Конспект_лекций__4_курс_по_Прик._геод._ч2

измерений. Из-за малых значений смещений, получаемых как разность двух измерений, поправка за редуцирование смещения на поверхность относимости объекта не имеет практического значения и не учитывается. Для удобства вычислений система координат во втором варианте задаются условными координатами начального исходного пункта и азимутом одной из сторон. Координаты других исходных пунктов считают по длинам и азимутам соответствующих базисных линий.

Рассмотрим возможные варианты схем измерений по контрольным пунктам при применении спутниковых приёмников. Прежде всего, необходимо отметить, что измерения необходимо выполнять комплектом из трёх приёмников. Два приёмника работают на исходных пунктах в течение всего рабочего времени, третий перемещается по определяемым пунктам. Применение комплекта из трёх приёмников позволит выполнять дополнительный контроль качества измерений, сравнивая полученную базисную линию между исходными пунктами из сеанса измерений с полученной из сеансов наблюдений при определении устойчивости пунктов.

Применение комплекта из четырёх приёмников, если четвёртый работает на исходном пункте, не повышает точность определений, поскольку при относительно небольших расстояниях в сети исходных пунктов вычисляются только зависимые базисные линии, уровень контроля измерений не повышается и поэтому такая схема измерений экономически нецелесообразна. Если при измерениях четвёртым приёмником работают на контрольных пунктах, то применяемая схема измерений должна выдерживаться во всех циклах. При этом возникает некоторая неопределённость во взаимном положении соседних точек, определённых разными приёмниками, так как невозможно точно определить различия в систематических погрешностях пары приёмников комплекта.

Таким образом, наиболее рациональным является применение в схеме измерений по контрольным пунктам элементарной фигуры в виде треугольника. Рассматриваемая схема измерений приведена на рисунке 32. Контрольные пункты 1, 2,3 ,4 обозначенные на рисунке 32, определяются относительно координат исходных пунктов А и Б. Следует иметь в виду, что даже при синхронных измерений трёмя приёмниками, на контрольных пунктах будут иметь место невязки в приращениях координат, обусловленные различием условий наблюдений по исходным пунктам в первом цикле наблюдений и условиями наблюдений в последующих циклах. В этом случае необходимо сравнить базисную линию между пунктами А и Б из первого цикла и её значением на момент наблюдений. Разность значений базисной линии на указанные даты должна быть равна невязке на контрольном пункте. При допустимом расхождении выполняется уравнивание измерений на контрольном пункте. Каждый контрольный пункт уравнивается отдельно.

Для повышения точности измерений и с целью дополнительного контроля измерений необходимо выполнять повторные измерения с другим набором спутников навигационной системы. Если по техническим условиям измерений это недопустимо увеличивает время измерений, то рекомендуется выполнять повторные измерения с одним и тем же набором спутников, но с повторной центрировкой на пунктах, что позволит сократить время измерений на контрольных пунктах.

31

Анализируя методику измерений на контрольных пунктах, следует отметить, что контрольные пункты определяются неравноточно из-за достаточно длительной продолжительности измерений и, как следствие, изменения условий измерений т. Под изменением условий измерений будем, в основном, понимать видимое изменение, обусловленное количеством спутников, геометрическим фактором понижения точности и высотой спутников над горизонтом. Если топографические условия измерений на исходных пунктах идеальные для спутниковых измерений, то влияние различия условий на точность измерений уменьшается при уравнивании измерений. Если же в какой-то момент времени на одном из исходных пунктов радиовидимость на необходимые спутники будет закрыта полностью или частично, то измерения либо временно прекращаются, либо получаются (при пониженном уровне сигналов) неравноточные, по отношению к другому исходному пункту, измерения.

Рассмотрим схему измерений, которая позволяет устранить понижение точности измерений из-за временного понижения качества условий измерений. Вопервых, следует отметить, что максимально точный результат измерений получается при выполнении однократного измерения в наилучших условиях измерений

Повторные измерения могут либо подтвердить, при тех же условиях измерений, первоначальный результат, либо дать другой результат с допустимым расхождением, при других условиях измерений. Вычисление среднего результата во втором случае заведомо понижает точность первого измерения. Таким образом, применительно к рассматриваемому случаю измерений по контрольным пунктам, для повышения точности измерений, необходимо выполнять измерения по контрольным пунктам, которые непосредственно связанны с одним исходным пунктом, в схожих условиях измерений

Рисунок 32 - Схема измерений по контрольным пунктам

32

Рассмотрим схему измерений на рисунке 32 при применении комплекта из четырёх приёмников. Два приёмника находятся на исходных пунктах, другие два работают на контрольных пунктах. Допустим, что измерения на контрольных пунктах 1 и 2 выполняются в наилучших условиях измерений. Известно, что наблюдения на пункте 3 будут выполнены при меньшем числе спутников и большем значении геометрического фактора понижения точности. Для исключения влияния условий измерений предлагается выполнять измерения по следующей схеме. После выполнения измерений на пунктах 1 и 2 приёмник, находящийся на пункте 2 не выключается и продолжает работать. Приёмник с пункта 2 перемещается на пункт 3. Выполняются измерения на пункте 3 и повторные измерения на пункте 2. Примем, что топографические условия измерений на пунктах одинаковы, расстояния между ними не превышают нескольких десятков метров. Поэтому, из-за небольшой разницы во времени, изменение условий измерений на пунктах, обусловленные тропосферой, ионосферой и ошибками собственно навигационной системы, будут незначительны. Примем, что различия в результатах повторных измерений на пункте 2 обусловлено видимым изменением условий измерений. Поправку в данные измерений на пункте 3, например, в расстояния, вычисляют по формуле:

где S3 - поправка в расстояние от исходного пункта А до пункта 3;

S2(1) - измеренное расстояние от исходного пункта А до пункта 2 в пер-

вом сеансе наблюдений на пункте 2;

S2(2) - измеренное расстояние от исходного пункта А до пункта 2 во вто-

ром сеансе наблюдений на пункте 2.

Аналогично вычисляют поправки в азимут и превышение, полученные на пункте 3 относительно исходного пункта А. Повторные измерения, выполняемые по указанной схеме, могут использоваться и для контроля влияния изменений условий измерений, при значительных расстояниях от исходных пунктов до контрольных пунктов.

Рассмотренная схема измерений не является оптимальной для любых типов сооружений. Например, можно рекомендовать выполнить привязку к исходным пунктам только крайних контрольных пунктов, а по контрольным пунктам, находящимся между ними, проложить полигонометрический ход. Тем не менее, основываясь на рассмотренной методике измерений смещений инженерных сооружений, можно рекомендовать следующую последовательность методики выполнения геодезических работ:

1) определение возможности выполнения спутниковых измерений из-за то-

пографических условий или, в частности, из-за наличия источников высокого на-

пряжения и источников излучения радиоволн;

33

2)разработка схемы исходных пунктов геодезической сети, включающей не менее трёх пунктов, расположенных вне зоны возможных деформаций;

3)разработка схемы контрольных пунктов, расположенных на контролируе-

мом объекте;

4)разработка схемы измерений при определении устойчивости исходных

пунктов;

5)разработка схемы измерений по контрольным пунктам, обеспечивающей максимальную точность измерений при достаточном контроле;

6)выбор типа приёмников и количества их в комплекте;

7)выполнение метрологической аттестации выбранных приёмников ком-

плекта;

8) выполнение, на основании данных метрологической аттестации, предва-

рительного расчёта точности взаимного положения исходных пунктов и точности определения контрольных пунктов относительно исходных;

9) выполнение предварительных (калибровочных) измерений на исходных пунктах с целью выбора благоприятных интервалов времени для измерений; оцен-

ка точности измерений по “размаху”; вычисление точных координат пункта, при-

нятого начальным при вычислениях координат;

10) выполнение измерений на исходных пунктах с целью определения их устойчивости, анализ точности измерений и определение устойчивости по выбран-

ным критериям;

11) выполнение измерений по контрольным пунктам, анализ точности изме-

рений;

12) редуцирование полученных измерений на поверхность относимости объ-

ёкта, вычисление координат исходных пунктов и координат контрольных пунктов в выбранной системе координат.

В заключении следует отметить, что рассмотренные выше основные положения методики измерений позволят:

1)выполнять контроль устойчивости исходных пунктов;

2)выполнять постоянный контроль точности измерений;

34

3)повысить точность измерений при временном понижении качества усло-

вий измерений.

Лекция 10

Методы измерение смещений гидротехнических сооружений высокого напора - применение прямых и обратных отвесов, струнно-поплавковый метод

Вторая схема контроля (рис. 4.3.2) предусматривает, как правило, контроль горизонтальных смещений секций плотины и других объектов напорного фронта высотой более 50 м на уровне подошвы (смещение по основанию), на уровне гребня и промежуточном уровне от внутренней сети опорных пунктов. На основании полученных горизонтальных смещений определяют деформации основания, наклон и изгиб секций и их взаимное положение.

- Створные линии

Рис. 4.3.2. Вторая схема контроля горизонтальных смещений сооружений (от внутренней сети)

Особенностью схемы измерения смещений таких плотин является размещение исходных опорных пунктов створов в специальных штольнях береговых массивов, а также в глубине основания сооружения в виде обратных отвесов. Решение закрепления опорных знаков на глубине в основании крупных сооружений и в коренных берегах вызвано большой областью деформаций грунтов вокруг сооружения и водохранилища (на крупных гидроузлах воронка оседания достигает 2 – 3 км). Это обстоятельство делает невозможным надежно закреплять исходные опорные пункты вблизи сооружений как в первой схеме. При закреплении же пунктов за зоной деформации сложно обеспечить заданную точность измерений горизонтальных смещений бетонных сооружений. Контрольные пункты створа размещают таким образом, чтобы в каждой секции было два пункта (по краям блока). В галереях створ, как правило, является струнным, а на гребне – оптическим. Передача координат (смещений) опорных пунктов створа осуществляется прямыми отвесами.

35

Перемещения элементов сооружения относительно друг друга и углов поворота блоков измеряют щелемерами, клинометрами, прямыми отвесами с координатомерами, гидростатическими нивелирами и т. д.

Указанная схема применялась и применяется на крупных бетонных гравитационных плотинах, построенных в 1960 – 1980-е годы (Красноярская, Братская, Усть-Илимская ГЭС).

Для измерения горизонтальных смещений гидротехнических сооружений по основанию, наклонов и изгибов плотин широкое применение находят отвесы. Основные их достоинства – быстрота и малые затраты средств на выполнение измерений.

Существуют различные типы отвесов, из которых распространение получили механический прямой отвес, обратный поплавковый отвес и оптический и лазерный отвесы [8, 118, 119, 134, 151, 176, 188, 228 и др.].

Механический прямой отвес применяется как для контроля наклона и изгиба высоких бетонных гидротехнических сооружений, так и для передачи координат с гребня в потерну.

В механическом прямом отвесе вертикальную линию фиксируют проволокой на верхнем ярусе. На нижнем ярусе в каждом цикле определяют положение проволоки либо с помощью стационарного устанавливаемого механического координатомера, либо с помощью переносного оптического

координатомера.

При наблюдениях за горизонтальными смещениями гидротехнических сооружений по основанию получил широкое распространение также сухой обратный отвес, разработанный на кафедре прикладной геодезии МИИГАиК под руководством профессора М.С. Муравьева. В Гидропроекте [188] изготовлены и внедрены на практике две его модификации, получившие шифры СО- ОМ-2 (сухой обратный отвес Муравьева) и СГС-1 (сдвигомер горизонтальных смещений).

Схематический чертеж сдвигомера СГС-1 показан на рис. 4.3.29. Инварная проволока 6 одним концом закреплена в скважине заданной глубины с помощью якоря 13. Верхний конец проволоки через шток 5 и крестовину 4 соединен с поплавком 3. Поплавок 3 плавает в жидкости ванны 2 и натягивает проволоку 6, благодаря чему она все время занимает отвесное положение. При сме-

36

Рис. 4.3.29. Обратный отвес СГС-1

щении оголовка (части отвеса, находящейся над скважиной) проволока 6 и поплавок 3 останутся в первоначальном положении. Благодаря этому, можно измерить смещение оголовка. Оголовок оборудован в защитной трубе 1, с которой скреплена рама 9 с посадочными конусами 15 для установки координатомера. Для доступа к раме в трубе 1 устроена закрывающаяся дверь 10. Регулировочное устройство 8 позволяет изменять высоту поплавков 3, вилка 11 предохраняет проволоку 6 от падения в скважину. Для высотных измерений на проволоке 6 укреплена шкаловая марка 7. Скважина оборудована защитной трубой 12. Для спуска жидкости из бака предназначен кран 14.

Отвес СООМ-2 отличается от СГС-1 расположением отсчетного устройства: измерения производят над поплавком, что позволяет центрировать над отвесом приборы для плановых измерений. Схема верхней части СООМ-2 представлена на рис. 4.3.30.

Оголовок отвеса помещен в защитном кожухе 1, который представляет собой трубу диаметром 630 мм. Поплавок 3 с трубкой 4 помещен в ванну 2 и соединен с проволокой 11 и штоком 10 с помощью четырех перекладин 5, расположенных под углом 90° друг к другу и образующих крестовину. В центре крестовины помещена марка 6 с перекрестием, которое и является центром обратного отвеса.

На крестовине смонтированы два уровня 7 и четыре регулировочных груза 8 для установки системы в рабочее положение.

Корпус отвеса сверху закрыт крышкой 9, на которую при измерениях устанавливают центрирующее устройство. В крышке имеются смотровые окна 12.

Измерения смещений сооружений с помощью механических прямых и обратных отвесов сравнительно легко можно автоматизировать, что и делают на уникальных плотинах.

Так на Саяно-Шушенской ГЭС [8] в автоматизированной системе управления технологическими процессами ГЭС создана система автоматизиро-

ванного контроля за гидротехническими сооружениями, которая включает в себя четыре подсистемы:

-геодезического контроля (САК ГС);

-контроля напряженного-деформированного состояния (САК НДС);

-контроля фильтрационного состояния (САК ФС);

- контроля сейсмических событий (САК СС).

В подсистеме САК геодезического контроля основную роль играет автоматизация показаний прямых и обратных отвесов.

Оптические отвесы (центриры) дают более низкую точность, чем механический прямой или обратный отвесы. Оптический луч подвержен влиянию

37

рефракции. Кроме того, существующие способы фиксации положения луча (отсчетные устройства) недостаточно совершенны.

На гидроузлах оптические отвесы применяют редко, в основном для определения смещений высоких земляных плотин. Измерения выполняют в специальных вертикальных шахтах.

Среди механических методов измерения большое распространение получил струнный метод.

В струнно-поплавковом методе определения нестворностей контрольных знаков створом служит струна (проволока), натянутая между двумя опорными пунктами. Нестворности контрольных пунктов определяют с помощью специальных измерительных устройств.

На гидроузлах применяют преимущественно разработанную в Гидропроекте [188] систему струнного створа, получившую шифр ОСС (оборудование струнного створа). Ниже приведены описание системы и порядок работы с ней.

Рис. 4.3.8. Струнный створ

Система ОСС предназначена для установки в галереях плотин и крепится

кстене. Оборудование, фиксирующее створ, состоит (рис. 4.3.8) из проволоки (струны) 1, натянутой между опорными точками 2 и 3 (фиксаторы). Один конец проволоки закреплен постоянно, a oт фиксатора 3 она идет к натяжному устройству 4. Это устройство, имеющее барабан 11 для наматывания проволоки 1, одним концом соединено со стенным знаком 5. На другом, свободном конце

кнему подвешен груз 6, удерживающий устройство в состоянии равновесия. Наматывая или сматывая проволоку 1 с барабана 11, добиваются, чтобы плита 4 была горизонтальна, что соответствует натяжению 100 кг. Меняя вес груза 6, можно задать другое натяжение проволоке 1.

Для того, чтобы избежать провеса проволоки 1, ее помещают на поплавки 7, которые находятся в ваннах 8 с жидкостью. Ванны устанавливают на стенные знаки 9. Контрольные пункты створа закреплены стенными знаками 10, на которые во время измерений устанавливают отсчетное устройство. Знаки 10 располагают ниже струны на 0,3 – 0,5 м. Если галерея имеет ломаный профиль, то на этих участках можно изменить отметку струны – ванну с поплавком установить ниже, а на струне вблизи поплавка закрепить пригрузку. Поплавки в точках перегиба струны изготовлены с большей грузоподъемностью.

38

Документация, отражающая результаты геодезического контроля горизонтальных смещений сооружений, по содержанию и форме аналогична документации, отражающей осадки.

Лекция 11

Автоматизированные системы наблюдений при определении горизонтальных смещений

Приведём примеры некоторые современных приборов для определения деформаций сооружений

39

Технические характеристики спутниковых приемников GMX901

40