книги из ГПНТБ / Донских, И. Е. Створный метод измерения смещений сооружений

л ?

/j& s /

Донских И. Е. Створный метод измерения смещений сооружений. М., «Недра», 1974, 192 с.

В монографии изложены теоретические основы створного метода, при­ меняемого для определения горизонтальных смещений сооружений, установ­ ки и выверки технологического оборудования, разбивки центров опор канат­ но-подвесных дорог и в других инженерно-геодезических работах, когда тре­ буется с высокой точностью определить нестворности точек (отстояние их от прямой) или построить на местности прямую линию значительной протяжен­ ности.

Детальной разработке подвергнуто определение нестворности по способу измерения малых углов: получены строгие формулы для вычисления нестворностей и ординат, влияния ошибок исходных данных, оценки результатов наблюдений и расчета точности измерений; выявлено влияние ошибок опре­ деления нестворностей добавочных исходных пунктов и дано оптимальное размещение их; определено оптимальное соотношение ошибок наблюдения' нестворностей добавочных исходных и контрольных пунктов; проанализиро­ вана точность определения нестворностей по ранее опубликованным про­ граммам, выявлены недостатки их и предложены новые программы приме­ нительно к наличию и отсутствию видимости между пунктами закрепления створа; произведена аналитическая оценка достоинств программ и вариан­ тов определения нестворностей с учетом технических и экономических фак­ торов и выявлены оптимальные программы; доказано, что результаты иссле­ дований, полученные для способа измерения малых углов, применимы для способов подвижных марок, лазерно-интерференционного створофиксирования (ЛИСТ), дифракционного и других.

Некоторые пути анализа способов, программ и вариантов створных на­ блюдений могут быть применены для исследований и оценки достоинств дру­ гих геодезических построений.

Монография будет полезна работникам науки и производства, а также студентам геодезической специальности.

Таблиц 47, иллюстраций 29, список литературы — 86 названий.

і

д0271—38

125—73 © Издательство « Н Е Д Р А», 1974

043(01)— 74

ПРЕДИСЛОВИЕ

Пятилетним планом развития народного хозяйства СССР

предусматривается строительство и ежегодный ввод в эксплуа­ тацию большого количества предприятий. Стоимость строитель­ ства и эксплуатации их во многом зависит от экономичности проектных решений и режимов эксплуатации, а это неразрывно связано с изучением взаимодействия сооружения и его основа­ ния. Если бы удалось с достаточной достоверностью определить ожидаемые численные величины их взаимодействия, в частности, осадки и горизонтальные смещения сооружений, то можно было •бы значительно снизить запас прочности и тем самым умень­ шить стоимость строительства, выработать наиболее экономич­ ные режимы эксплуатации. Сказанное имеет особенно большое значение для гидротехнических сооружений, находящихся под воздействием водохранилища.

Существующие методы расчета осадок и горизонтальных ■смещений сооружений гидроузлов нуждаются в совершенство­ вании. Так, например, измеренные с высокой точностью осадки сооружений Братской (начало 1965 г,) и Красноярской (начало 1969 г.) гидроэлектростанций оказались в 1,6 раза больше ожидаемых [67]. Столь значительные несогласия теории с прак­ тикой объясняются сложностью оценки свойств основания по материалам инженерно-геологических исследований.

Наличие данных об осадках и горизонтальных смещениях сооружений, созданных в различных инженерно-геологических условиях, позволит усовершенствовать методику расчетов при проектировании сооружений и выработать наиболее экономич­ ные режимы их эксплуатации.

Пренебрежение наблюдениями горизонтальных смещений со­ оружений может привести к трагическим последствиям. Всем

3

гидроузла. Следовательно, аварии на крупных гидроузлах можно сравнить со стихийным бедствием *.

Вовремя организованные и надежно выполненные геодези­ ческие измерения горизонтальных смещений могут быть исполь­ зованы и для предотвращения аварии гидротехнического соору­ жения. Примером может служить обнаруженный геодезистами сдвиг на несколько сантиметров тела французской плотины Гробуа [15] и появление трещин. После опорожнения водохра­ нилища трещины закрылись, а плотина, усиленная контрфор­ сами, предотвращающими сдвиг ее, успешно эксплуатируются

.до сих пор.

К настоящему времени геодезистами предложено много ме­ тодов определения горизонтальных омещений сооружений, но теоретическая разработка их оставляет желать лучшего. По­ этому автор данной работы задался целью восполнить этот пробел применительно к створному методу, обеспечивающему получение наиболее высокоточных результатов. Хотя исследова­ ния выполнены для способа измерения малых углов, полученные выводы полностью применимы для способов дифракционного, подвижной марки и лазерно-иитерференциониого створофиксирования и др., а частично и для автоматического способа контроля направляющих. Способы измерения малых углов и подвижных марок нашли широкое применение в практике инже­ нерно-геодезических измерений, а дифракционный, автоматиче­ ский и лазерно-интерференционного створофпксирования нахо­ дятся в стадии доработки и усовершенствования в Московском институте инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии, Государственном союзном проектном и в Ереванском политех­ ническом институтах.

Вглаве 1 рассмотрены вопросы, касающиеся причин гори­ зонтальных смещений гидротехнических сооружений, применяе­ мых методов, способов и схем определения смещений, влияния ошибок центрирования теодолитов и редукции визирных целей.

Вглаве II изложена теория определения нестворностей по способу измерения малых углов оптическими микрометрами теодолитов. Применительно к этому способу рассмотрено влия­ ние некоторых инструментальных и других ошибок, выявлена оптимальная программа измерения малых углов, получены строгие рабочие и расчетные формулы для программ измерений

полярных и биполярных координат и наблюдений последова­ тельных створов, даны формулы для учета ошибок исходных данных и оценки достоинств способов, программ и вариантов определения нестворностей и показаны пути применения элек­

совещаний по гидротехнике. Вып. 63. Натурные исследования гидротехниче­ ских сооружений. «Энергия», Ленинградское отделение, 1971, стр. 61—64.

4

ВВЕДЕНИЕ

Из всех методов определения горизонтальных смещений сооружений створный метод является наиболее «молодым» и быстро развивающимся. История применения его насчитывает около трех десятилетий, а мощным импульсом для развития послужило внедрение в промышленное производство конвейеров, автоматических линий и строительство крупных гидротехниче­ ских и гидроэнергетических сооружений, находящихся под воз­ действием воды водохранилища и испытывающих горизонталь­ ные смещения.

Первая большая научно-исследовательская работа по кон­ струированию знаков, аппаратуры и приспособлений и разра­ ботке методики створных наблюдений для выверки направляю­ щих путей конвейера ШС-500 для шлифовки и полировки стекла была выполнена в 1951—1952 гг., а для конвейера ШС-1000 — в 1956—1958 гг. группой научных сотрудников кафедр геодезии

иприкладной геодезии МИИГАиК в составе А. С. Чеботарева,

М.С. Муравьева, Г. П. Левчука, М. А. Гиршберга, Д. С. Шеина, А. Ф. Нестерова, В. С. Усова, М. Е. Пискунова и др. Для опре­ деления нестворностей Г. П. Левчуком предложена оригиналь­ ная программа наблюдений последовательных створов (см. § 12 данной работы) с применением подвижной марки конструкции

М.С. Муравьева [57]. Кроме этого, разработаны коллиматор-

По заказу института «Гидропроект» научные сотрудники кафедр прикладной и высшей геодезии МИИГАиК выполнили очень важные исследования по разработке методики и аппа­ ратуры для определения горизонтальных смещений гидротех­ нических сооружений и впервые применили ее в 1953—1956 гг. на Цимлянском гидроузле. Результаты этих исследований в по­ следующие годы оказали большое влияние на постановку науч­ ных изысканий по данной проблеме.

На Цимлянском гидроузле створ длиной около 0,8 км располагался на гребне водосливной плотины и гидроэлектро­ станции и двумя знаками закреплялся в земляной плотине. Смещения этих знаков наблюдались с пунктов триангуляции, созданной с добавочными исходными связями по второй системе,

6

рекомендованной А. И. Дурневым 1.28]. Триангуляционные и створные пункты были закреплены знаками конструкции М. С. Муравьева [57]. Створные наблюдения выполнялись по способу измерения малых углов окулярным микрометром триан­ гуляционного теодолита, предложенному А. И. Дурневым, а в некоторых циклах — по предложению И. Ф. Болгова оптическим микрометром теодолита ÖT-02. Испытывался и способ подвиж­ ных марок с использованием подвижной марки конструкции М. С. Муравьева. Нестворности определялись относительно всего створа, полустворов и четвертей створа (§§ 11, 16 и 17). По­ следние две программы предложены М. С. Муравьевым. Поле­ вые работы в 1953 г. выполнялись под руководством М. С. Му­ равьева и А. И. Дурнева. В них принимали участие Г'. П. Левчук, А. В. Кондрашков, С. И. Пестов, И. Ф. Болгов, О. Д. Климов, М. Е. Пискунов и представитель института «Гидропроект» автор монографии И. Е. Донских. Результаты разработки и применение методики наблюдения смещений гидро­

Методика определения горизонтальных смещений гидротех­ нических сооружений, разработанная МИИГАиК и опробован­ ная им в условиях эксплуатации Цимлянского гидроузла, с некоторыми изменениями была применена институтом «Гидро­ проект» при строительстве Куйбышевского гидроузла в 1955 г.': створы для определения горизонтальных смещений гидроэлек­ тростанции и водосливной плотины впервые были расположены в потернах * этих сооружений и один створ — на гребне водо­ сливной плотины; связь створов в потерне с пунктами триан­ гуляции осуществлялась определением положения вспомогатель­ ных пунктов, установленных на сооружениях, и снесением координат их на координатомеры в потерну [27].

Составление проекта работ, согласование его с генеральным планом и проектами организации строительства до и после

C. П. Сидельников, И. Н. Разумовский, М. К- Швыдкий и др. Большую помощь в работе оказывали отдел геодезических изысканий (Г. С. Нейман, А. А. Пайзанский, С. М. Кузнецов и др.), Ставропольский проектный отдел (Я- Н. Даркшевич) и научно-исследовательский сектор (В. Л. Попова) института «Гидропроект». Консультировали работы научные сотрудники МИИГАиК А. И. Дурнев и М. С. Муравьев. В потерне ГЭС

7

рование по длинному створу в условиях потерны гидротехни­ ческого сооружения или затруднено, или невозможно. Для преодоления этого затруднения В. М. Гудковым и Б. И. Беляе­ вым [21], О. Д. Климовым [40], Г. И. Кузнецовым [44] и И. Е. Донских предложены программы створных наблюдений, в которых нестворности контрольных пунктов относительно створа определяются визированием не по всему створу, а только по частям его (см. главу IV).

В 1965 г. П. И. Брайт опубликовал работу [10], обобщаю­ щую отечественный и зарубежный опыт измерения деформаций оснований и сооружений, ставшую «настольной книгой» геоде­ зистов, занимающихся исследованиями сооружений.

Усилия сотрудников кафедры прикладной геодезии МИИГАиК и Ленинградского филиала института «Гидропроект» увенчались большим успехом: удалось разработать и в сложных строительных условиях Красноярской гидроэлектростанции при­ менить схему створных наблюдений, по результатам которых с большой достоверностью можно судить о наклонах сооруже­ ния, смещениях его подошвы и грунтов основания. Немалая заслуга в выполнении этих работ принадлежит непосредствен­ ному исполнителю наблюдений И. С. Рабцевичу, исследовав­ шему пять новых разновидностей струнного способа [67].

Используя известный интерференционный опыт Юнга с диф­ ракцией света от двух щелей и опыт В. С. Усова [72], сотруд­ ники МИИГАиК О. Д. Климов и А. А. Коптев разработали дифракционный прибор для створных измерений. Большой объем работ по исследованию и совершенствованию этого при­ бора и разработке методики наблюдений выполнил О. И. Гор­ бенко [18].

Общее развитие науки и техники, а особенно электроники и лазерной техники, создало необходимые предпосылки для разработки автоматических систем определения нестворностей. Принципы построения таких систем изложены Г. П. Левчуком

иИ. М. Павловым, В. Ф. Черниковым [64] и др.

Вработе В. Д. Большакова и др. [5] имеется ряд ориги­ нальных решений, выполненных применительно к нуждам строительства Большого серпуховского ускорителя, которые с успахом могут быть применены для дальнейшего совершенство­ вания методики определения смещений сооружений.

Вобласти математической обработки результатов наблюде­ ний и расчета точности измерений отметим работы В. Д. Боль­ шакова и др. [5], В. Н. Гаиьшина, И. М. Репалова [14], Н. Г. Видуева, Д. И. Ракитова и В. П. Гржибовского [13], А. Н. Гридчина [20], О. Д. Климова [40], В. В. Нефедова [60] и др.

9