Проект топографо-геодезического обеспечения строительства Западного Скоростного диаметра на участке от улицы Благодатной до проспекта Стачек, Санкт-Петербург

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВОЕННО-КОСМИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

имени А.Ф.МОЖАЙСКОГО

Институт подготовки гражданских специалистов

Выпускная квалификационная работа

Проект топографо-геодезического обеспечения строительства Западного Скоростного диаметра на участке от улицы Благодатной до проспекта Стачек, Санкт-Петербург

Руководитель: проректор по научной работе

Занько Ю.И.

Студент гр.4151

Марков А.В.

Санкт-Петербург

2010 г.

Содержание

строительство скоростная автомагистраль

Введение

1 Подготовительные работы

1.1 Общее описание объекта

1.2 Физико-географические условия

1.3 Исходная геодезическая основа и методика ее сгущения

2 Проект планово-высотной геодезической сети

2.1 Проект изготовления, размещения и закрепления пунктов планово-высотной разбивочной сети

2.2 Проект создания каркасной разбивочной сети и ее сгущения

2.3 Априорный расчет точности плановой разбивочной сети

2.4 Проект создания высотной разбивочной сети

2.5 Априорный расчет точности высотной разбивочной сети

Выводы

3 Разбивочные и контрольно-съемочные работы в плане и по высоте при возведении опор

3.1 Методы разбивочных и контрольно съемочных работ в плане

3.2 Методы передачи отметок на опоры

4 Геодезические работы при сборке пролета на подмостях

4.1 Контроль за осадками временных опор и подмостей

4.2 Разбивочные и контрольно-съемочные работы при монтаже пролетного строения на подмостях

4.3 Перспективные методы выполнения исполнительной съемки пролетного строения

4.4 Особенности геодезического обеспечения монтажа пролетного строения на криволинейном участке

5 Применяемая технология и расчет сметной стоимости

5.1 Описание применяемых приборов, оборудования и программного обеспечения

5.2 Сметная стоимость работ

5.3 Анализ эффективности применяемой технологии

Выводы

Список литературы

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Список применяемых сокращений и аббревиатур

ЗСД- Западный скоростной диаметр

ПВО- планово-высотное обоснование

КАД - кольцевая автодорога

ГРО - геодезическая разбивочная основа

СК-64 - система координат 1964 года

GPS - глобальная система позиционирования (США)

Глонасс - глобальная система позиционирования (Россия)

Galileo - глобальная система позиционирования (ЕС)

GNSS - комплексная глобальная система позиционирования с использованием всех систем позиционирования

Введение

Строительство скоростной автомагистрали «Западный скоростной диаметр» (ЗСД) является одним из важнейших направлений решения транспортной проблемы Санкт-Петербурга. Это стратегический инвестиционный проект городского и федерального значения, определяющий развитие города в качестве крупного транспортного узла мирового уровня.

Рис. 1 Кольцевая автомобильная дорога и Западный скоростной диаметр Санкт-Петербурга

Главная цель проекта (Рис.1) - создание платной скоростной автомагистрали для обеспечения автомобильных перевозок пассажиров и грузов по направлениям их наибольшей концентрации и подключение транспортного узла Санкт-Петербурга, включая Большой порт, к сети автомобильных дорог страны.

ЗСД представляет собой городскую скоростную автомагистраль с транспортными развязками в разных уровнях, на большей части 8-ми полосную, с расчетной скоростью движения транспорта 120 км/час и оснащенную современными автоматизированными системами управления движением и связи. В составе ЗСД предусматривается сооружение 15 транспортных развязок в разных уровнях и уникальных мостовых сооружений с подмостовыми габаритами над корабельным фарватером высотой 55 м и 35 м, строительство которых будет осуществляться в России впервые и уникально по своему содержанию и техническому замыслу лучших проектировщиков и конструкторов города.

Строительство ЗСД, окончание которого планируется в 2015 году, позволит вместе с КАД замкнуть вокруг Санкт-Петербурга первое транспортное кольцо. Кроме того, ввод в эксплуатацию ЗСД позволит решить неотложные городские транспортные и экологические проблемы:

- обеспечит транспортные связи Большого Морского порта через КАД с федеральными автодорожными выходами в Москву, регионы России, страны Балтии (Латвия, Эстония, Литва) и Скандинавии (Швеция, Финляндия);

- обеспечит транспортные связи пассажирского паромного комплекса и зоны общественно-деловой застройки, возводимых на намывных территориях вдоль западной оконечности побережья Васильевского острова;

- обеспечит транспортные связи южной, западной и северной частей города, минуя исторический центр, снизит транспортную и техногенную нагрузки на улицы, мосты, памятники культуры и архитектуры в центральной части города;

- улучшит в целом экологическую ситуацию в городе.

Геодезическое обеспечение строительства такого сложного в инженерном отношении объекта как ЗСД - непростая задача, требующая вдумчивого, технически и экономически обоснованного решения с выбором технических средств и методик выполнения геодезических работ, обеспечивающих строительство точными данными в плане и по высоте.

В данной работе мною предпринята попытка систематизированного изложения процесса планирования геодезических работ на южном участке Западного скоростного диаметра.

Первая глава работы посвящена вопросам планирования и подготовки геодезического обеспечения. В ней описаны физико-географические характеристики объекта, особенности исходной геодезической основы, запланирована каркасная сеть пунктов ГРО, априорно подсчитана её ожидаемая точность.

Вторая глава работы представляет проект развития планово-высотной сети. В ней содержится проект изготовления, размещения и закрепления пунктов планово-высотной разбивочной сети, выполняется математическое моделирование сети с целью получения априорных оценок точности плановой и высотной сети пунктов ГРО, делаются выводы о пригодности проекта сети к дальнейшей практической реализации.

Третья глава работы представляет описание технологии разбивочных и контрольно-съемочных работ на объектах эстакадно-мостового типа.

Четвёртая глава работы представляет описание технологии геодезических работ при сборке пролетов сооружения на подмостях в прямолинейном и криволинейном режимах. Здесь сделана попытка описания возможности применения перспективных методов выполнения исполнительной съёмки методом лазерного сканирования.

Пятая глава посвящена технико-экономической оценке проекта. Выполнено описание и оценка современных приборов, оборудования и программного обеспечения, выполнена попытка обоснованного определения сметной стоимости проекта и сделано описание экономической эффективности применения современной техники в дорожном строительстве.

На защиту выносится методика планирования геодезических и топографических работ для обеспечения строительства дорожных объектов особо сложной конструкции.

1 Подготовительные работы

1.1 Общее описание объекта

Проект магистрали предусматривает строительство автодороги протяженностью 48,9 км, из которых 55 % составят эстакадные участки. Средняя пропускная ширина трассы -- 6-8 полос. Трасса ЗСД пройдёт с юго-запада вдоль выходящей на Финский залив западной части Санкт-Петербурга. Она свяжет Большой морской порт Санкт-Петербурга и основные транспортные комплексы города с кольцевой дорогой и выходами в страны Балтии, Скандинавии и регионы России. Маршрут магистрали по проекту пройдёт от Белоострова на севере города до станции Предпортовая на юге, где соединится с Кольцевой автомобильной дорогой (КАД).

Условно ЗСД принято делить на три участка.

Южный отрезок (Рис.2), который составит почти 11 километров. Он начинается от Благодатной улицы и входит на территорию морского порта. Предполагается построить две транспортные развязки, на входе в порт и на Канонерском острове, которые обеспечат связь ЗСД с 1-м и 2-м районами порта, лесным портом и Канонерским судоремонтным заводом. Основная часть южного участка пройдет параллельно с существующими железнодорожными путями.

Рис.2 Южный участок ЗСД

Центральный отрезок протяжённостью чуть более 9 км соединит Васильевский остров с Адмиралтейским и Приморским районами и пройдёт от границ Морского порта до Приморского проспекта. В составе ЗСД на Центральном участке будут сооружены два неразводных моста, под которыми смогут пройти суда с верхними габаритами в 35 метров. Несмотря на близость проектируемых мостов к Крестовскому острову, строительство съезда с ЗСД к Приморскому парку Победы не планируется.

Северный отрезок протяжённостью 26 км от Приморского проспекта соединится с автодорогой Е-18 в районе Белоострова.

В составе магистрали предполагается сооружение 2 тоннелей и постройка 72 инженерных сооружений, среди которых -- вантовые мосты, путепроводы и транспортные развязки.

Как ожидается, строительство ЗСД позволит перераспределить транспортные потоки на западе и юге Санкт-Петербурга, облегчить транспортную доступность петербургского порта и существенно разгрузить дорожные коммуникации северной части города с южными.

1.2 Физико-географические условия

Обеспечиваемый в геодезическом отношении участок ЗСД расположен в Кировском районе на юго-западе Санкт-Петебурга, Начинается от дорожной развязки на улице Благодатная и заканчивается проспектом Стачек. Далее на север трасса уходит по мостовым сооружениям в Адмиралтейский район, проходит по реке Екатерингофке и площади Стачек. На востоке трасса уходит в Московский район. Трасса прокладывается вдоль линии железной дороги на Ломоносов, и на юге граничит с Красносельским районом, проходя по проспекту маршала Жукова и через реку Красненькую.

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ. Санкт-Петербург и окрестности расположены на стыке двух крупных тектонических структур: Южного Балтийского кристаллического щита и Северо-Западной Русской плиты Восточно-Европейской платформы. Породы щита - сильно смятые метаморфизованные породы гранито-гнейсового состава с прослоями кристаллических сланцев, возникшие 1,7-3 млрд. лет тому назад. Они обнажаются к Северу от Санкт-Петербурга, а в пределах его залегают на глубине 175-250 м. Зона промерзания грунтов примерно 1,42м.

По данным о геологических изысканий на объекте:

- глины легкие пылеватые твердые слоистые, с прослоями (0.2-0.4м) и прослойками (1-5мм) песчаников, серо-голубоватые, находятся на глубине от -32,59м до -46,19;

- глины легкие пылеватые твердые дислоцированные, с обломками песчаников, серо-голубоватые, находятся на глубине от -25,09м до -32,59;

- глины легкие пылеватые полутвердые дислоцированные, с обломками песчаников, серо-голубоватые, находятся на глубине от -15,79м до -25,09;

- суглинки легкие пылеватые тугопластичные, с гнездами и линзами песков насыщенных водой, с гравием и галькой из пород гранитного состава до 10%, голубовато-серые, находятся на глубине от -5,29м до -15,79;

- суглинки легкие пылеватые мягкопластичные, серые с гнездами и линзами песков насыщенных водой, с гравием и галькой до 10%, коричневато-серые, находятся на глубине от -0,59м до -15,79;

- суглинки легкие пылеватые текучепластичные, с гнездами и линзами песков насыщенных водой, с гравием и галькой до 10%, коричневато-серые, находятся на глубине от 2,21м до -0,59;

- насыпные грунты слежавшиеся: до глубины 1,4м - пески со шламом и шлаком угля, ниже - суглинки (глины) с прослоями песков пылеватых заторфованных, находятся на глубине до 2,21.

КЛИМАТ. Морские воздушные массы обусловливают сравнительно мягкую зиму с частыми оттепелями и умеренно-тёплое, иногда прохладное лето. Средняя температура января ?8 °C, июля +17 °C. Годовое количество осадков 650--700 мм, в зимний период выпадают преимущественно в виде снега. Преобладают западные и южные ветры. Весной и летом наблюдается явление белых ночей.

1.3 Исходная геодезическая основа и методика ее сгущения

Государственная геодезическая сеть (далее - ГГС) представляет собой совокупность геодезических пунктов, расположенных равномерно по всей территории и закрепленных на местности специальными центрами, обеспечивающими их сохранность и устойчивость в плане и по высоте в течение длительного времени.

ГГС включает в себя также пункты с постоянно действующими базовыми наземными станциями спутникового автономного определения координат на основе использования спутниковых навигационных систем с целью обеспечения возможностей определения координат потребителями в режиме, близком к реальному времени.

ГГС предназначена для решения следующих основных задач, имеющих хозяйственное, научное и оборонное значение:

- установление и распространение единой государственной системы геодезических координат на всей территории страны и поддержание ее на уровне современных и перспективных требований;

- обеспечение исходными геодезическими данными средств наземной, морской и аэрокосмической навигации, аэрокосмического мониторинга природной и техногенной сред;

- изучение поверхности и гравитационного поля Земли и их изменений во времени;

- метрологическое обеспечение высокоточных технических средств определения местоположения и ориентирования.

Наряду с ГГС созданы государственные нивелирная и гравиметрическая сети, а также геодезические сети специального назначения.

Государственные геодезическая, нивелирная и гравиметрическая сети, созданные за счет средств федерального бюджета, относятся к федеральной собственности и находятся под охраной государства (ст. 16 Федерального закона «О геодезии и картографии» от 26 декабря 1995 г. № 209-ФЗ (с изменениями). Для обнаружения и обследования сохранности исходных геодезических пунктов в местности, примыкающей к трассе силами подрядной организации ФГУП«Аэрогеодезия» были выполнены работы по обследованию и восстановлению пунктов ГГС. В результате выполненных работ через территориальное управление государственного геодезического надзора получены выписки из каталога координат пунктов ГГС в системах координат 1995, местной системе координат 1964 года и Балтийской системе высот 1977 г.. Из соображений режимности эти данные не приводятся. Точность взаимного положения пунктов ГГС характеризуется средней квадратической погрешностью в плане 3-4 см, а по высоте 2-3 мм.

2 Проект планово-высотной геодезической сети

Плановые координаты пунктов геодезической разбивочной сети предлагается определить на основе сочетания спутниковых геодезических и линейно-угловых измерений, а высоты - прокладкой нивелирных ходов. Вследствие жёстких требований к расположению пунктов ГРО в непосредственной близости от строительства и обеспечения их долговременной сохранности, удобства использования нами было уделено особое внимание этому вопросу.

2.1 Проект изготовления, размещения и закрепления пунктов планово-высотной разбивочной сети

Основные требования к закреплению пунктов геодезической разбивочной сети заключаются в следующем:

- обеспечение сохранности пунктов;

- обеспечение стабильности планово-высотного положения;

- обеспечение видимости между смежными пунктами сети;

- обеспечение удобства выполнения разбивочных и других работ.

Тип знака закрепления пункта геодезической разбивочной основы для геодезической сети мостового перехода зависит:

- от места его установки (в грунте, на крыше здания, и т.д.);

- от характеристик грунтов: (в скальных, в песчаных, глинистых и других грунтах);

- от рельефа местности и наличия препятствий.

При наличии видимости между пунктами сети на песчаных, глинистых и других грунтах предлагается закреплять пункт сети так, как показано на Рис. 3. Пункт представляет собой бетонный монолит, в который заделана труба. Он должен быть заложен ниже уровня промерзания грунта на 0,5 - 1 м. После бетонирования монолита котлован засыпают щебнем или крупнозернистым песком, чтобы предотвратить влияние пучения грунта на положение пункта. Такой метод закрепления апробирован на строительстве многих мостов и эстакад.

Рис. 3 Устройство пункта в грунте: 1 - стальная пластина толщиной 10 мм с отверстием

d = 16,5 мм; 2 - труба d = 160 мм; 3 - ПГС, щебень или крупнозернистый песок; 4 - бетон; 5 - репер.

При необходимости обеспечить видимость над небольшими препятствиями, например кустарником, трубу делают выше и устраивают площадку для наблюдателя (Рис. 4)

При этом нельзя допускать касания настила площадки и трубы. При высоте пункта выше 3 м, для ослабления влияния температурных деформаций, рекомендуется вместо трубы использовать четырехгранную пирамиду, сваренную из уголков.

На зданиях пункты сети закрепляют либо на коньке крыши, либо на выступающих стенах дома, либо приделывают консоль к стене или трубе дома (Рис. 5).



Рис. 4 Пример устройства пункта высотой 2 - 5 метров

Рис. 5 Схема устройства пункта геодезической сети на здании:

а - пункт на стене здания, б - пункт на консоли с площадкой для наблюдателя

Для исключения ошибки центрирования предлагается использовать устройство для принудительного центрирования (Рис. 6).



Рис. 6 Устройство для принудительного центрирования: 1 - резьба под трегер прибора, 2 - втулка с резьбой для верхней плиты знака, металлическая плита знака с резьбой под устройство

9 пунктов сети предполагается сделать пунктами грунтового заложения из трубы диаметром 320 - 530 мм, погруженных в котлован глубиной 3 м с бетонным монолитом в основании 5 куб. м. Такая схема закрепления использована, в частности, при закладке пункта ГРО2(Рис. 7).

Рис. 7 Фото пункта ГРО 2

10 пунктов сети закреплены на столбах контактной сети и на ограждениях путепроводов через ул. Маршала Говорова и пр. Стачек (Рис. 8).

Рис. 8 Фото пунктов ГРО 9 (слева) и ГРО 12 (справа)

Два пункта на пр. Стачек ГРО 18 и ГРО 19 закреплены дюбелями, забитыми в асфальт.

2.2 Проект создания каркасной разбивочной сети и ее сгущения

Плановую разбивочную сеть на участке работ предлагается создать сочетанием спутниковых и линейно-угловых измерений.

Выполненная рекогносцировка показала, что участок между пунктами ГРО6 и ГРО23 обеспечен вторичными пунктами недостаточно, поэтому предлагается сгустить разбивочную сеть на этом участке пунктами 24, 25 и 26, представляющих собой отражающую пленку, наклеенную на расположенных в этом районе зданиях. Координаты и высоты этих пунктов определить прямой линейно-угловой засечкой, выполнив измерения электронным тахеометром со всех соседних пунктов сети (см. проект сети - рис. 9).

На схеме линии спутниковых измерений показаны черными линиями, а линии тахеометрических измерений - синими.

Выводы по организации закладки, оформления и выбору методики геодезических определений каркасной сети пунктов ГРО

В результате выполненных работ запланировано и выполнено следующее:

- заложены пункты каркасной сети пунктов ГРО, обеспечивающие определение точек сгущения в любом месте трассы путём обратной линейно-угловой засечки, прямой линейно-угловой засечки или их комбинацией от 2- 3 пунктов каркасной сети;

- гарантирована сохранность пунктов каркасной сети вплоть до проявления элементов вандализма, пункты сданы под охрану органам строительного надзора;

- утраченные пункты каркасной сети легко восстановить со смежных пунктов.

Далее была построена модельная сеть созданной ГРО и просчитана её априорная точность.

Рис. 9 Схема развития плановой сети

2.3 Априорный расчет точности плановой разбивочной сети

Исходные данные и результаты расчетов

Разбивочная сеть включает 25 пунктов и в соответствии с расположением строящегося сооружения вытянута в направлении запад - восток. Схема сети показана на чертеже (рис. 9). Два пункта, расположенные в западном конце сети, и два пункта, расположенные в восточном, являются пунктами примыкания данного участка разбивочной сети к соседним участкам. Координаты названных четырех пунктов должны быть привязаны спутниковыми измерениями к городской геодезической сети, согласованы с создателями сетей на соседних участках и в последующем изменению не подлежат. В силу фиксированного характера названных пунктов будем рассматривать их как исходные, а их координаты считать безошибочными. При анализе точности положения определяемых пунктов будем рассчитывать ее относительно пунктов, принятых как исходные. Кроме того, исследуем точность положения пунктов сети относительно смежных пунктов, что особенно важно для точности разбивочных работ.

При расчете точности сети принято, что сеть будет построена главным образом с применением спутниковых измерений, а отдельные пункты определены засечками с обязательным наличием избыточных линейных и угловых измерений. При ее реализации на местности схема спутниковых измерений, количество и положение независимо измеренных базовых линий, зависит, в частности, от числа совместно используемых комплектов спутниковой аппаратуры. В представленной здесь схеме принято, что положение каждого очередного пункта определяется для контроля связями с двумя ранее определенными пунктами. В реальной схеме число связей может быть большим, отчего точность сети повысится.

Характеристики точности спутниковых измерений приняты исходя из следующих соображений. Погрешности спутниковых измерений по данным фирм изготовителей аппаратуры не превышают 5 мм + 1 мм , где - расстояние (км). В данной сети все расстояния не превышают 400 м, поэтому примем предельную погрешность измерения базовой линии равной 5 мм. Тогда средняя квадратическая погрешность с доверительной вероятностью 0,95 будет равна 2,5 мм. В наших расчетах с некоторой осторожностью примем ее равной 3 мм.

Спутниковыми измерениями определяются разности координат между пунктами. С учетом имеющихся у нас программных средств, для удобства вычислений перейдем от разностей прямоугольных координат к приращениям полярных координат. При этом погрешность расстояния между пунктами будет равна 3 мм, а погрешность направления с пункта на пункт, выраженная в радианах, - 3 мм/ (где - выражено в миллиметрах). В рассматриваемой сети средняя длина стороны сети равна 157 м. Поэтому в нашем расчете примем среднюю погрешность направления между смежными пунктами равной (3 мм/ 157 000 мм)206265 = 3,9 4.

Три пункта определяются тахеометрическими линейно-угловыми засечками с ближайших пунктов спутниковой сети. Проектируется, что это прямые засечки, то есть измерения выполняются только на опорных спутниковых пунктах. При этом в ходе выполнения измерений направления и расстояния измеряются на определяемый пункт и два смежных спутниковых пункта. В последующем, при обработке выполненные тахеометрические измерения рекомендуется уравнивать совместно со спутниковыми. Для характеристики точности тахеометрических измерений примем, что применяемый электронный тахеометр обеспечивает точность, характеризуемую средними квадратическими погрешностями 3 в направлениях и 3 мм в расстояниях.

Руководствуясь приведенной схемой сети и изложенными исходными данными, выполнен априорный расчет точности сети.

Расчет состоит из двух этапов.

Первый этап - составление цифровой модели сети. При этом задавались приближенными координатами пунктов сети и рассчитали соответствующие им значения измеряемых величин.

Второй этап - обработка “измерений” с оценкой точности положения пунктов сети.

Результаты выполненных модельных и натурных расчётов в программе Pinnacle приводятся в Приложении А. Априорная точность получения координат точек ГРО приведена ниже

Cвeдeния o тoчнocти элeмeнтoв ceти:

Haибoлee cлaбый пункт ceти: GRO 26

- m_x = 3 мм; m_y= 3 мм; M = 4 мм;

- эллипc ошибок: m_max= 3 мм; m_min= 3 мм;

- нaпpaвлeниe большой ocи: 12.7.

Haибoлee cлaбaя cтopoнa ceти: GRO9 - GRO 10.

- cp.кв.ошибка вдoль cтopoны: 2мм;

- cp.кв.ошибка пoпepeк copoны: 1мм;

- oтнocитeльнaя ошибка в длинe cтopoны: 1: 31 156;

- cp.кв.ошибка диpeкциoннoго угла: 3.7.

Пpимeчaниe:

Bce xapaктepиcтики тoчнocти вычиcлeны c иcпoльзoвaниeм знaчeний cpeдниx квaдpaтичecкиx погрешностей, зaдaнныx aпpиopнo.

Выводы по расчету точности сети

Основные выводы из обработки состоят в следующем.

Сеть, построенная по изложенной схеме и содержащая измерения указанной выше точности, обладает высокой точностью и удовлетворяет требованиям нормативных документов.

Средние квадратические погрешности определения координат наиболее слабого пункта сети, которым оказался пункт “26”, равны

m_x = 3 мм и m_y= 3 мм, 4.2 мм.

Взаимное положение пунктов характеризуется еще более высокой точностью. Так у наиболее слабой стороны сети “GRO9” - “GRO10” продольная вдоль трассы средняя квадратическая погрешность оказалась равной 2 мм, а поперечная поперек трассы - 1 мм. Относительная погрешность в длине этой стороны равна 1: 31 156. Расположение пунктов обеспечивает их долговременную сохранность и удобство использования. В качестве примера на Рис. 10, 11, 12 приведёны примеры расположения пунктов GPO 6, 7, 8

Рис. 10 Пункт ГРО 6

Рис. 11 Пункт ГРО 7

Рис. 12 Пункт ГРО 8

2.4 Проект создания высотной разбивочной сети

Высотная сеть объекта должна отвечать требованиям СНиП [4]: «Реперы должны быть устойчивы, увязаны в единую высотную сеть, связаны с государственной нивелирной сетью. Средние квадратические погрешности определения отметок реперов на берегах и опорах: постоянных - 3 мм, временных -5 мм».

Высотная разбивочная сеть на строительной площадке должна быть создана в государственной Балтийской системе высот 1977 г.

Участок работ обеспечен исходными реперами городской нивелирной сети III класса в достаточном количестве.

Пункты высотной и плановой сетей совмещены. Планируется передавать высоты непосредственно на пункты разбивочной сети.

Проект высотной сети участка строительства ЗСД между Благодатной ул. и пр. Стачек представлен на Рис. 2.8.

Рис. 12 Проект высотной разбивочной сети

2.5 Априорный расчет точности высотной разбивочной сети

Оценку проекта нивелирной сети осуществим в следующем порядке:

1) составление схемы сети (рис. 2.8);

2) определение по алгоритму параметрического способа уравнивания обратной весовой матрицы высот пунктов сети;

3) подбор значения средней квадратической ошибки единицы веса , обеспечивающего требуемую точность определения высот пунктов;

4) установление по класса геометрического нивелирования,

принимаемого для определения высот.

Определение по алгоритму параметрического способа уравнивания обратной весовой матрицы высот реперов

В функции высот H превышения h выражаются очевидным образом

.

Коэффициенты уравнений поправок

; .

Тогда будем иметь

.

где  - поправки к измеренным превышениям,  - приближенные значения высот,  - поправки к приближенным значениям высот определяемых реперов.

Окончательно уравнение поправок

, (1.1)

где - свободный член.

Число уравнений (1.1) равно числу "измеренных" превышений. При оценке проекта свободные члены отсутствуют. Коэффициенты таких уравнений можно объединить в матрицу коэффициентов B.

Далее составим соответствующую матрице B весовую матрицу P, в общем случае имеющую диагональный вид. При оценке проектов положим, что матрица P имеет диагональный вид, т.е. состоит из весов "результатов измерений". Веса результатов измерений превышений определим по формуле

, где  - длина хода.

Матрица коэффициентов нормальных уравнений, обеспечивающих оптимальное решение минимальной длины, будет

.

Выполнив на персональном компьютере обращение матрицы N, можно найти ковариационную матрицу , которая будет являться обратной весовой матрицей уравненных высот.

Далее по диагональным элементам матрицы выполним подбор значения средней квадратической ошибки единицы веса , обеспечивающего требуемую точность определения высот пунктов.

Выбор класса нивелирования

По величинам квадратичных коэффициентов можно сразу установить наиболее слабый пункт. Это будет пункт, имеющий максимальное значение .

В нашем случае для пункта ГРО6.

Тогда средняя квадратическая ошибка единицы веса будет

, (1.2)

где  - установленная нормативными документами или проектом производства геодезических работ средняя квадратическая ошибка определения высот пунктов.

Принимая  мм, получим  мм.

Полученное по формуле (1.2) значение сравним со средней квадратической ошибкой единицы веса , принимаемой для определенного класса нивелирования, которое в нормативных документах не указывается. Ее можно определить косвенно по предельным допустимым невязкам, указанным в Инструкции по нивелированию [4].

Принимая коэффициент перехода t от предельной к средней квадратической ошибке равным 2,5 с доверительной вероятностью , нетрудно найти (см. табл. 1).

Таблица 1 Oпределение допустимой средней квадратической единицы веса

Класс нивелирования	Допустимая невязка, мм	, мм
II		2
III		4
IV		8

Из сравнения и выберем класс нивелирования, по программе которого следует выполнять определение высот реперов на объекте работ. Это будет нивелирование III класса.

Т. к. в районе работ нет реперов нивелирования II класса, то отметку репера 13123 рекомендуем передать на репер 7769 по программе II класса и, опираясь на эти пункты, создать нивелирную сеть III класса для определения высот пунктов геодезической разбивочной сети.

Выводы

1 Плановую сеть целесообразно создавать сочетанием спутниковых и традиционных наземных технологий.

2 При выполнении GPS-наблюдений следует обратить особое внимание на пункты, расположенные на границах участков работ. Необходимо выполнить единовременные измерения на крайних пунктах сети (ГРО1, ГРО2 - юго-восточная граница и ГРО17, ГРО20 - северо-западная граница) с пунктами городской полигонометрии, имеющимися в этих районах. Полученные результаты необходимо использовать:

- для анализа состояния исходных пунктов городской полигонометрии;

- для стыковки систем координат рассматриваемого участка работ с

участками ЗСД, прилегающими к нему с юго-востока и с северо-

запада.

3 Сгущение плановой сети выполнить, определив положение пунктов 24, 25 и 26 методом многократной прямой линейно-угловой засечкой. При выполнении этих работ целесообразно дополнительно измерить электронным тахеометром линии ГРО11 - ГРО 10, ГРО 10 - ГРО 9, ГРО 9 - ГРО 8, ГРО 8- ГРО 7, ГРО 7- ГРО 17а (см. проект сети, рис. 1.7).

4 Математическую обработку всех выполненных в сети измерений целесообразно выполнить совместно.

5 Высотное положение пунктов сети следует определить по программе нивелирования III класса.

Каталог координат и высот (Приложение Г).

3 Разбивочные и контрольно-съемочные работы в плане и по высоте при возведении опор

3.1 Методы разбивочных и контрольно-съемочных работ в плане

Разбивочные работы предваряют контрольно-исполнительные съемки: перед строительством конструктивного элемента моста или путепровода выполняют его разбивку и закрепление осей и точек, а после его бетонирования или монтажа делают исполнительную съемку готового элемента. Сущность разбивочных работ и контрольно-исполнительной съёмки состоит в точном определении местоположения проектируемой точки в плане и по высоте путём полярной засечки и тригонометрического нивелирования от исходных пунктов (Рис.11).

Рис. 13 Контрольно-исполнительная съемка планого-высотного положения свай

В настоящее время строительные организации выполняют геодезические работы с использованием электронных тахеометров и высокоточных оптических с компенсатором или цифровых нивелиров

Независимо от конструктивных особенностей опор и их расположения разбивку осей опор выполняют с опорой на пункты геодезической разбивочной сети, причем обязательно с контролем и желательно разными методами.

Геодезические работы на всех этапах возведения опор должны выполняться в соответствии с требованиями СНиП [19], и СНиП 21, а также с учетом рекомендаций проекта производства геодезических работ.

Перед началом работ необходимо убедиться, что каталог координат и высот является подлинником и разрешен к производству работ, а также что размеры конструкций и координаты точек, подлежащих выносу на местность сняты с чертежа, допущенного к производству.

Разбивку и съемку опоры удобно выполнять с опорных точек расположенных возле опоры или на опоре. Плановое положение опорных точек определяют от ближайших пунктов геодезической разбивочной основы. Координаты опорных точек определяют, как правило, засечками:

- прямой угловой или линейно-угловой засечкой;

- обратной угловой или линейно-угловой засечкой;

- линейной засечкой;

Выбор вида засечки выполнения работ зависит:

- от расположения пунктов относительно возводимой опоры;

- от наличия видимости между пунктами и определяемыми

точками.

Важной составляющей является наличие избыточных измерений с целью исключения грубых ошибок и повышения точности определения координат.

При использовании прямой угловой засечки необходимо иметь ввиду, что наибольшая точность достигается, когда угол засечки г близок к 90є (см. рис. 3.1). При этом нужно выдержать требование к углу засечки - он должен быть в пределах 30є < г < 150є.

Рис. 13 Схема определения опорной точки прямой засечкой

Прямая линейно-угловая засечка применяется при наличии видимости между пунктами и возможности произвести наблюдения с двух пунктов сети.

В практике часто комбинируют различные виды засечек для группы опорных точек (Рис. 14).

Наиболее удобно применение обратной засечки. Количество наблюдаемых пунктов при обратной засечке ограничено реальными условиями видимости. Обязательным условием является наличие избыточных измерений. Рекомендуется сочетание угловых и линейных измерений.

Обратим внимание на особенность обратной угловой засечки. Точность этой засечки в значительной степени зависит от расположения определяемой точки относительно пунктов сети. В связи с этим, применяя этот способ, необходимо ясно представлять себе, благоприятна ли данная комбинация пунктов сети для достижения требуемой точности или следует выбрать другую комбинацию пунктов.



Рис. 14 Схема комбинирования различных видов засечек

При выборе пунктов сети необходимо помнить, что задача не имеет решения, если определяемая точка попадает на окружность, проходящую через пункты сети, так называемый «круг неопределенности».

Для того чтобы определяемая точка не оказалась на круге следует проанализировать на разбивочном чертеже взаимное расположение опорной точки и пунктов сети.

Безопасно следующее взаимное расположение пунктов сети и опоры, когда:

пункты сети располагаются вдоль прямой линии,

средний пункт сети расположен ближе к опоре,

пункты сети располагаются вокруг опоры, которая находится внутри треугольника.

Электронный тахеометр позволяет не только получить координаты точки стояния, но и оценить точность их определения, а также ориентировать тахеометр в системе координат ГРО.

Используя координаты точек элемента опоры и координаты станции, полученные из обратной засечки, электронным тахеометром выносят контурные точки этого элемента, монтируют его или устанавливают опалубку (Рис. 15).

Рис. 15 Схема разбивки оси фундамента и опалубки

Разбивочные работы приходится выполнять несколько раз на различных этапах строительства опор. Основными этапами являются:

разбивка осей опоры и свайного основания,

разбивка ростверка опоры,

разбивка осей стоек опоры и установка опалубки для стоек,

разбивка подферменных площадок.

После каждого этапа возведения опоры производится исполнительная съемка. По материалам съемок составляются исполнительные схемы:

- шпунтового ограждения и свайного основания;

- ростверка опоры;

- опалубки перед бетонированием тела опоры;

- тела опоры после укладки бетона;

- опалубки перед бетонированием оголовка опоры;

- оголовка опоры после его бетонирования;

- подферменных площадок.

При закреплении осей свайного поля достаточно забивки арматуры, в то же время на ростверке, стойках опоры и подферменных площадках оси закрепляют краской. Необходимо помнить, что надежность закрепления осей предотвращает повторные разбивки.

Разбивку точек опоры рекомендуется выполнять методом полярных координат с контролем с двух пунктов геодезической сети.

После выполнения разбивочных работ и бетонирования или монтажа элемента опоры делают его исполнительную съемку. Для получения результатов, позволяющих судить об отклонении фактических размеров элемента опоры от проектных, необходимо перевычислить определенные тахеометром координаты точек опоры из системы ГРО в систему координат опоры с началом координат в центре стойки.

После бетонирования или монтажа элемента опоры намечают проектные оси и закрепляют их краской. Для контроля необходимо рулеткой проверить размеры и их соответствие проектным значениям.

По результатам разбивочных работ должен быть составлен «Акт геодезической разбивки», в котором должны быть указаны методика разбивки (каким прибором, с каких пунктов, с какой точностью), а также способ закрепления осей и центров. К акту должна быть приложена схема закрепления осей.

После исполнительной съемки составляют «Акт геодезической проверки конструктивного элемента», к которому прикладывают схему исполнительной съемки. В акте указывают размеры и отметки, превышающие допуски нормативных документов и дают заключение.

3.2 Методы передачи отметок на опоры

В период строительства высотное положение пунктов сети должно контролироваться. Для этого следует периодически прокладывать контрольные ходы геометрического нивелирования между пунктами сети. Строительная площадка перегружена строительной техникой и механизмами, поэтому пункты не застрахованы от механического воздействия (удары, наезды и пр.), что тоже требует периодического контроля высотного положения. Такой контроль можно выполнять методом тригонометрического нивелирования (по измеренному на пункт вертикальному углу и расстоянию), используя имеющиеся электронные тахеометры. В случае подтверждения изменения положения пункта по высоте, следует переопределить его отметку методом геометрического нивелирования, включив определяемый пункт в ход нивелирования.

Обязательным является сезонный контроль ГОСТ[13]: поздней осенью или ранней зимой после замерзания грунта и весной после оттаивания грунта. Нивелирование по всем используемым для работы пунктам сети выполняется с соблюдением требований, предъявляемых к нивелированию IV класса.

Разбивочные работы по высоте на этапах создания свайного основания и бетонирования ростверка выполняют как методом геометрического, так и тригонометрического нивелирования относительно пунктов ГРО. При геометрическом нивелировании используют как оптические, так и цифровые нивелиры, которые, кроме функции измерения, позволяют выполнять на строительной площадке разбивочные работы: имеют функции выноса превышения или отметки (например, приборы DiNi и SDL).

Выполненные разбивки необходимо контролировать, выполняя разбивочные работы от разных пунктов ГРО. Опоры на участке строительства эстакады имеют высоты от 10 до 21 м.

При возведении тела опоры на небольших высотах можно рекомендовать выносить отметку с пункта ГРО на опору методом геометрического нивелирования. Нивелир в этом случае можно установить на соседний пункт ГРО.

Далее можно перейти на передачу отметки на тело опоры методом тригонометрического нивелирования, используя для этого электронный тахеометр (рис.3.4). Перед выносом отметки следует проверить величину места нуля вертикального круга МО, измерения следует выполнять при двух положениях вертикального круга с контролем его МО.

Задача выноса отметки на верх опоры традиционно решалась раньше с помощью металлической рулетки и нивелира. Но при измерениях в ветреную погоду возникают трудности, и погрешности из-за ветровой нагрузки на полотно рулетки могут оказаться недопустимыми.

Имеющиеся в настоящее время на строительных площадках электронные и лазерные геодезические приборы позволяют выполнить передачу отметки на верх опоры в любую погоду.

Передача отметки с помощью электронного тахеометра

Электронный тахеометр следует установить в рабочее положение на пункте ГРО и измерить его высоту k (Рис. 16).

Рис. 16 Вынос отметки на опору с помощью электронного тахеометра

На опоре выбирают фиксированную точку А, на которую устанавливают отражатель на штативе, измеряют высоту отражателя l. Тахеометром определяют превышение h = D sin н + k - l. В память прибора вводят высоту пункта Н_ГРО и на дисплей выводится отметка точки А: Н_А= Н_ГРО + h.

Для контроля и исключения приборных погрешностей тахеометра рекомендуется передачу отметки выполнять при двух положениях вертикального круга.

Погрешность определения отметки на опоре можно определить по формуле:

,

где m_ГРО - погрешность определения высот пунктов ГРО;

m_h - погрешность определения превышения:

m_h = ;

m_D - погрешность измерения расстояния, m_н - погрешность измерения угла, с = 206265", m_изм. - погрешность измерения высоты прибора k и высоты отражателя l.

Передача отметки с помощью электронного тахеометра с диагональной насадкой

При наличии диагональной насадки, которая одевается на окуляр тахеометра, передачу отметки на опору выполняют следующим образом (рис. 3.5). Тахеометр устанавливают близко к опоре. Установив тахеометр под точкой N в рабочее положение, приводят зрительную трубу в горизонтальное положение (для этого по вертикальному кругу устанавливают отсчет равный МО вертикального круга) и по рейке, установленной на пункте ГРО, берут отсчет а. С помощью диагональной насадки, развернув зрительную трубу на 90є, измеряют вертикальное расстояние d₁ до точки N на малый отражатель или закрепленный на пластине пленочный отражатель. Измеряют толщину пластины d₂.

Затем с помощью нивелира (рис. 17) измеряют превышение между точкой N и выбранной точкой А на опоре: h = b - с.

Отметка точки А на опоре равна:

Н_А = Н_ГРО + а + d₁+ d₂ + h.

Рис. 17 Передача отметки с помощью электронного тахеометра с диагональной насадкой и малого или пленочного отражателя

При наличии соответствующего тахеометра расстояние d₁ может быть измерено в безотражательном режиме.

Передача отметки с помощью нивелира и электронной рулетки

Опыт выполненных на других объектах работ позволяет рекомендовать для передачи отметки на высокие части сооружения, в частности, на опору ручные безотражательные дальномеры - лазерные рулетки (рис. 18).

При использовании для передачи этого способа сначала намечают точки М на опоре и N на местности, расположенные на одной отвесной линии. Это расстояние измеряют электронной рулеткой Расстояние лазерной рулеткой удобнее измерять, как показано на рисунке, сверху вниз., место попадания лазерного пятна (точка N) отмечают на экране (например, листе железа). Нивелиром определяют превышение между пунктом ГРО и точкой N на экране h₁ = a₁ - b₁.

Рис. 18 Передача отметки на опору с помощью нивелира и электронной рулетки

Измеряют толщину пластины d₂. Нивелир переносят на опору и определяют превышение между точкой М на пластине и выбранной в качестве Вр. реп. точкой А h = a₂ - b₂.

Окончательно будем иметь:

Н_А = Н_ГРО+ h₁ + d₁+ d₂ + h₂.

Математические основы решения засечек, определения превышений геометрическим и тригонометрическим нивелированием общеизвестны и здесь не приводятся.

4 Геодезические работы при сборке пролета на подмостях

4.1 Контроль за осадками временных опор и подмостей

При монтаже пролетного строения на временных опорах (Рис. 19) и подмостях необходимо следить за их осадками. Особенно это необходимо в период замерзания и оттаивания грунта. В основании опор необходимо заложить марки, отметки которых определяют нивелированием с последующим контролем их ухода вниз или вверх относительно исходных пунктов.

Контроль за осадками выполняют геометрическим нивелированием от устоявшихся реперов, расположенных вне зоны строительства. Допустимая невязка нивелирного хода , где n - число станций.

Для нивелирования (рис. 19) применяют точные нивелиры как отечественные, так и иностранных фирм с увеличением зрительной трубы v 30^х. Значительно упрощают процесс измерений и обеспечивают высокую точность определения превышений электронные цифровые нивелиры.

Рис. 19 Контроль укрупненной сборки металлоконструкций

Осадочные марки стапеля необходимо нивелировать не реже 1 раза в 2 месяца. При необходимости от марок временных опор передают отметки на другие элементы подмостей, элементы монтируемого пролета и т.д.

4.2 Разбивочные и контрольно-съемочные работы при монтаже пролетного строения на подмостях

Разбивочные и контрольно-съемочные работы на стапеле выполняют с пунктов ГРО. Геодезические работы при монтаже пролетного строения выполняют на следующих этапах:

1) плановые и высотные разбивочные работы при установке элементов пролета;

2) исполнительная съемка секции пролета после сборки элементов и оформления стыков.

Согласно требованиям нормативных документов допуск на отклонение в плане элементов пролетного строения от их проектного положения не должен превышать 10 мм. Допуск на отклонение ординат строительного подъема от проекта равен 10 мм.

Из вышеприведенных допусков точность геодезических работ согласно требованиям ГОСТ [13] по высоте m_h = Д /5 = 10/5 = 2 мм, в плане m _x,y = 10/5 = 2 мм. Такую точность работ по высоте обеспечивают высокоточные и точные нивелиры, а в плане - электронные тахеометры с погрешностью измерения расстояний m_S = 2+210^-6S (мм).

При установке элементов пролета на подмостях высотный контроль выполняют либо по нижним точкам собираемой коробки, либо по верхним точкам.

Контроль за плановым положением блоков пролета в период монтажа выполняют одним из следующих методов:

- методом полярных координат с пунктов ГРО;

- методом прямоугольных координат от створов, параллельных оси собираемого пролета с использованием электронного тахеометра или теодолита.

Вертикальность стенок коробки при монтаже на стапеле проверяют методом бокового нивелирования (Рис. 20).

При установке блоков пролетного строения на подмостях возможен пересчет отметок (ординат) строительного подъема из-за неравенства продольного уклона, заданного проектной организацией, и уклона на стапеле (рис. 2.1).

Рис. 20 Схема сопряжения секций пролетного строения

Рис. 21 Фото сопряжения секций пролетного строения

Рис. 22 Временные опоры

Пересчет отметок и уклонов выполняют по формулам:

;

,

где H₁, H₂, H₃ - проектные отметки точек 1, 2, 3, H₁^/, H₂^/ - отметки точек 1, 2 из нивелирования в процессе монтажа блоков балки жесткости.

Установку блоков пролетного строения по вертикали с соблюдением отметок строительного подъема выполняют геометрическим нивелированием.

Результаты исполнительной съемки, выполненной после монтажа секции пролета на подмостях, оформляют актом. К акту прикладывают схему исполнительной съемки, на которой указывают фактические размеры и отметки элементов пролета, а в скобках проектные размеры и отметки.

4.3 Перспективные методы выполнения исполнительной съемки пролетного строения.

В связи с появлением на производстве лазерных сканеров становится возможным использовать их при выполнении исполнительной съемки конструкций эстакады. Наземная сканерная съемка позволяет определить планово-высотное положение точек по верху пролетного строения.

Сканерную съемку возможно применить для проверки геометрических характеристик пролетного строения после его сборки. При использовании сканера с возможностью ориентирования относительно исходного направления его устанавливают на пункте разбивочной сети. Если сканер не имеет данной возможности, его устанавливают на вышках на высоте 2-3 м выше пролета, расположенных на расстоянии 5-6 м сбоку от пролетного строения (рис. 23).

Рис. 23 Схема установки сканера при исполнительной съемке пролетного строения

Такое расположение сканера позволит сократить количество объединений облаков точек между собой, что способствует повышению точности сканерной съемки. Для контроля в наиболее важных пользователю точках пролета рекомендуется закреплять плоские сканерные марки. Координаты марок определяют электронным тахеометром в необходимой пользователю системе координат.

4.4 Особенности геодезического обеспечения монтажа пролетного строения на криволинейном участке

Монтаж пролетного строения на криволинейном участке моста выполняется из отдельных прямолинейных блоков. В местах соединения блоков образуется излом. Координаты точек перелома пролетного строения заданы проектной организацией.

Установку блоков продольных балок криволинейного пролета в проектное положение в плане выполняют следующими методами:

- методом полярных координат;

- по стрелам прогиба;

- по ординатам от касательной.

В методе полярных координат разбивку криволинейного пролета выполняют электронным тахеометром с пунктов геодезической разбивочной основы, расположенных в непосредственной близости от места монтажа или с точек на собранном участке пролета.

Установку элементов пролета выполняют электронным тахеометром в режиме «вынос в натуру» по точкам, координаты которых заданы проектной организацией. После установки элементов пролета в проектное положение тахеометром осуществляют контроль установки в режиме «координатные измерения».

Монтаж блоков пролета можно выполнять методом бокового нивелирования по вычисленным стрелам прогиба. На (рис.4.3) стрела прогиба - это перпендикуляр, опущенный из точки перелома 2 на прямую, соединяющую соседние точки перелома 1, 3 балки пролетного строения.

Уравнение прямой, проходящей через две точки 1, 3 с известными координатами Х₁, У₁, Х₃, У₃ имеет вид равного нулю определителя

.

После преобразования получим уравнение прямой

(У₃ - У₁) ·Х + (Х₃ - Х₁) ·У + Х₁ У₃ - Х₃У ₁= 0

или в каноническом виде

А·Х + В·У + С = 0, (2.1)

где А= (У₃ - У₁), В= (Х₃ - Х₁), С= Х₁ У₃ - Х₃У₁.

Расстояние по нормали от точки 2 (Х₂, У₂) до прямой

.

Рис. 24 Расстояние от точки до прямой

При установке балок пролета пользуются методом бокового нивелирования (Рис. 25).

Рис. 25 Схема установки балок криволинейного пролета методом бокового нивелирования

Теодолит или тахеометр устанавливают вблизи узла 3 так, чтобы отсчет a по рейке, приставленной вверху сечения 3, был минимальным. Теодолит ориентируют таким образом, чтобы отсчеты a в верхних точках узлов 1, 3 были одинаковыми. Затем рейку приставляют к верхней точке узла 2 и, перемещая узел 2 стыкуемых балок, добиваются отсчета по рейке равного (a + d ).

Для примера, по вышеприведенным формулам вычислены длины перпендикуляров от точек перелома балки пролетного строения до прямых, соединяющих точки перелома (см. рис. 26 и Таблицу 2).