CC BY
470
УДК 528.5
В.А. Середович, А.В. Иванов, А.В. Середович, А.В. Усиков СГГ А, Новосибирск А.П. Манеев
ООО «РЭТ», Новосибирск
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРЕНА И ДЕФОРМАЦИЙ ДЫМОВЫХ ТРУБ СРЕДСТВАМИ НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ
Дымовые трубы теплоэлектростанций (ТЭС) являются сложными инженерными высотными сооружениями. Геодезический контроль кренов, осадок и деформаций таких сооружений является неотъемлемой частью условия их эксплуатации. В статье приведен опыт выполнения работ по определению крена и деформаций дымовых труб ТЭЦ с применением наземного лазерного сканирования и оптическим способом.
V.A. Seredovich, A.V. Ivanov, A.V. Seredovich, A. V. Usikov SSGA, Novosibirsk A.P. Maneyev
Public corporation «RAT», Novosibirsk
DETERMINATION OF CHIMNEYS HEELS AND DEFORMATIONS BY TERRESTRIAL LASER SCANNING
The chimneys of thermoelectric power stations are complex engineering high-rise structures. The geodetic control of heels, settlements and deformations of such structures is an essential part in their operation. The article presents the experience of works on determining the heels and deformations of thermoelectric power stations chimneys by the terrestrial laser scanning and optical devices.
Дымовые трубы теплоэлектростанций (ТЭС) являются сложными инженерными высотными сооружениями. Геодезический контроль кренов, осадок и деформаций таких сооружений является неотъемлемой частью условия их эксплуатации и обязательной составной частью комплексного обследования и экспертизы промышленной безопасности дымовых труб, [1,
2, 3, 4].
На сегодняшний день определение крена дымовых труб производится следующими геодезическими методами [5]:
- Способ координат;
- Способ направлений (горизонтальных углов);
- Способ малых углов;
- Способ наклонного проектирования;
- Способ зенитных расстояний.
Наибольшее распространение получил способ направлений (горизонтальных углов), особенно его частный случай, приведенный в [5], когда наблюдения выполняются с двух направлений, расположенных под прямым углом. Данный способ несомненно обладает рядом преимуществ:
возможность работы на площадках с плотной застройкой, относительная простота проектирования точек наблюдений и выполнения измерений. Основную сложность при наблюдении дымовых труб оптическими методами представляет корректность определения оси сооружения, так как наружные стенки кирпичных и бетонных труб представляют собой достаточно неровную поверхность с локальными наплывами бетона и местными деформациями. Для снижения влияния данного фактора можно увеличивать количество поясов, на которые выполняются наблюдения и точек стояния теодолита (тахеометра), что увеличивает сроки работ и не всегда возможно, в связи плотной застройкой территории.
Особенности наземного лазерного сканирования позволяют говорить о возможности применения данного метода для определения крена и деформаций дымовых труб. Результатом съемки в данном случае будет являться трехмерная модель, состоящая из множества точек, измеренных по внешней поверхности трубы. Данный способ имеет следующие преимущества:
- В процессе работ нет необходимости удаляться на значительное расстояние от трубы, так как угол поля зрения большинства современных наземных лазерных сканеров позволяет выполнять панорамную съемку;
- С каждой точки стояния сканера можно выполнять измерения одновременно нескольких труб;
- Высокая плотность точечной модели позволяет определять деформации любого участка поверхности трубы и точно определять ее ось на любом уровне;
- Длительность съемки не больше, чем при оптических наблюдениях.
В качестве недостатков наземного лазерного сканирования можно определить следующее:
- В нормативных документах не определена возможность измерения дымовых труб данным способом;
- Дорогостоящее оборудование и программное обеспечение для обработки данных.
В 2010 г. СГГА в рамках хоздоговорной работы выполнены работы по определению кренов и деформаций трех дымовых труб Иркутской ТЭЦ-9 (высотой от 150 до 250 м) при помощи наземного лазерного сканера Riegl LMS-Z420. Общая технология сканерной съемки, в соответствии с которой велись работы достаточно подробно описана в работах [6], однако в данном случае имели место некоторые особенности. В связи с большой высотой труб и загруженностью территории возник вопрос об обеспечении прямой видимости. Так как сканер Ше§1 ЬМ8-7420 имеет угол поля зрения в горизонтальной плоскости 80°, применялась подставка, позволяющая выполнять сканирование по вертикали за счет наклона прибора. Это увеличило количество точек стояния, необходимое для съемки всех дымовых
труб. При использовании панорамных сканеров данная проблема будет решена. Сложность с прямой видимостью также возникла при съемке сторон труб, обращенных в сторону главного корпуса ТЭЦ, и закрытых газоходами. Поэтому приходилось выполнять сканирование с земли на очень ограниченном пространстве между трубой и главным корпусом, при этом не было возможности расположить сканерные марки на большом удалении от сканера. Однако, результаты уравнивания сканов показали, что и при такой геометрии марок точность внешнего ориентирования по 8 маркам находится в пределах от 25 до 52 мм и сопоставима со стандартной схемой их расположения, приведенной в [6]. Сканирование выполнено с 8 станций, общее время работ составило порядка 6 часов. В рамках этой работы было также выполнено определение кренов труб методом горизонтальных направлений (углов), описанном в [5] и тепловизионное обследование. При тепловизионном обследовании выявлялись дефекты изменяющие термическое сопротивление конструктивных слоев дымовой трубы, проявляющиеся в виде неоднородности температурных полей на внешней поверхности оболочки ствола.
Обработка данных наземного лазерного сканирования выполнена в следующем порядке:
1. Формирование единых точечных моделей для каждой из дымовых
труб;
2. Создание трехмерных полигональных моделей дымовых труб (рис.
1);
3. Построение сечений по модели дымовых труб с шагом 1,25 м (рис.
2);
4. Вычисление положения оси труб с шагом 1,25 м на основании построенных сечений. Данный шаг был принят с учетом высоты щитов переставной опалубки, которая использовалась при возведении ж.б. оболочек труб.
Рис. 1. Трехмерные модели дымовых Рис. 2. Сечения трубы с шагом 1,25 м труб ТЭЦ
Обработка данных традиционных геодезических измерений выполнена в следующей последовательности:
1. Обработка данных геодезических наблюдений;
2. Вычисление частных кренов по двум направлениям для каждой трубы;
3. Вычисление полной величины крена и его составляющих по осям x, у графическим способом.
Опыт выполненных работ позволяет выполнить сравнение оптического метода (способа направлений) и наземного лазерного сканирования для определения крена и деформаций дымовых труб, основные позиции которого заключаются в следующем:
- Время выполнения измерений для обоих способов сопоставимы;
- Расхождения между значениями крена, полученными обоими способами в большинстве случаев находятся в пределах ± 50 мм (рис. 3).
225 И і
200 175 у/ / 2оо:
1 50 ^ 1^25І/ 150 3 125
10О 75
І 50 Л25 ^ 50 25
-в Ш I
10О 50 С -50 -100 -150 -200 -250 N. , 150 ЮО 50 О -50 -100 -150 -200 -250
Рис. 3. Графики крена осей дымовой трубы построенные по данным оптических наблюдений и наземного лазерного сканирования
- Наземное лазерное сканирование позволило проверить фактические диаметры ж. б. стволов по всей высоте, выполнить высотную привязку светофорных площадок, выявить и установить расположение местных отклонений образующей ствола и отклонения толщины ж.б. оболочки от проектной;
- Возможности анализа характера и причин деформаций дымовых труб при сканерной съемки значительно увеличиваются;
- Полученная информация имеет важное значение при обработке результатов тепловизионного обследования.
Данная тема несомненно требует более глубокого анализа, который будет выполнен в последующих работах.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ПБ 03-445-02. Правила безопасности при эксплуатации дымовых и вентиляционных промышленных труб.
2. РД 34.20.328-95. Методика обследования дымовых труб тепловых электростанций.
3. СО 153-34.21.322-2003. Методические указания по организации и проведению наблюдений за осадкой фундаментов и деформациями зданий и сооружений строящихся и эксплуатируемых тепловых электростанций.
4. СП 13-101-99. Правила надзора, обследования, проведения технического обслуживания и ремонта промышленных дымовых и вентиляционных труб.
5. Жуков Б.Н. Геодезический контроль сооружений и оборудования промышленных предприятий: Монография. - Новосибирск: СГГА, 2003. - 356 с.
6. Середович, А.В. Построение цифровых топографических планов объектов нефтедобычи с применением наземного лазерного сканирования [Текст] / А.В. Середович // Сб. материалов науч. конгр. «Гео-Сибирь-2006», 24-28 апр. 2006 г., т. 1, ч. 2, СГГА, г. Новосибирск,- Новосибирск, 2006,- С. 160-164
© В.А. Середович, А.В. Иванов, А.В. Середович, А.В. Усиков, А.П. Манеев, 2010
