CC BY
37
Купреева Е. Н., Пронина Л. А.Геодезическое сопровождение строительства метрополитена с использованием навигационных комплексов// Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. - 2021. - № 1 (24) январь- март. - URL http://e-journal.omgau.rU/images/issues/2021/1/00909.pdf. - ISSN 2413-4066
УДК: 625.42:622.1:528.414
Купреева Елена Николаевна
заведующая учебно-научно-производственной лабораторией «Геоинформационные системы и технологии» ФГБОУ ВО Омский ГАУ г. Омск [email protected]
Пронина Лилия Анатольевна
канд. техн. наук, доцент ФГБОУ ВО Омский ГАУ г. Омск [email protected]
Геодезическое сопровождение строительства метрополитена с использованием
навигационных комплексов
Аннотация: Метрополитен является наиболее удобным для населения видом городского пассажирского транспорта и относится к числу сложнейших инженерных сооружений. В настоящее время в процесс инженерно-маркшейдерских работ широко внедряются новейшие технологии, способствующие повышению производительности труда. К таким технологиям относятся различные навигационные комплексы, а также спутниковые навигационные системы.
Ключевые слова: метрополитен, инженерно-маркшейдерские работы, спутниковые навигационные системы, тоннельная триангуляция, городская полигонометрия.
Омский метрополитен - это замороженная система линий метрополитена в Омске (Россия). Строительство началось в 1992 году, его запуск планировался сначала в 2008 году, затем в 2012, 2015 и 2016 годах, однако из-за проблем с финансированием и низкой транспортной эффективностью пусковой ветки метро в феврале 2014 года правительство Омской области предложило соединить построенные подземные объекты с наземным рельсовым транспортом. Трасса метрополитена проходит по застроенной территории современной и старой планировки, территория застроена многоэтажными зданиями и сооружениями с большим количеством подземных коммуникаций, элементов благоустройства, зеленых насаждений. Исходная планово-высотная сеть представлена городской триангуляцией, тоннельной триангуляцией, городской полигонометрией 4 класса, 1 -го и 2-го разрядов, основной тоннельной полигонометрией и нивелирными сетями II, III, IV классов точности и техническим нивелированием. Система координат - местная, система высот - Балтийская.
Для измерения углов тоннельных триангуляций применяются высокоточные и точные теодолиты. В цепи направлений со значительными углами наклона, применялись
инструменты с накладным уровнем. Поправки в измеренные направления, вводимые при углах наклона более 3°, вычислены с применением формулы:
Aß"= r" n ctg z (1)
где r - цена деления уровня, n - число делений уровня, дающее характеристику наклона инструмента, z - зенитное расстояние измеряемого направления.
В тоннельных триангуляциях измерение горизонтальных углов производится способом измерения углов во всех комбинациях и способом круговых приемов, при этом необходима высокая точность центрирования над знаками прибора и визирных приспособлений. Схема тоннельной триангуляции приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 Схема тоннельной триангуляции
При наличии центрировок и редукций их элементы должны определяться с погрешностями, не превышающими величин, приведенных в таблице 1, применительно к
линейным элементам.
Таблица 1
_Величины погрешность и их зависимость от длины стороны_
Наименьшая длина Точность определения Наименьшая длина Точность определения
стороны, км элементов центрировок и редукций (e и el), мм стороны, км элементов центрировок и редукций (e и el), мм
0,5 2 5,0 5
1,0 2 6,0 6
2,0 2 7,0 7
3,0 3 8,0 8
4,0 4
Как правило, угловые измерения в триангуляции выполняются дважды, с интервалом во времени не менее месяца. В некоторых случаях, чтобы обеспечить рекомендуемую точность, проводятся ночные наблюдения с применением искусственного освещения объектов визирования. На каждом пункте по окончании наблюдений производится математическая обработка и определяется средняя квадратическая ошибка измерения направления на станции. Для оценки применяются формулы, приведенные в таблице 2.
Таблица 2
Определение среднеквадратической ошибки_
Наименование среднеквадратической ошибки Формула оценки
Среднеквадратическая ошибка направления, измеренного в одном приеме
Среднеквадратическая ошибка направления, измеренного в одном приеме, на всей станции ц=ы ' т
Среднеквадратическая ошибка направления, измеренного в одном приеме (т-1)(п-1)
В указанных формулах: и - уклонение значения направления в приеме от среднего значения, |и| - сумма абсолютных величин отклонений значений направлений в отдельном приеме от среднего значения, [и2] - сумма квадратов уклонений по каждому направлению, [и] - сумма уклонений всех направлений в одном и том же приеме, п - число приемов, т - число направлений [1].
В результате полевых измерений получены следующие материалы: чертежи заложенных центров и фотографии построенных знаков, журналы измерения базисов и журналы нивелирования целиков базисных штативов, журналы измерения углов, материалы определений центрировок и редукций, полевые контрольные вычисления, масштабная схема цепи (сети) с занесенными показаниями всех измеренных величин и невязок, краткая пояснительная записка [2]. В результате полной проверки полевых материалов составлен список приведенных к центру и редуцированных на плоскость проекций Гаусса направлений окончательная схема сети. Производится оценка точности угловых измерений по формуле:
т
f2
= V-S-
N
(2)
где тр - среднеквадратическая ошибка измеренного угла, n - число углов, fp - угловая невязка в полигоне или ходе, N - число полигонов и ходов.
Уравнивание системы ходов и полигонов подземного нивелирования и оценка точности выполнена в программе CREDO DAT [3].
Подземная высотная основа создавалась следующим образом - выполнялась передача отметок с поверхности в подземные выработки, прокладывались ходы нивелирования в выработках и тоннелях. При передаче высот в подземные выработки исходными считались отметки реперов нивелирования II и III класса. Для передачи отметок в подземные выработки и тоннели использовались вертикальные стволы шахт, вентиляционные скважины, наклонные тоннели, порталы и штольни. Передача отметки в шахту выполнялась не менее чем при трех горизонтах инструментов или при трех положениях рулетки. Значения отметок подземных реперов вычислялись по формуле:
Нт=Нп + a - [(h — l2) + Ak + At0] - b (3)
где Hm - отметка подземного репера, Hn - отметка репера на поверхности, a - отсчет по рейке на поверхности, b - отсчет по рейке в шахте, - отсчет по рулетке на поверхности, 12 — отсчет по рулетке в шахте, Ak - поправка за компарирование рулетки, At0 - поправка в длину рулетки за температуру.
Для нивелирования реперов в подземных выработках и тоннелях применялись цифровые нивелиры и штрих-кодовые рейки. Допустимые невязки в полигонах вычислены по формуле:
//вдоп= 2мм^ (4)
где n - число штативов в полигоне. В сети измерено 127 углов. Точность измерения углов основной полигонометрии, оцененная по невязкам 2,51", средняя квадратическая ошибка измерения угла по результатам уравнивания 2,81". Общая длина всех ходов в сети 27168 м. Средняя квадратическая ошибка
измерения линий по результатам полевых измерений 0,0027 м. Средняя квадратическая ошибка измерения линий по результатам уравнивания 0,0056 м. Средняя квадратическая погрешность на 1 км хода по результатам полевых измерений составляет 1,8 мм. Средняя квадратическая погрешность на 1 км хода по результатам уравнивания измерений составляет 2,9 мм.
После окончания полевых и камеральных работ составлен подробный технический отчет, в содержании которого должны присутствовали следующие документы: описание условий рекогносцировки; характеристика частоты и способов привязки к пунктам триангуляции; характеристика заложенных знаков, их распределение по типам, данные об использованных знаках городской полигонометрии; перечень используемых инструментов, описание методики угловых и линейных измерений и результаты оценки их точности; описание методики уравнивания сети и результаты вычислений (угловые невязки, невязки в координатах и относительные ошибки); оценка точности окончательных результатов, соответствие их техническим требованиям [4].
Для строительства тоннелей используют навигационные комплексы. К ним относится комплекс SN-PAi (система навигации - призменная автоматическая с инклинометром).
В комплект оборудования для данной системы входит: тахеометр робот фирмы «Leica» серий 1100, 1200, или TS15; проводная или радио-модемная связь между тахеометром и промышленным компьютером; двухосевой инклинометр ИЛМ-01; -промышленный компьютер с тремя com - портами и портом LPT; -две мото-призмы с креплением; блок питания м/призм, инклинометра, р/модема и компьютера; программное обеспечение.
Основой каждого измерения являются координатные системы. В SN-PAi используются три различные системы:
• глобальная система координат: координатная система обоснования на поверхности, координаты трассы тоннеля и тоннельной полигонометрии;
• система координат относительно осей тонеллепроходческого механизированного комплекса (ТПМК) - в данной системе определяются координаты призм, закрепленных на ТПМК, ножа, шарнира и хвоста щита;
• система трассы тоннеля: пикетаж и отклонения в плане и профиле ножа, шарнира и хвоста ТПМК выдаются в этой системе. Получение координат в этой системе и является основной целью навигационной системы.
Достигаемые точности: достигаемая точность всей системы зависит только от точности определения координат призм в системе координат ТПМК и глобальной системе. Как правило - в плане и профиле +/- 5 мм [5].
В целом, опорная геодезическая сеть построена с точностью, удовлетворяющей требованиям сопровождения строительства метрополитена. Погрешности передачи ориентирования подземной полигонометрии не превышает 3", что обеспечивает проведение проходческих работ с использованием навигационных комплексов. Комплекс геодезических работ выполнен с соблюдением регламентирующих документов без нарушений технологии и для геодезического обоснования строительства создана опорная инженерно - геодезическая сеть, состоящая из тоннельной триангуляции, основной полигонометрии на дневной поверхности, сети нивелирования II класса.
Ссылки на источники
1 ВСН 160-69 Инструкция по геодезическим и маркшейдерским работам при строительстве транспортных тоннелей / Москва: Минтрансстрой, 1970.- 297 с. https://files.strovmf.ru/Data2/1/4294851/4294851042.pdf (дата обращения: 22.03.2021 г)
2. СНиП - 1.02.07-87 Инженерные изыскания для строительства. http://docs.cntd.ru/document/1200040388 (дата обращения: 21.03.2021)
3. ГОСТ 21779-82 Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Технологические допуски http://docs.cntd.ru/document/9054212 (дата обращения: 20.03.2021)
4.ГОСТ 24846— 2012 Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений http://docs.cntd.ru/document/1200096134 (дата обращения: 21.03.2021)
5. Свод правил по геодезическому и маркшейдерскому обеспечению при строительстве подземных сооружений. Нормативная часть. Москва 2012.- 49 c.
Elena Kupreeva
Head of the educational and research and production laboratory "Geoinformation systems and technologies FSBEI HE Omsk State Agrarian University, Omsk [email protected]
Lilia Pronina
Cand. tech. Sciences, Associate Professor [email protected]
Geodetic support of subway construction using navigation systems
Abstract: The metro is the most convenient type of urban passenger transport for the population and is one of the most complex engineering structures. At present, the latest technologies are being widely introduced into the process of engineering and mine surveying, which contribute to an increase in labor productivity. These technologies include various navigation systems, as well as satellite navigation systems.
Key words: subway, engineering and mine surveying, satellite navigation systems, tunnel triangulation, urban polygonometry.
