В статье рассматривается вопрос по составлению проекта геодезического мониторинга линейных опор канатно-кресельной дороги, проводится анализ материалов инженерно-геологических изысканий и нормативно-технической документации, определяются факторы возникновения деформаций, цели проведения мониторинга, контролируемые параметры деформаций, точность измерений, методы и средства наблюдений, предельные значения параметров деформаций, периодичность циклов наблюдений, проводится оценка точности измерений.
Ключевые слова: геодезический мониторинг, деформации, канатная дорога, программа наблюдений.
Целью данной работы является составление проекта наблюдений за развитием негативных процессов на исследуемом объекте, которым является пассажирская канатно-кресельная дорога на территории горного курорта Oi-Qaragai.
Актуальность темы исследования продиктована рядом следующих особенностей:
- Проявление в районе проведения исследовательских работ сейсмической активности, селевых и оползневых явлений, склоновой эрозии.
- Круглогодичная эксплуатация объекта, повышенные требования к безопасности пассажироперевозок и неравномерность пассажирского потока приводят к необходимости контроля за деформационным и техническим состоянием исследуемого объекта.
- Отсутствие в нормативной литературе указаний по методике разработки проекта геодезического контроля за деформационным состоянием сооружений.
Геодезический мониторинг заключается в исследовании кинематических составляющих деформационных процессов путем проведения комплекса систематических наблюдений за конструктивными элементами сооружения в пространстве и времени в соответствии с программой мониторинга.
На рисунке 1 приведены факторы возникновения деформаций.
Рис. 1. Факторы возникновения деформаций
На рисунке 2 показано расположение опор канатной дороги, их нумерация и геолого-литологический разрез площадки, исходя из которого на объекте выделяют три основных инженерно-геологических элемента (ИГЭ): суглинок просадочный полутвердой консистенции, гранит сильнотрещиноватый, сильновыветрелый и гранит слаботрещиноватый, слабовыветрелый.
Рис. 2. Геолого-литологическое строение исследуемой площадки
Цели наблюдений:
- Своевременное выявление отклонений контролируемых параметров от первоначального положения, превышающих установленный допуск.
- Обеспечение безопасности на эксплуатируемом объекте.
- Фиксация величины, направления и скорости протекания деформационных процессов.
Регулярные наблюдения ведутся за грунтовым массивом, фундаментами и металлоконструкциями. При этом контролируются вертикальные и горизонтальные перемещения, крены, относительные прогибы.
Согласно [2] выбран II класс точности измерений, в соответствии с которым допускаемая погрешность измерения вертикальных перемещений принимается 2 мм, горизонтальных — 5 мм.
По результатам анализа методов измерения осадок, сдвигов и кренов сооружения был выбран метод тригонометрического нивелирования короткими лучами визирования (до 100 м) способом из середины для фиксации высотных перемещений и полярный способ определения координат для фиксации плановых перемещений и кренов.
Предельные значения параметров деформацийустановлены нормативно-технической документацией и приведены в источниках [7], [8] и [9].
Периодичность циклов наблюдений установлена 4 раза год в середине каждого квартала.
Для проведения геодезического мониторинга был выбран электронный тахеометр Leica TCR803ultra, обладающий набором технических характеристик, приведенных в таблице 1, где для сравнения приводится пример электронного тахеометра из другой серии.
Таблица 1
Основные технические характеристики электронных тахеометров Leica TCR 403 ultra и Leica TCR 803 ultra
|
Наименование характеристик |
Leica TCR403ultra |
Leica TCR803ultra |
|
СКО горизонтальных и вертикальных углов |
3" |
3" |
|
Точность линейных измерений: • в режиме IR-Точный • в режиме RL-Ближний |
2мм + 2 ppm 3мм + 2 ppm |
2мм + 2 ppm 3мм + 2 ppm |
|
Дальность линейных измерений: • стандартная призма • безотражательный режим |
3500 м 170 м |
3500 м 500 м |
|
Увеличение зрительной трубы |
30 х |
30 х |
|
Автоматическая коррекция: • коллимационная ошибка • место нуля • кривизна Земли • рефракция • наклон оси вращения инструмента |
+ + + + + |
+ + + + + |
Как видно из таблицы 1, технические характеристики электронных тахеометров Leica TCR403ultra и Leica TCR803ultra отличаются только дальностью линейных измерений в безотражательном режиме.
Средняя квадратическая ошибка нахождения превышений тригонометрическим нивелированием рассчитывается по формуле:
где m s , m z , m i , m l , m δ , m виз — средние квадратические погрешности измерения наклонного расстояния S, зенитного расстояния Z, высоты инструмента i, высоты визирной цели l, ошибка за наклон визирной цели δ и ошибка визирования соответственно.
В случае проведения измерений с одной точки стояния прибора средней квадратической ошибкой определения высоты инструмента можно пренебречь. При использовании в качестве визирной цели мини-призмы из комплекта тахеометра ее высота принимается стандартной и ошибку m l можно также не учитывать.
Ошибка за наклон визирной цели вычисляется по формуле:
где l — высота визирования;
ε — угол наклона рейки;
α — угол наклона визирного луча;
a — величина несовпадения высотной точки с осью отражателя.
Принимаем l = 100 мм, ε = 900", а = 2мм.
Ошибка визирования находится по формуле:
где Г х — увеличение зрительной трубы.
Средняя квадратическая погрешность определения положения деформационной марки способом полярных координат вычисляется по формуле:
Подставляя величины m s , m z , Г х из таблицы 1 и результаты полевых измерений S и Z, приведенных в таблице 2, в вышеуказанные формулы и получаем оценку точности определения превышений методом тригонометрического нивелирования и планового положения способом полярных координат.
Таблица 2
Расчет средней квадратической погрешности измерения превышений и планового положения наблюдаемых точек
|
№ опоры |
m s , мм |
Z, ° |
S, м |
m δ , мм |
m виз , мм |
m h , мм |
m xy , мм |
|
1 |
2,1 |
97,40342 |
50,507 |
0,065 |
0,163 |
0,797 |
2,225 |
|
2 |
2,067 |
57,52308 |
33,617 |
0,205 |
0,109 |
1,207 |
2,124 |
|
3 |
2,184 |
109,45595 |
92,003 |
0,146 |
0,297 |
1,493 |
2,561 |
|
4 |
2,2 |
57,42443 |
99,807 |
0,205 |
0,323 |
1,745 |
2,636 |
|
5 |
2,02 |
73,49122 |
10,227 |
0,128 |
0,033 |
0,606 |
2,025 |
|
6 |
2,045 |
46,35216 |
22,252 |
0,223 |
0,072 |
1,450 |
2,070 |
|
7 |
2,053 |
52,09170 |
26,661 |
0,218 |
0,086 |
1,319 |
2,089 |
Иллюстрируем полученные результаты в виде линейного графика, представленного на рисунке 3.
Рис. 3. График средних квадратических погрешностей превышений и планового положения деформационных марок на каждой из опор канатной дороги
Как видно из графика на рисунке 3 и таблицы 2, инструментальная ошибка минимальна либо при короткой дальности измерений, либо при приближенном к 90° зенитном расстоянии.
Выводы:
- Деформационные процессы могут развиваться в результате воздействия сил земного тяготения, природных или антропогенных факторов, изменения структуры грунта.
- Согласно геолого-литологическому строению площадки просадочные основания обнаружены в районе опор № 1 и 5. Остальные основания относятся к непросадочным грунтам.
- Наблюдения за деформациями проводят в случае изменения условий работы объекта или в случае появления трещин и раскрытия швов для обеспечения безопасности жизнедеятельности в период эксплуатации сооружения.
- Грунтовый массив на склоне подвержен эрозионной и оползневой опасности в результате поверхностного стока дождевых вод, весеннего снеготаяния, тектонических процессов, что было зафиксировано визуальными методами наблюдений.
- Средняя квадратическая ошибка определения превышений и плановых координат прямо пропорциональна расстоянию от точки стояния прибора до наблюдаемой точки, поэтому наблюдения было решено проводить короткими лучами визирования, не превышающими 100 м.
- В условиях больших перепадов высот зенитное расстояние измеряется в пределах от 45 до 120°.
Литература:
- СНиП 2.01.07–85. Нагрузки и воздействия. — М.: ФГУП ЦПП, 2005. — 44 с.
- ГОСТ 24846–81. Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений. — М.: Изд-во стандартов, 1981. — 26 с.
- Руководство по наблюдениям за деформациями оснований и фундаментов зданий и сооружений. — М.: Стройиздат, 1975. — 156 с. (Науч.-исслед. ин-т оснований и подземных сооружений им. Н. М. Герсеванова Госстроя СССР, Гос. проектный ин-т Фундаментпроект Минмонтажспецстроя СССР).
- Марфенко С. В. Геодезические работы по наблюдению за деформациями сооружений: учебное пособие. — М.: МИИГАиК, 2004. — 36 с.: ил.
- Геодезические методы исследования деформаций и сооружений / А. К. Зайцев, С. В. Марфенко, Д. Ш. Михелев и др. — М.: Недра, 1991. — 272 с.: ил.
- Михелев Д. Ш., Рунов И. В., Голубцов А. И. Геодезические измерения при изучении деформаций крупных инженерных сооружений. — М.: «Недра», 1977. — 152 с.
- СНиП 3.03.01–87. Несущие и ограждающие конструкции / Госстрой России. — М.: — ФГУП ЦПП, 2007. — 192 с.
- СНиП II-23–81. Стальные конструкции / Госстрой СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990. — 96 с.
- Правила устройства и безопасной эксплуатации пассажирских подвесных и буксировочных канатных дорог (ПБ 10–559–03). Серия 10. Выпуск 27. / Колл. авт. — М.: Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2004. — 112 с.
- Методика геодезического мониторинга технического состояния высотных и уникальных зданий и сооружений. МДС 13–22.2009 / ООО «ТЕКТОПЛАН». — М.: ОАО «ЦПП», 2010. — 76 с.
- Leica TPS800 Series. Руководство по эксплуатации.
- Руководство пользователя TC(R)403/405/407/410C.
- Береговой Д. В. Исследование и разработка методики тригонометрического нивелирования повышенной точности / Международный научно-исследовательский журнал № 12 (54). Часть 1. С. 77–79.
- Уставич Г. А., Никонов А. В., Мезенцев И. А., Олейникова Е. А. Совершенствование методики веерообразного тригонометрического нивелирования // Вестник СГУГиТ. Геодезия и маркшейдерия, 2021. — № 6. — С. 33–47.
