Развитие маркшейдерского дела и приборостроения в России

Развитие маркшейдерского дела и приборостроения в России

Реферат

Развитие маркшейдерского дела и приборостроения в России

Введение

Маркшейдерское дело зародилось в глубокой древности вместе с возникновением горных разработок, когда появилась необходимость в производстве измерений для определения протяженности подземных горных выработок, их взаимного положения и расположения относительно объектов земной поверхности.

В древнее время способ непосредственного построения контуров горных выработок на земной поверхности был наиболее распространенным и состоял в том, что в горных выработках при помощи шнуров строилась цепь треугольников, затем, при помощи этих же шнуров воспроизводились контуры горной выработки на поверхности в натуральную величину.

Новым, более совершенным техническим средством производства съемок явился компас, который начал применяться для маркшейдерских съемок в XI-XII вв.

Много веков буссольная съемка с использованием подвесных приборов была единственным способом подземных маркшейдерских съемок.

1. Развитие маркшейдерского дела в России

Большая заслуга в распространении знаний и в развитии маркшейдерского дела в России принадлежит М.В. Ломоносову.

Глава «О измерении рудников» из книги «Первые основания металлургии или рудных дел» (1763 г.) явилась обобщением отечественной и зарубежной практики и дальнейшим развитием теории маркшейдерского дела того времени.

Дальнейшее развитие горной промышленности, увеличение глубины разработок и общей протяженности горных выработок требовали производства съемок более высокой точности, чем точность буссольной съемки. В середине ХIХ в. почти одновременно во Франции, Германии и России начались работы по применению в маркшейдерском деле геодезических инструментов - теодолитов и нивелиров, положивших начало так называемому новому маркшейдерскому искусству.

Теодолитная съемка и геометрическое нивелирование в шахте стали широко распространяться. Русскими и немецкими маркшейдерами впервые разработаны и описаны способы производства подземной теодолитной съемки и геометрического нивелирования в горных выработках.

Наиболее полными курсами «нового маркшейдерского искусства» в первый период являлись работы русского инженера П.А. Олышева (1847 г.) и немецких инженеров Вейсбаха (1851 г.) и Борхерса (1869 г.).

Дальнейшему развитию маркшейдерского дела в России способствовали труды проф. В.И. Баумана и проф. Г.А. Тиме.

Трехтомный «Курс маркшейдерского искусства» В.И. Баумана, изданный в 1905-1908 гг., до 30-х годов был почти единственным наиболее полным учебным руководством.

Проф. В.И. Бауман провел работу по созданию единой системы координат для Донецкого каменноугольного бассейна и проделал большую подготовительную работу по реорганизации постановки маркшейдерского дела в России, осуществить которую удалось только после Октя6рьской революции 1917 года.

Немалые заслуги в развитии маркшейдерского дела в России принадлежат проф. П.М. Леонтовскому. Им были разработаны первые правила построения предохранительных целиков для условий Донецкого бассейна и написаны монографии: «Элементы залегания пластов (горная геометрия)» (1905 г.), «Литература об обрушении и оседании пород в рудниках и о влиянии их на дневную поверхность» (1912 г.) и др.

Проф. П.К. Соболевским разработаны основные положения геометрии недр как новой учебной дисциплины, которая получает дальнейшее развитие и применение на практике.

Несмотря на плодотворную работу отдельных специалистов, развитие маркшейдерского дела в России до XX в. шло очень медленно, маркшейдерская служба на горных предприятиях имела существенные недостатки.

Толчок развитию маркшейдерского дела в нашей стране дал Всероссийский маркшейдерский съезд 1921 г., после которого была осуществлена коренная реформа маркшейдерской службы.

Были изданы положения и инструкции, определяющие права и обязанности работников маркшейдерской службы горных предприятий.

Особое внимание было обращено на подготовку маркшейдерских кадров.

В горных вузах создавались отделения для подготовки инженеров-маркшейдеров.

В 1926 г. в Первом сибирском политехникуме им. ак. А. Тимирязева в г. Томске (ныне Прокопьевский горнотехнический колледж им. В.П. Романова) впервые в нашей стране началась подготовка горных техников-маркшейдеров.

В 1932 г. было создано Центральное научно-исследовательское маркшейдерское бюро (ЦНИМБ), которое в 1945 г. реорганизовано во всесоюзный научно-исследовательский маркшейдерский институт (ВНИМИ). В настоящее время в развитии маркшейдерского дела в России принимает широкое участие большой круг работников производства, учебных заведений и специализированного научно-исследовательского института.

Выполнены обширные исследования в области точности маркшейдерских съемок и уравнительных вычислений, часть которых получила обобщение в труде проф. И.М. Бахурина «Курс маркшейдерского искусства. Специальная часть» (1932 г.).

В результате многолетних наблюдений за сдвижением горных пород и земной поверхности под влиянием горных разработок накоплены исключительно обширные фактические материалы, на основе которых выявлен ряд закономерностей процесса сдвижения и разработаны правила охраны сооружений от вредного влияния горных разработок для всех основных угольных бассейнов и ряда месторождений.

Эти работы являются особенно важными и представляют серьезные достижения российских маркшейдеров.

В области производства соединительных съемок создана аппаратура и разработаны методики оптического и гироскопического способов ориентирования подземной съемки. Достигнуты успехи в создании малогабаритного маркшейдерского гирокомпаса.

Внесено много нового, прогрессивного в области методики производства основных маркшейдерских съемок и работ на шахтах и карьерах.

Выполнены значительные работы па созданию новых инструментов и приборов для производства маркшейдерских съемок.

Разработана единая «Техническая инструкция по производству маркшейдерских работ».

Дальнейшее развитие маркшейдерского дела в нашей стране предопределяется задачами постоянного технического прогресса в горной промышленности и внедрение новых методик маркшейдерских съемок, технологии анализа и уравнивания подземной полигонометрии.

Широкое распространение приборов высокой точности во много раз снизило трудоемкость ориентирования подземной и надземной съемки при любой глубине и протяженности разработки.

В связи с внедрением высокопроизводительных автоматизированных комплексов по выемке полезного ископаемого, на шахтах, карьерах и рудниках широко применяются горногеометрические построения, позволяющие определять с достаточной полнотой и степенью точности форму залегания, свойства и качество полезного ископаемого.

. Приборостроение

маркшейдерский съемка ломоносов приборостроение

История цивилизации показывает, что в период античности был заложен фундамент в развитии многих европейских наук и искусств. Заметный след античность оставила и в истории геодезии. Особо важную роль сыграло дорожное строительство, которое инициировало развитие античной полигонометрии, создало первооснову геодезических линейных изысканий и значительно продвинуло развитие инженерной геодезии. Последнее стало возможным главным образом благодаря строительству объектов путевого обеспечения: насыпей, выемок, туннелей, мостов, переправ, почтовых станций и т. п.

Перечисленный комплекс работ, как оказалось, характерен не только для современных автодорог, ставших «прямым правоприемником» дорог античных, но характерен также и для железных дорог, особенно в ранний период их становления. Иными словами - современные авто- и железные дороги произошли от одного первоисточника. В настоящей статье делается попытка описать имевшую место привнесенность античности в историю железнодорожного строительства.

Лучшие греческие дороги, ставшие далеким прототипом дорог железных, не были ни военными, ни торговыми. Они предназначались для богослужения и представляли высеченную в камне в виде желоба двойную колею, по которой двигались колеса жертвенных повозок. В отдельных местах к дорогам такого типа, как и к нашим железным, примыкали боковые ответвления, позволявшие переходить с одного пути на другой. Следы дорог, устроенных по описанной греческой системе, рассеянны по всей Элладе.

К этому же типу дорог можно отнести древнегреческий диолк (гр. diolk - протяжка кораблей) - каменную дорогу-волок, которую греки использовали для перевозки кораблей через Коринфский перешеек (рис. 1) Описание диолка встречается у Фукидида. Торговые суда предварительно разгружали, груз перекладывали на тележки и перевозили отдельно. Длина волока составляла 6,3 км. Как и в случае с «жертвенными» дорогами в качестве пути использовались вырубленные в камне желоба, в которых, правда, помещались уже не колеса телег, а смазанные жиром полозья. Коринфский диолк пользовался большой известностью, поскольку был не только единственным, но и наиболее безопасным местом для прохода между Эгейским и Ионическим морями.

Рис. 1. Греческий диолк - далекий прообраз будущих железных дорог

В дальнейшем применение рельс (ст. франц. reilleу - брусок, полоса) греческого типа, то есть в виде двух параллельных желобов, мы встречаем вновь уже в XVI веке в шахтах Германии. Дороги были уже не каменными, а деревянными и применялись для перемещения вагонеток. Деревянные дороги быстро изнашивались, поэтому спустя время их стали заменять на чугунные (рис. 2). Первые чугунные дороги с колеями были проложены в английских рудниках Ричардом Рейнольдсом около 1738 года. Вскоре новый вид рудничных путей стал активно применяться во всей Англии. Рельсы Рейнольдса имели в поперечном сечении форму латинской буквы «U», их ширина составляла 11 см, а длина 150 см. Своими желобами рельсы пришивались к деревянным брусьям. Дорога, оснащенная чугунными рельсами, стала отвечать термину «железная», хотя до современной дороги этого типа было еще далеко.

Чугунные рельсы постоянно совершенствовались, но попытки устранить основной недостаток чугуна - хрупкость - привели в конечном счете к замене чугуна на железо.

Рис. 2. Чугунные рельсы с U-образной колеей в виде желоба

Другим древним прототипом современного рельсового пути были параллельно уложенные деревянные балки с катками. Подобного типа дороги применяли еще египтяне для перевоза каменных блоков при постройке пирамид (рис. 3). Делалось это примерно так. От каменоломни до намеченного пункта выравнивалась полоса грунта, на которую параллельно выкладывались деревянные бревна или балки. С обеих сторон этих бревен на одинаковых расстояниях забивались в землю штыри с таким расчетом, чтобы образовалось по 4 штыря с каждой стороны бревна. Между штырями помещали одинаковых размеров катки. Участки контактов катков с бревнами и штырями смазывали маслом. Позднее от катков перешли к колесам, которые несли предназначенную для груза раму. Дальнейшее развитие дорог в виде продольных балок, как и ранее приведенных дорог с продольными желобами, получило в XVII веке в горных рудниках. Дороги и колеса повозок были деревянными (рис 4). Первая такая дорога была построена в Англии в 1603-1604 гг. и использовалась для перевозки угля. Деревянные рельсы оставались в употреблении почти два столетия.

В описании, сохранившемся от 1765 года, встречается следующая информация об их устройстве: «Дороги состояли из тщательно распиленных бревен 6 дюймов ширины и 5 толщины, положенные на другие поперечные лежни в 4 футах расстояния друг от друга и прикрепленных к ним деревянными клиньями. По первым двигались колеса повозок. Пространство между бревнами заполнялось золой или крупным песком.

По этим деревянным рельсам двигались запряженные лошадьми небольшие повозки на чугунных колесах с закраинами» (рис. 5). Выступавшие над поверхностью рельсы получили значительно большее распространение, чем рельсы типа желобов. С появлением чугунных, а затем и железных рельс, форма их поперечного сечения многократно менялась, пока не приблизилась к современной.

Рис. 3. Макет египетской дороги для перевозки каменных блоков

Рис. 4. Деревянная дорога XVI века с вагонеткой

Рис. 5. Сохранившиеся деревянные рельсы у поселка Коли

Далеким прообразом всех паровых двигателей была паровая турбина Герона, доказавшая возможность превращения энергии пара в механическую работу. Затем, в 1663 г., И. Ньютоном была высказана идея о создании самоходной повозки с реактивным двигателем и паровым котлом.

В 1773 г. был изобретен трехколесный паровой автомобиль Кюньо (рис. 6). При первом же испытании водитель не сумел справиться с управлением и автомобиль врезался в стену каменного дома. За автомобилем Кюньо началась эпоха утверждения паровоза.

Рис. 6. Паровой автомобиль Кюньо, 1773 г.

Движущими силами на железных дорогах долгое время оставалась конная тяга и люди. В 1801 г. в Англии между Чондсвортом и Кройдоном была открыта первая пассажирская железная дорога с конной тягой. В 1803 г. появился первый паровоз, работавший на рельсовом пути (рис. 7) Он был построен Ричардом Тревитиком и развивал скорость до 8 км/час. Несмотря на успешное испытание паровоз не получил широкого признания. В те годы существовало предубеждение о том, что сцепление между гладкими рельсами и колесами было весьма слабым. Чтобы гарантировать надежность, была построена специальная зубчатая железная дорога протяженностью в 5,6 км, по которой в 1812 г. прошли испытания специального паровоза. Впоследствии от зубчатых дорог отказались, но они стали востребованы для альпийских условий Швейцарии. Помимо зубчатых в горных условиях хорошо зарекомендовали себя дороги с канатной тягой. Родословная таких дорог берет начало в Древнем Египте, Греции и Риме. В 1755 г. канатно-конную тягу стали применять в России на одном из рудников Алтая. Наиболее же активно канатная тяга стала использоваться лишь в начале XIX века. Характерным примером служит применение ее в Англии на железной дороге между Стоктоном и Дарлингтоном. На указанной дороге протяженностью в 40 км находились два холма высотой 50-60 метров. Обходить холмы не хотели и, в подражание древним римлянам, направление пути было выбрано строго прямолинейным. Движение происходило следующим образом. На вершине обоих холмов под специальным укрытием были установлены стационарные паровые машины. К подножию первого холма поезд подвозили лошади, затем поезд прицепляли к канату, которым подтаскивали его наверх с помощью парового двигателя. После спуска с первого холма, проводимого также с участием каната, к вагонам вновь прицепляли лошадей, на которых добирались до второго холма. Здесь процедура подъема и спуска вновь повторялась (Г. Гюнтер, с. 11). Чтобы предотвратить при спуске возможную катастрофу, которая могла наступить в случае разрыва каната, спереди первого вагона прикрепляли железные штанги, которые в момент разрыва падали на путь и останавливали поезд. Канатная тяга позволила использовать железные дороги при значительном увеличении уклона. Впоследствии технология эксплуатации канатных дорог неоднократно совершенствовалась.

Рис. 7. Паровоз Тревитика, 1803 г.

Первая железная дорога между относительно большими городами была открыта в Англии в 1830 году. Она соединяла промышленный Манчестер с портовым Ливерпулем. Длина дороги составляла 56 км. Отношение прессы к первым железным дорогам было настороженно-враждебным. Газеты писали о том, что дороги помешают коровам пастись, а курам нести яйца. Говорили, что отравленный паровозом воздух будет убивать пролетавших птиц, а у людей вызывать сложные заболевания мозга. Предупреждалось, что путешествие по таким дорогам чрезвычайно опасно, поскольку в случае неполадок с котлами путешественники будут разорваны на части.

Несмотря на угрозы железные дороги продолжали развиваться. Улучшались паровозы и условия комфортности. Появились вагоны для пассажиров 1, 2 и 3 класса. Традиции старого оказались очень сильны.

Пассажиры первого класса нередко располагались в каретах, которые укрепляли прямо на открытой платформе (рис. 8). Как и положено, на козлах восседал кучер, а дамы прикрывались зонтиками от солнца, а заодно и от дыма. Для знатных особ появились частные вагоны, напоминавшие салон на колесах. Сами паровозы отличались разнообразием и выдумкой. Помимо паровоза с зубчатыми колесами история знает паровозы с бегущими ногами, роль которых выполняли специальные штанги, паровозы с тремя колесами и иные модификации.

Рис. 8. Пассажиры 50-х годов XIX века

А - экспресс Манчестер-Ливерпуль (кондуктор занимает место кучера); В-открытый вагон 1-го класса;

С - вагон 3-го (слева) и 1-го класса (справа); D - паровоз с салоном

Считается, что первый каменный мост был построен в 127 г. до н. э. и располагался в центре Рима. Римская архитектура подчеркивала в мостах простоту, крепость и одновременно величие, изящество и богатство. В период позднего Рима появляются резкие вертикальные членения опор, которые зрительно увеличивали длину моста. Для римских мостов характерно симметричное построение фасада с нечетным числом пролетов. Конструктивно римские мосты напоминали акведуки, но были шире последних. Кроме того, центральная часть проезжего полотна мостов делалась горизонтальной. На одном из съездов могла располагаться триумфальная арка.

Ось симметрии мостов нередко отмечалась аттиком (невысокой декоративной стенкой). Отверстия для пропуска воды имели сводчатый вид и являлись частью декора. Ширина мостов составляла 8-11 метров.

В первую половину средневековья на некоторых древнеримских мостах стали появляться надстройки в виде крепостных башен. В качестве дорожных мостов в средние века иногда использовались акведуки.

Римские мосты неоднократно служили образцами для строительства современных железнодорожных мостов. Современные мосты строили не только с целью преодоления водных преград, но также при пересечении железной дорогой V - образных долин и иных преград. Форма римских мостовых построек использовалась также при строительстве пандусов и эстакад.

Пример заимствования римского стиля при современном строительстве железнодорожного моста поясняется рисунками 9 и 10. На рис. 9 показан римский «Орлиный мост» в Испании, на рис. 10 приводится современный железнодорожный мост во Франции. Идентичность конструктивного решения не требует пояснений. Подобных примеров множество.

Рис. 9. Римский акведук в Сеговии (Испания) 1 век до н. э.

Рис. 10. Железнодорожный мост между Парижем и Белфортом (Франция)

Прототипом современных километровых столбов были придорожные мильные столбы римлян, которые устанавливали на главных дорогах через каждую милю, равную 1,620 ярдов (1,48 км) Такие столбы выполняли также функцию геодезических реперов.

Мильный столб состоял из каменной подушки и каменного пилона около двух тонн весом, имевшего 8 футов в высоту и 20 дюймов в диаметре. На пилоне гравировали имя владельца (или благотворителя) и расстояние до ближайшего населенного пункта. Иногда вставляли дополнительные сведения о перевалах, опасностях или особенностях дороги. В некоторых случаях форму мильных знаков видоизменяли. Известны мильные столбы с двумя поставленными друг на друга пилонами, а также мильные каменные знаки, напоминающей миниатюрные египетские пирамиды. Само место установки мильного столба (знака) ритуально освещалось. В качестве жертв могли быть люди (на ранней стадии), животные, фрукты. Устраивали также возложение венков, омовение камня или поливание его вином.

Отсчет расстояний вначале вели от римских ворот, установленных на месте выхода из города той или иной дороги. В 20-х годах при императоре Августе на форуме, рядом с храмом Сатурна, был установлен позолоченный столб (он же репер), который был принят за нулевой пункт для всех дорог. Впоследствии, с расширением границ империи, пользоваться единым нулевым пунктом стало неудобно и отсчет расстояний стали вести от больших городов, где устанавливали свои нулевые метки.

Железнодорожные станции имели древним прототипом оборудованные на дорогах почтовые станции, организованные в римской курьерской службе.

Римская почта существовала еще в третьем веке до н. э., но наивысшего расцвета достигла при Августе, Траяне и Адриане, когда отдельные маршруты с общей протяженностью около 100 тысяч километров были объединены в единую систему. Поначалу почта не была всеобщей: ею могли пользоваться лишь члены императорской семьи, патриции, чиновники и легионеры. Со временем за определенную плату почта стала доступной и для свободных граждан. На расстоянии одного дня пути располагались главные почтовые станции (statio), где можно было сменить повозку, поесть и переночевать. Между двумя основными могло находиться несколько промежуточных станций (mutation), где по необходимости меняли лошадей. Кроме писем перевозились пассажиры и грузы. Сами повозки различались от легких двухколесных, запряженных лошадьми, до тяжелых четырехколесных, в которые запрягали до 8-10 животных.

Туннели - еще одна принадлежность как римских, так и железных дорог. При строительстве железнодорожных туннелей многое заимствовалось от римской технологии проходки, складирования отвалов, устройства вентиляции и дренажной системы. Число туннелей при строительстве римских дорог исчислялось многими десятками. Это были небольшие по протяженности инженерные сооружения. Наиболее длинным был туннель в один километр под названием «грот Коккеуса». Он был строго прямолинейным, имел две полосы движения, продуманную дренажную систему и шесть вентиляционных шахт, которые использовались для подачи свежего воздуха и одновременно для освещения.

Одним из важных вкладов античности в историю инженерной геодезии стало создание основ методики линейных изысканий. Строительство дорог в Римской империи было строго регламентировано правилами так называемых «Двенадцати таблиц», выполнявших роль руководства или инструкции. Указанный документ не сохранился, поэтому полного представления о методике работ у нас нет. Однако сведения, которыми мы располагаем, дают возможность определить основные вехи проводимых геодезических работ, так как известны цели и задачи строительства, приборы и методы измерения, особенности, последовательность и точности работ.

Цикл античных геодезических работ можно свести к трем пунктам: проведение предварительных изысканий, проложение полигонометрического хода, геодезическое обеспечение строительства. Методика изысканий во многом определялась двумя первичными условиями: отсутствием исходных карт для проектирования и условием прямолинейности дорог. Главные римские дороги прокладывались в виде прямых линий, сопряженных под малыми углами. Некоторые прямолинейные участки достигали 50, 100, 200 и даже более километров. Указанные условия вызывали необходимость предварительного трассирования. Инструменты ближнего действия типа громы для этих целей не годились. Греки и римляне применяли способ трассирования, основанный на дымах костров и световых сигналах, что позволило выдерживать створ огромных по длине линий со средней квадратической ошибкой порядка 0,2-0,3º.

Спустя почти два тысячелетия метод световых сигналов с успехом использовался русским геодезистом К.И. Теннером для определения долгот контрольных пунктов в высокоточных работах по триангуляции. В качестве источника света применялись пороховые вспышки и пущенные вверх ракеты. Момент появления вспышки (ракеты) тщательно фиксировался наблюдателями, расположенными в разных точках. Наблюдения многократно повторялись. Так, при определении разности долгот на базисе Вильно-Мешканцы у Теннера делалось 86 определений. При чистом воздухе вспышка от порохового заряда была видна за 100 верст. Вспышка от пущенной ракеты позволяла увеличить расстояние для одного наблюдателя до 150 верст.

При проложении полигонометрического хода углы у греков и римлян измерялись с помощью положенных на землю больших деревянных проградуированных кругов диаметром ~1,5-2,0 метра. Наведение на цель осуществлялось с помощью укрепленного в центре шпиля и отвеса, который перемещали по краю круга. Для измерения дальности помимо традиционной веревки применяли целую систему дальномеров, описанных в трудах Альберта Леона Батисты. При нивелировании использовали гидронивелиры, описанные еще Герном, а также маятниковые нивелиры типа подвешенной стрелы.

В последнем случае нивелирование проводили не «из середины», как у нас, а каждое плечо нивелировали отдельно в прямом и обратном направлении, т. е. способом, который применяют сейчас для выполнения основной поверки нивелира.

Проведенные исследования показывают, что геодезическое обеспечение при строительстве первых железных дорог (примерно до 1830-х годов) и геодезическое обеспечение античных дорог, несмотря на огромную разницу во времени, имеет много общего. Дело в том, что средние века сильно отбросили практическую геодезию назад, ничего не дав ей взамен. В последующую эпоху первыми возрождались и укреплялись наиболее простые методы, требующие минимальных знаний математики. Это обстоятельство и царивший в геодезии консерватизм привели к тому, что весь период с XVI конец XVIII века продолжалось ожесточенное противостояние между методами подобия, пропорций и графики, - с одной стороны, и пробивавшими себе дорогу угломерными способами, требующими внедрения оптики, тригонометрии и более широкого применения математики, - с другой. Особенно долго - около 300 лет - продолжалось противостояние теодолита и мензулы.

Главным предметом спора была точность и оперативность работ. Некто Генри Вилстон (XVIII в.) в работе «Искусство измерения» (Н. Wilston «Art of Land Measuring») доказывал, что при измерении сторон цепью ошибка угла в треугольнике почти вдвое меньше, чем давал теодолит. Артурн Берн (XVIII век) в книге «Новый доступный метод съемки» (Arthur Burns «New and correct method of exceedingly easy») писал буквально следующее: «Цепь - вот единственный инструмент для точных значений углов. Больше того, этот метод самый дешевый и простой для освоения».

Роберт Гибсон (Robert Gibson) - автор первых публикаций о геодезических съемках в Америке - был еще более категоричен, предлагая полностью отказаться от углов в геодезической практике. Выдвинутый им лозунг «цепь без углов» нашел много сторонников. Бенджамин Талбот в «Руководстве по практической съемке» (B. Talbot. The compleat Art of land - measuring or a practical surveying. London, 1780) пошел еще дальше, предлагая отказаться не только от теодолита, но оптом заодно и от мензулы, ограничившись исключительно цепью и секстаном.

Вызванная противостоянием задержка с внедрением нового приводила к тому, что в годы строительства первых железных дорог передовые технологии оказывались вне должного спроса (рис. 11).

Рис. 11. Некоторые инструменты конца XVIII начала XIX века

А - водяной нивелир; В-нивелир с элевационным винтом и спиртовым уровнем; С - нивелир с круглой буссолью; D - оптический нивелир середины XIX; Е - теодолит с визирами и квадрантом; F - астролябия с компасом

Прежде всего, крайне медленно в практику геодезических работ входили оптические приборы. В конце XVIII и начале XIX века в основном применяли инструменты с визуальным наведением, точность которых была близка античной: астролябия, водяной нивелир, ртутный нивелир, круглая буссоль, мензула с визирной линейкой. Только к середине XIX века, т. е. с большой потерей времени, в практику инженерной геодезии стали входить спиртовой уровень, сетка нитей, микрометр, зрительная труба. Вершиной достижений были оптические теодолиты, но их выпускали поштучно и использовали главным образом в триангуляции.

В инженерных и топографических работах в середине XIX века на один простенький теодолит приходилось примерно десять мензул. Не находили всеобщего применения даже штативы - эти неизменные атрибуты геодезической практики.

Штатив типа треноги появился в 1579 г. Он описан в работе французского мастера Филиппа Данфри. Первоначально штатив применялся исключительно для мензулы. Столик мензулы выравнивался тогда с помощью поставленной на него емкости с водой. Подставкой для многих инструментов (квадранта, треугольника, мерного полукруга, астролябии и др.) долгое время продолжал оставаться вбитый в землю кол, бревно или шест.

Интересную подробность мы встречаем у А.И. Герцена: «Если землемер едет через вятскую деревню, - пишет Герцен, - он непременно в ней останавливается, берет с телеги астролябию, вбивает шест… Через час вся деревня в смятении. - Межемерия, межемерия! - говорят мужики с тем видом, с которым в 1812 году говорили: «Француз, француз!». Является староста… и просит не обметить их и не обидеть» (Герцен А.И., с. 264).

Исследования подтверждают, что в начале XIX века точности геодезических измерений в инженерных работах лишь незначительно отличались от точностей в античной геодезии. Это подтверждается и в геодезической литературе. Например, применение популярной мензулы, в которой использовалась алидада с диоптрами, позволяло получить ошибку направления, равную 5-6´. Однако, если ориентирование планшета проводилось по ориентир-буссоли, то, по исследованию В.В. Витковского, ошибки направления вследствие суточных перемен склонения могли достигать 0,25º (Витковский В.В., с. 319-322), что полностью соответствовало точности античных угловых измерений. Близость точностей и методов измерения к античным позволяет сделать вывод о том, что к началу 19 века точные античные карты потенциально были бы вполне пригодны для предварительного проектирования строительства железных дорог. В дошедшей до нас форме геодезическое мастерство античности представлено главным образом через средневековые портуланы, которые были самыми востребованными картами с 13 по 17 столетие. Время от времени портуланы копировали, дополняли, корректировали, иногда по неведению ухудшали, но создать что-либо подобное по охвату и точности не могли. Портуланы были и оставались надежным фундаментом любых карт той эпохи. Их важнейшим достоинством была каркасность, которая обеспечивала жесткость и правильность контуров изображаемых земель. Эта была та цель, к которой путем ошибок и приближений еще только стремились страны, бывшие исторически вне римского влияния. В зоне средиземноморья такая цель была давно достигнута. Контуры и взаимное положение Италии, Франции, Испании, Греции и других стран бассейна на картах 13-17 века почти не менялись. Речь шла скорее о внутренней наполняемости, о своего рода пополнительных съемках в рамках уже известных контуров.

Не сумел серьезно изменить ситуацию и XVIII век. Новые съемки - военные, кадастровые, топографические и др. - проводились разобщено, без какого-либо плана, без единых принципов, по инициативе отдельных лиц при отсутствии между ними связи и взаимоувязки.

В качестве геодезической основы чаще всего принимались пункты с известными географическими координатами. Точность таких карт оценивалась по точности долгот, которая оставляла желать лучшего. По требованию английского парламента допустимая ошибка долгот в конце 18 века принималась равной 30 миль.

Требования Парижской Академии Наук от 1769 г. допускали ошибку долготы около полуградуса, что также давало для средних широт 25-30 миль (или около 50 км). Однако такая точность оказывалась не лучше, но даже хуже античной. Она годилась для новых географических открытий, но не отвечала запросам старой Европы, стоявшей на пороге технической революции.

Более достоверные по сравнению с портуланами карты можно было получить только через проведение обширных съемок более крупного чем портуланы масштаба, но к этому рубежу Европа подошла только в тридцатых-сороковых годах XIX века, когда для целей съемочных работ стали использовать триангуляцию. В ряде передовых стран Европы основные работы по топографической съемке на основе триангуляции были закончены примерно к 1880 г.

Исторически сложилось так, что железные дороги Европы во многих случаях расположены не только параллельно, но и в непосредственной близости к сохранившимся римским дорогам. Это обстоятельство значительно упрощало инженерные изыскания и делало их более надежными. Римские мильные столбы, мосты, туннели, станции и иные сохранившиеся капитальные сооружения, ровно как и сама дорога, могли с успехом использоваться для ориентирования, привязки и выноса проекта в натуру.

Римские дороги связывали по прямой крупные населенные пункты либо «оконтуривали» побережье. Железные создавались практически по той же схеме, но даже в случае параллельности не могли повторять полностью античные дороги. Ограничение уклона, наличие кривых поворота и другие особенности делали железные дороги более длинными. Удлинение пути против прямого приводило к увеличению времени движения, что отрицательно сказывалось на объеме грузоперевозок. В настоящее время в связи с ростом населения и увеличением объема грузооборота указанное противоречие стало критическим и потребовало оперативного вмешательства государства. Выход был найден путем возврата к чисто римскому варианту, то есть к максимальному спрямлению железнодорожного пути. Практическое решение заключалось в увеличении числа и длины подземных туннелей. Характерным примером модернизации служит новая железнодорожная линия в Италии между Флоренцией и Болоньей. Полное расстояние между конечными пунктами составляет 87,5 км. На линии построено девять туннелей общей протяженностью 78,5 км.

Максимальная эксплуатационная скорость поездов на дороге принята равной 250 км/час. Высокоскоростные линии спрямленного типа построены сейчас между Парижем и Брюсселем, Брюсселем и Льежем, Болоньей и Миланом, Римом и Неаполем, Мадридом и Севильей и рядом других городов. Отвечая потребностям сегодняшнего дня, иногда на отдельных объектах происходит объединение в один комплекс железных и шоссейных дорог с соответствующим объединением и их геодезического обеспечения.

Литература

1. Аггеев Ф.М. Рефераты по геодезии. М., 2006.

. Альберти Леон Батиста. Десять книг о зодчестве. М., 1937.

. Витковский В.В. Топография. М., 1940.

. Герцен А.И. Сочинения, т. 4. М., 1956.

. Гюнтер Г. Железная дорога, ее возникновение и жизнь. М., 1930.

. Коковцев К. Горные дороги Швейцарии. Спб. 1898.

. Развитие высокоскоростных сообщений на железных дорогах Западной Европы. Железные дороги мира. № 3, 2000.

. Paul Elok. Railways then and now. London, 1975.