами прямоугольных и полярных координат позволяет определить составляющие возникающих погрешностей, которые определяют общую погрешность положения разбиваемой точки. Способы прямоугольных и полярных координат объединяются в один метод, так как способ прямоугольных координат является частным случаем способа полярных координат с углом равным 90°. Этим способом выполняют разбивку как оптическими, так и электронным теодолитом. Разбивка точек электронным теодолитом осуществляется в режиме решения прямой геодезической задачи. Для этого теодолит устанавливают в рабочее положение на точке с известными координатами и ориентируют по известному направлению. Включается режим разбивки проектных точек по координатам. Проектные координаты разбиваемых точек вводят в память теодолита. Отражатель устанавливают в окрестностях одной из разбиваемых точек. Наводят на него теодолит и нажимают кнопку измерений. На индикаторе теодолита высветятся значения отклонений от искомой на местности точки. Положение отражателя корректируется в соответствии с измеренными отклонениями. И вновь выполняют измерения. Постепенными перемещениями отражателя находят точку, где отклонения от проектных координат равны нулю. Эту точку фиксируют на местности колышком. Таким образом, при реализации метода координат оптическим или электронным теодолитом необходимо выполнить следующие действия:

- отложить в направлении оси координат OX (рис. 12) расстояние d_OA от начала координат О до точки А;

- центрировать на точке А теодолит и отложить угол b (см. рис. 12);

- отложить по направлению угла b расстояние d_AС от точки А до точки С (см. рис. 12);

- фиксировать положение точки С на местности.

Все эти действия производятся с теми или иными погрешностями, которые, складываясь, определят в направлении осей координат погрешности Dx и Dy или общую погрешность равную

. (32)

Анализ составляющих погрешностей позволил установить формулу суммарной погрешности положения точки C относительно осей X и Y при использовании метода полярных координат. Эта формула имеет следующий вид:

. (33)

где m, h - погрешности отложения соответственных расстояний ОА и АС (см. рис. 12);

- суммарная погрешность центрирования прибора и составляющие e_x – по оси X и e_y – по оси Y (см. рис. 12);

m – погрешность отложения угла b (см. рис. 12);

r = 206265² - радиан выраженный в угловых секундах;

- погрешность фиксации точки на местности.

При способе перпендикуляров определения положения на местности точки “С” погрешность ее определения устанавливается по идентичной формуле.

Рис. 12. Разбивка точки способом полярных координат

2.3.2. Методы засечек

Способ прямой угловой засечки (рис. 13) заключается в отложении углов с двух концов базиса и фиксирования точки пересечения отложенных направлений. При этом появляются продольная l (вдоль направления базиса) и поперечная h (поперек направления базиса) погрешности (см. рис. 13).

При реализации этого способа необходимо выполнить следующие действия:

- измерить расстояние между точками А и В (базис) (см. рис. 13);

- установить на точках А и В теодолиты и отложить углы a и b (см. рис. 13);

- зафиксировать в пересечении направлений АС и ВС точку “С” (см. рис. 13).

Суммарная погрешность в определении положения точки “С” относительно базиса устанавливается по формулам:

, (34)

где - суммарная поперечная погрешность;

- суммарная продольная погрешность;

- поперечная погрешность, зависящая от погрешности отложения углов a и b (см. рис. 13);

- продольная погрешность, зависящая от погрешности отложения углов a и b (см. рис. 13);

Рис. 13. Разбивка точки способом прямой угловой засечки

m_x, m_y – погрешности измерения длины базиса “ с ” соответственно в поперечном и продольном направлении. Определяются из уравнений:

.

e - погрешность измерения (отложения) углов a и b (см. рис. 13);

m_c – продольная погрешность измерения длины базиса “ c ”;

- погрешность фиксирования точки на местности.

Анализ приведенных формул показывает что, суммарная погрешность в определении положения точки “С” относительно базиса в большой степени зависит от значения угла “g”. Минимальное ее значение будет в том случае, если g = 90°.

Способ микротриангуляции применяется в том случае, когда известно приближенное местоположение точки “С” на местности, и, если эта точка доступна для установки теодолита. В этом случае в окрестности точки “С” фиксируют точку “С¢” (рис. 14) и выполняют измерение с необходимой точностью трех углов a, b и g в треугольнике АВС¢. Их уравнивают и, зная расстояние “с” (базис), вычисляют с использованием теоремы синусов расстояния “ а” и “ в” (см. рис. 14).

По координатам точек “А” и “В” устанавливают координаты точки “C¢” путем решения хода, например, через точки Б-А-С¢-В-А. Полученные значения координат точки “C¢” сопоставляют с проектными координатами точки “C”. Решением обратной геодезической задачи вычисляют расстояние между точками “C¢” и “C” (значение δ, см. рис. 14) и направление (например, вычисляют сначала дирекционный угол α_δ и затем угол γ₁, см. рис. 14). По этим данным устанавливают на местности положение искомой точки С методом полярных координат.

(35)

где X_A, X_D, X_B, Y_A, Y_D, Y_B – координаты точек, соответственно, A, D, B.

P_A, P_D, P_B – весовые коэффициенты, которые устанавливают по формулам:

(36)

Этот метод выгодно использовать в том случае, если углы g₁, g₂, g₃ близки к значению 120°. При этом среднюю квадратическую погрешность положения точки “С'” устанавливают по формуле:

, (37)

где e - погрешность измерения углов g в точке “С”;

S_i, – расстояния между опорными точками АВ, ВD, AD;

d_i – расстояния между опорными точками и искомой точкой “С'”

r = 206265 – радиан в секундах;

.

После вычисления координат точки “С'”, по аналогии с методом микротриангуляции при определении точки С на местности, путем решения обратной задачи находят расстояние С' – C и направление этой линии. По этим данным устанавливают положение тоски С на местности. При использовании электронного теодолита условия положения искомой точки относительно опорных точек остаются прежними. Отличия заключаются в том, что в память теодолита вводятся координаты опорных точек и после наблюдения на эти опорные точки на индикаторе электронного теодолита высвечиваются координаты точки “С'”. Здесь можно использовать два варианта. Первый. Путем последовательной перестановки теодолита и повторения наблюдений добиться того, что на индикаторе высветятся координаты, которые будут равны координатам проектной точки “С”. Второй. После определения координат точки “С'”, где установлен теодолит, выполняют решение в режиме прямой геодезической задачи.

Способ створной засечки (рис. 15) применяют для разбивки и постоянного контроля правильности планового положения строящихся опор мостового перехода. Суть заключается в том, что на берегах реки устанавливают опорные точки так, чтобы центр опоры мостового перехода находился в створе двух линий между опорными точками. Причем эти опорные точки должны находиться на противоположных берегах реки по разные стороны от оси мостового перехода. Этот способ, по сути, представляет собой разновидность прямой угловой засечки. Поэтому погрешности створной засечки устанавливаются по формуле (34).

Рис. 15. Способ створной засечки

Расчет положения опорных точек и определение их положения на местности выполняют по известным координатам опор мостового перехода. При этом стремятся к тому, чтобы угол пересечения створных линий g₁ и g₂ на опоре мостового перехода был близок к 90° (см. рис. 15). Например, на плане графически назначают положение точек 1, 2, 3 и 4 (см. рис. 15) и устанавливают их координаты. Из решения обратной геодезической задачи определяют дирекционный угол направлений 1 - С, 2 - В, 3 – В и 4 – С. Назначают расстояния С – 1¢, В – 2¢, В – 3¢ и С – 4¢. Решением прямой геодезической задачи устанавливают координаты створных точек 1¢, 2¢ 3¢ и 4¢. Опорные точки 1,2,3,4 и 1¢,2¢3¢ 4¢ выносят на местность от точек мостовой триангуляции. Разбивку и контроль положения центра опоры осуществляют путем визирования по направлениям 1 – 1¢, 2 – 2¢, 3 – 3¢, 4 – 4¢ (см. рис. 15).

Способ линейной засечки (рис. 16) заключается в отложении расстояний “ а ” и “ в ” от точек “А” и “В” на конце известного базиса “ c ” (имеющего место на местности).

Дата добавления: 2014-01-04