Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ теоретических основ и нормативных документов по проблеме геодезического мониторинга транспортных тоннелей, сооружаемых горным способом 11
1.1 Общие сведения о строительстве транспортных тоннелей горным способом 11
1.2 Анализ деформационных процессов, развивающихся в ходе строительства тоннелей 16
1.3 Анализ требований нормативных документов к производству наблюдений за деформациями сооружаемых тоннелей 21
1.4 Анализ существующего опыта наблюдений за деформациями строящихся тоннелей 23
1.5 Место и сущность геодезического мониторинга при строительстве тоннелей 25
1.6 Выводы по разделу 1 39
2 Разработка методики геодезического мониторинга портальных частей тоннеля на основе комплексного применения электронных средств измерений и статистического анализа данных 42
2.1 Постановка задачи 42
2.2 Расчет требуемой точности определения деформаций 45
2.3 Предрасчет точности геодезических измерений смещений в горизонтальной плоскости 47
2.4 Предрасчет точности геодезических измерений смещений в вертикальной плоскости 53
2.5 Выбор мест размещения деформационных марок. Расчет периодичности наблюдений 56
2.6 Измерения деформаций грунтового массива при помощи скважинных инклинометров 58
2.7 Обработка результатов тахеометрических и инклинометрических измерений деформаций 62
2.8 Прогнозирование поведения деформационных процессов 68
2.9 Выводы по разделу 2 74
3 Разработка методики геодезического мониторинга зоны выработки 76
3.1 Постановка задачи 76
3.2 Предрасчет точности наблюдений за смещениями контура выработки 78
3.3 Определение смещений контура выработки 82
3.4 Априорная оценка точности подземной геодезической мониторинговой сети с учетом производства дополнительных линейно-угловых измерений 86
3.5 Контроль стабильности пунктов мониторинговой сети на основе применения корреляционного анализа 99
3.6 Предрасчет точности геодезических мониторинговых плановых сетей на основе компьютерного моделирования 102
3.7 Предрасчет точности геодезических мониторинговых высотных сетей 105
3.8 Выводы по разделу 3 107
4 Экспериментальные исследования теоретических разработок геодезического мониторинга транспортных тоннелей 109
4.1 Геодезический мониторинг припортальной зоны автодорожного тоннеля, сооружаемого горным способом 109
4.2 Геодезический мониторинг выработки строящихся автодорожных тоннелей 122
4.3 Исследование методики проектирования внутренней плановой геодезической мониторинговой сети в тоннеле на основе компьютерного моделирования 128
4.4 Выводы по разделу 4 134
Заключение 136
Список литературы 140
Приложения 152
- Анализ требований нормативных документов к производству наблюдений за деформациями сооружаемых тоннелей
- Выбор мест размещения деформационных марок. Расчет периодичности наблюдений
- Априорная оценка точности подземной геодезической мониторинговой сети с учетом производства дополнительных линейно-угловых измерений
- Геодезический мониторинг выработки строящихся автодорожных тоннелей
Введение к работе
Актуальность темы исследования.
В настоящее время наблюдается увеличение объемов работ в области тоннелестроения, лишь на железных дорогах РФ за последние четыре года построено более 50 км тоннелей. Все чаще реализуются уникальные проекты в сложных гидрогеологических условиях, или предусматривающие строительство вблизи исторических центров городов. Строительство транспортных тоннелей по большей части осуществляется горным способом, при этом реакция грунтового массива на производство проходческих работ проявляется в виде деформационных процессов, протекающих на дневной поверхности, в незакрепленной выработке и в конечной обделке тоннеля, отстающей от забоя на установленную проектом величину.
Пренебрежение особыми условиями строительства тоннелей зачастую является причиной возникновения аварий с последующим разрушением несущих конструкций. Известны многочисленные случаи вывалов грунта в забое и прорыва грунтовых вод (вывалы при строительстве трассы «Дублер Курортного проспекта», г. Сочи, на перегоне «Выхино – Лермонтовский проспект» в г. Москва, затопление вентстволов при проходке автодорожного тоннеля Пин Лин, размыв на перегоне «Лесная – Площадь Мужества» в г. Санкт-Петербурге и др.). Зачастую наибольшую опасность при сооружении тоннелей представляет неконтролируемое увеличение горного давления. Задачу наблюдения, анализа и прогноза состояния конструкций тоннелей позволяет решить производство геодезического мониторинга.
В настоящее время разработаны теоретические основы и накоплен
значительный опыт по производству геодезического мониторинга де
формаций различных инженерных сооружений. Существенный вклад в
развитие данного направления внесли известные ученые: Б. Н. Жуков,
А. К. Зайцев, Е. Б. Клюшин, Г. Д. Курошев, Г. П. Левчук,
М. Е. Пискунов, Г. А. Шеховцов и др. Однако существующие нормативные документы, содержащие конкретные рекомендации по производству наблюдений за смещениями на строящихся тоннелях, не предусматривают определение продольных деформаций тоннелей и не отвечают современному уровню развития геодезических приборов. Это свидетельствует о недостаточной изученности ряда вопросов, касающихся создания геодезических мониторинговых сетей при строительст-3
ве тоннелей, производства наблюдений за смещениями и составления краткосрочного прогноза развития деформаций. Поэтому необходимым становится разработка системы геодезического мониторинга, позволяющей оперативно решать задачи по безопасному ведению проходческих работ.
Цель диссертационной работы. Разработка методики геодезического мониторинга транспортных тоннелей, сооружаемых горным способом.
Идея работы заключается в оптимизации процесса проектирования, создания и контроля геодезической мониторинговой планово-высотной сети и осуществления на ее основе мониторинга деформаций современными средствами измерений.
Задачи исследований:
Анализ современного состояния методов определения деформаций при строительстве транспортных тоннелей, в том числе при строительстве горным способом. Исследование деформационных процессов, сопутствующих данному способу строительства тоннелей.
Разработка методов проектирования, создания и контроля геодезической мониторинговой планово-высотной сети.
Исследование точности элементов полигонометрических ходов при осуществлении избыточных измерений для обеспечения геодезического мониторинга.
Разработка методических рекомендаций по проектированию и производству геодезических наблюдений за горизонтальными и вертикальными смещениями портальных конструкций и зоны выработки.
Обоснование применения методов статистического анализа при обработке результатов геодезических измерений смещений.
Разработка методики составления краткосрочного прогноза деформационных процессов, развивающихся в грунтовом массиве и конструкциях сооружаемого тоннеля.
Методы исследований. Теоретические методы: теория погрешностей измерений, корреляционный анализ, анализ рядов измерений на монотонность, анализ временных рядов, анализ распределения величин, метод наименьших квадратов. Эмпирические методы: анализ производственных результатов геодезического мониторинга смещений, натурные и модельные исследования.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Геодезический мониторинг портальных частей строящегося тоннеля должен производиться на основе совместного применения электронных средств измерений и скважинных инклинометров. Результаты измерений смещений следует подвергать корреляционному анализу, а прогноз осуществлять на основе анализа временных рядов.
-
Геодезический мониторинг выработки следует производить путем измерения смещений контура выработки координатным методом относительно пунктов геодезической мониторинговой сети. Плановую мониторинговую сеть следует создавать методом полигонометрии, осуществляя в необходимых случаях дополнительные линейно-угловые измерения по схеме «через один пункт» и «на каждом пункте».
Научная новизна работы:
Обоснованы требования к точности положения пунктов геодезической мониторинговой планово-высотной сети, расположенных на дневной поверхности и в зоне выработки.
Предложены и исследованы варианты развития подземной геодезической мониторинговой плановой сети, основанные на выполнении дополнительных линейно-угловых измерений по схеме «через один пункт» и «на каждом пункте», обеспечивающие повышение точности до 2,8 раза. Получены расчетные формулы.
Предложено при контроле устойчивости планового положения пунктов геодезической мониторинговой сети применение способа, основанного на корреляционной зависимости горизонтальных углов и длин сторон полигонометрии.
Предложена технологическая схема и методика производства геодезического мониторинга в припортальной зоне, обеспечивающая сбор данных о деформациях грунтового массива при помощи скважин-ных инклинометров и сбор данных о перемещениях конструкций тоннеля электронным тахеометром способом свободной станции. Обосновано соотношение погрешностей обратной засечки при определении положения станции и погрешностей полярного способа при определении положения деформационных марок.
Разработана методика определения смещений контуров выработки координатным методом.
Для комплексной оценки развития деформационных процессов предложено применять методы статистики, в частности корреляцион-
ного анализа и анализа рядов измерений на монотонность, прогнозирование предложено осуществлять на основе принципов анализа временных рядов.
Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается согласованностью теоретических результатов исследований с экспериментальными данными; совпадением величин деформационных характеристик, определенных различными средствами геодезических измерений; совпадением результатов аналитических и модельных исследований.
Практическая значимость работы:
Разработана методика геодезического мониторинга транспортных тоннелей, сооружаемых горным способом, основанная на комплексном применении электронных средств измерений и методов статистического анализа.
Адаптирован известный способ контроля устойчивости реперов, основанный на исследовании корреляционных зависимостей, для анализа устойчивости пунктов подземной геодезической мониторинговой плановой сети.
Даны практические рекомендации по размещению контрольно-измерительной аппаратуры (КИА) на дневной поверхности в припор-тальной зоне и в зоне выработки.
Сформулированы условия, при которых возможно применение геодезических засечек при производстве мониторинга с обеспечением заданной точности определения положения точки стояния электронного тахеометра.
Выполнены экспериментальные исследования деформационных процессов, протекающих в грунтовой среде, окружающей выработку, при строительстве тоннелей.
Результаты диссертационной работы внедрены в производственную деятельность ОАО «Гипротрансмост», что подтверждено актом о внедрении.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на 10-й международной конференции геодезии, картографии и геоинформатики «Geoform+» (Москва, КВЦ «Сокольники», март 2012); 8-й международной научно-практической конференции «Новейшие достижения геодезии, геоинформатики и землеустройства – Европейский опыт» (Чернигов, ЧГИЭиУ, май 2012); 14-й международ-
ной научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (Москва, МИИТ, октябрь 2013); международной научно-методической конференции «Путь XXI века» (Санкт-Петербург, ФГБОУ ВПО ПГУПС, февраль 2013 г.); межвузовской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития методов и средств выполнения топографо-геодезических работ. Пути совершенствования подготовки специалистов в области топогеодезиче-ского и навигационного обеспечения войск» (ФГВОУ ВПО «ВКА им. А.Ф. Можайского» Минобороны РФ, апрель 2013 г.); международной научно-практической конференции, посвященной 20-летию Общества геодезии и картографии Санкт-Петербурга «Актуальные проблемы инженерных изысканий, геодезических, картографических и кадастровых работ» (пос. Репино, октябрь 2012 г.); заседаниях кафедры «Инженерная геодезия» ФГБОУ ВПО ПГУПС.
Личный вклад автора. Обоснованы требования к точности определения положения деформационных марок на дневной поверхности и в зоне выработки. Определены требования к точности положения пунктов геодезической мониторинговой планово-высотной сети, к точности обратной засечки и к максимальной удаленности деформационных марок, а также обоснован порядок выбора методики геометрического нивелирования при создании геодезической мониторинговой высотной сети.
Автором предложены и проанализированы возможные варианты производства дополнительных измерений при развитии подземной геодезической мониторинговой сети в тоннеле, способствующие повышению точности ее элементов, а также адаптирован известный ранее способ контроля стабильности реперов для анализа устойчивости пунктов плановой мониторинговой подземной сети.
Обосновано применение скважинных инклинометров для исследования перемещений грунтовой среды, обоснована методика совместной обработки результатов измерений инклинометром и электронным тахеометром на основе корреляционного анализа. Разработаны рекомендации по составлению краткосрочного прогноза поведения деформационных процессов.
Публикации. Основное содержание работы отражено в 7 публикациях, 4 из которых в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения, изложенных на 164 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунка, 25 таблиц, 5 приложений и список литературы из 114 наименований.
Анализ требований нормативных документов к производству наблюдений за деформациями сооружаемых тоннелей
Основной федеральный нормативный документ, действие которого распространяется на проектирование и строительство новых и реконструкцию действующих тоннелей на железных дорогах колеи 1520 мм и на автодорогах всех категорий - СниП 32-04-97 «Тоннели железнодорожные и автодорожные» [96]. Согласно данному документу, в тоннелях, сооружаемых и эксплуатируемых в особо сложных условиях, в зонах тектонических разломов с неустойчивыми водонасыщенными грунтами, на участках нестабилизирующегося горного давления следует предусматривать установку контрольно-измерительной аппаратуры для наблюдений (мониторинга) за состоянием обделки и окружающего тоннель грунта как в период строительства, так и в процессе эксплуатации тоннеля. Схему установки аппаратуры и результаты наблюдений, выполненных в период строительства, надлежит передавать заказчику вместе с исполнительной документацией [96]. Кроме федерального нормативного документа существуют еще ведомственные нормы ВСН 160-69 «Инструкция по геодезическим и маркшейдерским работам при строительстве транспортных тоннелей» [36], содержащие более конкретные рекомендации по производству наблюдений в зоне выработки и в пределах окружающей застройки. Согласно [36] с целью выявления осадок зданий и сооружений, расположенных на дневной поверхности, следует выполнять периодическое нивелирование по деформационным реперам, установленным на зданиях. Для осуществления наблюдений за деформациями в зоне выработки следует производить периодическое нивелирование сводовой части крепи и обделки, а также измерение горизонтальных расстояний между знаками, заложенных в стенах тоннеля [36].
Существуют также и территориальные нормы, учитывающие особенности условий устройства оснований и фундаментов подземных сооружений для определенных территорий. Так, для Москвы разработаны нормативные документы [71, 72, 80, 81], для Санкт-Петербурга – [78, 80].
Анализ нормативных документов [34, 72, 36, 96] показал, что в них не содержится информация о величинах допустимых горизонтальных и вертикальных смещений, отсутствуют данные о требуемой точности определения смещений в зоне выработки, не предусмотрено применение современных геодезических приборов, позволяющих выполнять наблюдения за смещениями оперативно с высокой точностью. Важно отметить, что существующие рекомендации нормативных документов не предполагают наблюдение за смещениями портальных конструкций тоннеля, расположенных на дневной поверхности, а также определение направлений выявленных смещений. Кроме того, в документах отсутствуют рекомендации по составлению прогноза деформационных процессов. 1.4 Анализ существующего опыта наблюдений за деформациями строящихся тоннелей
В настоящее время накоплены теоретические разработки и практический опыт при наблюдениях за смещениями строящихся тоннелей. Анализ теоретических источников [79, 8, 49] показал, что при производстве наблюдений за деформациями при строительстве тоннелей, можно выявить наиболее часто встречающиеся виды работ, которые представлены ниже.
Наблюдения за деформациями бетонных сводов производят с момента раскрытия калотт [7], производя нивелирование закрепленных в калотте знаков каждые два-три дня до момента схватывания бетона. При этом в качестве исходной принимается отметка репера, переданная в верхнюю штольню.
Для наблюдений за сближениями стен в стены тоннеля закладывают знаки примерно на одном и том же уровне, бетонируя их на одном или нескольких горизонтах. Между установленными знаками при помощи стальной компарированной рулетки измеряют расстояния с натяжением от руки. Одновременно с линейными измерениями выполняют нивелирование от опорных точек подземного высотного обоснования. С момента закрепления знаков и до установки лотка измерения повторяют каждые три– пять дней [7, 49, 75, 88].
Наблюдения за смещениями в плане выполняют при помощи закрепленного створа, захватывающего устойчивые участки тоннеля. Измеряя горизонтальные углы между направлениями створа и знаков, заложенных по оси тоннеля, и анализируя постоянство результатов измерений, делают вывод об устойчивости участков тоннеля в плане [7, 49, 57, 75, 88, 100].
В железнодорожных тоннелях выполняют наблюдения за габаритами. Измерения производят при помощи габаритной рамы, специального транспортира или оптического габаритомера. Следует отметить, что при выполнении проверки габарита тоннеля необходимо задействовать бригаду рабочих и значительные временные ресурсы [49].
Наблюдения за состоянием обделки производят на наиболее опасных участках – местами появления трещин, расслоений материала кладки, выпучиваний и пр. Наблюдения ведут при помощи цементных или гипсовых маячков, устанавливаемых через 1 метр по всей длине трещины. На их поверхности обозначают дату и порядковый номер [49].
Наблюдения за состоянием горного массива осуществляются путем производства периодического нивелирования реперов, заложенных в характерных точках поверхности. Также применяется надзор за состоянием массива при помощи металлических труб, опущенных в скважины, пробуренные до коренных неподвижных пород. К каждой трубе приваривается металлический трос, верхняя часть которого наматывается на барабан в устье скважины. По мере смещения труб происходит размотка тросов, по длине которой и узнают глубину подвижного пласта грунтового массива [64]. В работе [109] показано значение мониторинга деформаций при строительстве тоннелей новоавстрийским методом (НАТМ), разработанным Л. Мюллером, Ф. Пачером и Л. вон Рабцевичем в 1950-х гг. Отмечено, что два из двадцати двух принципов, характеризующих новоавстрийский метод проходки, посвящены производству мониторинга смещений. Они гласят, что выбор конструкции обделки и последовательности строительства осуществляется на основе мониторинга смещений породы. Проанализировав [109], можно отметить, что НАТМ предусматривает необходимость непрерывного мониторинга, включающего геодезические наблюдения, геологические исследования и визуальные осмотры грунтового массива и возводимой обделки. Эти меры позволяют оценить устойчивость конструкций, проверить проектные расчеты, окончательно определиться с необходимым объемом работ по возведению обделки и оптимизировать ее толщину.
Выбор мест размещения деформационных марок. Расчет периодичности наблюдений
Выбор мест размещения отражательных пленок зависит от конструктивных параметров тоннеля (габаритные размеры порталов, глубина заложения свай и др.). Расположение мест закладки деформационных марок может быть обусловлено наличием вблизи конструкций водотоков, участков замачиваемых грунтов, участков грунтов с разными прочностными характеристиками, а также местами размещения тяжелой строительной техники (буровые станки, проходческие установки).
Правильное назначение периодичности наблюдений является необходимым условием получения достоверной информации о процессах деформаций. Периодичность наблюдений зависит от множества факторов (финансовые затраты на производство работ, наличие ресурсов, правила промышленной безопасности и т.д.), но нормативные документы не дают строгих рекомендаций по назначению или расчету периодичности наблюдений. Предлагается, в качестве основы расчета периодичности принять величину допустимой деформации Фкр. Зная эту величину и планируемый срок строительства тоннеля, можно разбить величину допустимой деформации на интервалы при этом количество интервалов на начальном этапе предлагается назначить еженедельным.
Определив величину интервала х, можно установить момент времени tt проведения очередного цикла измерений относительно начального цикла измерений. Дополнительные циклы измерений предлагается назначить в случае превышения величины допустимой деформации за интервал времени х, а также в момент монтажа ответственных конструкций тоннеля (установка рам временного крепления, бетонирование обратного свода и др.).
Важно отметить, что постоянство схемы наблюдений - необходимое условие предлагаемой методики.
Вторым видом измерений, необходимым для объективной оценки состояния сооружаемого объекта, являются инклинометрические измерения. 2.6 Измерения деформаций грунтового массива при помощи скважинных
инклинометров Инклинометрические измерения необходимы для получения информации о глубине залегания слабонесущих пластов грунтов, расположенных вблизи порталов тоннелей, и границах их скольжения. Инклинометр – прибор для измерения угла наклона и азимута искривления буровой скважины с целью контроля ее пространственного положения. Как правило, скважинный инклинометр состоит из инклинометрического зонда и устройства для вывода информации. Также необходим программный комплекс для обработки результатов измерений. Метод инклинометрии можно отнести к разряду дифференциальных, позволяющих выполнять измерения с точностью, недостижимой для традиционных геодезических приборов. Для производства измерений деформаций грунтового массива, окружающего сооружаемый тоннель, предлагается использовать инклинометр скважинного типа, удовлетворяющий следующий требованиям: Таблица 2.6.1– Технические характеристики скважинных инклинометров
Данные инклинометрических измерений состоят из значений угла искривления скважины, магнитного азимута Ам и дирекционного угла а направления искривления скважины.
Сравнивая профили, полученные в разных циклах, можно определить глубину, на которой происходит значительное изменение конфигурации профилей скважины, полученные в разных циклах, а также скорости смещений подвижных частей геомассива.
После бурения и монтажа обсадной трубы, координаты центра устья инклинометрической скважины предлагается определять в системе координат мониторинговой геодезической сети. Нулевой цикл инклинометрических измерений должен быть произведен до начала строительных работ. Особое внимание следует уделить выбору мест расположения скважин. Скважины следует располагать равномерно на всем протяжении тоннеля. На припортальных участках предлагается располагать инклинометрические скважины вблизи «куста» деформационных марок. Т.к. инклинометрические исследования сопряжены с определенными финансовыми и трудовыми затратами, то размещать инклинометрическое оборудование рекомендуется поэтапно, ориентируясь на скорость проходки. Так, до начала работ (до разработки котлована и понижения его до отметки портала) может быть установлено 2 - 3 инклинометрических скважины. Далее, в процессе работ (устройство врезки, первые этапы проходческих работ, монтаж выносного портала, установка временной крепи) и по мере накопления данных о перемещениях, следует принять рациональное решение о необходимости бурения других скважин в местах возможной активизации склоновых процессов, или вблизи участков возможного обводнения.
В результате описанной организации наблюдений за перемещениями, накапливается информация о деформационных процессах, происходящих в грунтовом массиве и в конструкциях тоннеля. По результатам циклов наблюдений составляется временной ряд, отражающий тенденцию деформаций к росту или затуханию с выявлением локальных участков конструкций, наиболее подверженных риску разрушения.
Априорная оценка точности подземной геодезической мониторинговой сети с учетом производства дополнительных линейно-угловых измерений
Под подземной геодезической мониторинговой сетью будем понимать сеть, предназначенную для обеспечения геодезических наблюдений за смещениями контура выработки при производстве горных работ. Такая сеть может быть плановой и высотной.
Рассмотрим плановую мониторинговую сеть. Она должна состоять из пунктов, заложенных в конечную обделку тоннеля, положение которых определено методом полигонометрии. Сеть будет иметь вытянутую форму вследствие ограниченных размеров тоннеля. Окончательное уравнивание такой сети произойдет после сбойки встречных забоев. Ход будет получать развитие по мере увеличения проходки. Ранее было установлено, что длины сторон подземной мониторинговой сети должны быть примерно одинаковы и не должны превышать 100 м, что обусловлено неблагоприятными условиями для производства работ (наличие пылеватых частиц в воздухе, плохая освещенность, отработанные газы при работе тяжелой техники, помехи видимости из-за работающих машин и др.). Важной особенностью подземной геодезической мониторинговой сети является небольшое количество исходных данных, что при развитии сети может привести к потере точности. Априорная оценка точности положения последней точки свободного полигонометрического хода
Рассмотрим свободный полигонометрический ход (рисунок 3.4.1), проложенный от исходной стороны А-1 до пункта Р через вершины 1, 2…и, при которых равноточно измерены горизонтальные углы 3i со средней квадратической погрешностью mр , а также равноточно измерены длины di сторон хода со средней квадратической погрешностью md. Вопросы априорной оценки точности полигонометрических ходов подробно изучены многими авторами и отражены в работах [7, 8, 32, 75, 93, 103]. В общем случае, погрешность MP положения пункта Р полигонометрического хода выражается формулами [32] где Mx, M - погрешности координат точки Р полигонометрического хода, Mx , My - угловая составляющая погрешностей координат х и у; Mx , My линейная составляющая погрешностей координат х и у. Рассмотрим для удобства вытянутый равносторонний ход, запишем формулы вычисления СКП положения пункта Р для этого случая продольный сдвиг пункта, М„ - поперечный сдвиг пункта полигонометрического хода. Опираясь на выводы, полученные в [32], запишем формулы для вычисления СКП положения пункта, при условии, что рассматриваемый ход имеет вытянутую форму и равные стороны, а ось х системы координат направлена по ходу:
Ранее определено, что СКП mP наиболее слабого пункта полигонометрии не должна превышать 4 мм. Опираясь на эту величину, определим длину полигонометрического хода.
Выведем формулу для вычисления допустимой длины хода и числа сторон в нем по заданным СКП линейных и угловых измерений. Если ход является свободным, вытянутым и равносторонним, длина L хода из формулы (3.4.7) будет
Рассчитаем возможные длины ходов при СКП положения наиболее слабого пункта, равной 4 мм, и СКП линейных и угловых измерений 1 мм и 1" соответственно. Результаты вычислений представлены в таблице 3.4.1. Таблица 3.4.1 – Длины и число точек полигонометрических ходов L, км, вычисленнаяпоформуле (3.4.13) 0,5 0,4 0,3 - L, км, вычисленнаяпоформуле (3.4.13) 1,1 0,8 0,6 - Очевидно, что предвычисленная длина хода, при минимальных СКП угловых и линейных измерений, является небольшой величиной. Рассмотрим возможные варианты производства дополнительных измерений при создании сети, которые могут повлиять на повышение точности элементов хода.
Априорная оценка точности положения последнего пункта полигонометрического хода при дополнительных измерениях углов по схеме «через один пункт»
Предложим в качестве возможного варианта сети вытянутый равносторонний ход, в котором измерены дополнительные углы P r-i , образованные направлениями на следующие за смежными пунктами сети вершины хода через одну точку хода (рисунок 3.4.2), и на последнем пункте измерен угол ф .
Геодезический мониторинг выработки строящихся автодорожных тоннелей
С целью обеспечения безопасного ведения проходческих работ на объекте строительства «Дублер Курортного проспекта, г. Сочи» был организован геодезический мониторинг выработки двух параллельных строящихся автодорожных тоннелей. По результатам геодезического мониторинга планировалось установить величины таких видов деформаций как сближение стен, оседание свода, продольный и поперечный сдвиги, смещения арок временной крепи.
Деформационные марки закреплялись на металлических пластинах, приваренных к арматурным стержням длиной 15-20 см, которые в свою очередь закреплялись на металлических арках временной крепи в контрольных точках. Деформационные марки устанавливались на временной крепи на каждой заходке с шагом 5-6 м. Первоначально циклы измерений производились еженедельно, в момент активизации деформационных процессов – ежедневно. Схема крепления деформационных марок представлена на рисунке 4.2.1.
Сбор данных о перемещениях в зоне выработки осуществлялся при помощи электронного тахеометра Pentax R-315NX и системы отражательных пленок, установленных на ответственных конструкциях тоннеля (арки временной крепи и конечная обделка). Для определения состояния временной крепи и постоянной обделки измерялись смещения контура тоннеля, вызванные горным давлением, гидростатикой и температурным воздействием. В ходе работ измерялись координаты деформационных марок, по которым впоследствии вычислялись величины горизонтальных расстояния между марками, после чего определялись такие виды деформаций, как сжатие, продольный и поперечный сдвиги. Измерения производились с пунктов подземной полигонометрии полярным способом. Высоты деформационных марок определялись методом тригонометрического нивелирования с точностью 5 мм.
Расстояния L1, L2, … L6, вычисленные по координатам марок, анализировались для установления величин и направлений сближения стен. Величина поперечного сдвига определялась формулой e = jc,.sina + #cosa, где a - дирекционный угол направления оси тоннеля.
Величина продольного сдвига в /–том цикле измерений определялась формулой u = /cosa + j/sina.
Результаты вычисленных расстояний представлены в таблице 4.2.1.
Аналогичные исследования смещений выработки производились на каждой заходке, при осуществлении проходческих работ с северного и южного порталов строящихся тоннелей. На основе результатов экспериментального исследования были приняты решения по корректировке результатов предпроектных изысканий, позволившие увеличить величину отставания конечной обделки и скорость проходческих работ, производимых с южного портала.
Исследование методики проектирования внутренней плановой геодезической мониторинговой сети в тоннеле на основе компьютерного моделирования
Целью исследования является повышение точности положения пунктов полигонометрических ходов, обеспечивающих производство геодезического мониторинга в зоне выработки. При помощи компьютерного моделирования составляется схема геодезической мониторинговой плановой сети, опирающейся на два исходных пункта, назначаются СКП линейных и угловых измерений. Далее исследуется зависимость повышения точности слабых пунктов от наличия избыточных измерений при построении сети, а именно: дополнительных линейных и угловых измерений на вершинах хода. В результате исследования необходимо достигнуть требуемой точности определения положения слабого пункта сети – 4 мм.
Рассмотрим возможную схему построения внутренней плановой геодезической мониторинговой сети. В качестве исходных пунктов примем по два пункта, расположенных около каждого портала вне зоны влияния тоннеля. Примем для расчета модель однопутного железнодорожного тоннеля протяженностью 1 км. Установим, что пункты полигонометрии удалены друг от друга на 200 м.
Нанесем на схему исходные пункты внешней сети, определяемые пункты геодезической сети и измеряемые элементы: горизонтальные направления, длины сторон (таблица 4.3.1).
