Инженерная геодезия

Мостовая триангуляция позволяет ограничиться измерением малого числа и более коротких расстояний. Поэтому ее применяют при необходимости измерения длин линий мерными приборами (при отсутствии или недостаточной точности светодальномера), а также при недостаточной для измерений через реку дальности действия светодальномера.Пункты мостовой триангуляции располагают на незатопляемых и устойчивых в геологическом отношении местах таким образом, чтобы они оказались вне зоны строительных работ и чтобы в течение всего строительства сохранялась видимость по сторонам триангуляции и на опоры моста. Для обеспечения точности последующих разбивочных работ углы засечек при разбивке центров опор моста не должны быть меньше 30° и больше 150°.
Некоторые типовые схемы мостовой триангуляции приведены па рис. 14.3, где двойными линиями показаны базисы. Для разбивки мостов длиной до 200 м сеть строят в виде одного треугольника (рис. 14.3, а). При строительстве мостов длиной 200—500 м повышение точности и контроль измерений достигаются тем, что длина моста определяется из двух треугольников с двумя базисами (рис. 14.3, б). Но чаще всего мостовую триангуляцию строят в виде геодезических четырехугольников, обладающих высокой геометрической жесткостью и обеспечивающих хорошие условия для разбивочных работ (рис. 14.3, в, г). На рис. 14.3, д показана схема мостовой триангуляции, основу которой составляет геодезический четырехугольник. Ось моста привязана к нему дополнительными построениями. Пункты четырехугольника приближены к местам строительства опор. Эти пункты и видимость по сторонам четырехугольника можно сохранить на все время строительства, когда видимость по оси моста обычно исчезает. При строительстве мостов через широкие водные преграды создают и более сложные схемы, в том числе с установкой пунктов на островах или на сваях, забиваемых в дно водоема.

Пункты мостовой триангуляции. Пункты мостовой триангуляции закрепляют на местности с помощью центров, имеющих такие же конструкции, как знаки, закрепляющие ось моста. При необходимости поднять теодолит на 4—5 м над центром сооружают металлическую или деревянную пирамиду со столиком наверху для теодолита. Вокруг этой пирамиды строят вышку с помостом для наблюдателя и перилами высотой на 5 см ниже инструментального столика. Для устойчивости теодолита во время измерений наружная вышка не должна соприкасаться с внутренней пирамидой.
В качестве визирных целей в мостовой триангуляции используют визирные марки, устанавливаемые на штативах над центрами пунктов на время измерения углов; устраивают и постоянные визирные цели, например в виде вешек длиной 30—40 см, закрепляемых над центрами знаков.
Расчет точности мостовой триангуляции. Необходимая точность определения координат пунктов триангуляции обеспечивается соответствующей точностью измерения базисов и углов. Точность, с которой надо выполнять измерения, рассчитывают.

Линейно-угловая сеть. По мере совершенствования и внедрения в практику светодальномеров основным методом построения опорной геодезической сети моста становится линейно-угловая сеть. Это сеть треугольников, в которых измерены длины сторон (не обязательно все) и горизонтальные углы. Наиболее распространенная фигура линейно-угловой сети — геодезический четырехугольник. Если измеряют не все стороны, то предпочитают измерить более длинные, так как определение светодальномером больших расстояний выполняется с меньшими относительными ошибками, чем коротких. Этим достигается повышение точности всей сети.
Для ослабления влияния на светодальномерные и угловые измерения водной поверхности пункты опорной сети стремятся располагать на возвышенных участках берега или на высоких знаках. Измерения лучше выполнять в пасмурные ветреные дни. При небольшой высоте луча или значительной ширине водной преграды температуру воздуха для введения поправок в светодальномерные измерения полезно измерять над водой.
Полигонометрия. Если из-за леса или складок местности нет видимости между пунктами, расположенными на одном берегу, и в геодезическом четырехугольнике нельзя измерить длины коротких сторон и примыкающие к ним углы, то линейно-угловую сеть строят в виде замкнутого полигонометрического хода ломаной формы (рис. 14.4, а). В данном ходе измерены длины сторон 5Ь S2t S3, 54 и углы поворота Pi, fb, рз, pV Так как дирекционный угол оси моста задан (а=0°0/0"), то известные углы поворота позволяют вычислить дирекционные углы всех сторон хода, а затем и координаты пунктов сети. Для создания пунктов сети по обе стороны от оси моста строят сеть из двух таких ходов (рис. 14.4, б). При строительстве моста на суходоле его опорную сеть можно построить в виде замкнутого хода прямоугольной формы (см. рис. 14.4, в) или двух таких ходов (рис. 14.3, в).
Трилатерация. При создании опорной сети моста трилатерацию применяют редко. Однако с повышением дальности и точности све-тодальномеров этот метод можно использовать в тех случаях, когда велики искажения углов рефракцией, а гакже в горных условиях, где приходится строить пространственную трехмерную геодезическую сеть.

Цель обработки результатов измерений, выполненных при создании опорной геодезической сети моста, — вычисление координат пунктов сети, дирекционных углов и длин сторон. Обработку измерений делят на предварительную и окончательную. Предварительная обработка включает проверку журналов измерений и выполненных в них вычислений, исправление светодальномерных измерений необходимыми поправками, вычисление длин базисов, приведение измеренных направлений к центрам пунктов (см. § 4.8). В результате этой обработки получают список измеренных значений горизонтальных углов и расстояний. В ходе предварительной обработки оценивают точность выполненных измерений. Вычислив средние квадратические отклонения по результатам повторных измерений одних и тех же величин (см. гл. 3), а также свободные члены условных уравнений (см. § 14.8), сравнивают их с установленными допусками.
При окончательной обработке результатов измерений выполняют уравнивание опорной геодезической сети — определение поправок к результатам измерений, приводящих эти измерения во взаимное согласие. Измерения, выполняемые в опорной геодезической сети, всегда избыточны. Так, для расчета длин всех сторон сети достаточно знать одну исходную сторону, однако в мостовых триангу-ляциях чаще всего измеряют два базиса. В каждом треугольнике достаточно знать два угла (третий можно рассчитать), однако для контроля измеряют все три угла. Из-за погрешностей измерений избыточные измерения оказываются противоречивыми: по одному измеренному базису получают одни значения для сторон сети, а по другому — иные значения для тех же сторон. Суммы углов в треугольниках оказываются не равными 180° и т. д. Уравнивание выполняют для устранения противоречий, обусловленных наличием избыточных измерений, искаженных погрешностями.Одним из методов уравнивания является составление и решение системы условных уравнений, связывающих поправки между собой. Количество условных уравнений равно числу избыточных измерений. Решая систему условных уравнений, определяют значения поправок.
Другой метод уравнивания — составление и решение системы параметрических уравнений, связывающих поправки к результатам измерений с координатами пунктов (или иными параметрами).
Уравнительные вычисления обычно выполняют на ЭВМ по стандартным программам. Для уравнивания простых по форме сетей, особенно в полевых условиях, используют микрокалькуляторы, таблицы и другие настольные вычислительные средства. При этом обычно избирают метод составления и решения условных уравнений. Исправив результаты измерений найденными из уравнивания поправками, вычисляют окончательные значения длин сторон, дирекционных углов и координат пунктов.

При обработке измерений в простых по форме опорных геодезических сетях при длинах мостов до 1,5 км допускается применять упрощенные методы уравнивания. При этом условные уравнения решают не совместно, а раздельно, отчего объем вычислений существенно уменьшается, но получаемый результат несколько отличается от строгого решения по способу наименьших квадратов.
При приближенном уравнивании сначала решают условные уравнения фигур, не имеющие общих неизвестных. Решение сводится к равномерному распределению невязки каждой фигуры между ее углами. Затем поочередно (или совместно) решают прочие условные уравнения. Определяемые при этом поправки ограничивают следующими дополнительными условиями: новые поправки не должны нарушать ранее удовлетворенных условий; новые поправки в разные углы для облегчения вычислений принимают равными по абсолютной величине. При относительно низкой точности измерения расстояний (по сравнению с точностью измерения углов) условные уравнения сторон не составляют. Измеренные длины сторон используют для того, чтобы от каждой из них в отдельности вычислить длину стороны, лежащей на оси мостового перехода. Из нескольких полученных результатов вычисляют среднее. В последующем длину мостового перехода используют как исходную для вычисления окончательных длин всех сторон сети.

Разбивочные работы начинают с восстановления трассы на участке мостового перехода. При этом контролируют пикетаж, с помощью теодолита проверяют правильность расположения исходных точек моста на оси трассы и расстояние между исходными точками. Для контроля геодезической сети измеряют углы между сторонами сети и сравнивают их с полученными ранее. Высотную сеть проверяют, измеряя геометрическим нивелированием превышения между реперами. Ось моста закрепляют дополнительными знаками, вынесенными за пределы земляных работ так, чтобы измерениями от этих знаков положение исходных пунктов мостового перехода в случае их повреждения могло быть восстановлено.
Основные задачи геодезических работ в ходе строительства моста— это разбивка мостовых опор и пролетных строений, контроль размеров поступающих с завода монтажных элементов, контроль за возведением всех частей сооружения, разбивка вспомогательных сооружений (зданий, дорог, причалов и пр.), исполнительная съемка построенного сооружения, наблюдения за деформациями моста. Наиболее сложны и ответственны работы по разбивке опор и пролетных строений. Согласно СНиП III-43—75, средние квадратические погрешности при контроле за возведением опор не должны превышать следующих значений: координат центров фундаментов опор — 50 мм, координат центров опор выше обреза фундамента — 12 мм, отметок временных реперов на опорах — 5 мм.
При строительстве больших мостов выполненные геодезические работы должны контролироваться и приниматься комиссией с участием главного инженера, геодезиста и производителя работ перед началом строительства, после разбивки осей опор, возведения фундаментов опор, возведения опор и разбивки осей подферменных площадок, установки пролетного строения на опорные части.
При разбивке центров опор на суходоле, несудоходных реках и зимой по льду положение центров опор определяют, откладывая проектные расстояния от исходных точек по оси моста. При этом створ оси моста разбивают с помощью теодолита или закрепляют натянутой по оси проволокой. Расстояния измеряют по специально построенному горизонтальному деревянному мостку шкаловой лентой или рулеткой с постоянным натяжением через динамо-метр. Измерение выполняют дважды, исправляя результаты поправками за температуру и компарирование, а при наклонном мостке — и за наклон. На крутых склонах мостки делают ступенчатыми, перенося конец измеряемого отрезка с одного уровня на другой с помощью отвеса. Разбивку ведут от обеих исходных точек к середине, так что для центра средней опоры получают две точки. Если расстояние между ними не более 17—20 мм, за центр опоры принимают середину между точками и соответственно сдвигают центры остальных опор на величины, пропорциональные расстояниям от исходной точки. Разбивку контролируют измерением длин пролетов.

Работы по разбивке центров опор существенно ускоряются при использовании для измерения расстояний светодальномеров или короткобазисной полигонометрии.
Намеченный центр опоры закрепляют с каждой стороны двумя знаками (столб с гвоздем наверху), вынесенными за пределы строительных работ (рис. 14.8, а). При этом прямой угол от оси моста откладывают теодолитом, эккером или шаблоном. Центр опоры, расположенной на воде, закрепляют створными знаками на берегах вне зоны затопления. Положение одного створного знака, например С (рис. 14.8, б), выбирают произвольно, а другого знака С — построением в центре опоры О угла, равного 180°. Можно оба створных знака расположить и на одном берегу (D" вместо D'). При этом чем больше междустворное расстояние DD"тем точнее створ. Устанавливая теодолит в точках В, С, D, проверяют правильность построения створов и отклонение створной плоскости от точки О. Отклонение не должно превышать 8—10 мм.
При строительстве моста, перекрывающего пойменные участки длиной более 100 м, и в ряде других случаев параллельно оси перехода вне зоны строительных работ разбивают вспомогательную (дублерную) ось. На неглубоких реках ее прокладывают по специально устроенным мосткам, имеющим дос. ку-настил для прохода людей и полку для измерения расстояний и установки теодолита. Для разбивки дуб-лерной оси сначала с помощью теодолита и мерной ленты под прямым углом к оси перехода переносят исходные точки А и В (рис. 14.9), по которым вешают вспомогательную ось А'В'. От точек А' и Вг, как от исходных, на вспомогательной оси разбивают проекции центров опор (точки Г, 2', 3 ...) и закрепляют их на
мостках гвоздями. Построив теодолитом в каждой из этих точек прямой угол, намечают оси опор, которые в пересечениях с осью перехода АВ дают положение центров опор (1, 2, 3, ...). Оси опор закрепляют сваями.
Вспомогательную ось можно проложить и по старому или временному мосту. В этом случае она будет не параллельна основной, однако это не затруднит разбивочные работы, так как все линейные и угловые величины, нужные для разбивки осей опор, легко рассчитать.

Разбивочным работам предшествует составление генерального разбивочного чертежа. На нем показывают исходные точки перехода, пункты геодезической сети и центры опор с указанием расстояний между ними (часть генерального разбивочного чертежа показана на рис. 14.11). На чертеже показывают, с каких именно опорных пунктов и каким способом разбивается центр каждой опоры, и выписывают дирекционные углы засечек, разбивочные расстояния и разбивочные углы р. Последние вычисляют либо как разности соответствующих дирекционных углов, либо из решения треугольников, используя проектные данные и уравненные значения углов и длин сторон треугольников. Например, sin р2= = (Sаз/Sad) sin BAD. Для центра каждой опоры проектируют засечки, не менее чем с трех пунктов триангуляции.
При строительстве мостов на глубоких реках опоры чаще всего строят на сваях, сваях-оболочках или опускных колодцах. Сваи и сваи-оболочки наиболее точно погружают с помощью направляющего каркаса, имеющего свою ячейку для каждой сваи. Плавучим краном или на плашкоутах его доставляют на место и выводят в проектных координат. Основные способы привязки к пунктам геодезической основы следующие.

Сборку пролетного строения можно выполнять непосредственна в пролете или на берегу с последующей доставкой его на место путем накатки по готовой части моста или по воде. При сборке про* летного строения на берегу на строительной площадке разбивают и надежно закрепляют ось пролетного строения или параллельный ей створ. От этих линий разбивают оси обеих ферм и «а них — места расположений нижних (опорных) узлов ферм. Нивелированием определяют отметки мест расположения узлов и назначают высоту клетей под каждый узел, руководствуясь при этом заданными значениями строительного подъема — плавного возвышения средней части фермы относительно ее концов.
В дальнейшем основным содержанием геодезических измерений является проверка плана ферм и строительного подъема. План ферм проверяют с помощью нивелирной рейки и теодолита, установленного на оси строения в одном его конце и ориентированного по оси. Рейку устанавливают горизонтально, упирая ее пятку в стойки фермы поочередно у верхнего и нижнего узлов. Отсчеты, взятые по рейке, позволяют построить планы поясов ферм. По плану судят о прямолинейности пояса, а сравнивая планы верхнего и нижнего поясов — о вертикальности ферм. План ферм можно построить и без применения нивелирной рейки, если на каждой поперечной балке отметить керном или краской ее середину и положение следа коллимационной плоскости теодолита. Для построения плана достаточно знать длины поперечных балок и измерить расстояния между двумя названными метками. При отсутствии теодолита разбивку и проверку плана ферм выполняют измерениями рулеткой от натянутой по оси пролетного строения проволоки.
Строительный подъем проверяют техническим нивелированием соответствующего пояса ферм. В фермах с ездой понизу нивелируют нижний пояс, в фермах с ездой поверху — верхний. По результатам нивелирования строят график строительного подъема — профиль пояса, по которому судят о точности выполнения проекта.
Измерения пролетного строения повторяют на всех основных этапах его сборки и установки: по окончании сборки нижней части строения, крановой, сборки после сварки (или клепки), перед снятием и после снятия пролетного строения со сборочных клеток, перед установкой и после установки на опорные части, во время и после снятия пробной нагрузки.Перед установкой пролетного строения на опорах выполняют разбивку опорных частей. При этом тщательно измеряют расстояния между центрами опор и опорными частями пролетных строений и учитывают отличия действительных расстояний между опорами и размеров пролетных строений от проектных значений. При установке подвижных опорных частей учитывают еще и температуру воздуха. Приварку или приклепку опорных частей к фермам рекомендуют делать после опускания пролетного строения на место.
Если пролетное строение сооружают в пролете, выполняют следующие геодезические работы: разбивку временных опор, вынесение оси пролетного строения на временные опоры, контроль правильности сооружения кружал и подмостей, наблюдение за деформациями временных опор, периодическую проверку плана ферм и строительного подъема. При навесной сборке контролируют правильность установки каждого устанавливаемого элемента в плане с помощью теодолита, установленного на опоре, и по высоте — с помощью нивелира.
При постройке мостов разных типов способы и порядок геодезР!-ческих работ различаются в зависимости от конструкции моста, его размеров и способов строительства.
По мере завершения отдельных этапов строительства выполняют исполнительные съемки. В результате исполнительных съемок получают чертежи опор, планы поясов ферм, профили ферм и рельсового пути, ведомости расстояний между центрами опор и отметок реперов на опорах и др.

Геодезические работы, выполняемые для строительства тоннелей, состоят из топографической съемки местности, создания геодезической основы строительства, разбивочных работ, наблюдения за деформациями тоннеля в ходе строительства и при его эксплуатации. Съемку местности выполняют в масштабе 1 : 10 000, а по рассе тоннеля на полосе шириной 100—200 м — в масштабе 1 : 1 ООО—1 : 2000.
Геодезическая основа строительства тоннеля включает в себя сети четырех ступеней: тоннельную триангуляцию, основную, подходную и подземную полигонометрию. Тоннельную триангуляцию создают при строительстве тоннелей большой протяженности (более 1 км) как главную основу для всех геодезических работ; на нее опираются все остальные ступени сгущения сети.Для строительства метрополитенов сети триангуляции имеют более сложные формы. Пункты триангуляции располагают не далее 2 км от трассы, по возможности вблизи порталов тоннеля и шахт, но вне зоны, где возможны деформации в ходе строительства тоннеля. Для тоннелей небольшой протяженности (до 1 км) триангуляцию не создают, ограничиваясь приложением основной полигонометрии.
Наиболее ответственная задача геодезических работ при строительстве тоннеля — это обеспечение точной сбойки встречных забоев. При строительстве транспортных тоннелей для поперечной сбойки установлен допуск 10 см. Относя к каждому из встречных забоев половину этой величины, получим для одного забоя допуск 5 см. Поэтому при проектировании тоннельной триангуляции для прямолинейного тоннеля в первую очередь необходимо рассчитать точность передачи дирекционного угла от стороны АВ на сторону CD и поперечную погрешность в положении пункта D относительно пункта А (рис. 14.15). Погрешность в передаче дирекционного угла влечет за собой неверное ориентирование встречных забоев, а поперечный сдвиг — неверное расположение порталов тоннеля относительно его оси. При строительстве криволинейного тоннеля на точность сбойки в равной мере влияет и продольный сдвиг пункта D.