Конспект_лекций__4_курс_по_Прик._геод._ч2

мого объекта, так и специальные деформационные знаки – контрольные знаки и центры, устанавливаемые на конструкциях бетонных сооружений или в тело земляных плотин.

Контрольные точки первого типа применяют, как правило, при пассивном контроле параметра объекта и четких геометрических формах самого объекта, позволяющих идентифицировать положение точки с положением проверяемой оси объекта, с точностью, не вносящей значительных ошибок в результат контроля параметра.

Контрольные точки второго типа применяют при активном контроле параметра и отсутствии четкой идентификации положения точки с объектом. В этих случаях на конструкциях объекта предусматривают специальную визирную цель или закладку контрольных знаков, по которым выполняется съем первичной информации. Выбор конкретного способа закрепления исходной опорной основы и контрольных точек решается в процессе проектирования с учетом конструктивных решений объекта, метода контроля по управляющему воздействию, требуемой точности измерений. Наиболее характерные конструкции геодезической КИА приведены в [7, 8, 131, 134, 144, 151, 176, 188, 228 и др.].

При составлении проектов размещения контрольно-измерительной аппаратуры следует руководствоваться «Указаниями ВНИИГ» [237], которые составлены на основании опыта работ на Каховской, Новосибирской, Бухтарминской, Ладжанурской, Братской, Красноярской, Ингури и других ГЭС.

Проект размещения и установки КИА должен включать:

а) пояснительную записку с изложением цели, задач, состава и объема с указанием сроков закладки, номенклатуры и технических характеристик КИА;

б) общие схемы и рабочие чертежи размещения и монтажа КИА в плотине, основании, береговых примыканиях и отдельных элементах, прокладки и ком-

мутации кабельных линий и устройства измерительных пультов; в) рабочие чертежи закладных деталей и монтажных приспособлений для

установки КИА; г) спецификации устанавливаемой КИА, вторичных приборов, вспомога-

тельного оборудования, кабелей; д) инструкцию по установке КИА, прокладке кабельных линий и оборудо-

ванию пультов; е) смету на приборы, вспомогательное оборудование, кабельную продук-

цию, проведение наблюдений, обработку и анализ результатов.

Места закладки геодезической КИА, ее конструктивные чертежи и методы установки составляются проектной организацией в соответствии с «Указаниями по составлению проектов размещения контрольно-измерительной аппаратуры»

[237].

Проектирование КИА осуществляется в две стадии: 1 – проектное задание, 2 – рабочие чертежи. Эскизы такой аппаратуры приведены в [7, 8, 131, 134, 144,

151, 176, 188, 228].

21

Схемы измерений горизонтальных смещений и сопутствующих им геометрических параметров, а также конструкция и схема размещения геодези-

ческой КИА, зависят, в первую очередь, от конструктивного решения гидротехнического сооружения, нагрузок, передаваемых на него в процессе строительства и эксплуатации, и характеристики грунтов основания.

В практике геодезического контроля и исследований горизонтальных смещений гидротехнических сооружений просматриваются три основные схемы измерений и размещения КИА

1.Схема контроля горизонтальных смещений и деформаций бетонных и железобетонных гравитационных и контрфорсных плотин; глухих земляных плотин; а также подводных конструкций зданий гидроэлектростанций, судоходных шлюзов, судоподъемников и других сооружений, участвующих в создании напорного фронта, высотой до 50 м, – от наружной сети опорных пунктов.

2.Схема контроля горизонтальных смещений высоких бетонных и железобетонных гравитационных, арочно-гравитационных и арочных плотин, а также подводных конструкций зданий гидроэлектростанций, судоходных шлюзов, судоподъемников и других сооружений, участвующих в создании напорного фронта, высотой более 50 м, – от внутренней сети опорных пунктов.

3.Схема контроля смещений и деформаций высоких плотин – от внешней

ивнутренней сетей опорных пунктов.

Первая схема контроля (рис. 4.3.1) предусматривает, как правило, контроль горизонтальных смещений секций плотины и других объектов напорного фронта высотой до 50 м на уровне подошвы (смещение по основанию) и на уровне гребня от наружной сети опорных пунктов. По результатам полученных горизонтальных смещений определяют деформации основания, наклон секций и их взаимное положение. На плотинах со скальным основанием часто определяют смещения только по гребню. Особенностью схемы измерения смещений таких плотин является размещение исходных опорных пунктов на небольшом удалении от сооружения. Это возможно вследствие незначительной области (воронки оседания) деформации грунтов береговых склонов, особенно со стороны нижнего бьефа. В этих случаях необходимая точность измерения величин «абсолютных» горизонтальных смещений может быть достигнута применением традиционных высокоточных методов и средств геодезических измерений (створные измерения, триангуляция, трилатерация, линейноугловые сети и т. п.).

Контрольные пункты створа размещают таким образом, чтобы в каждой секции был один (по центру) или два (по краям блока) пункта. В галереях створ, как правило, является струнным, на гребне – оптическим.

22

- контрольный пункт.

Рис. 4.3.1. Первая схема контроля смещений сооружений

(от наружной сети исходных пунктов)

Указанные схемы контроля применялись и применяются до сих пор в России на большом числе гравитационных плотин, построенных в 1940 – 1960-е годы (Цимлянская, Каховская, Усть-Каменогорская, Иркутская ГЭС и др.).

Лекция 8

Методы измерения смещений гидротехнических сооружений низкого и среднего напора(Створные способы и методы измерения, метод отдельных

направлений, метод триангуляции и полигонометрии)

Створные измерения являются самыми распространенными способами определения горизонтальных смещений сооружения прямолинейных плотин благодаря своим достоинствам: простоте и быстроте полевых работ, малым затратам на камеральную обработку. Они могут применяться самостоятельно, если опорные пункты створа неподвижны; либо совместно в сочетании с другими методами, если неподвижность опорных пунктов створа не может быть обеспечена по грунтовым или иным условиям и воздействиям.

К способам линейно-угловых построений относятся: способ направле-

ний, способ угловых засечек, способ створных засечек (измерением малых углов), триангуляция, трилатерация, линейно-угловые сети, полигонометрия и др., в которых используются методы и средства для линейных, угловых и совместных измерений.

Способ направлений используют в том случае, когда нет возможности закрепить створ на сооружении, число наблюдаемых точек невелико (3 – 5 точек)

23

и расстояния до определяемых точек менее 1 км. Преимущества этого способа перед другими линейно-угловыми построениями заключаются в относительно небольшой точности измерения линий (до 1 : 1 000), возможности определения смещений пунктов без вычисления координат, не обязательной видимости между опорными пунктами.

Рис. 4.3.17. Способ отдельных направлений

O8

III

O7

В первом цикле на каждом из двух-трех опорных пунктов наблюдения измеряют способом круговых приемов горизонтальные углы между направлением, принятым за начальное, и направлениями на контрольные знаки (рис. 4.3.17).

Для определения величины и направления смещения по способу отдельных направлений сначала вычисляют значения частных поперечных смещений qI1 и qII1 (рис. 4.3.18) контрольного знака. Величина частного поперечного

смещения знака с каждого опорного пункта определяется по расстоянию и изменению ориентирного направления между циклами измерений по формулам:

где δβI , δβII ,… – разности горизонтальных углов между направлениями на

контрольные знаки в пунктах I, II,…;

SI , SII ,… – соответствующие горизонтальные расстояния от пунктов I, II

и т. д. до контрольного знака, которые достаточно определить с точностью по-

рядка 1 : 1000.

24

SI

δβI

I

Рис. 4.3.18. Определение величины и направления смещения

По составляющим смещений вычисляют величину полного смещения знака между циклами из первой пары пунктов наблюдения:

где угол засечки

γ αI - αII .

Способ угловых засечек [176, 188, 228 и др.] используется при контроле смещений сооружений гидроузлов в случаях «недоступных расстояний» при небольших линиях визирования. Прямую засечку применяют при определении смещений оползней, точек низовой грани плотины. Наилучшее применение она нашла при контроле вертикальных и горизонтальных смещений контрольных знаков тонкостенных арочных плотин небольшой и средней высоты. Обратная засечка используется при контроле земляных плотин.

Способ основан на измерении линий и углов, т.е. является разновидностью триангуляционного способа, и определении координат отдельных контрольных знаков на сооружении с ближайших опорных пунктов I, II, III (рис. 4.3.19), а также привязки последних к более отдаленным неподвижным пунктам.

25

I III

II

A B C

Рис. 4.3.19. Способ засечек

Способ триангуляции. При возведении гидротехнических сооружений на сжимаемых основаниях практически не представляется возможным установить в натуре неподвижные опорные пункты створа. В этих случаях для контроля горизонтальных перемещений сооружений по первой схеме контроля (от наружных пунктов) применяется комбинированный способ, представляющий собой комбинирование способа створных измерений с гидротехнической триангуляцией, трилатерацией или линейно-угловыми сетями.

Создание сетей трилатерации для контроля горизонтальных смещений гидротехнических сооружений начало развиваться с появлением точных светодальномеров, а затем и точных электронных тахеометров.

При длинах сторон свыше 200 м и применении современных точных светодальномеров и электронных тахеометров (точность измерения линий до 1 000 м составляет 1 – 2 мм) способ имеет ряд преимуществ по сравнению с триангуляцией:

-более высокая точность определения смещений;

-меньшие затраты времени на выполнение работы. В то время, как угловые измерения ограничены периодом благоприятной видимости, светодальномерные измерения можно практически выполнять в течение всего дня.

Схема линейно-угловой сети обычно схожа со схемой триангуляционной или трилатерационной сети, показанной на рис. 4.3.1 и 4.3.3, б.

При проектировании линейно-угловой сети следует иметь в виду следую-

щее [188]:

-линейно-угловая сеть по сравнению с другими геодезическими построениями является наиболее жесткой. При этом конфигурация сети может быть и не идеальной, в то время как жесткость триангуляции и трилатерации во многом зависит от геометрической конфигурации сети;

26

-линейно-угловые сети примерно в 1,5 раза точнее триангуляции и трилатерации, если измерения в сети примерно равноточные.

Способ полигонометрии часто используют при контроле горизонтальных смещений криволинейных по форме плотин, а также при контроле горизонтальных смещений туннелей и кольцевых сооружений [176, 188].

Современные спутниковые системы позиционирования типа GPS в по-

следнее время находят все большее и большее применение при контроле деформаций объектов.

Накопленный опыт использования глобальных спутниковых систем позиционирования свидетельствует о том, что наиболее эффективно проблема повышения точности (а для контроля деформаций гидротехнических сооружений, как правило, необходимы высокие точности взаимного положения пунктов) решается за счет применения дифференциальных методов спутниковых измерений.

К настоящему времени разработано большое количество различных вариантов дифференциальных измерений, характерной особенностью которых является использование на завершающей стадии обработки результатов измерений не абсолютных значений регистрируемых с помощью приемника величин,

атех или иных разностей, при обработке которых исключаются общие члены, свойственные сравниваемым величинам. Такой подход обеспечил широкое распространение дифференциальных спутниковых измерений.

Основные общие требования, которые должны соблюдаться при высокоточных измерениях спутниковыми методами, остаются теми же, что и для традиционных геодезических методов, а именно:

-отыскание закрепленной на местности точки не должно вызывать существенных затруднений;

-конструкция опорного или контрольного знака должна позволять точно центрировать приборы;

-различные типы центров и их внешнее оформление должны обеспечивать удобство установки над ними соответствующих технических средств, предназначенных как для спутниковых наблюдений, так и для традиционных геодезических измерений.

При выборе мест расположения пунктов, с которых должны выполняться спутниковые наблюдения, основное внимание должно быть уделено обеспечению благоприятных условий наблюдений спутников. Не следует размещать пункты внутри металлических ограждений, рядом с высокими зданиями или сооружениями, большими и густыми деревьями, а также вблизи оборудования, создающего мощные электрические поля. В связи с этим точные спутниковые измерения применяются в настоящее время для контроля горизонтальных смещений и осадок распластанных длинных земляных плотин и береговых склонов, где они по точности и условиям измерений могут конкурировать с традиционными точными геодезическими измерениями. Однако, спутниковые технологии развиваются быстрыми темпами, и вполне вероятно, что в недалеком

27

будущем они позволят с необходимой точностью измерять смещения наружных контрольных знаков, установленных на гребне бетонных сооружений, и надежно заменят линейно-угловые измерения в сетях, применяемые до сих пор на многих гидроузлах в качестве исходной основы

Лекция 9

Применение ГНСС при определении горизонтальных смещений

Рассмотрим основные условия обеспечения точности измерений спутниковыми геодезическими приёмниками смещений инженерных сооружений:

1) необходимо разработать схему исходных пунктов в геодезической сети,

расположенных вне зоны возможных деформаций:

2)необходимо разработать схему измерений на исходных пунктах, которая позволила бы контролировать устойчивость исходных пунктов:

3)необходимо разработать такую схему измерений по опорным и контроль-

ным пунктам, которая обеспечивала бы максимальную точность измерений, при

достаточном контроле их качества;

4) условия измерений на пунктах должны быть благоприятны для спутнико-

вых геодезических приёмников.

Сеть исходных пунктов геодезической сети для наблюдения за деформациями инженерных сооружений определяется типом инженерного сооружения и видом возможных деформаций . В качестве общих положений при создании сети исходных пунктов следует отметить, что количество пунктов должно быть не менее трёх, что обеспечивает достаточный контроль их устойчивости. Их расположение должно предусматривать взаимную видимость как минимум между двумя пунктами для обеспечения возможности светодальномерных измерений при создании базиса для масштабирования сети. Взаимное расположение должно образовывать, по возможности правильную фигуру, что обеспечивает наглядность и удобство при графическом представлении схем измерений.

При вычислениях в сети, имея в виду спутниковые определения, следует определить один из исходных пунктов как начальный при вычислениях приращений геоцентрических координат в сети. Ориентировку сети задают спутники навигационной системы. Рассмотрим схему измерений по пунктам сети при проверке устойчивости исходных пунктов при повторных измерениях, представленную на рисунке

31.

Контроль устойчивости выполняется по следующим вычисленным параметрам повторно вычисленных базисных линий базисных линий:

28

1) по расхождениям приращений геоцентрических координат между исход-

ными пунктами;

2) по расхождениям азимутов базисных линий между исходными пунктами;

А

α

объект контроля

Рисунок 31 - Схема контроля устойчивости исходных пунктов

3)по расхождениям углов α, δ, γ, вычисленных по азимутам базисных линий;

4)по расхождениям длин базисных линий S1, S2, S3;

5)по расхождениям превышений между исходными пунктами, отнесённы-

ми к поверхности эллипсоида;

6) по результатам повторных измерений светодальномером стороны сети,

выбранной для масштабирования сети на поверхность относимости объекта.

Следует отметить, что контроль устойчивости пунктов по высоте должен выполняться по результатам геометрического нивелирования, так как точность нивелирования спутниковыми приёмниками недостаточна для измерения деформаций инженерных сооружений.

Рассмотрим варианты измерений по пунктам исходной сети. Прежде всего, отметим, что для измерений необходимо использовать двухчастотные приёмники с антеннами, у которых максимально стабилизированные фазовые центры и используются технологии устраняющие влияние многопутности распространения радиосигнала. Кроме того, для повышения точности измерений, пункты должны иметь приспособления для принудительного центрирования и их высота над поверхностью основания пункта, для ослабления влияния многопутности, должна быть не менее 1.5 метра.

29

Измерения могут выполняться одновременно на всех исходных пунктах [75]. В этом случае, при использовании специализированных программ для обработки измерений, получаются данные измерений за один промежуток времени. Если условия измерений на пунктах были одинаковые и расстояния между пунктами небольшие, то при вычислении невязки по таким зависимым базисным линиям в замкнутой фигуре получается нуль. Для контроля качества измерений необходимо выполнить повторные измерения, антенны при повторных измерениях центрируются повторно. Повторные измерения могут выполняться либо при другом созвездии спутников, либо при том же, но в другую дату.

При всестороннем исследовании влияния геометрии спутников на точность измерений и проверке воспроизводимости измерений необходимо использовать оба варианта. Измерения выполняются в статическом режиме. При измерениях используется тот же комплект приёмников при одинаковом расположении их по пунктам сети. При использовании коммерческого программного обеспечения, которое не приспособлено для одновременного вычисления зависимых базисных линий, рекомендуется применять для вычислений базисных линий разные промежутки времени из сеанса измерений. По полученным невязкам в замкнутых фигурах выполняют оценку точности выполненных измерений . Для дополнительного контроля качества измерений выполняют повторные измерения по указанной выше методике.

Основным контролем устойчивости исходных пунктов, в плановом отношении, является сходимость длин линий и углов, которые определяются с максимальной и равной точностью, другие критерии имеют вспомогательный характер.

Рассмотрим точность определения исходных пунктов в сети. Для получения равной точности взаимного положения пунктов, расстояния между ними должны быть примерно равны. Однако, если использовать классическую схему получения координат пунктов в сети по результатам уравнивания, то, если рассматривать схему измерений приведенную на рисунке 31, в данные измерений между начальным исходным пунктом А и пунктами Б и С может быть привнесена часть погрешности данных измерений между пунктами Б и С. Поэтому следует рассматривать вариант использования данных измерений между пунктами Б и С только в качестве контрольных данных и не использовать при вычислениях координат, конечно, только после тщательного анализа всех данных измерений. Уточнение координат необходимо выполнять, в этом случае, по результатам повторных измерений.

После вычисления координат в геоцентрической системе, возможны два варианта получения данных о горизонтальных смещениях. Первый вариант предусматривает редуцирование полученных данных на поверхность относимости объекта. В этом случае необходимо выполнить измерение одной из сторон сети светодальномером. Кроме того, для полного редуцирования данных, в сети должно быть три пункта с отметками, определёнными из геометрического нивелирования. Указанный вариант может применяться при замене классических способов наблюдения за смещениями на спутниковые определения или как возможность перехода, в случае необходимости, на классическую схему измерений смешений. Второй вариант предусматривает применение в схеме измерений смещений только спутниковых

30