CC BY
99
УДК 528. 531
ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ГОРИЗОНТАЛЬНЫМИ СМЕЩЕНИЯМИ ПЛОТИН
Виктор Александрович Скрипников
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры инженерной геодезии и маркшейдерского дела, тел. (382)343-29-55, e-mail: v.a.skripnikov@ssga.ru
Маргарита Александровна Скрипникова
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры инженерной геодезии и маркшейдерского дела, тел. (382)343-29-55, e-mail: m.a.skripnikova@ssga.ru
В статье выполнен анализ методик определения горизонтальных смещений плотин. Даны рекомендации по проектированию схемы геодезической сети и методики измерения.
Ключевые слова: линейно-угловая сеть, автоматизированная система наблюдений, точность измерений.
GEODETIC OBSERVATION OF DAM HORIZONTAL DISPLACEMENT
Victor A. Skripnikov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., Assoc. Prof., Department of Engineering Geodesy and Mine Surveying, tel. (382)343-29-55, e-mail: v.a.skripnikov@ssga.ru
Margarita A. Skripnikova
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., Assoc. Prof., Department of Engineering Geodesy and Mine Surveying, tel. (382)343-29-55, e-mail: v.a.skripnikov@ssga.ru
Analysis of the techniques for dam horizontal displacement determination is presented. Recommendations on designing the scheme of geodetic network and measurement techniques are given.
Key words: linear-angular network, automated surveying system, measurement accuracy.
Плотины гидроэлектростанций являются сооружениями, за техническим состоянием которых в течение всего жизненного цикла выполняются наблюдения. Важную роль в составе натурных наблюдений отводится геодезическим измерениям. Методами геодезических измерений определяются как вертикальные так и горизонтальные перемещения плотин. Применяемые методы измерений позволяют определять абсолютные и относительные величины перемещений плотин в целом и их отдельных секций [ 1, 2, 3]. Методики измерений позволяют получать с необходимой точностью измеряемые осадки и горизонтальные перемещения.
Максимальная точность измерения горизонтальных перемещений требуется при наблюдениях бетонных плотин на скальных основаниях. Средняя квад-ратическая погрешность (СКП) измерения перемещений наблюдаемых контрольных пунктов относительно исходных пунктов геодезической сети не должна превышать одного миллиметра. Такой уровень точности координат могут обеспечивать в настоящее время линейно-угловые сети и сети трилатера-ции, наблюдения на пунктах которых, выполняются высокоточными электронными тахеометрами [4, 5, 6, 7].
Оценка точности координат контрольных пунктов в сети выполняется в несколько этапов. Первым этапом является предварительный расчёт точности проекта сети на основании допустимых СКП измерений углов и расстояний. На втором этапе для оценки точности отдельных элементов сети используются данные многократных измерений на пунктах и полученные невязки в сети. Окончательная оценка точности выполняется при уравнивании сети, по поправкам к измеренным углам и расстояниям.
Если рассматривать СКП измерения горизонтальных перемещений контрольных пунктов на бетонных плотинах, то, учитывая, что значение перемещения получается по результатам измерений из двух циклов, необходимо добиваться значения СКП определения координат пунктов в сети, в цикле измерений, не более 0,7 мм. Кроме того, следует учитывать, что методика предварительного расчёта сети не учитывает возможное понижение точности из-за дополнительных погрешностей при полевых измерениях. Учитывая эти обстоятельства, достижение указанной точности при длинах линий в сети более 500 метров практически невозможно даже при применении современных высокоточных электронных тахеометров.
Однако, по результатам уравнивания сетей, получаются по точности измерений вполне удовлетворительные результаты. Как известно, точность сети по уравнивания зависит от величин невязок в сети. Если предположить, что основной геометрической фигурой сети является треугольник и при измерении углов систематическая часть погрешности измерений угла незначительна, чего и добиваются при выполнении измерений, то случайная составляющая, при знакопеременных значениях, должна компенсироваться при сложении углов для вычисления невязок. Если же невязки имеют недопустимое значение, то углы перенаблюдаются даже при выполнении допусков при измерении углов. Этот методика может содержать некоторый элемент субъективизма, подборки необходимых значений углов, учитывая, что допустимые невязки иногда не превышают 1,5". Таким образом, по угловой невязке в высокоточных линейно -угловых сетях для измерения деформаций плотин иногда невозможно в полной мере судить о точности определения координат.
Для повышения точности измерений в сетях методика линейно-угловых измерений может быть заменена на методику только линейных измерений. Это особенно актуально для длин линий в пределах 1 км и более. Если форма линейно-угловой сети оптимальна и для сети трилатерации, то можно либо полностью исключить угловые измерения, либо частично. Например, на Усть-
Каменагорской ГЭС для наблюдений за абсолютными смещениями плотины применяют только линейные измерения.
Следует отметить один и тот же недостаток для большинства сетей на ГЭС, это то, что сети имеют исходные пункты только со стороны нижнего бъе-фа. Поэтому контрольные пункты определяются, по сути, из засечек с дополнительными измерениями между контрольными пунктами. Кроме того, выполнение измерений на всех пунктах требует значительного временных затрат.
Для сокращения времени наблюдений контрольные пункты могут определяться по программе обратной линейно-угловой засечки, алгоритм которой реализован в современных электронных тахеометрах. Такая методика измерений применяется на Саяно-Шушенской ГЭС.
Если рассматривать применение зарубежных автоматизированных систем мониторинга в состав которых входят автоматизированные электронные тахеометры, то необходимо отметить следующие. Программное обеспечение позволяет автоматизировать наведение прибора на отражатели, измерения и обработку данных обработки с визуализацией в режиме реального времени. Измерения на контрольные пункты выполняются по программе полярной засечки и тригонометрического нивелирования с вычислением прямоугольных координат и отметок. Схема измерений предусматривает контроль устойчивости точки стояния прибора (опорного пункта) из решения обратной линейно -угловой засечки. Например, в Руководстве пользователя программного продукта Leica GeoMoS v5.1 для системы мониторинга, схема измерений предусматривает контроль деформаций плотины с одной точки стояния прибора. Контроль устойчивости точки стояния прибора предусмотрен наблюдениями исходных пунктов по программе обратной линейно-угловой засечки.
Отказ от сетевого метода измерений контрольных пунктов может быть реализован, поскольку «единичное», полученное из многократных наведений, измерение на точку, выполненное при наиболее благоприятных или одинаковых для всех циклов условиях, имеет максимальную точность [8]. Однако, следует определить, оптимальна ли форма обратной засечки при существующей сети исходных пунктов и определить чувствительность схемы обратной засечки на изменение положения опорного пункта. Определение чувствительности схемы обратной засечки рекомендуется выполнять с применением центриро-вочного столика с интервалами перемещения в 1 мм. Кроме того, для контроля измерений необходимо использовать биполярную засечку, расположив два опорных пункта на противоположных берегах реки со стороны нижнего бъефа. Если топографические условия позволяют, определяют взаимное положение опорных пунктов полярной засечкой прямо и обратно относительно друг друга.
Большая трудоёмкость и высокая стоимость оборудования, недостаточная точность определения абсолютных смещений опорных пунктов створов при измерениях с пунктов внешней геодезической сети, вызывают дискуссии о необходимости таких измерений для бетонных гравитационных плотин. Предлагается ограничиваться только измерением относительных перемещений секций плотин с помощью щелемеров. На наш взгляд, такие дискуссии правомерны
только для плотин с длительной историей геодезических наблюдений. Для арочных плотин, с их значительными перемещениями гребня плотины от переменных гидравлических нагрузок и температурных деформаций, современные автоматизированные системы с применением электронных тахеометров позволяют получать за короткий срок информацию о большом количестве контрольных пунктов с необходимой точностью.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Карлсон А. А. Руководство по натурным наблюдениям за деформациями гидротехнических сооружений и их оснований геодезическими методами. - М.: Энергия, 1980. - 200 с.
2. Пособие к СНиП П-54-77 "Плотины бетонные и железобетонные". Натурные наблюдения и исследования на бетонных и железобетонных плотинах: П16-84; ВНИИГ-М.,1984. -39 с.
3. Генике А. А., Черненко В. Н. Исследование деформационных процессов Загорской ГАЭС спутниковыми методами // Геодезия и картография. - 2003.- № 2. - С. 27-33.
4. Скрипников В. А. , Скрипникова М. А. К вопросу проектирования схем планового обоснования для определения горизонтальных смещений гидротехнических сооружений // ГЕ0-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2010 г.). - Новосибирск : СГГА, 2010. Т. 1, ч. 1. - С. 60-62.
5. Скрипникова, М. А. Возможности применения автоматизированных высокоточных электронных тахеометров при измерении деформаций инженерных сооружений // ГЕО-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля
2010 г.). - Новосибирск : СГГА, 2010. Т. 1, ч. 1. - С. 131-134.
6. Скрипников В. А., Скрипникова М. А. Совершенствование схем планового обоснования для определения горизонтальных смещений гидротехнических сооружений // ГЕО-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля
2011 г.). - Новосибирск : СГГА, 2011. Т. 1, ч. 1. - С. 97-99.
7. Скрипников В. А., Скрипникова М. А. К вопросу модернизации плановой сети для определения деформаций плотин ГЭС // Геодезия и картография.- 2012.- № 1.- С. 4-7.
8. Кемниц Ю. В. Теория ошибок измерений. - М.: Недра, 1967. - 175 с.
© В. А. Скрипников, М. А. Скрипникова, 2016
