Инженерная геодезия

Исполнительную съемку выполняют для определения и отражения на исполнительных чертежах расположения, размеров, формы и существенных деталей построенного сооружения. Основной исполнительный документ при железнодорожном строительстве — продольный профиль. Для его составления по оси готового пути вновь разбивают пикетаж. Пикеты отмечают светлой краской на внутренней стороне правого по направлению счета пикетов рельса. Справа от черты пишут номер пикета. Плюсами показывают переломы профиля земли, оси пассажирских зданий, остряки стрелок на главных путях, оси искусственных сооружений, начало и конец тоннеля и др. В пикетажном журнале помимо перечисленных точек записывают ширину полотна и балластного слоя, границы грунтов и угодий (пашня, лес и т. п.), оси переездов и путепроводов, начало и конец кривых, пересечения с линиями связи и электропередачи, реперы, светофоры, предельные столбики и другие постоянные знаки путевой сигнализации, оси путевых домов и будок и др. В пределах 100 м от оси пути в каждую сторону глазо-мерно снимают ситуацию и составляют абрис.
Для составления продольного профиля выполняют техническое нивелирование с определением отметок правой головки рельса на пикетах и плюсах. На кривых нивелируют по внутренней рельсовой нити, определяя одновременно возвышение над нею наружного рельса. В нивелирный ход включают подферменные и кордонные камни мостов и труб, верх пассажирских платформ, реперы, закладываемые на постоянных зданиях, искусственных сооружениях, станциях. Расстояния между реперами не должны превышать 2 км.
На каждом пикете и плюсе (на расстоянии не менее 20 м за пределами всех земляных сооружений) снимают поперечные профили. В пределах основной 'площадки земляного полотна превышения измеряют нивелиром, а вне основной площадки — тахеометром. Для съемки поперечных профилей применяют также фотограмметрические измерения по аэроснимкам.
Вдоль водоотводных канав прокладывают тахеометрические ходы и снимают поперечные сечения канавы на пикетах, у поворотов и в местах изменения профиля. В ходе съемки пути обмеряют искусственные сооружения, на станциях выполняют съемку путевого развития, зданий и сооружений.

Изыскания мостового перехода — комплекс геодезических, геологических и гидрологических работ, выполняемых с целью получения материалов, необходимых для проектирования мостового перехода. В ходе изысканий выбирают окончательное положение мостового перехода и концы его закрепляют на местности. Место перехода выбирают так, чтобы оно в наименьшей степени отклонялось от общего направления проектируемой дороги и отвечало требованиям наилучшего обслуживания хозяйственного района, наименьших затрат на строительство и последующую эксплуатацию моста, устойчивости сооружения, судоходных и сплавных организаций.Ось мостового перехода при длине моста до 50 м закрепляют на местности двумя деревянными столбами диаметром не менее 15 см — по одному на каждом берегу. Верхний конец столба затесывают на конус, а на нижнем конце устраивают якорь (рис. 14.1, а). Столб вкапывают на глубину, превышающую глубину промерзания грунта на 0,5 м. Знак окапывают канавой в виде квадрата со сторонами 1,5 м, глубиной 0,3 м, а в середине — вокруг столба насыпают курган высотой 0,1 м. Коническую часть столба окрашивают белой или красной краской. Центр отмечают крестообразной насечкой на шляпке гвоздя, забиваемого в вершину столба. При длине моста 50—100 м ось моста закрепляют четырьмя столбами — по два на каждом берегу. При длине моста свыше 100 м на обоих берегах закладывают по два железобетонных знака. Основание знака должно оказаться на 0,5 м глубже, чем глубина промерзания грунта, а верх — на уровне земли. Размер знака наверху 20—25 см, внизу—35—40 см. Центр отмечают вцементированным в тело знака и выступающим из него рельсом или штырем с крестообразной насечкой либо высверленным отверстием. Вместо бетонного монолита знак может иметь вид металлической трубы диаметром не менее б см. Нижний конец ее вцементирован в бетонный якорь (рис. 14.1, б), который закапывают на глубину, на 0,5 м превышающую наибольшую глубину промерзания грунта. Трубу заливают цементным раствором.

Для проектирования мостового перехода необходимы два плана: ситуационный сравнительно мелкого масштаба и детальный крупномасштабный. Ситуационный план служит для разработки конкурирующих вариантов мостового перехода, регуляционных сооружений, подходов к мосту и составления технического проекта по выбранному варианту. На его основе составляют генеральный план строительства мостового перехода, поэтому ситуационный план должен включать всю территорию, где будут построены мостовые сооружения, а также временные, необходимые на период строительства. Генплан составляют на реках шириной до 500 м в масштабе 1 :2000 или 1 :5000, а при большей ширине — в масштабе 1 :5000 или 1 : 10 000. Ситуационный план можно составлять как в государственной системе координат, так и в системе координат мостового перехода. Высоты пунктов определяются в абсолютной системе и связываются с репером водомерного поста гидрометеослужбы.
Для составления ситуационного плана применяют аэрофототопографическую, фототеодолитную, тахеометрическую или мензульную съемки. При наличии на район перехода топографической карты масштаба 1 : 10 000 или 1 :25 000 или материалов прежних съемок ситуационный план составляется на основе этих материалов в камеральных условиях, после чего его проверяют в натуре и наносят на него происшедшие изменения (очертания берегов, возникшие постройки и т. п.). На ситуационный план непременно наносят водомерные посты, коренное русло с островами и отмелями, протоки и староречья, границы разлива воды при высоком историческом горизонте и высоком паводке, населенные пункты, дороги, существующие сооружения, растительность, характерные элементы рельефа.
Детальный план служит основой для разработки рабочих чертежей и составляется на территорию выбранного варианта мостового перехода протяженностью вверх по течению и вниз от оси моста на 1 —1,5 его отверстия, а по берегам — до отметки, превышающей уровень высоких вод на 1—2 м. Масштаб съемки принимают в зависимости от площади: 1:500 (до 10 га), 1:1000 (до 50 га) или 1 :2000 (более 50 га). Горизонтали снимают через 0,5— 1 м. Координаты точек определяют в местной системе координат мостового перехода, а высоты — в той же системе, что и высоты на генплане. Подводный рельеф снимают в пределах границ, установленных для детального плана.
Измерение длины мостового перехода. Расстояние между знаками, закрепляющими ось перехода на разных берегах, называют длиной мостового перехода. Ее надо знать для проектирования моста, размещения его частей на местности и привязки их к пикетажу трассы. Знание длины моста и расстояний между его частями необходимо для разбивочных работ в ходе строительства моста. В ходе изысканий достаточно определить ее с относительной средней квадратической погрешностью 1 : 5000, необходимой для разработки проекта моста.
В короткие сроки длину моста можно измерить светодально-мером. Достаточная для данного этапа работ точность обеспечивается применением длиномера АД1М. Иногда эту длину измеряют параллактическим способом. Если мост расположен на суходоле или на его оси можно построить мостки, длину моста измеряют мерными приборами.
В последующем пункты, закрепляющие ось моста, включают в-число пунктов геодезической сети моста, координаты которых в соответствии со СНиП Ш-43—75 определяют со средней квадратической погрешностью не более 6 мм, так что длина моста оказывается определена с относительной погрешностью, не превышающей б мм/L, где L — длина мостового перехода, мм.

Высотную основу строительства моста составляют устанавливаемые на участке строительства постоянные реперы. Согласно требованиям СНиПа, для обеспечения строительства моста длиной до 50 м достаточно иметь один репер. Для строительства моста длиной до 300 м требуется заложить на каждом берегу по одному реперу, а при длине моста более 300 м — не менее чем по два репера. Постоянные реперы располагают в устойчивых местах, в стороне от предстоящих строительных работ. Кроме того, в ходе строительства в устои моста на высоте 0,5 м от земли закладывают стенные реперы, а при необходимости — временные реперы, располагаемые вблизи строящихся сооружений.
Постоянные реперы опорной сети моста ходами технического нивелирования связывают с реперами государственной нивелирной сети и репером водомерного поста гидрометеослужбы. Превышения между реперами, входящими в высотную опорную сеть моста, определяют особенно тщательно. Отметки постоянных реперов на берегах и опорах согласно СНиПу определяют со средней квадратиче-ской погрешностью не более 3 мм относительно репера, отметка которого принята за исходную; отметки временных реперов — со средними квадратическими погрешностями до 5 мм.
Передачу отметки через реку при ширине реки до 300 м можно выполнить способами, описанными в гл. 11.
При больших расстояниях отметку передают в зимнее время нивелированием по льду или прокладывают нивелирный ход в обход— через острова, косы, мост, расположенные в стороне от строящегося моста.
При нивелировании по льду заблаговременно намечают места для установки реек и нивелира, очищают их от снега, вмораживают в лед деревянные колья под рейку и ножки штатива. В колья для реек забивают гвозди со сферической шляпкой. Расстояния от нивелира до реек допускают до 100 м. Нивелирный ход прокладывают дважды — в прямом и обратном направлениях. При наличии двух бригад нивелирование через широкую реку выполняют навстречу друг другу. Измерения производят в возможно кратчайшее время и в периоды наименьших суточных колебаний льда. При нивелировании через водоем, где возможны резкие изменения уровня льда, контролируют неподвижность льда. Для этого с помощью нивелира, установленного на берегу, через каждые 10 мин берут отсчеты по рейке, прикрепленной к столбу, вмороженному в лед на расстоянии не менее 50 м от берега. При невозможности передать высоту с берега на берег реперы на каждом берегу привязывают к государственной нивелирной сети.

Плановую, т. е. горизонтальную, геодезическую основу строительства моста составляют пункты специально создаваемой опорной геодезической сети. От этих пунктов в ходе строительства выносят в натуру центры и оси опор, регуляционных и других сооружений. При этом наиболее ответственны, сложны и требуют наибольшей точности разбивочные работы, служащие выносу в натуру центров мостовых опор. Строительные нормы и правила требуют, чтобы координаты центров опор определялись со средними квадратическими погрешностями не более 12 мм. Но эта погрешность складывается из погрешностей разбивочных работ и погрешностей в координатах пунктов геодезической сети. Надо, чтобы погрешности в положении геодезических пунктов практически не влияли на точность разбивки центров опор. Для этого необходимо, чтобы погрешности в координатах геодезических пунктов были по крайней мере в два раза меньше допустимых ошибок в координатах опор. Поэтому Строительные нормы и правила требуют, чтобы средние квадратические ошибки координат пунктов геодезической сети не превышали 6 мм.
Простейшим видом опорной геодезической сети моста является закрепленная на местности ось моста, измерениями вдоль которой определяют положение центров опор. Однако в ходе возведения моста на его оси ведутся активные строительные работы, отчего измерения часто оказываются затрудненными или даже невозможными. Поэтому создают более сложные сети с пунктами, расположенными вне оси моста, с таким расчетом, чтобы с этих пунктов можно было определять положение центров опор во время строительства.
Схема опорной сети моста определяется главным образом условиями местности и имеющимися средствами измерений. При выборе положения пунктов сети предусматривают удобство последующих разбивочных работ и обеспечение требуемой их точности. По возможности пункты геодезической сети необходимо приблизить к местам строительства опор и одновременно строить сеть с возможно меньшим объемом измерений.
На широких реках пункты, расположенные на берегах, приблизить к местам строительства русловых опор невозможно. В этом случае основными методами разбивки центров опор являются засечки с геодезических пунктов — угловые и линейные (светодаль-номером). Например, в наиболее неблагоприятных для разбивочных работ условиях оказывается удаленная от обоих берегов опора В (рис. 14.2), разбивка которой выполняется засечками с геодезических пунктов С и D. При применении прямой угловой засечки на этих пунктах измеряют горизонтальные углы и fb; при применении линейной засечки — расстояния d и d2. Известно, что в том и другом случаях наибольшая точность в определении положения точки Е достигается, когда угол засечки у=90°. Полагая базис засечки CD равным и параллельным длине моста L, замечаем, что у = 90°, если углы ВЕС и ВСЕ равны 45°, так что ВС и AD должны быть примерно равны половине длины моста. Отметим, что такое соотношение расстояний, перпендикулярных мосту и параллельных ему, обеспечивает и достаточно благоприятную форму треугольников опорной сети. В триангуляции связующие углы не должны быть меньше 25—30°. В нашем случае угол ВАС равен 26,6°, что при малом числе треугольников является вполне удовлетворительным.
Основные методы построения геодезической сети моста — триангуляция, линейно-угловая сеть, полигонометрия. При любом методе построения пункты, закрепляющие начало и конец моста, включают в число пунктов сети. Этим обеспечивается необходимая точность связей между геодезическими пунктами и осью моста.

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.