Маркшейдерское обеспечение монтажных работ при подземном строительстве Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 621.375:528.541 Т.Ю. Терещенко

МАРКШЕЙДЕРСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МОНТАЖНЫХ РАБОТ ПРИ ПОДЗЕМНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Семинар № 1

ТЖ спользование лазерных приборов

.кЛ. при подземном строительстве способствует повышению производительности труда и удобству выполнения измерительных операций. Некоторые особенности лазерного нивелирования в подземных горных выработках были освещены в работе [1]. Однако вопросы, связанные с выбором лазерных нивелиров для производства контрольно-измерительных операций при монтаже подземного оборудования, требуют дополнительных исследований. Наиболее перспективными для выполнения нивелировочных работ при установке и монтаже технологического оборудования являются приборы с лазерными излучателями в видимой области спектра, уже освоенные отечественной промышленностью. Из них наиболее известны лазерные насадки на геодезические приборы типа ЛН-1 с полупроводниковым лазерным диодом (ПЛД) [2] и лазерные нивелиры НКЛ3, использующие излучение гелий-неоно-вых лазеров, сформированных в кольцевую интерференционную структуру (КИС) [3].

Исследование точности лазерной насадки ЛН-1 в комплекте с нивелиром Н3 выполнялось на дистанции 21,60 м двумя приемами, по 10 отсчетов в каждом приеме. Пузырек цилиндрического уровня нивелира сбивался элевационным винтом, а после установки уровня, по шкале с ценой деления 1 мм снимался отсчет, соответствующий положению луча лазера. Поскольку диаметр центральной зоны КИС излучения ПЛД составлял 2,5 мм, точность отсчитывания по шкале с ценой деления 1 мм не превышала 0,5 мм.

Исследование точности лазерного нивелира НКЛ3 выполнялось на дистанции 21,55 м тремя приемами при изменении продольного угла наклона прибора продольным винтом трегера от 0 до 24,80' с интервалом в 2,48'. Прием состоял из двух полуприемов, при этом в первом полуприеме прибор из горизонтального положения наклонялся «прямо» в сторону объектива, а затем «обратно», до возвращения в горизонтальное положение. Во втором полуприеме прибор из горизонтального положения наклонялся «прямо» в сторону, противоположную объективу, а затем «обратно», в исходное (горизонтальное) положение и т. д. При каждом значении угла наклона прибора снимались отсчеты, соответствующие положению центральной точки КИС, диаметр которой не превосходил 0,1 мм. Таким образом, для каждого значения угла наклона нивелира в полуприеме получалось два отсчета из измерений «прямо» и «обратно», образующие пару; в приеме было всего 22 пары отсчетов.

Оценка точности лазерной насадки ЛН-1 с нивелиром Н3 выполнялась по известной формуле Бесселя

т =

п -1

(1)

где v - уклонение отдельного результата от арифметической средины; п - число измерений.

По результатам исследований точность лазерной насадки ЛН-1 с нивелиром Н3 характеризуется средней квадратической погрешностью (СКП) m = =0,36 мм, или в угловой мере 3,41".

Оценка точности лазерного нивелира НКЛ3 выполнялась по известной формуле

т=

Ей2 ~2к~

(2)

где d - значение разности пары отсчетов, полученных в полуприеме при измерениях «прямо» и обратно для одинаковых значений угла наклона; k - число разностей.

По результатам исследований точность лазерного нивелира НКЛ3 характеризуется СКП 0,037 мм, или в угловой мере 0,36". Точность стабилизации лазерного луча в пространстве по результатам экспериментов можно оценить, учитывая mг -погрешность горизонтирования луча нивелира с помощью уровня или компенсатора углов наклона. Погрешность стабилизации луча определяется как т2 = т2 - т2г. (3)

Контактный уровень нивелира Н3 гори-зонтирует с СКП не более 0,5", тогда по формуле (3) для лазерной насадки ЛН-1 получим щ = 3,37". Жидкостный компенсатор лазерного нивелира НКЛ3 приводит луч к горизонту с СКП не более 0,24", тогда по формуле (3) для этого нивелира получим щ = 0,27". Сравнивая СКП стабилизации излучения ПЛД насадки ЛН-1 и излучения гелий-неонового лазера, сформированного в КИС, можно отметить преимущества последнего источника излучения в точности стабилизации. Однако ПЛД, в отличие от гелий-неонового лазера, имеет малые габариты и незначительный расход электроэнергии. Поэтому целесообразно определить область применения геодезических приборов с разными типами излучателей в зависимости от требуемой точности выполнения монтажных работ.

Согласно Инструкции [4], строительный допуск 5 при монтаже турбинных водоводов подземных гидротехнических сооружений составляет 2 мм. Требуемую СКП нивелирования можно определить, согласно [5], как

т*(5) =56 • (4)

Принимая 5 = 2,0 мм, по формуле (4) получим Щ(5) =0,33 мм. СКП определения превышения на станции нивелирования, исходя из полученных выше значений СКП отсчета Щ, равна

тл = тЛ. (5)

Полагая, что дистанция до объекта монтажных работ при использовании нивелира НКЛ3 равна 21,5 м и принимая полученное выше значение Щ = 0,037 мм, по формуле (5) получим щ, = 0,05 мм. Достижение такой точности нивелиром НКЛ3 возможно с использованием специальной визуальной марки с кольцевой сеткой нитей и индикатором часового типа, имеющейся в комплекте прибора [3].

Выполнение прецизионных измерительных операций в подземных горных выработках требует учета влияния внешней среды. Исследованиями, выполненными в работе [6], выявлены значительные вертикальные градиенты в атмосфере тоннелей. Отклонение лазерного луча в вертикальной плоскости под действием атмосферной рефракции на дистанции Б может быть определено, согласно [3], по формуле 39,53 • РйТ-10-6

Д = --

(6)

где Р, Т и т - температура, давление и вертикальный температурный градиент воздуха соответственно.

Принимая Р = 1026,6 мбар, Т = =287,2 °К и т = +1,5 °К/м [6], при Б = =22 м, по формуле (6) получим Д=-0,36 мм. Заметим, что вычисленное частное значение Д характерно для стратификации слоев в рудничной атмосфере с возрастанием температуры от почвы к кровле выработки, так называемой инверсии, вызывающей отклонение лазерных лучей вниз. Стратификация приземного слоя воздуха на земной поверхности в дневное время противоположна, т. е. температура воздуха с удалением от почвы убывает, что, соответственно, вызывает отклонение лучей вверх. Это явление необходимо учитывать при производстве поверок нивелиров как лазерных, так и визуальных.

2

Если поверки нивелира выполнены на поверхности, то при работе в подземных горных выработках возможно усиление влияния рефракции вследствие изменения знака вертикального температурного градиента на противоположный. Снижению влияния атмосферной рефракции на точность нивелирования в подземных горных выработках способствует выполнение поверок непосредственно на месте работ. Соблюдение этого правила особенно важно при производстве контрольно-

измерительных операций лазерными нивелирами в процессе монтажных работ, т. к. в этом случае чаще используется нивелирование вперед, а не из середины. Желательно также, чтобы режим вентиляции при выполнении прецизионных лазерных измерений был постоянным.

Определим область применения лазерной насадки ЛН-1 с нивелиром Н3 при контроле монтажных работ. Используя полученное выше значение СКП отсчитывания по лазерному лучу этого прибора на дистанции 21,6 м т = =0,36 мм, по формуле (5) получим ть= =0,51 мм. Учитывая выражение (4), получим значение строительного

1. Беспалов Ю.И., Терещенко Т.Ю. Лазерное нивелирование при строительстве гидротехнических тоннелей // Известия вузов. Горный журнал № 5/6, 1998 г. С. 30 - 33.

2. ВНИМИ: Лазерная насадка на зрительную трубу геодезического прибора ЛН-1/ Кулакова А.Ф., Мовчан В.М. - Петербург. ж. электрон. -1998. - № 2. С. 80 - 84.

3. Беспалов Ю.И., Голованов М.Н. Новые приборы и методы ведения маркшейдерско-геодезических работ. Владивосток. Изд. Дальне-вост. ун-та, 1993, 100 с.

допуска, обеспечиваемого этим прибором: 5 = =3,6 мм. Следовательно, лазерную насадку в комплекте с нивелиром Н3 можно использовать в большинстве случаев, предусмотренных Инструкцией [4]. Однако при выполнении особо ответственных измерительных операций целесообразно применять нивелир НКЛ3.

На основании выполненных исследований можно сделать следующие выводы

1) Контрольно-измерительные операции при монтажных работах а подземных горных выработках рекомендуется выполнять: а) при строительных допусках 3,6 мм и более - лазерной насадкой ЛН-1 с нивелиром Н3; б) при строительных допусках меньше 3,6 мм - лазерным нивелиром типа НКЛ3 с формированием КИС излучения;

2) Поверки нивелиров целесообразно выполнять непосредственно в подземных горных выработках, перед началом ответственных работ, для снижения влияния атмосферной рефракции на точность измерений;

3) Лазерное прецизионное нивелирование в подземных горных выработках желательно производить в периоды с постоянным режимом вентиляции.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

4. Инструкция по геодезическим и маркшейдерским работам при строительстве транспортных тоннелей (ВСН 160-69) - М., Оргтрансстрой, 1970, 464 с.

5. Левчук Г.П. Инженерная геодезия. М., Недра, 1970, 411 с.

6. Терещенко Т. Ю. Исследование влияния факторов внешней среды на точность нивелирования в тоннелях Метростроя Санкт-Петербурга / ХХ1Х неделя науки Санкт-Петербургского государственного технического университета, Ч. 1, Матер. межвуз. научн. конф. СП б.: СПбГТУ, 2001. С. 55 -56.

— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------

Терещенко Т.Ю. - старший преподаватель кафедры геодезии, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет.