CC BY
45
УДК 528.48:681.7 М.А. Скрипникова СГГ А, Новосибирск
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗГИБА И КРЕНА СТЕНОК ШЛЮЗОВОЙ КАМЕРЫ
Предлагается методика определения изгиба и крена стенок шлюзовых камер. Методика основа на комплексном применении электронных тахеометров и лазерных приборов вертикального проектирования. Даны рекомендации по методике измерений прибором ZL200.
M.A. Skripnikova SSGA, Novosibirsk
DETERMINATION OF THE LOCK CHAMBER WALLS HEELING AND BEND
The methods for determining the lock chambers walls bend and the heel are offered. The methods are based on the complex application of the total station and laser devices with vertical projection. The recommendations on measurements by ZL200 device are given.
При увеличении необратимых деформаций стенок шлюзовых камер возникает задача получения максимального объёма информации о геометрических параметрах шлюзовой камеры. Максимальный объём информации в настоящее время может дать применение для измерений наземных лазерных сканеров. Трёхмерное изображение объекта позволяет выполнять практически любые измерения в реальном масштабе. Однако, при незначительных, до 1-2 мм, приращениях деформаций между циклами измерений, точность современных лазерных сканеров недостаточна. Поставленная задача может быть с успехом решена комплексным применением высокоточных электронных тахеометров и приборов вертикального проектирования.
Для решения задачи определения крена и изгиба стенок необходимо задать исходные направления. С учетом поставленной задачи и условий выполнения измерений точками исходными направлений будут точки двух створов для каждой из стенок (рис. 1). Точки одного из створа располагаются по верху стенок (створы АВ и CD), а другого створа - в основании стенок (створы А1В1 и C1D1 должны располагаться напротив точек створов АВ и CD). Для удобства дальнейших вычислений расстояния АА1 и ВВ1, а также СС1 и DD1 необходимо делать равными.
Следует отметить, что решить задачу определения изгиба и крена стенок можно с применением и одного из створов для каждой стенки. Однако для контроля результатов измерений нами рекомендуется применять по два створа.
Важной составной частью технологической схемы выполнения створных измерений является выбор конструкции марок и их закрепления. Марки створов АВ и CD будут находиться всегда в хороших условиях и доступ к
ним возможен практически в любое время дня и года. Марки же створов АгВг и С^ с начала мая по середину октября будут находиться под водой и на уровне дна шлюза. Поэтому их конструкция должна учитывать данный факт, а также возможность их повреждения при осушенной камере.
&___________________:___________:___________із____________\2__________¿її_________г а
111 -! і АА1 -і
£ -А' ■ -3' -2 ^1' ^Аі
*й' -С* * *3' *2' гМ'
¿.Сіл \
О* ^ *й * - *3 -2 1-1
Рис. 1. Схема створов шлюзовой камеры
Предусматривается возможность принудительного центрирования марок створов АВ и СD путем применения переходника в виде резьбового соединения трегера теодолита или тахеометра, а также створной марки, со всеми марками створов. Выбор конструкции марок обуславливается выбором способа выполнения створных измерений. В свою очередь выбор способа створных измерений обуславливается конструкцией шлюза и условиями измерений.
Так как для определения крена стенок и их изгиба створные измерения необходимо выполнять на двух уровнях, то влияние внешних условий на результаты измерений будут различными. Длина створов не позволяет применить струнно-оптический способ створных измерений. Поэтому наиболее оптимальным с организационной точки зрения будут являться способы створных измерений, основанные на применении оптических приборов. К таким способам относятся способ подвижной марки по программе последовательных створов и малых углов [1].
Так как для определения вертикальности стенок будет применяться вертикальное проецирование оптическими и лазерными приборами, то с целью уменьшения ошибки за наклон и разворот линейки (палетки) расстояние I между створами АВ и АгВь а так же СD и С^ делается минимальным. Кроме того, марки створов АгВг и С^ должны быть установлены под прямым углом к створам, соответственно, АВ и СD.
Створные измерения необходимо выполнять при таком состоянии внешних условий, когда колебания светового луча будут носить случайный характер. Необходимо отметить, что при выполнении измерений в апреле или октябре следует ожидать минимального влияния боковой рефракции, так как вода в камере шлюза отсутствует.
Непосредственно выполнение створных измерений по верху стенок производится с принудительным центрированием теодолита и створной марки. При реализации способа подвижной марки теодолит устанавливается
в начале створа (точка А) и примерно посередине (прямой ход), а затем в конце створа (точка В) и также примерно посередине (обратный ход). С целью ослабления влияния турбулентных явлений измерения необходимо выполнять в прямом и обратном направлениях дважды.
При реализации способа малых углов измерения также производятся с двух конечных точек створа. При этом целесообразно применять тахеометры, обеспечивающие среднюю квадратическую ошибку измерения угла 1,0''.
Производство створных измерений по дну камеры шлюза выполняется без принудительного центрирования теодолита или тахеометра. Створная марка центрируется принудительно по центру крестообразной насечки донной марки. Для уменьшения ошибки за центрирование теодолита высота его над точками А и В делается минимальной. Так как в электронном тахеометре вводится поправка в измеренные углы за наклон оси вращения, то его применение при реализации способа малых углов предпочтительнее.
Итак, результаты створных измерений поверху стенок позволяют определить их изгиб поверху. Результаты створных измерений по маркам дна камеры позволяют задать опорную линию. Для определения величины изгиба стенок шлюза на разной высоте, а также их наклона необходимо относительно створов А1В1 и С^! в каждом цикле измерять величины 11 и I' (рис. 2).
Рис. 2. Схема определения крена стенок шлюзовой камеры
Данные отрезки можно определить вертикальным проецированием на разные высоты стенок. Для однозначной установки линейки (палетки) на точках стенок шлюза необходимо на их плоскостях закрепить металлические пластины размером ~ 40х40мм или выбранные места тщательно очистить от различных наслоений, а затем выполнить шлифовку бетонной поверхности.
Производство вертикального проецирования может выполняться оптическими или лазерными приборами вертикального проецирования. Измерения выполняются в каждой точке створов АіВі и С^.
Основными источниками ошибок проецирования будут ошибки центрирования прибора вертикального проецирования, отсчета по линейке или палетке, за влияние внешних условий и за шероховатость плоскости стенок шлюза при установке к ним линейки.
Наибольшую ошибку при выполнении измерений может оказать влияние внешних условий, к которым в основном относится влияние турбулентности воздуха.
Применение лазерных приборов вертикального проецирования более удобно в организационном отношении, чем оптических. Поэтому нами рекомендуется в данном случае применять эти приборы.
В лабораторных условиях было выполнено определение стабильности показаний одного из современных лазерных приборов вертикального проектирования. Особенностью исследуемого прибора ZL200 является возможность автоматически устанавливать компенсатор в отвесное положение, фокусировать лазерный луч с пульта дистанционного управления, возможность автоматизированного смещения направления лазерного луча. Поскольку глубины шлюзовых камер не превышают 40 метров, то для определения стабильности положения луча во времени, прибор был установлен на расстояние 40 метров от визирной цели.
Разворот зенит-луча на 90 был выполнен при помощи пентапризмы. Положения центра лазерного луча после включения прибора фиксировалось по палетке с точностью 0,1 мм, в течении 60 минут с интервалом в 5 минут. Анализ данных измерений показал, что положение луча стабилизируется с точностью до 0,1 мм через 30 минут.
На рис. 3 приведены результаты измерений положения лазерного пучка во второй серии измерений. Вторая серия измерений была выполнена через один час после первой. В ней второй отсчёт на каждом временном интервале брался после повторной фокусировки луча. На рисунке видно, что стабилизация положения пучка наступает примерно через 30 минут после включения прибора. Различие показаний в отсчётах, обусловленных работой автоматизированного фокусирующего устройства, незначительны и сравнимы с точностью отсчитывания. Приём измерений прибором ZL200 должен состоять из двух полуприёмов. Измерения необходимо начинать, для данного прибора, через 30 минут после включения прибора. Между полуприёмами необходимо выполнять небольшой наклон прибора и повторное горизонтирование. Это позволит выполнить контроль работы устройства автоматического горизонтирования. В полуприёме берутся два отсчёта с перефокусировкой между ними и аналогично два отсчёта при повороте прибора на 180°. Измерения на каждой марке по стенке должны начинаться и заканчиваться отсчитыванием по верху стенки.
Рис. 3. Изменение положения центра лазерного луча
В общем случае порядок вычислений при определении изгиба стенок и крена включает в себя:
1) Вычисление нестворностей по створам низа и верха стенок;
2) Вычисление разностей I и I' для каждого горизонта и ряда;
3) Сравнение полученных разностей между горизонтами и рядами;
4) Построение графиков изгиба стенок по горизонтам и наклона по рядам;
5) Выявление минимальных и максимальных деформаций стенок;
6) Определение величины сближения верха стенок в результате их наклона.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Карлсон, А.А. Руководство по натурным наблюдениям за деформациями гидротехнических сооружений и их оснований геодезическими методами // Карлсон. - М.: Энергия, 1980. - 200 с.
© М.А. Скрипникова, 2010
