Особенности маркшейдерско-геодезических работ при строительстве метрополитена

Особенности маркшейдерско-геодезических работ при строительстве метрополитена

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Реферат

на тему: "Особенности маркшейдерско-геодезических работ при строительстве метрополитена"

Выполнили:

студенты групп ГГ-10

Сорокина З.С.

Веденякина М.С.

Виноградов П.И.

Гераськин В.С.

Проверила:

Павлова Ю.А.

Москва 2013

Содержание

1.      Наземные геодезические работы при строительстве подземных сооружений

2.      Высотное обоснование на дневной поверхности

3.      Разбивка на дневной поверхности трассы и подземных коммуникаций

4.      Наблюдения за деформацией поверхностных сооружений

.        Маркшейдерские работы в подземных выработках и сооружениях. Подземная полигонометрия

6.      Подземная высотная основа

Список литературы

1. Наземные геодезические работы при строительстве подземных сооружений

ОСНОВНАЯ ПОЛИГОНОМЕТРИЯ НА ДНЕВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Необходимые условия развития полигонометрии; требуемая точность

Основная полигонометрия на поверхности прокладывается вдоль трасс метрополитенов и тоннелей различного назначения с целью обеспечения опорными пунктами:

трассирования тоннелей;

перенесения проекта сооружений в натуру;

сбоек тоннелей в плане.

Основная полигонометрия прокладывается в виде сети замкнутых полигонов или одиночных ходов между пунктами триангуляции; при этом длины полигонометрических ходов должны быть в пределах 3 - 4 км. Линейная привязка к пунктам триангуляции чаще чем через 3 км разрешается при условии, если ошибки в определении пунктов триангуляции не внесут заметного искажения в результаты полевых измерений.

Основная полигонометрия может служить в качестве самостоятельного планового геодезического обоснования для строительства тоннелей небольшой протяженности (до 1 км).

При проектировании, рекогносцировке и производстве полевых измерений основной полигонометрии необходимо учитывать и соблюдать следующее:

а) при строительстве метрополитенов основную полигонометрию прокладывать в виде сети замкнутых полигонов;

б) ходы должны иметь наименьшее количество изломов и, по возможности, прокладываться параллельно трассе. Перемычки (ходы, поперечные направлению трассы) должны иметь минимальную длину;

в) ходы основной полигонометрии прокладывать по возможности между пунктами триангуляции, имеющими непосредственную взаимную связь;

г) длины ходов между узловыми точками не должны превышать 1 км;

д) при рекогносцировке необходимо предусматривать дополнительные передачи дирекционных углов с пунктов триангуляции на стороны полигонометрической сети лучами значительной длины;

е) средняя длина линии должна быть порядка 250 м, наименьшая - не короче 150 м, наибольшая: для метрополитена - не свыше 300 м, а вне городов - не свыше 500 м;

ж) для метрополитенов и тоннелей длиной свыше 0,5 км относительная невязка в периметре хода не должна превышать 1 : 30000 - 1 : 35000, а для тоннелей длиной менее 0,5 км - 1 : 20000;

з) средняя квадратическая ошибка измеренного угла не должна превышать ± 3 ² ;

и) коэффициент случайного влияния при измерении линий ( m ) не должен превышать ± 0,0003, а коэффициент систематического влияния  не должен быть более 0,00001;

к) измерения углов и линий основной полигонометрии производятся дважды, в разное время и в различных условиях. Вторые наблюдения рекомендуется производить другими наблюдателями и инструментами.

На участках строительства метрополитена открытым способом основная полигонометрия прокладывается в соответствии с рекомендациями п. 2.04 .

Для обеспечения разбивочных работ производится сгущение сети ходами с длинами сторон порядка 50 - 70 м.

При закладке знаков должна быть предусмотрена сохранность их на протяжении строительства, для чего рекогносцировщик должен детально изучить проект организации работ по сооружению тоннелей.

При измерении углов и линий по ходам сгущения руководствуются допусками, установленными для подходной полигонометрии (см. пп. 3.10 и 3.11).

Составление проекта, рекогносцировка и закрепление знаков

Проект основной полигонометрии для строительства метрополитенов и тоннелей составляется на имеющихся планах (а при их отсутствии - на схеме, составленной в результате общей рекогносцировки) с нанесением на них запроектированной трассы, стволов, порталов и строительных площадок.

При составлении проекта основной полигонометрии необходимо учитывать последующее развитие сети метрополитена.

При составлении проекта основной полигонометрии должна быть предусмотрена наиболее простая и удобная связь полигонометрии с триангуляцией (или с тоннельной полигонометрией, проложенной взамен триангуляции) и намечены системы и способы уравновешивания.

При детальной рекогносцировке окончательно устанавливаются места постановки полигонометрических знаков, с учетом подземных коммуникаций.

Визирный луч должен проходить не ниже 0,5 м над поверхностью земли и не ближе 0,5 м от боковых предметов.

В результате рекогносцировки составляется окончательная схема расположения полигонометрических знаков, а в случае необходимости - пояснительная записка.

Полигонометрические знаки, в зависимости от места их постановки, могут применяться различных типов. Независимо от выбранного типа полигонометрический знак должен удовлетворять следующим основным условиям:

а) иметь вполне определенную точку, принимаемую за центр знака;

б) должен быть прочен и устойчив;

в) удобен для производства угловых и линейных измерений.

Для незастроенной территории полигонометрическими знаками могут служить рельсы (рис. 1.1 ) или металлические трубы с якорем, забетонированные ниже глубины промерзания грунта, а также бетонный монолит с металлическим стержнем. В застроенных районах применяются знаки типа, показанного на рис. 1.2 , а также марки, закрепленные в бетонном основании мостовой или в бортовом камне. Разрешается использовать ободки смотровых колодцев.

Рис. 1. Закрепление капитального грунтового полигонометрического знака

1 - центр знака, отверстие Æ = 2 мм с медной расчеканкой, 2 - рельс. Размеры указаны в миллиметрах

Рис. 2. Закрепление капитального грунтового полигонометрического знака с колпаком

1 - центр знака, отверстие Æ = 2 мм с медной расчеканкой; 2 - металлический стержень Æ = 40 мм. Размеры указаны в миллиметрах

После закладки полигонометрического знака производится привязка его к местным предметам; составляется исполнительная схема заложенных знаков, а также альбом привязок с указанием типа знаков.

Измерение углов

Для измерения углов основной полигонометрии применяются оптические теодолиты типа Т-2 (ОТО, ТБ-1 и им равноточные). Инструменты, не имеющие заводского паспорта, исследуются. В процессе работ они должны систематически проверяться; особое внимание необходимо уделять тщательной выверке оптического центрира.

Измерение углов производится способом круговых приемов четырьмя приемами, с перестановками лимба через 45°, при этом два приема наблюдаются при одном положении оптического центрира, а два другие - при центрире, повернутом на 180°.

Каждому изменению положения центрира инструмента должна соответствовать новая центрировка визирных марок с поворотом их на 180°.

Примечани е. При работе инструментами, оптический центрир которых встроен в алидаду, перецентрирование теодолита не производится.

Для исключения влияния рена на результаты измерений обязательно использование всего интервала барабана оптического микрометра (см. п. 1.27).

Особое внимание при измерении углов необходимо обращать на тщательную центрировку угломерных инструментов и визирных марок.

Ошибка центрирования не должна превышать ± 0,8 мм.

При угловых измерениях на станциях, с числом направлений более двух в местах интенсивного уличного движения разрешается производить измерение отдельных углов с выводом невязки горизонта.

Предельная невязка в сумме углов по горизонту f _b не должна превышать величины, определяемой формулой

где m ¢ _b - средняя квадратическая ошибка собственно измерения угла;

п ¢ - число углов.

В случае утраты взаимной видимости между ранее закреплёнными полигонометрическими знаками производится измерение углов внецентренным способом.

При измерении углов внецентренным способом необходимо руководствоваться нижеследующим:

а) при длинах линий больших 200 м можно смещать инструмент с центра знака в любом направлении;

б) при вытянутом ходе и длинах линий от 150 до 200 м следует смещать инструмент под углом не более 45° к направлению хода;

в) при измерении углов, близких к 90°, следует смещать инструмент примерно по створу короткой стороны;

г) на узловых точках инструмент смещается примерно по створу самой короткой стороны;

д) смещение инструмента от центра полигонометрического знака не должно превышать 20 м;

е) линейный элемент центрировки е измеряется стальной компарированной рулеткой со средней ошибкой не более 1 мм;

ж) угловой элемент центрировки Q измеряется двумя полными круговыми приемами.

В полевом журнале тщательно зарисовывается расположение инструмента по отношению к центру полигонометрического знака и к измеряемым направлениям.

Колебания приведенных к нулю направлений в отдельных приемах и расхождения замыкающих отсчетов на начальное направление не должны превышать ± 8 ² .

Допустимая угловая невязка f _b в отдельном ходе или замкнутом полигоне не должна превышать величины, определяемой формулой

где m _b - средняя квадратическая ошибка измерения угла;

п - число измеренных углов в ходе или полигоне.

Измерение углов при определении неприступных расстояний и при снесении координат с пунктов триангуляции производится с той же точностью, что и при измерении углов основной полигонометрии. Особое внимание обращается на поверку основной оси вращения инструмента.

При измерении наклонных направлений необходимо вводить поправки за отклонение от вертикали основной оси вращения инструмента.

При наличии интенсивного уличного движения или неспокойных изображений рекомендуется измерение полигонометрии производить в ночное время. По окончании угловых измерений составляется схема, на которую выписываются значения всех измеренных углов и невязки.

Измерение линий

Линии основной полигонометрии измеряются инварными проволоками на весу по штативам или кольям с постоянным натяжением в 10 кг при помощи блочных станков и грузов, подвешиваемых на концах проволок. Остатки линий измеряются компарированной рулеткой. Для тоннелей не большой протяженности допускается производить измерение линий стальными компарированными рулетками на весу с постоянным натяжением.

Измерение линий проволоками или стальными рулетками производится в прямом и обратном направлениях.

До начала работ и по окончании их проволоки должны быть прокомпарированы на стационарном компараторе.

В период полевых работ при измерении линий проволоки компарируются на полевом компараторе не реже одного раза в декаду.

При отсутствии полевого компаратора проволоки сравниваются с двумя нормальными проволоками (не участвующими в работе). Длина проволоки в результате компарирования должна быть определена со средней квадратической ошибкой не более ± 0,15 мм.

Пример обработки результатов компарирования рабочей проволоки на полевом компараторе с контрольным измерением его длины двумя нормальными проволоками приведен в приложении 2-1.

Стальные рулетки, применяемые при измерении линий, компарируются не реже одного раза в два месяца. Установка целиков штативов или кольев в створе измеряемой линии производится с помощью теодолита. Предельная ошибка вешения определяется по формуле

где S - длина мерного прибора;

Т - знаменатель предельной относительной точности полигонометрического хода.

При S = 24 м и  b = ± 28 мм " ± 3 см.

Расстановка штативов или кольев вдоль линии производится с помощью троса с точностью ± 3 см.

Температура воздуха при работе с инварными проволоками измеряется через 2 пролета, а при пользовании стальной рулеткой - на каждом пролете и отсчитывается до 1°. Термометр должен находиться в одинаковых условиях с мерным прибором.

На пролете производится три пары отсчетов. Наибольшие расхождения разностей отсчетов (П-З) по шкалам проволоки не должны превышать 0,5 мм.

Запись результатов измерений линий производится в журнале линейных измерений по форме, приведенной в приложении 2-2.

Расхождение в длине пролета, измеренного в прямом и обратном направлениях, после введения поправок за температуру не должно превышать 0,5 мм.

Относительная ошибка измерения линии, полученная по результатам расхождения прямого и обратного ходов, не должна превышать 1 : 70000.

При длинах линий менее 200 м расхождение в результатах измерения прямого и обратного ходов не должно превышать 3 мм.

Примечани е. При измерении линий в обратном направлении лотаппараты необходимо поворачивать на 180°.

Для определения поправок за наклон мерного прибора производится нивелирование целиков штативов или кольев по двусторонним рейкам - при одном горизонте, по односторонним рейкам - при двух горизонтах.

Точность определения превышений целиков штативов или кольев 24-метровых пролетов определяется по формуле

где l - длина мерного прибора;

h - превышение на пролете;

Т - знаменатель предельной относительной точности полигонометрического хода;

n - число уложений мерного прибора в линии.

Так, погрешность определения превышений каждого из 24-метровых пролетов для линий длиной 300 м и T = 30000 не должна превышать:

а) ± 5,5 мм при превышениях не более 1 м;

б) ± 3 мм при превышениях от 1 до 2 м;

в) ± 2 мм при превышениях от 2 до 3 м;

г) ± 1,5 мм при превышениях от 3 до 4 м.

Длинные стороны разрешается измерять по секциям, которые должны быть связаны между собой не менее чем двумя общими пролетами.

Базисы при определении неприступного расстояния измеряются с той же точностью, что и линии основной полигонометрии.

Разрешается производить в необходимых случаях косвенные определения линий с обеспечением точности, принятой в основной полигонометрии.

Привязки к пунктам триангуляции

В том случае, когда непосредственное измерение расстояний до центра пункта триангуляции невозможно, привязка полигонометрических ходов производится методом снесения координат. Схема снесения должна иметь не менее двух непосредственно измеренных базисов, каждый длиной, примерно равной неприступному расстоянию до пункта триангуляции.

Расположение базисов в схеме снесения (рис. 2.3 ) должно быть выбрано с таким расчетом, чтобы углы треугольников, противолежащие базисам, были не менее 40° и не более 140°.

Передача дирекционного угла с пунктов триангуляции на стороны основной полигонометрии должна производиться при длине визирного луча не менее 400 м.

Рис. 3. Схема снесения координат. Длины сторон указаны в м

Если для измерения углов на пункте триангуляции необходимо спроектировать центр знака, то эта работа выполняется тщательно выверенным теодолитом с трех постановок инструмента с расчетом получения проектировочных плоскостей под углами 120°, но не менее 45°.

Проектирование производится при двух кругах. Треугольник погрешностей не должен иметь медиан более 5 мм.

Измерение углов на пункте триангуляции для снесения координат производится четырьмя круговыми приемами с измерением не менее двух направлений на пункты триангуляции.

Невязки в треугольниках не должны превышать ± 10 ² .

При внецентренном стоянии инструмента на пункте триангуляции измерение элементов центрировки должно быть выполнено дважды с ошибкой линейного элемента не более ± 1 мм. При небольшой величине линейного элемента определение элементов центрировки может быть выполнено графически.

При наличии редукции элементы ее измеряются так же, как и элементы центрировки.

Обработка результатов угловых и линейных измерений производится по правилам, изложенным в разделе Е настоящей главы.

Для целей уравновешивания произведенных измерений при снесении координат составляется схема, на которой выписываются величины измеренных углов, длины линий и полученные угловые невязки в фигурах.

При схеме снесения, состоящей из двух треугольников, общая сторона этих треугольников вычисляется отдельно по каждому треугольнику (с предварительным распределением угловых невязок поровну на три угла).

Расхождение в вычисленных значениях неприступного расстояния из двух треугольников не должно превышать 1 : 25000. При упрощенных вычислениях из полученных результатов неприступного расстояния берется среднее значение, которое используется для вычисления координат.

При неблагоприятной форме треугольников рекомендуется произвести строгое уравновешивание снесений координат с получением поправок как в измеренные углы, так и в длины базисов.

В процессе уравновешивания необходимо произвести оценку точности снесения координат.

Вычисление полигонометрии, оценка точности и составление технического отчета

Журналы измерений углов, линий и нивелирования целиков должны быть обработаны в две руки. Средние значения результатов выписываются в журналах чернилами.

Поправки за центрировку и редукцию при угловых измерениях вычисляются в две руки.

По окончании обработки журналов линейных измерений производится вычисление длин линий с введением всех поправок (см. приложение 2-3).

Поправки за проектирование на принятую уровенную плоскость вводятся в длины линий в тех случаях, когда они превышают 1 : 150000 длины линии; при их вычислении пользуются формулой, приведенной в п. 1.39 .

Для редуцирования длин линий на плоскость проекции Гаусса пользуются формулой, указанной в п. 1.38.

Вычисление всех поправок в измеренные линии производится до 0,1 мм. Окончательная длина линии округляется до 1 мм.

Вычисление длин линий производится на бланках (ведомостях) в две руки; расхождение результатов вычислений не должно превышать 0,4 мм.

По окончании обработки полевых журналов, вычисления длин линий и редуцирования их на принятый горизонт составляется схема ходов с указанием на ней окончательных значений углов, длин линий и угловых невязок фигур. Затем производят оценку точности угловых измерений по формуле

где m _b - средняя квадратическая ошибка измеренного угла;

f _b - угловая невязка в полигоне или ходе;

п ¢ - число углов в полигоне или ходе;

N - число полигонов и ходов.

Пример оценки точности угловых измерений приводится в приложении 2-4.

Оценка точности линейных измерений производится по разностям двойных измерений.

Коэффициент влияния случайных ошибок на 1 м длины вычисляется по формуле

где р - вес - величина, обратная длине линии  ;

К - произвольно выбранный коэффициент;

п - число линий, включенных в оценку точности;

d ₁ - вычисляется по формуле

где l - коэффициент остаточного систематического влияния линейных измерений;

d - разности между значениями длин линий из двух разновременных измерений (см. пп. 2.04, к).

Пример оценки точности приведен в приложении 2-5.

Уравновешивание полигонометрической сети производится раздельно: сначала уравновешиваются угловые измерения с вычислением вероятнейшего значения дирекционных углов линий при узловых точках, а затем уравновешиваются приращения координат с вычислением окончательных координат узловых точек. После этого производится уравновешивание одиночных ходов сети между узловыми точками.

За веса дирекционных углов узловых линий принимаются величины, обратно пропорциональные числу измеренных углов хода; за веса координат - величины, обратно пропорциональные квадрату средней квадратической предвычисленной ошибки в положении конечной точки хода, рассчитываемой отдельно для вытянутых и ломаных ходов при значениях:

= 0,0003; l = 0,00001; m _b = ± 3 ² .

При уравновешивании полигонометрическая сеть разбивается на отдельные секции, привязанные к пунктам триангуляции. Уравновешивание выполняется по отдельным секциям, при этом в каждой секции совместно решаются все возникающие условия по способу профессора В.В. Попова.

При величине относительной невязки в полигонометрическом ходе менее 1 : 50000 разрешается производить уравновешивание ходов упрощенным методом: угловая невязка распределяется поровну на все углы, а невязка в суммах приращений координат - пропорционально длинам сторон с последующим вычислением поправок в дирекционные углы и меры линий.

Если относительная невязка в полигонометрическом ходе более 1 : 50000, необходимо произвести уравновешивание хода по способу наименьших квадратов. Для вытянутых ходов при уравновешивании возможно применение таблиц.

Полигонометрический ход считается вытянутым, если направление линий этого хода отклоняется от направления замыкающей в пределах 24° и если данный ход располагается вблизи замыкающей, отклоняясь от нее в ту или другую сторону не более чем на ¹ ¤ ₈ ее длины.

В особо ответственных местах, уравновешивание секций производится строгим способом при совместном уравновешивании угловых и линейных измерений.

При уравновешивании дирекционные углы вычисляются до 0 ² ,1; приращения координат и координаты - до 0,1 мм. В каталоги выписываются уравновешенные значения:

а) дирекционных углов - с округлением до 1 ² ;

б) линий - с округлением до 1 мм;

в) координат - с округлением до 1 мм.

Форма каталога координат полигонометрических знаков приводится в приложении 2-6.

После окончания уравновешивания производится оценка точности полигонометрической сети по уравновешенным данным. Определяется средняя квадратическая ошибка угла по формулам:

а) при уравновешивании способом узловых точек проф. В.В. Попова

где f _b - угловые невязки ходов;

п ¢ - число углов в ходе;

N - число всех ходов;

К - число узловых точек в системе;

б) при уравновешивании способом полигонов проф. В.В. Попова

где å u _b - суммарные поправки углов по ходам между узловыми точками;

п ¢ - число углов в ходе;

r - число уравнении в системе.

Вычисляются средние ошибки координат на один километр хода уравновешенной полигонометрической сети по формулам:

где d _y и d _x - поправки в приращения координат, полученные в ходах между узловыми точками;

l - длины ходов, выраженные в километрах;

r - число условных уравнений в сети.

Средняя квадратическая ошибка абсолютного смещения хода на 1 км определяется формулой

Составляется таблица, характеризующая полученную точность полигонометрии для каждого хода, по форме табл. 2-1 .

Таблица 1

По окончании полевых и вычислительных работ составляется подробный технический отчет, в котором должны быть даны:

а) описание условий рекогносцировки;

б) характеристика частоты и способов привязки к пунктам триангуляции;

в) характеристика заложенных знаков, их распределение по типам, данные об использованных знаках городской полигонометрии;

г) перечень применявшихся инструментов, описание методики угловых и линейных измерений и результаты оценки их точности;

д) описание методики уравновешивания сети и результаты вычислений (угловые невязки, невязки в координатах и относительные);

е) оценка точности окончательных результатов, соответствие их техническим требованиям.

Если основная полигонометрия является самостоятельной основой для строительства тоннелей, в отчете должны быть приведены также:

а) расчетное обоснование принятого способа работ;

б) анализ точности исходных данных;

в) обоснование принятых зоны проекций Гаусса и уровенной плоскости.

Здесь же должны быть даны указания о введении поправок в элементы подходной и подземной полигонометрии;

г) общее заключение о пригодности исполненной полигонометрии для обеспечения требуемой точности всех горностроительных работ и особенно точности сбоек встречных тоннелей.

Аналитические сети (взамен основной полигонометрии)

В открытой пересеченной местности проложение основной полигонометрии рекомендуется заменять построением аналитической сети.

Аналитические сети строятся в виде цепей или сетей треугольников, опирающихся на пункты тоннельной триангуляции или тоннельной полигонометрии.

Разрешается вставка одиночных пунктов для передачи координат в порталы, стволы, боковые штольни, скважины и т.д.

Аналитические сети должны опираться не менее чем на два базиса, измеряемые со средней относительной ошибкой 1 : 100000. Как правило, в качестве базисов используются специально измеренные стороны аналитической сети. В отдельных случаях базисами могут служить стороны тоннельной триангуляции или тоннельной полигонометрии.

Разрешается также прокладка аналитической цепи треугольников между двумя "твердыми" пунктами (тоннельной триангуляции или тоннельной полигонометрии) без измерения базисов или с измерением одного, контрольного базиса.

Возможно сочетание аналитической сети с ходами основной полигонометрии (применительно к условиям местности). В этом случае базисами аналитической сети могут служить стороны основной полигонометрии.

При сооружении тоннелей небольшой протяженности, до 1 км, плановым геодезическим обоснованием может служить свободная аналитическая сеть.

Длины сторон треугольников должны находиться в пределах от 600 до 300 м.

Количество треугольников между базисами не должно быть более десяти, а при использовании в качестве базисов сторон основной полигонометрии - не более пяти. Углы в треугольниках должны быть в пределах 30 - 120°.

При неблагоприятной форме треугольников намечается измерение диагональных направлений.

Знаки аналитической сети закладываются по типу знаков основной полигонометрии.

При измерении горизонтальных направлений аналитической сети руководствуются указаниями раздела В настоящей главы.

Угловые измерения в аналитической сети должны производиться дважды, в разное время и в различных условиях. Если количество треугольников между базисами не превышает пяти, разрешается однократное измерение горизонтальных направлений.

Угловые невязки в треугольниках не должны превышать ± 10 ² , а при однократном измерении ± 12 ² .

Измерение базисов производится по правилам, установленным для измерения линий основной полигонометрии (см. раздел Г настоящей главы). Измерение базисов производится дважды, в разное время.

Если количество треугольников между базисами не превышает пяти, разрешается однократное измерение базисов.

Уравновешивание аналитической сети производится методами условных и посредственных измерений. Для небольшой цепи треугольников разрешается применение упрощенных способов уравновешивания.

По окончании полевых и вычислительных работ составляется технический отчет в соответствии с указаниями п. 2.72 .

2. Высотное обоснование на дневной поверхности

Схема развития наземного высотного обоснования; составление проекта, рекогносцировка, закрепление знаков.

Для создания высотной геодезической основы на поверхности при строительстве метрополитена, а также при сооружении внегородских тоннелей протяженностью свыше 2 км (а в горной местности - свыше 1 км) производится нивелирование II класса.

Нивелирование II класса базируется на марках и реперах городского нивелирования I и II классов и представляет собою сеть замкнутых полигонов, охватывающую полосу шириной не менее пятикратной глубины заложения тоннелей, примерно симметричную относительно оси трассы.

При строительстве внегородских тоннелей высотная основа должна опираться на марки и реперы государственного нивелирования I и II классов.

Нивелирные опорные ходы III класса прокладываются:

а) для передачи отметок к стволам, скважинам и предпортальным выработкам;

б) для обеспечения высотной основой тоннелей, сооружаемых открытым способом работ;

в) для сгущения высотной основы II класса в районе наблюдений за деформацией поверхностных сооружений;

г) как самостоятельная высотная основа при строительстве тоннелей протяженностью не свыше 2 км, а в горной местности - не свыше 1 км.

Нивелирные опорные ходы III класса прокладываются в прямом и обратном направлениях.

Нивелирные ходы III класса прокладываются между реперами II класса и реперами опорных ходов III класса и служат главным образом для определения отметок деформационных реперов.

Нивелирные ходы III класса прокладываются в одном направлении.

Проект нивелирной сети для строительства метрополитена составляется на плане. На этот план предварительно наносят проект трассы, а также все реперы и марки городского нивелирования, расположенные в районе трассы. При строительстве внегородских тоннелей, кроме проекта трассы, наносятся марки и реперы государственного нивелирования.

При составлении проекта нивелирной сети для строительства метрополитенов следует руководствоваться следующими положениями:

а) расстояние между марками и реперами, определенными нивелированием высших разрядов, должно быть не более 2 км;

б) длины ходов между узловыми реперами не должны превышать 1 км;

в) расстояние между реперами должно быть не более 200 м, а в малозастроенной части - не более 300 м.

г) около строительных площадок, а также в районах сложных узлов строительства расстояния между реперами уменьшаются до 100 м. Составленный проект нивелирной сети уточняется рекогносцировкой в натуре.

При строительстве внегородских тоннелей в качестве реперов используются как специально заложенные знаки, так и пункты триангуляции и основной полигонометрии. Если вблизи трассы имеются здания и сооружения, в них закладываются стенные реперы.

В районах строительных площадок, стволов, порталов и боковых штреков-штолен должно быть закреплено не менее двух знаков высотной основы.

Стенные реперы закладываются в стенах зданий или устоях инженерных сооружений не менее чем за три дня до начала нивелирования.

Грунтовые реперы закрепляются по типу полигонометрических знаков (см. рис. 2.1).

Местоположения заложенных реперов зарисовываются, привязываются и наносятся на план.

Нивелирование II класса

Для производства нивелирования II класса применяются:

а) нивелиры типа Н-1, Н-2, НС2 (НБ-1, НА-1 и им равноточные);

б) рейки с инварной полосой и круглыми уровнями.

Перед началом полевых работ нивелир должен быть исследован, а рейки прокомпарированы.

Величина k tg i определяется путем двойного нивелирования перед началом работ и ежедневно в первые дни работы. При постоянстве этой величины она в дальнейшем может определяться один раз в три дня. После каждого исправления положения оси уровня величина k tg i определяется заново.

При нивелировании рейки ставятся на башмаки или специальные штыри, забиваемые в грунт или твердое покрытие проездов или тротуаров. Стенные или грунтовые реперы, как правило, нивелируются промежуточными взглядами.

Во время отсчета рейки в вертикальное положение устанавливаются по круглому уровню. Правильность уровней ежедневно проверяется по отвесу.

Нивелирование между марками и реперами производится в прямом и обратном направлениях. Нормальным расстоянием между инструментом и рейками считается 65 м. Визирный луч не должен проходить ниже 0,5 м над поверхностью земли. При расстоянии от инструмента до реек не свыше 30 м высота визирного луча допускается до 0,3 м.

Неравенство расстояний от нивелира до реек допускается не более 1 м. Сумма неравенств в ходе между реперами не должна превышать 2 м.

Нивелирование ведется в часы спокойных и отчетливых изображений. При ясной солнечной погоде нивелирование производится примерно с 6 до 10 час и с 15 час с прекращением работ за 1 - 1,5 часа до захода солнца. В пасмурную погоду продолжительность работ может быть увеличена.

Во время работы на станции и при переносе на следующую станцию нивелир защищается зонтом от действия солнечных лучей.

Во время работ особое внимание должно быть обращено на охрану и устойчивость штатива и башмаков под рейками.

Привязка нивелирных ходов к маркам производится с помощью подвесной рейки с зарисовкой в журнале ее положения и расположения проекций нитей сетки инструмента.

Нивелирование II класса производится способом совмещения. Разность превышений, полученная из отсчетов по основной и дополнительной шкалам реек, не должна превышать 0,7 мм (15 делений отсчета барабана).

Порядок работ и контроль на станции производится в соответствии с указаниями Инструкции ГУГК по нивелированию.

Допустимые расхождения в превышениях между пря мым и обратным ходами, а также невязки в полигонах или ходах, опирающихся на марки и реперы I и II классов, определяются по формуле:

где L - число километров.

В горной местности допустимая невязка определяется по формуле

где n - число штативов в ходе.

При получении невязки хода больше установленной в п. 4.20 нивелирование на этом участке повторяется в одном, менее надежном направлении.

Если результаты повторного нивелирования будут отличаться от результатов первоначального, прямого и обратного нивелирования не более полуторного допуска (  ), то за окончательное превышение принимается среднее из трех превышений. При больших расхождениях нивелирование повторяется заново в прямом и обратном направлениях.

Оценка точности результатов нивелирования производится:

а) по невязкам в полигонах и ходах между марками и реперами.

Средняя квадратическая случайная ошибка нивелирования определяется по формулам:

где f_h - невязка полигона (хода);

п - число штативов полигона (хода);

N - число полигонов (ходов);

[ L ] - общая протяженность полигонов (ходов).

б) по разностям превышений, полученных из двойного нивелирования ходов.

Средняя квадратическая случайная ошибка на 1 км хода

где D - величины разностей превышений из двойного нивелирования ходов;

L - длины ходов;

N - число ходов;

в) после уравновешивания вычисляется средняя квадратическая ошибка на 1 км хода по формуле

где р - вес хода;- поправка хода;

N - число нивелирных ходов;

r - число узловых точек.

Средняя квадратическая ошибка на 1 км хода не должна превышать ± 1,0 мм, а на станции ± 3 мм.

Нивелирование III класса

а) Опорные ходы III класса

Нивелирование ведется замкнутыми полигонами или вытянутыми ходами в прямом и обратном направлениях; ходы и полигоны привязываются к реперам нивелирования высших классов.

Для производства нивелирования III класса применяются:

а) нивелиры типа Н-3, НС-3 (НВ-1, НСМ-2А с самоустанавливающейся линией визирования и им равноточные);

б) двусторонние 3-метровые шашечные рейки с сантиметровыми делениями.

Рейки должны быть прокомпарированы. Случайные ошибки дециметровых делений реек не должны превышать ± 0,5 мм. Каждая рейка должна иметь круглый уровень, проверяемый ежедневно по отвесу.

При производстве нивелирования рейки устанавливаются на башмаки или железные штыри, на реперы и полигонометрические знаки.

Нивелирование производится из середины при расстояниях от инструмента до реек около 50 м. В случае плохой видимости эти расстояния сокращаются.

Нивелирование ведется по одной средней нити, по черной и красной сторонам реек. Образец журнала для нивелирования III класса приводится в приложении 4-2 .

Расхождения между превышениями на станции, опре деленными по черной и красной сторонам реек, не должны превышать 3 мм.

Допустимые невязки в ходах между опорными пунктами или в замкнутых полигонах определяются по формуле

где L - длина нивелирного хода или периметр полигона.

При наличии в ходе или полигоне более 16 штативов на 1 километр допустимая невязка определяется по формуле

где п - число штативов в ходе или полигоне.

Нивелирные ходы III класса прокладываются в одном направлении и опираются на реперы I и II классов и на реперы опорных ходов III класса.

Нивелирование III класса ведется теми же инструментами и методами, как и нивелирование опорных ходов III класса (см. пп. 4.25 - 4.30 ).

Допустимые невязки в ходах между реперами высших разрядов или в замкнутых полигонах определяются по формуле

где L - длина нивелирного хода или периметр полигона в км.

При наличии в ходе или полигоне более 16 штативов на 1 км хода допустимая невязка определяется по формуле

где п - число штативов в ходе или полигоне.

Нивелирование IV класса

Нивелирные ходы IV класса прокладываются между реперами высших классов. Нивелирование ведется в одном направлении. Висячие ходы нивелируются в прямом и обратном направлениях.

При нивелировании IV класса применяются нивелиры НВ-1, НГ, НТ и другие им равноточные, а также нивелиры НСМ-2а с самоустанавливающейся линией визирования.

Рейки применяются шашечные, двусторонние, с круглым уровнем.

Нормальным расстоянием от нивелира до реек считается 100 м, а при увеличении зрительной трубы не менее 30* допускается увеличивать расстояние до 150 м.

Неравенство расстояний от нивелира до реек на станции не должно превышать 5 м.

В ходах, опирающихся на пункты нивелирования высших классов, а также в замкнутых полигонах предельные невязки не должны превышать

где L - длина хода в км.

При наличии в полигоне или ходе свыше 16 штативов на 1 км допустимая невязка в полигоне не должна превышать

где п - число станций в ходе.

Вычисления и технический отчет по нивелированию

Перед уравновешиванием нивелирования производится проверка журналов наблюдений, в превышения вводятся все необходимые поправки, составляются схемы нивелирных ходов, ведомости превышений и подсчитываются окончательные невязки в ходах и полигонах.

Уравновешивание нивелирных ходов производится по отдельным секциям, опирающимся на марки и реперы нивелирования высших классов. Все условия, возникающие в секции, уравновешиваются совместно по способу профессора В.В. Попова, а также методом последовательных приближений или узлов. За веса ходов берутся величины, обратно пропорциональные числу штативов. При небольших значениях невязок применяется упрощенный способ.

Если невязки в ходах II класса между отметками марок или реперов городского нивелирования II класса превышают допуск п. 4.20 , разрешается опускать эти марки или реперы как исходные, увеличивая длины секций. Каждое подобное решение должно быть обосновано детальным анализом качества исполненного нивелирования.

Разрешается в отдельных случаях вычислять отметки реперов от условного нуля, который в дальнейшем должен быть привязан к маркам или реперам государственной нивелирной сети; после привязки производится перевычисление отметок.

При уравновешивании вычисление превышений и отметок производится до десятых долей миллиметра. В каталог отметки выписываются до миллиметра. Вычисление превышений и отметок, а также составление каталога отметок производится в две руки.

В результате нивелирования II класса и опорных ходов III класса составляется каталог реперов с занесением в него отметок тригонометрических и полигонометрических пунктов. Форма каталога приводится в приложении 4-3 .

В техническом отчете по наземному нивелированию приводятся:

а) обоснование принятой классности;

б) данные о привязках к городской или государственной нивелирной сети;

в) характеристики марок и реперов, их распределение по типам;

г) применявшиеся инструменты, способы нивелирования, данные оценки точности;

д) способы уравновешивания, результаты вычислений (невязки по ходам), оценка точности по результатам уравновешивания.

е) заключение о пригодности исполненного нивелирования для всех горно-строительных работ, для обеспечения сбоек тоннелей в профиле и для наблюдений за деформациями наземных зданий и сооружений.

3. Разбивка на дневной поверхности трассы и подземных коммуникаций

Перенесение оси трассы и красных линий в натуру

Перенесение оси трассы в натуру производится:

для метрополитенов - в местах расположения вестибюлей по специальным заданиям проектировщиков и руководства;

для внегородских тоннелей - в местах расположения открытых выемок, порталов, шурфов и стволов шахт, на оползневых участках тоннелей, по специальным заданиям проектировщиков и руководства.

Во всех случаях, когда закрепляемая в натуре трасса метрополитена не будет использована для строительных работ, следует применять графический метод перенесения.

При высоких требованиях к точности перенесения или при отсутствии застройки применяют аналитический метод с использованием пунктов геодезической основы.

В необходимых случаях вынесенные в натуру точки зарисовываются, привязываются к пунктам местности и закрепляются постоянными или временными знаками.

Вынесенные в натуру точки должны быть связаны между собою контрольными измерениями. Возможна также графическая проверка этой выноски по крупномасштабным планам.

Если количество или расположение пунктов геодезической основы не обеспечивает перенесение оси трассы в натуру, производится прокладка дополнительных ходов методом подходной полигонометрии или методом рабочего обоснования (в зависимости от требуемой точности разбивки).

В местах расположения вестибюлей или других наземных сооружений метрополитена производится перенесение в натуру красных линий городской планировки. При наличии отклонений в принятой для строительства системе координат от городской системы производится согласование с геодезической организацией городского Совета.

В случаях необходимости получения координат углов зданий опорной городской застройки определение их производится полярным методом или способом угловых засечек.

При обоих способах определения координат точек должен быть обеспечен контроль.

Сгущение точек оси трассы, перенесенных в натуру от пунктов геодезической основы, производится: на прямых участках - с помощью створов и на кривых - методом ординат от линий тангенсов или по хордам.

При разбивке в пересеченной или горной местности может потребоваться прокладка теодолитных ходов по оси трассы между несколькими "твердыми" точками, перенесенными от пунктов геодезической основы. Углы и линии в натуре откладываются согласно проектным данным. При этом в длины линий должны быть введены поправки за наклон.

Чтобы избежать значительного накопления ошибок, рекомендуется разбивку вести от каждой "твердой" точки до середины соответствующего участка.

При повышенных требованиях к точности разбивки оси трассы на поверхности следует вести контрольные измерения откладываемых в натуре углов. При наличии малой разности между отложенным и измеренным углами исправление этой разности производится путем перемещения передней точки, фиксирующей отложенный в натуре угол.

Для этой цели можно пользоваться следующей приближенной формулой

где δ - смещение конечной точки линии в мм;

∆β ^² - разность между измеренным и отложенным углами;

L - длина линии в м.

Разбивка и съемка подземных коммуникаций

При строительстве метрополитенов необходимо иметь полные данные о городских подземных коммуникациях в районе работ.

Разбивка новых подземных коммуникаций, связанных со строительством метрополитена и тоннелей, производится по чертежам проектных организаций, завизированным главным инженером строительства.

Разбивка и съемка городских подземных коммуникаций производятся от капитальных и постоянных зданий.

Закрепление осей подземных коммуникаций, центров колодцев и углов поворота трассы в плане и профиле производится на обносках.

Исполнительное нивелирование проложенных подземных коммуникаций выполняется методом нивелирования IV класса.

Колодцы и вводы коммуникаций привязываются не менее чем тремя промерами к существующим наземным зданиям и сооружениям.

В отдельных случаях определяются координаты центров колодцев и углов поворотов.

По окончании строительных работ на все подземные коммуникации составляются следующие исполнительные чертежи:

) ситуационный план в масштабе 1:2000;

) план подземной коммуникации в условных знаках в масштабе 1:500 с показанием ситуации не менее чем по 20 м (в каждую сторону) от оси;

) исполнительный профиль коммуникации в масштабах: горизонтальный - 1:500; вертикальный - 1:100.

В незастроенной части все коммуникации подлежат съемке от плановой и высотной геодезической основы.

4. Наблюдения за деформацией поверхностных сооружений

Установка и закрепление деформационных реперов

При строительстве тоннелей всех назначений имеют место осадки земной поверхности, вызываемые горными работами. Величины осадок зависят от глубины залегания тоннелей, геологических условий, размеров горных выработок, скорости и способов ведения горных работ, своевременности заполнения пустот за обделкой сооружения и ряда других факторов.

В целях выявления величин осадок необходимо постоянно наблюдать за поверхностными сооружениями в зоне возможной деформации. Наблюдения состоят в периодическом нивелировании установленных на сооружениях деформационных реперов.

Ширина возможной зоны деформации устанавливается от полуторной до двойной глубины залегания тоннеля (по каждую сторону от него), в зависимости от геологических и гидрогеологических условий.

Проект расположения деформационных реперов составляется на имеющихся планах поверхности, на которых показаны проектируемые подземные сооружения.

Деформационные реперы намечаются на зданиях вблизи основных углов, а на больших зданиях - на расстояниях 20 - 25 м друг от друга.

После составления проекта расположения реперов производится рекогносцировка в натуре. Места закладки реперов отмечаются масляной краской, на стенах подписываются их порядковые номера. Возрастание номеров дается сообразно возрастанию пикетажа трассы.

На зданиях с облицовкой из гранита или мрамора реперами могут служить цоколи указанных облицовок. Места постановки нивелирной рейки окрашиваются краской, при этом выполняются зарисовка и линейные привязки мест, служащих реперами, к ближайшим характерным элементам ситуации - углам домов, аркам, пилястрам и т.д. (рис. 7.1).

Рис. 4 План расположения деформационных реперов на цоколях зданий:

1 - номера домов; 2 - характеристики зданий; 3 - деформационные реперы. Размеры указаны в метрах

Рис. 5. Стенной деформационный репер:

1 - деформационный репер; 2 - цоколь здания. Размеры указаны в миллиметрах

При производстве рекогносцировки ведется описание деформационных реперов по форме, приведенной в приложении 7-1 .

Одновременно с рекогносцировкой производится обследование основной застройки, уточняются характеристики и адреса зданий. Все изменения и дополнения наносятся на планы поверхности.

В качестве реперов применяются костыли, изготовленные из арматурного железа, толщиною не менее 15 мм или готовые железнодорожные. Реперы закладываются в цоколи зданий на цементном растворе.

При строительстве внегородских тоннелей наблюдения за деформацией поверхности производится в случаях:

а) наличия на трассе наземных сооружений;

б) расположения тоннеля в неустойчивых (оползневых) породах.

Первичное нивелирование

До производства горнопроходческих работ сеть исходных реперов в районе трассы сгущается. Сгущение производится прокладкой опорных ходов III класса.

Дополнительными реперами могут служить удаленные от трассы нивелирные реперы, ранее не вошедшие в опорные ходы III класса, деформационные костыли и характерные точки наземных сооружений.

Для получения первичных отметок деформационных реперов между реперами II класса и реперами опорных ходов III класса прокладываются ходы III класса.

При выверке нивелира особое внимание уделяется соблюдению условия параллельности осей трубы и уровня.

Первичное нивелирование деформационных реперов производится по черной и красной сторонам реек дважды, желательно разными исполнителями и инструментами.

Максимальное расстояние от нивелира до реек не должно превышать 50 м.

Длины ходов между узловыми точками не должны быть более 400 м. Висячие ходы более трех станций не допускаются.

Для первичного и повторного нивелирования по деформационным реперам установлены следующие допуски:

а) расхождения в превышениях, определенных по черной и красной сторонам реек, не должны превышать ± 3 мм;

б) невязки в полигонах и замкнутых ходах не должны превышать  где п - число станций.

При величинах невязок в ходах, превышающих указанный допуск, производится уточнение отметок исходных реперов путем контрольного нивелирования опорными ходами III класса.

Расхождения в отметках деформационных реперов, получаемые из двух начальных нивелирований, не должны превышать 5 мм.

Повторное нивелирование

По мере производства горнопроходческих работ периодически ведется нивелирование деформационных реперов, по результатам которого выявляются величины осадок.

Отсчеты на связующие точки ходов производятся по черной и красной сторонам реек, на промежуточные - только по черной.

При всех повторных нивелированиях соблюдаются требования пп. 7.15 и 7.16.

Периодичность повторных нивелирований определяется степенью интенсивности осадок, но не реже одного раза в 1,5 месяца.

Повторное нивелирование продолжается до полного затухания осадок и в любом случае - не менее 3 месяцев после окончания горнопроходческих работ.

Для выявления деформации исходных реперов в районах производства горностроительных работ производится контрольное нивелирование этих реперов опорными ходами III класса. Периодичность его зависит от интенсивности осадок, но не должна быть реже двух раз в год.

Следует иметь в виду, что при большом притоке воды в подземных выработках зона осадок поверхности может достигать пятикратной глубины сооружения (по каждую сторону от него). Это обстоятельство может потребовать значительного расширения зоны контрольного нивелирования.

Оформление материалов

На все реперы II класса и реперы опорных ходов III класса, расположенные в районе наблюдения за деформацией, составляется каталог исходных отметок по форме, приведенной в приложении 7-2 .

Первичные значения отметок, а также описание деформационных реперов заносятся в специальную книгу-каталог. Первичные отметки выписываются красной тушью. В эту же книгу-каталог записываются величины осадок деформационных реперов по форме, приведенной в приложении 7-3 .

Помимо записей в каталогах, деформация отражается графически на планах штриховкой в условных знаках (см. приложение 7-4 ).

По результатам повторных нивелирований ежемесячно составляется сводная ведомость осадок по форме, приведенной в приложении 7-5 .

В особых случаях, когда осадки достигают значительных размеров, составляются промежуточные сводки непосредственно после получения полевых данных.

5. Маркшейдерские работы в подземных выработках и сооружениях. Подземная полигонометрия

Схема развития подземной полигонометрии; полигонометрические знаки

Подземная полигонометрия вместе с сетью подземного нивелирования является основой для точного перенесения в натуру проекта всех тоннельных сооружений.

Развитие подземной полигонометрии осуществляется или от станов, полученных из ориентирований через вертикальную шахту, или путем непосредственного примыкания к пунктам наземной геодезической основы через порталы, штольни и наклонные выработки.

После каждого очередного ориентирования (или передачи от наземной геодезической основы) все измерения по подземной полигонометрии повторяются вновь и производятся необходимые вычисления.

При отсутствии значительных расхождений берутся средние значения дирекционных углов и координат пунктов. При обнаружении значительных расхождений между результатами первого и второго измерений необходимо произвести их третий раз.

В условиях возможной деформации знаков необходимо производить повторные измерения.

Схема подземной полигонометрии и принятая методика угловых и линейных измерений должны обеспечивать необходимую точность сбоек встречных выработок или тоннелей.

При проходке тоннелей средней протяженности (длина односторонней проходки до 1 км) следует прокладывать полигонометрию двух видов:

а) рабочую подземную полигонометрию со сторонами от 25 до 50 м;

б) основную подземную полигонометрию со сторонами от 50 до 100 м.

При такой системе каждая вторая точка рабочей опоры включается в ход основной полигонометрии.

При длине односторонней проходки более 1 км целесообразно дополнительно прокладывать главные ходы с более длинными сторонами (150, 200 м и больше), используя, как правило, при этом знаки основной подземной полигонометрии. При длинах плеч односторонней проходки (на сбойку) порядка 4 - 6 км необходимо добиваться прокладки главного хода со сторонами 600 - 800 м. На прямых участках трассы, с целью уменьшения влияния боковой рефракции на результаты угловых измерений, смежные знаки должны располагаться на разных сторонах тоннеля или по оси его.

Рис. 6. Определение длин сторон главного хода по сторонам основной полигонометрии:

1 - тоннель; 10, 11, 12, ..., 21, 22 - знаки основной полигонометрии; 10, 13, 16, 19 ^bis , 22 - знаки главного хода. При измерениях на станции 19 ^bis , наблюдается (двумя приемами) направление на знак 19 и измеряется короткий отрезок 19 ^bis - 19

При длинах сторон главного хода до 400 м измерение углов производится теодолитами типа Т-2 шестью-девятью приемами. При сторонах более 400 м для измерения углов необходимо применять теодолиты типа Т-1. Измерение производится шестью-девятью приемами.

Во всех случаях прокладки главных ходов в тоннелях угловые измерения должны производиться многократно (не менее двух раз), разновременно и в максимально благоприятных условиях.

Длины сторон главных ходов, как правило, определяются путем проектирования измеренных сторон основной полигонометрии (рис. 9.1).

В подходных выработках, где длины сторон могут доходить в отдельных случаях до 10 м, в целях обеспечения необходимой точности применяют метод одновременной постановки двух или трех теодолитов (см. п. 9.32 ).

Схема основной подземной полигонометрии, как правило, должна предусматривать создание непрерывной цепи треугольников (рис. 9.2 ).

Деформация знаков полигонометрии, к которым производится привязка вновь заложенного пункта, обнаруживается при повторных угловых измерениях на этих знаках.

Рис. 7. Передача дирекционного угла и координат на полигонометрические знаки у забоя:

1 - ствол; 2 - подходная штольня; 3 - выработки по трассе; 1 , 2 , 3 - знаки полигонометрии у ствола; А, В, С, D , Е - знаки основной полигонометрии

При наличии параллельных тоннелей ходы подземной полигонометрии связываются между собой через поперечные соединительные выработки.

При сооружении тоннелей небольшой протяженности можно ограничиваться прокладкой только рабочего полигонометрического хода.

Во всех случаях определения координат знаков висячим ходом угловые и линейные измерения должны быть произведены дважды - независимо и разновременно.

Знаки основной полигонометрии закрепляются:

а) на кривых участках трассы - с внешней стороны кривой, т.е. со стороны возвышенного рельса;

б) на прямых участках: в тоннелях метрополитена - с внешней стороны относительно оси междупутья, в одиночных тоннелях - с любой стороны.

Знаки подземной полигонометрии, как правило, должны одновременно являться и реперами подземной высотной основы.

В зависимости от характера выработки или вида тоннельной обделки знаки могут быть следующих типов:

а) стержень металлический в бетонном монолите, в кровле выработки, в своде сооружения или в стене тоннеля;

б) точка, высверленная и зачеканенная медью на площадке, запиленной на ребре жесткости или борте тюбинга.

Знаки подземной полигонометрии закладываются в тоннелях с чугунной обделкой на уровне головки рельсов, а с железобетонной - на уровне путевого бетона.

Нумерация знаков для всей сооружаемой трассы должна быть единой и не иметь повторений.

Для каждого строительного объекта выделяется группа номеров. Знакам левого тоннеля даются нечетные номера, правого - четные.

Нумерация знаков должна возрастать по ходу пикетажа.

На каждый закрепленный знак должно быть составлено описание. В тюбинговых тоннелях рекомендуется форма описания, приведенная в приложении 9-1 .

В необходимых случаях производятся привязки знаков к характерным точкам сооружения.

У каждого знака должен быть надписан масляной краской его номер. Подписи номеров периодически должны восстанавливаться. Маркшейдеры объектов обязаны следить за сохранностью знаков и видимостью между ними.

Линейные измерения и точность их

Измерение длин сторон в подземной полигонометрии производится стальными компарированными рулетками или проволоками, при постоянном натяжении с учетом температуры и превышений концов мерного прибора. При наличии возможности измерение производят по створным отвесам на одном горизонте, фиксируемом на нитях отвесов с помощью нивелира.

Каждый пролет измеряется при трех положениях мерного прибора. Расхождения разностей (П-З) не должны превышать: 2 мм - для рулетки, 0,8 мм - для проволоки. Измерение производится в прямом и обратном направлениях.

Разности между значениями измерений рулеткой по прямому и обратному ходу не должны превышать:

мм - для линий короче 25 м;

мм - для линий от 25 до 50 м;

мм - для линий от 50 до 80 м.

При длинах линий свыше 80 м относительная разность между значениями измерений в прямом и обратном направлениях не должна превышать 1 : 20000.

Для проволоки относительная разность измерений туда и обратно не должна превышать 1 : 30000.

При невозможности непосредственного промера линии между полигонометрическими знаками применяются косвенные методы измерений.

геодезический маркшейдерский выработка сооружение

Рис. 8. Определение длины линии ПЗ 7 - ПЗ 9 по известным отрезкам b и c :

1 - препятствие; a - отрезки, перпендикулярные к определяемой линии; d - определяемая линия; b, с - линии, измеряемые в натуре;  величины а не должны превышать 0,5 м.

Рис. 9. Косвенное определение длины стороны полигонометрии:

1 - препятствие; d ² = b ² + c ² - 2 bc × cos b ; b и с - линии, измеряемые в натуре

Рис. 10. Схема контроля измерения длин сторон полигонометрии:

АС = АВсо s b + ВСсоs g

АС - определяемая сторона; AВ и ВС - измеряемые для контроля стороны

Для контроля линейных измерений, производимых по сторонам треугольников подземной полигонометрии, пользуются формулой, приведенной на рис. 9.5 .

В криволинейных тоннелях, когда ошибки линейных измерений оказывают существенное влияние на поперечный сдвиг хода, следует применять два мерных прибора и производить их компарирование не реже одного раза в месяц.

Угловые измерения и точность их; внецентренное измерение углов

При измерении углов в ходах подземной полигонометрии руководствуются указаниями табл. 2.

При работе способом повторений в первом полуприеме измеряют угол левый по ходу, во втором - по ходу правый. Отклонение суммы углов от 360° не должно превышать ± 12 ² .

Таблица 2

Примечание. Допуски для колебания направлений, приведенных к нулю, относятся к измерениям, произведенным при одном положении центрира.

Инструмент при угловых измерениях устанавливается на консоли или штативе. Центрирование производится с помощью отвеса на центрировочный штифт трубы теодолита или с помощью оптического центрира.

При отсутствии на трубе теодолита центрировочного штифта на ней должна быть тщательно накернена специальная точка. Центрирование производится при горизонтальном положении трубы теодолита.

По окончании первой половины программы измерений на станции производится проверка правильности центрирования инструмента и визирных целей.

При пользовании оптическим отвесом измерение углов производится или четырьмя приемами (с перецентрировкой инструмента по окончании первой половины программы наблюдений на 180°), или тремя приемами (при трех независимых центрировках с поворотами теодолита на 120°). Оптический отвес перед работой должен быть тщательно выверен.

Расхождения между значениями направлений, измеренными при разных центрировках, не должны превышать:

12 ² - при длинах сторон свыше 50 м;

20 ² - при длинах сторон от 25 до 50 м;

30 ² - при длинах сторон от 15 до 25 м.

Визирование производится на нити отвесов, отцентрированные над знаками.

Выноска центра должна производиться при помощи выверенного отвеса с отверстием, диаметр которого соответствует толщине нити. Нить не должна иметь узлов или надвязок.

Выносимая с помощью отвеса точка должна обеспечивать постоянное (однообразное) положение на ней нити отвеса; длина последней не должна превышать 1,5 м.

При значительных длинах сторон рекомендуется применять в качестве объектов визирования световые цели, устроенные в виде щитков с вертикальной прорезью, освещаемой источником света.

Во всех случаях, когда это возможно, следует визировать на тонкую шпильку, установленную непосредственно в центре знака.

При отсутствии видимости между знаками применяют внецентренный способ измерения углов. При этом следует руководствоваться основными указаниями для этого способа, данными в п. 2.21 .

Внецентренный способ может быть применен для повышения точности угловых измерений в следующих случаях:

а) при коротких сторонах хода, закрепленного знаками в сводовой части тоннеля или в кровле выработки (рис. 9.6); визирование в этом случае производится на нити отвесов;

б) при коротких сторонах хода, когда имеется возможность визировать на шпильки, установленные в центрах знаков (рис. 9.6);

в) при смещении инструмента от стены тоннеля в сторону, чем ослабляется действие боковой рефракции.

Внецентренный способ применяется также:

а) на крестах выработок, где он обеспечивает возможность надежного закрепления знаков и удобной постановки инструмента;

Рис. 11. Внецентренное измерение углов полигонометрии при коротких сторонах хода

Рис. 12. Внецентренное измерение углов на кресте выработок:

1 - перегонные тоннели; 2 - поперечная выработка;   a + b + Q = 180°00 ¢ 00 ² ;  Q и Q ₁ - измеряемые углы; a , b , d - вычисляемые углы; a , b , c , d - измеряемые линии; е - линейный элемент центрировки

б) при связке полигонометрии в передовой штольне и в сооружаемом тоннеле .

Пример вычисления поправок за центрировку приводится в приложении 9-2.

При наличии короткой стороны в ходе, помимо внецентренного способа, применяют метод передачи дирекционного угла путем одновременной постановки двух теодолитов на концах этой стороны.

На знаках, расположенных на концах короткой стороны, взаимное визирование производится на центрировочные штифты инструментов (при горизонтальном положении трубы). Для исключения погрешности от несовпадения штифта с вертикальной осью вращения теодолита трубу наблюдаемого инструмента необходимо после второго приема повернуть (по азимуту) примерно на 180°.

Рис. 13. Внецентренное измерение углов при связке полигонометрии в передовой штольне и сооружаемом тоннеле

Взаимное визирование также производят на подсвеченную сетку нитей второго инструмента, наведенного на первый и обратно.

Этот способ может применяться и при наличии двух смежных коротких сторон. В этом случае одновременно устанавливаются три теодолита.

Расхождения двукратных разновременных измерений углов не должны превышать:

15 ² - при сторонах короче 25 м;

10 ² - при сторонах от 25 до 50 м;

7 ² - при сторонах от 50 до 100 м;

5 ² - при сторонах свыше 100 м.

Допуски для углов главных ходов устанавливаются специальным расчетом.

Угловые невязки в треугольниках основной полигонометрии не должны превышать:

± 8 ² - при однократно измеренных углах;

46 ² - при двукратном измерении.

Вычисление подземной полигонометрии

Журналы угловых и линейных измерений проверяются в две руки.

Все результаты измерений выписываются на схему (рис. 9.9); выписка проверяется во вторую руку.

В целях удобства пользования схемой рекомендуется применять для осей тоннелей и пикетов красный цвет, №№ знаков - синий, значений, углов, линий и дат измерений - черный Невязки выписывают карандашом.

Перед вычислением каждого последующего знака подземной полигонометрии необходимо убедиться в отсутствии деформации предыдущих (исходных) знаков.

Вычисление углов поворота и дирекционных углов в рабочей и основной полигонометрии ведется с удержанием целых секунд. В главных ходах при измерениях углов теодолитами Т-2 средние результаты округляются до 0,5 ² , а при измерении теодолитами типа Т-1 удерживаются десятые доли секунды.

В длинах линий, приращениях и координатах удерживаются целые миллиметры.

Если подземная полигонометрия строится треугольниками, то вычисление вновь определяемого знака производится ходом между ранее определенными (исходными) знаками через короткую и длинную стороны треугольника.

После каждого последующего ориентирования шахты от уточненного исходного подземного стана производится передача дирекционного угла и координат в забой.

При построении подземной полигонометрии в виде цепочки треугольников передача осуществляется через различные 100-метровые линии двумя ходами. При наличии главного хода основная передача производится через него.

Рис. 14. Схема подземной полигонометрии. Результаты измерений

По этим двум-трем независимым передачам, произведенным от уточненных данных (с учетом их весов), определяются координаты и дирекционный угол в забое.

При соединении через поперечные выработки ходов, проложенных в двух смежных тоннелях, угловая невязка в полигоне не должна превышать:

 - при однократно измеренных углах;

 - при двукратном измерении;

здесь п' - число углов в полигоне.

Относительная линейная ошибка в этих полигонах не должна превышать 1 : 25000. При периметре менее 250 м абсолютная ошибка не должна превышать 10 мм.

Вычисления подземной полигонометрии ведутся в две руки, в специальных книгах для каждого строительного управления. Новые результаты, связанные с повторными измерениями или с изменениями в исходных дирекционных углах и в координатах, тщательно сверяются с ранее произведенными вычислениями.

Использованию вновь полученных значений должен предшествовать глубокий анализ всех имеющихся вычислительных материалов.

При соединении подземной полигонометрии между двумя шахтами или порталами руководствуются допусками, установленными в п. 8.60 .

Уравновешивание подземной полигонометрии после сбойки

При уравновешивании подземной полигонометрии в тоннелях необходимо учитывать положение фактических осей на пройденных участках.

При проходке тоннеля встречными забоями на месте сбойки выбирается узловой знак. Координаты узлового знака принимают равными промежуточным значениям координат, при которых отклонения тоннеля не превосходят допустимых. В качестве дирекционного угла узловой линии принимают его среднее значение, полученное по данным ориентирования, выполненного по каждой из двух шахт, а также из ориентирования, выполненного по методу двух шахт.

При проходке тоннеля догоняющим забоем узловым знаком может служить один из знаков полигонометрии в середине хода, где отклонения тоннеля от рабочей оси максимальные.

Дальнейшее уравновешивание ходов, проложенных между приствольными знаками и узловым, можно выполнить упрощенным способом.

В тоннелях, предназначенных для укладки железнодорожных путей, относительная невязка каждого из ходов полигонометрии не должна превышать 1 : 10000.

Все маркшейдерские работы по определению путейских реперов в метрополитенах и железнодорожных тоннелях могут выполняться только от окончательно уравновешенных координат знаков подземной полигонометрии.

По окончании работ по строительству данного тоннеля или участка метрополитена должен быть составлен каталог подземной маркшейдерской основы для всех постоянных знаков (см. приложение 25-3 ).

. Подземная высотная основа

Схема построения нивелирной основы

Для перенесения проекта в натуру и обеспечения сбоек подземных выработок и тоннелей в профиле создается высотная основа.

Создание подземной высотной основы осуществляется путем:

а) передачи отметок с поверхности в подземные выработки;

б) проложения нивелирных ходов в выработках, тоннелях и других строящихся сооружениях.

В качестве исходных данных при передаче высот в подземные выработки принимаются отметки реперов нивелирования II класса и опорных ходов III класса.

Подземная нивелирная сеть по своему виду повторяет подземную полигонометрию. В качестве реперов, как правило, используются полигонометрические знаки.

Передача отметок в подземные выработки

Передача отметок в подземные выработки и тоннели осуществляется через вертикальные стволы шахт, вентиляционные скважины, наклонные тоннели, порталы и штольни.

Перед каждой передачей отметки необходимо производить контрольное нивелирование по реперам, служащим исходными на поверхности.

Передача отметок с поверхности через вертикальные выработки производится:

а) после проходки ствола до проектной отметки;

б) после сооружения околоствольного двора;

в) после сооружения на трассе первого отрезка постоянной тоннельной обделки.

Через порталы, штольни и наклонные тоннели передача отметок осуществляется проложением нивелирного хода с дневной поверхности в подземные выработки.

В отдельных случаях целесообразно передачу отметки к порталам и штольням производить методом геодезического (тригонометрического) нивелирования.

Передачу отметки через наклонные тоннели (выработки) следует контролировать геодезическим нивелированием.

После окончания проходки ствола до проектной глубины передача отметки на нижний горизонт производится с помощью стальной рулетки и сообщающихся сосудов.

Передача отметок через вертикальные стволы и вентиляционные скважины производится двумя нивелирами (один - на дневной поверхности, другой - под землей, в околоствольном дворе) с помощью стальной рулетки и нивелирных реек.

Передача отметки в подземные выработки производится не менее чем с двух исходных реперов, расположенных на поверхности и не менее чем на два репера в подходных выработках.

Рулетка, опускаемая в ствол шахты, предварительно компарируется на плоскости при натяжении 10 кг. При этом же натяжении производятся все передачи отметок.

Наблюдения при передаче отметки в шахту через вертикальный ствол или скважину (рис. 10.1 ) состоят из отсчетов по рейкам, устанавливаемым на поверхностных и подземных реперах, и по рулетке, опущенной в ствол (обычно нулем вниз). Отсчеты по рулетке производятся двумя нивелирами одновременно на поверхности и под землей.

Передачу отметки в шахту необходимо выполнять не менее чем при трех горизонтах инструментов или при трех положениях рулетки.

Отсчеты по рулетке и рейкам записываются в нивелирном журнале с обязательной зарисовкой расположения рулетки, инструментов, реперов и реек на поверхности и под землей.

При значительной разнице в температуре воздуха на дневной поверхности и под землей (более 5 °С) измерение ее производится на нескольких горизонтах. За окончательную температуру рулетки принимают среднее значение из показаний термометра на разных горизонтах.

Значения отметок подземных реперов вычисляются по формуле

 _m = H_n + а - [ (l₁ - l ₂ ) + D k + D t ° ] - b ,

где Н_т - отметка подземного репера;

Н_п - отметка репера на поверхности;

а - отсчет по рейке на поверхности;

b - отсчет по рейке в шахте;

l ₁ - отсчет по рулетке на поверхности;

l ₂ - отсчет по рулетке в шахте; k - поправка за компарирование рулетки; t ° - поправка в длину рулетки за температуру.

Рис. 15. Передача отметки с поверхности в подземные выработки:

1 - стенной репер; 2 - подземный полигонометрический знак; 3 - нивелиры; 4 - нивелирные рейки; 5 - копер; 6 - рулетка с грузом

Поправка в длину рулетки за температуру вычисляется по формуле

 t ° = kl(t ° _ср - t₀),

где k = 0,0000125 - коэффициент линейного расширения стали на 1°;

t ° _ср - средняя температура на поверхности и в шахте;

t ₀ - температура, для которой дана поправка за компарирование рулетки.

При передаче отметки в глубоких стволах (более 150 м) вводится поправка за удлинение рулетки под влиянием собственного веса, вычисляемая по формуле

где Q - половина собственного веса рулетки;

l - длина рулетки (использованная в данной передаче);

Е - модуль упругости (для стали E = 2 · 10⁶ кг/см²);

F - поперечное сечение рулетки, выраженное в см².

При глубинах стволов свыше 150 м рекомендуется для передачи отметки применение специального проволочного мерного прибора (глубиномера), снабженного счетчиками полных оборотов мерного диска, приспособлением для определения долей оборота и рейками, скрепляемыми с проволокой в процессе передачи отметки.

Расхождения значений отметок, полученных из передач при разных горизонтах (или разных положениях рулетки), не должны превышать 4 мм, а расхождения значений отметок по разновременным передачам - 7 мм. Для глубоких стволов допуски устанавливаются специальными расчетами.

Допустимое расхождение в вычисленной отметке подземного репера, полученной из прямого и обратного нивелирования через наклонный тоннель, не должно превышать величины, равной  где n - число штативов.

Подземные нивелирные ходы

Исходными данными для подземного нивелирования являются отметки реперов, на которые высота передана с дневной поверхности.

Для нивелирования реперов в подземных выработках и тоннелях применяются:

а) нивелиры типа НВ-1, НСМ-2А с самоустанавливающейся линией визирования и им равноточные;

б) двусторонние или односторонние шашечные рейки с сантиметровыми делениями длиною от 0,6 до 3,0 м.

Рейки должны быть прокомпарированы. Случайные ошибки дециметровых делений не должны превышать ± 0,5 мм. Установка реек в вертикальное положение производится при помощи отвесов или круглых уровней.

Нивелирование производится из середины, в прямом и обратном направлениях.

Превышение на станции определяется отсчетами по двум сторонам реек, а при наличии односторонних реек - при двух горизонтах нивелира.

Расхождения в превышениях, определенных на станции по черным и красным сторонам реек или при двух горизонтах инструмента, не должны превышать 3 мм.

Отметка репера, заложенного в кровле, определяется по формуле

 _к = H _л + а + b ,

где H _к - отметка репера, заложенного в кровле;

H _л - отметка репера, заложенного в лотке;

а - отсчет по рейке, установленной на лотковом репере;

b - отсчет по рейке, приложенной нулевым концом к реперу в кровле.

При наличии деформаций подземных выработок производятся повторные нивелирования, частота которых зависит от интенсивности деформации.

После каждого подземного нивелирования полевые журналы проверяются в две руки. Составляется в крупном масштабе схема нивелирной сети, на которую выписывают (с округлением до миллиметра) средние превышения из прямого и обратного ходов, дату нивелирования и число штативов. Превышения могут заноситься также в схему подземной полигонометрии, где они записываются зеленым цветом.

По мере замыкания нивелирных полигонов подсчитываются их невязки.

Допустимые невязки в полигонах вычисляются по формуле

где п - число штативов в полигоне.

Отметки подземных реперов, определяемые в результате первичного и всех последующих нивелирований, заносятся в каталог, форма которого приведена в приложении 10-1 .

Для ходов между реперами, отметки которых получены из передач через стволы шахт или вентиляционные скважины, допустимая невязка подсчитывается по формуле

где L ¢ - длина нивелирного хода в километрах в подземных выработках;

L - длина нивелирного хода в километрах на поверхности.

Третий член данной формулы, учитывающий ошибки передачи отметок с поверхности в подземные выработки, рассчитан на глубину ствола шахты до 100 м. При более глубоких шахтах третий член формулы определяется в зависимости от глубины шахты и метода передачи отметок.

Для ходов подземного нивелирования, связанных с поверхностью непосредственно (через порталы или штольни), допустимая невязка определяется формулой

где L ¢ - длина нивелирного хода в километрах в подземных выработках;

L - длина нивелирного хода в километрах на поверхности.

По мере завершения строительства тоннелей производится окончательное нивелирование в прямом и обратном направлениях. Уравновешивание системы ходов и полигонов подземного нивелирования выполняется по способу проф. В.В. Попова, методом узлов, а при небольших значениях невязок - упрощенным способом.

Все маркшейдерские работы по точной установке путейских реперов в метрополитенах и железнодорожных тоннелях могут выполняться только от окончательно уравновешенных отметок реперов (знаков) подземной основы.

Список литературы

"Техническая инструкция по производству геодезическо-маркшейдерских работ при строительстве метрополитенов и тоннелей", издания 1956 года; "Строительные нормы и правила"; СНиП II -Д.3-62; СНиП III-Б.8-68; "Временные технические условия производства тоннельных работ", Минтрансстрой, издания 1955 г.