CC BY
60
УДК 528.37
ТЕХНОЛОГИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО СБОРА И ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА КРЕНАМИ И ОСАДКАМИ ЗДАНИЯ СПАСО-ПРЕОБРАЖЕНСКОГО СОБОРА В Г. НОВОКУЗНЕЦКЕ
Денис Борисович Новоселов
ООО «ОК "Сибшахтострой"», 654034, Россия, г. Новокузнецк, шоссе Кузнецкое, 9, главный специалист геодезического отдела, тел. (3843)900-420, e-mail: moblic@mail.ru
Борис Антонович Новоселов
ООО «Сибшахтостройпроект», 654027, Россия, г. Новокузнецк, пр. Курако, 19 Б, главный специалист отдела инженерно-геодезических изысканий, тел. (3843)900-420, e-mail: novoselov_ba@mail.ru
Евгений Александрович Звягинцев
ООО «ОК "Сибшахтострой"», 654034, Россия, г. Новокузнецк, шоссе Кузнецкое, 9, инженер-геодезист геодезического отдела, тел. (3843)900-420, e-mail: Ezvyagintsev2012@gmail.com
В статье описана технология автоматизированного сбора и обработки наблюдений за кренами и осадками здания Спасо-Преображенского собора в Кузнецком районе г. Новокузнецка. Спасо-Преображенский собор - один из памятников истории Кузбасса, единственный памятник культовой архитектуры конца XVII-начала XIX веков. Все измерения производились современными геодезическими инструментами и применялись программы автоматизированной обработки данных CREDO.
Ключевые слова: наблюдение за осадками; наблюдения за кренами; Спасо-Преображенский собор; цифровой нивелир; программные продукты CREDO.
TECHNOLOGY AUTOMATED DATA COLLECTION AND ANALYSIS OF OBSERVATIONS OF BANKS AND BUILDING SETTLEMENT SPASO-PREOBRAZHENSKY CATHEDRAL IN NOVOKUZNETSK
Denis B. Novoselov
LLC «OK "Sibshahtostroy"» 654034, Russia, Novokuznetsk, highway Kuznetsk, 9, chief specialist of the geodesic department, tel. (3843)900-420, e-mail: moblic@mail.ru
Boris A. Novoselov
LLC «Sibshahtostroyproekt», 654027, Russia, Novokuznetsk, av Kurako, 19 b, the main specialist of the engineering-geodetic survey department, tel. (3843)900-420, e-mail: novoselov_ba@mail.ru
Evgeniy A. Zvyagintsev
LLC «OK" Sibshahtostroy"» 654034, Russia, Novokuznetsk, highway Kuznetsk, geodesist of the geodesic department, tel. (3843)900-420, e-mail: Ezvyagintsev2012@gmail.com
The article describes the technology of automated collection and processing of observations by the banks and building precipitation Transfiguration Cathedral in the Kuzbass district the city of Novokuznetsk. Transfiguration Cathedral - one of the historical monuments of Kuzbass, the only monument of religious architecture in the late XVII-beginning of XIX centuries. All measurements are made with modern geodetic instruments and applied the program to automatic processing of CREDO.
Key words: observation of the precipitation; observation of the banks; Transfiguration Cathedral; digital level; software CREDO.
Инженерно-геодезические работы на объекте: «Наблюдения за кренами и осадками здания Спасо-Преображенского собора в Кузнецком районе г. Новокузнецка» выполнены по заявкам Настоятеля Спасо-Преображенского собора в администрацию г. Новокузнецка с целью получения достоверных данных о вертикальном положении куполов и деформациях фундаментов собора.
Спасо-Преображенский собор находится в Кузнецком районе г. Новокузнецка, на правом берегу р. Томь, в 100 м. на северо-восток от железной дороги. Фундаменты «старого» здания построены из крепкого бутового камня на цементном растворе. Глубина залегания подошвы фундамента 2,15-2,45 м.
В 1621 г. в Кузнецком остроге был построен деревянный во имя Преображения Господня храм. Иконы, утварь и два колокола для него были подарены царем Михаилом Федоровичем. После пожара 1734 года он был восстановлен в изначальных объемах и архитектурных традициях, а в 1792 году начато строительство каменного здания Спасо-Преображенского собора, которое длилось 43 года. Торжественное освящение собора состоялось 5 августа 1835 г. Толщина стен храма - 1,5 м, а в месте примыкания трапезной и колокольни доходит до 2 м. Длина церкви 43 м. Высота центральной луковицы храма составляет 35 м, а луковицы колокольни - 40 м. Собор был построен на бутовом фундаменте. Основной строительный материал - кирпич, который укладывался на прочном известковом растворе.
Седьмого июня 1898 года Кузнецк пережил волну подземных ударов, в результате которых часть каменных зданий в городе дала трещины. Собор же, в силу прочности и изначальной грамотности проектировщиков и строителей, не получил серьёзных повреждений [1].
В 1935 году храм полностью разграбили комсомольцы с Кузнецкого Металлургического Комбината, они разобрали половину колокольни, сняли кресты и порушили главки. В 1938-1939 годы в помещении разместили школу комбайнеров, а с 1940 года — хлебозавод.
С середины 1950-х годов здание оказалось бесхозным. По оценке специалиста, храм идеально подходил под органный зал. Но Совет народных депутатов в 1989г. принял решение передать собор православным верующим.
Весной 1994 г. вокруг здания собора были возведены леса, началась затирка стен. В 1997 г. главный купол церкви и купола колокольни покрыли медью (рис. 1). На первом этаже уложили мраморный пол с подогревом. На Кузнецком металлургическом комбинате были изготовлены кресты на луковичные главки.
В 1999 г. были сняты все леса с храма, закончены отделочные работы. Купола собора покрыли позолотой.
Осенью 2004 года реставрационные работы и роспись собора завершены. Спустя 15 лет, в 2004 году Спасо-Преображенский собор с почти 400-летней историей своего прихода, разрушенный и омытый кровью мучеников в советскую эпоху, праздновал свое новое рождение.
Рис. 1. Восстановление Спасо-Преображенского собора, 1997 год
Наблюдения по измерению кренов и деформаций фундаментов были начаты во время восстановления храма в 2001 году. На сегодняшний момент выполнены 11 циклов наблюдений, последний цикл выполнен в августе 2014 года. Наблюдения за плановыми деформациями выполнялись электронным тахеометром SET 530R3-L. Обработка результатов выполнялась в программе CREDO_DAT 4.1
Затем данные, полученные в программе CREDO_DAT 4.1, были импортированы в программу CREDO Расчёт Деформаций 1.01. Также в качестве подложки в программу был импортирован файл dxf фрагмента топографического плана территории Спасо-Преображенского собора. На первом этапе в программе Расчёт Деформаций 1.01 был выполнен анализ устойчивости плановой сети контрольных пунктов (рис. 2). В программе заложены два метода анализа плановой сети - это метод последовательного анализа и классический метод наименьших квадратов. Первый метод имеет лучшую стабильность при малом количестве исходных пунктов, его мы и использовали при оценке надежности плановых наблюдений [2].
В программе Расчёт Деформаций 1.01 были построены траектории движения марок между выбранными циклами и для центрального и звонарного купола созданы радиальные графики развития деформации во времени. Программа имеет большой функционал по анализу и визуализации плановых деформаций,
если какие-то наблюдения выполнены с грубыми ошибками - это сразу видно в окне программы, такие наблюдения можно либо пересчитать, либо отключить, чтобы они не принимали участия в расчётах.
Рис. 2. Анализ устойчивости плановой сети контрольных пунктов
В программе Расчёт Деформаций 1.01 была создана анимация движения плановых деформаций длительностью 25 секунд, для наглядной демонстрации заказчику.
Допустимое приращение кренов в мм. для жестких сооружений -0,004*Н(мм)), при высоте центрального купола 36,31 м., допустимый абсолютный крен равен 0,145 м., при высоте звонарного купола 40,60 м., допустимый абсолютный крен равен 0,162 м.
По результатам наблюдений 11 циклов за кренами куполов собора фактические приращения абсолютных кренов не превышают допустимые крены.
Нивелирование II класса выполнялось нивелиром Ni 007 в начальных циклах и Trimble Dini 12. Нивелирование выполнено методом «из середины» согласно требованиям инструкции.
Вычисления ходов нивелирования 2 класса выполнялись в программе CREDO Нивелир 2.11. При использовании оптического высокоточного нивелира выполнялся постраничный контроль и превышения вводились в программу. При использовании цифрового высокоточного нивелира данные импортировались в программу, разбивались на секции и происходило уравнивание. В программе Нивелир 2.11 были введены условные плановые координаты марок и была построена схема по осадочным маркам.
Затем в программу CREDO Расчёт Деформации 1.01 были импортированы файлы niv, в котором содержатся, помимо плановых и высотных данных, схемы нивелирования с СКО осадочных марок. Также в программу был импортирован dxf файл плана собора для наглядности.
В программе есть функционал разделять один объект наблюдений на простые составляющие - блоки, для которых пользователь задаёт требуемые системы координат и графические представления. В нашем случае были созданы 2 блока - в первый входят марки, которые находятся на улице (18 марок, заложены в 2001 году), а во второй блок - марки, которые заложены внутри здания (9 марок, заложены в 2012 году). Программа позволяет отдельно визуализировать как общую картину, так и то, что происходит с осадочными марками внутри собора.
На первом этапе производился анализ устойчивости высотной сети контрольных пунктов. Программа методом простого перебора находит пункт с наиболее устойчивой отметкой и сравнивает превышения относительно этого пункта в начальном и конечном цикле [2]. Если у пользователя сохранились все вычисления в программе CREDO Нивелир 2.11 по всем циклам, то можно очень быстро пересчитать все циклы с исходным наиболее устойчивым репером.
В программе Расчёт Деформаций 1.01 был выполнен прогноз осадки на один год вперед (рис. 3). Программа строит график линии тренда развития осадок во времени. Пользователь может задать вид аппроксимирующей функции, выбрав тип линии тренда - линейный, квадратичный либо периодический. Программа предлагает также автоматически рассчитать и построить график наиболее достоверной аппроксимирующей функции. При построении графика отображается прогнозируемое максимальное и минимальное значение, которое зависит от времени прогноза, чем больше прогноз - тем шире граница значений. На графике отображаются СКО определения марки.
Рис. 3. Прогноз развития осадки 5й марки на конец августа 2015 года В качестве эксперимента для каждой марки был определен прогноз на конец августа 2015 года по наиболее достоверно аппроксимирующей функции. Данные введены в программу и была построена деформационная поверхность. Функции прогнозирования деформационной поверхности нет, но мы думаем в будущем разработчики добавят этот функционал. Было бы интересно в 2015 году сравнить прогноз с фактическими данными.
Также как и с плановыми деформациями в программе Расчёт Деформаций 1.01 была создана анимация движения высотных осадок длительностью 45 секунд для наглядной демонстрации заказчику.
В качестве результатов программа Расчёт Деформаций 1.01 позволяет создавать различные графики, чертежи, ведомости и сводные таблицы по циклам (рис. 4).
Рис. 4. Чертеж трехмерной модели деформационной поверхности собора
На примере данного объекта мы хотим сохранить наше историческое достояние и показать весь функционал программных продуктов CREDO по мониторингу кренов и осадок зданий и сооружений.
Наблюдения за кренами и осадками продолжаются с циклом в 1 год. Фундаменты Спасо-Преображенского собора подвержены неравномерной осадке с конца 2001 г. и по настоящее время. Собор был построен на старом фундаменте, фундамент предварительно укреплялся. По словам очевидцев строительства южная часть фундамента была не укреплена, это подтверждается наблюдениями (марки 5-10). Также одной из причиной осадки здания по оценкам специа-
листов могут являться железная дорога, которая проходит в 100 метрах от собора, и тектонический разлом, проходящий в 250 метрах от собора. Годовые скорости осадки уменьшаются. Фундаменты главного собора стабилизируются. Учитывая уровень ответственности, которую мы несем перед следующим поколениями, необходимо и впредь продолжать работы по контролю и обеспечению сохранности нашего исторического наследия.
Это производственный проект принимал участие в IX конкурсе производственных проектов, выполненных с применением CREDO, итоги были подведены на юбилейной конференции «Технологии CREDO - нам 25 лет!» 25-26 ноября 2014 года в городе Минск. Данная работа заняла 1 место в номинации «Геодезия и топография»
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Лизогуб П.П. Тернистый путь собора // Кузнецкий рабочий. - 2008. - №17.
2. Будо А.Ю., Васильков Д.М., Грохольский Д.В. Расчет осадок деформаций в CREDO // Геопрофи. - 2014. - №1. с. 24-28.
© Д. Б. Новоселов, Б. А. Новоселов, Е. А. Звягинцев, 2015
