Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования Санкт-Петербургский горный университет Кафедра инженерной геодезии КУРСОВАЯ РАБОТА По дисциплине Прикладная геодезия (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану) Тема работы: Проект геодезических работ при наблюдении за осадкой Верхне-Свирской ГЭС Выполнили: студент гр. ИГ-16-1 (шифр группы) Проверил руководитель работы: Парфенова К. Б. (подпись) доцент (должность) Дата: Оценка: Санкт-Петербург (Ф.И.О.) Кузин А.А. (подпись) (Ф.И.О.) 2020 Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования Санкт-Петербургский горный университет УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой Мустафин М. Г. (подпись) « » май 2020 г. Кафедра инженерной геодезии КУРСОВАЯ РАБОТА По дисциплине Прикладная геодезия (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану) ЗАДАНИЕ студенту группы ИГ-16-1 Парфенова К. Б. (шифр группы) 1. Тема работы (Ф.И.О.) Проект геодезических работ при наблюдении за осадкой Верхне-Свирской ГЭС 2. Исходные данные к работе: Спутниковый снимок 3. Содержание пояснительной записки: Титульный лист, задание, аннотация, введение, разделы 1-8, заключение, список использованной литературы, приложения 4. Перечень графического материала 5. Срок сдачи законченной работы 6. Задание выдал (руководитель работы) Рисунки, таблицы мая 2020 г. Кузин А. А.. (подпись) 7. оглавление, (Ф.И.О.) Задание принял к исполнению студент Парфенова К. Б. (подпись) Дата получения задания (Ф.И.О.) 2020г. 2 Аннотация Данная работа была посвящена созданию проекта геодезических работ при наблюдении за осадкой Верхне-Свирской ГЭС. Для создания отчета по проделанной работе были использованы стандартные приложения Microsoft Office, с помощью программного продукта Credo_Dat произведен предрасчет точности запроектированной сети. В текстовом редакторе MicrosoftWord был создан отчет в соответствии со стандартами. Страниц 35, таблиц 17, рисунков 9, приложений 5. Аnnotation This work was devoted to the development of a project of geodetic works for monitoring the settlement of the Verkhne-Svirskaya hydroelectric station. To create a report on the work done, standard Microsoft Office applications were used, using the Credo_Dat software product, the accuracy of the designed network was calculated. A report was created in the MicrosoftWord text editor in accordance with the standards. Pages 35, tables 17, figures 9, applications 5. 3 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................................5 1. Описание объекта наблюдения и его конструктивные особенности ............................6 2. Топографо-геодезическая изученность ............................................................................8 3. Конструкция исходных и деформационных знаков........................................................9 4. Приборы для наблюдений ...............................................................................................12 5. Проект деформационной сети .........................................................................................14 6. Обоснование и предрасчет точности измерений ...........................................................16 7. Указания по выполнению полевых работ ......................................................................18 7.1 Периодичность наблюдений ........................................................................................18 7.2 Наблюдения за стабильностью сети ...........................................................................18 7.3 Методика полевых работ .............................................................................................19 8. Указания по выполнению камеральных работ ..............................................................21 8.1 Оценка стабильности опорной сети ............................................................................21 8.2 Уравнивание деформационной сети ...........................................................................23 8.3 Оформление отчетной документации .........................................................................24 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................................25 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ................................................................26 4 ВВЕДЕНИЕ Здания и сооружения, вследствие их конструктивных особенностей и постоянного влияния техногенных и природных факторов, могут претерпевать различного вида деформации. Деформациями называют изменения в пространственном положении зданий и сооружений. Перемещение таких объектов или их частей вниз называется осадкой, вверх – подъемом или выпиранием (выпучиванием), в сторону – горизонтальным смещением или сдвигом. В работе приведен проект геодезических работ, выполненный в ходе инструментальных наблюдений за осадкой Верхне-Свирской ГЭС. Прогноз развития осадок и долговременной устойчивости здания должен проводиться на базе создания системы объектного мониторинга. Результаты мониторинга позволяют разработать программу по прогнозу длительной устойчивости сооружения и послужат основой для создания способов инженерной защиты и проведения ремонтных работ, а также рекомендаций по применению современных строительных материалов, устойчивых в условиях высокой агрессивности подземной среды города. В работе представлены предрасчет точности измерений и указания по выполнению полевых и камеральных работ. 5 1. Описание объекта наблюдения и его конструктивные особенности Подпорожском районе Ленинградской области, возле г. Подпорожье и является верхней ступенью каскада ГЭС на р. Свирь. Верхне-Свирская ГЭС представляет собой плотинную гидроэлектростанцию c русловым зданием ГЭС (рис. 1). Сооружения гидроузла включают в себя земляную плотину, дамбы, водосливную плотину, здание гидроэлектростанции, однокамерный однониточный судоходный шлюз. По сооружениям гидроузла проложена автомобильная дорога. Земляная плотина длиной 312,8 м и высотой 31,0 м намыта из мелкого песка. Левобережная земляная дамба имеет длину 350,0 м. Водосливная плотина гравитационная бетонная, расположена между земляной плотиной и зданием ГЭС, имеет длину 101,0 м и максимальную высоту 34,0 м. Плотина оборудована тремя водосливными пролетами шириной по 27,0 м, снабженными секторными затворами, общей пропускной способностью 1200 м3 / с при НПУ (рис. 2). Рисунок 1 – Верхне-Свирская ГЭС Гидротехническое сооружение, возведено на слабых податливых грунтах – в составе преобладают песчано-глинистые породы девонских отложений. Средняя глубина залегания грунтов 300 м. При нескальных породах, имеющих малые коэффициенты трения, нижняя массивная часть здания русловой ГЭС в основном определяет устойчивость здания. Фундаментная плита с верховой стороны под водоприемником имеет толщину 12 м, а с низовой— под отсасывающей трубой — 3,5 м. Подошва сплошной фундаментной плиты выполнена горизонтально без каких-либо переломов под крутым уклоном. Русловые здания бычкового типа применяются, в основном на реках, несущих большое количество наносов, обеспечивая благоприятные условия пропуска через 6 водосливные пролеты льда, наносов и паводковых расходов. Рисунок 2 – Спутниковый снимок Верхне-Свирская ГЭС 7 2. Топографо-геодезическая изученность В соответствии с приказом от 28 июля 2017 г. N 383 "Об утверждении Порядка установления местных систем координат", при установлении местной системы координат в обязательном порядке предоставляются параметры перехода. Для определения параметров перехода используются сведенья о координатах пунктов государственной геодезической сети, созданных на соответствующую территорию (таблица 1). Сведенья взяты из открытого ресурса – сайт https://geobridge.ru/. Для привязки используем пункт 4337 (рис.3, рис. 4). Таблица1 – Каталог геодезических пунктов № Координаты, м X Y Отметка 4337 210943,693 321527,895 55,120 8263 211066,517 321463,290 52,400 2593 211719,086 321941,165 30,980 Рисунок 3 – Геодезические пункты 4337 и 8263 Рисунок 4 – Геодезический пункт 2593 8 3. Конструкция исходных и деформационных знаков Согласно руководству П 648 при измерении осадок гидротехнических сооружений используют знаки, которые можно подразделить на три группы: марки; рабочие реперы; исходные реперы. Марка МБП (боковая постоянный) конструкция Гидропроекта (рис. 5) состоит из марки 2 с защитной завинчивающейся крышкой 1. Основание 4 марки винтами 3 скрепляется с швеллером 5, который закладывается в стену сооружения. Марки закладываются в потере подводной части или в машинном зале через 10 – 15 м. В каждом блоке желательно разместить четыре марки вблизи межблочных швов. В водосливной части марки располагают также и на поверхности бычков. Рисунок 5 – Марка боковая постоянная Рабочие репера закладываются вблизи сооружения в деформируемой зоне, от них от них в каждом цикле нивелируют марки в сооружении. На рабочие репера периодически передают отметки от исходной сети. В качестве рабочих реперов используют грунтовые репера (для мягкого грунта) с таким расчетом, чтобы их основание располагалось на 0,5 – 0,7 и ниже максимальной глубины промерзания. Репер может быть заложен двумя способами: рытье котлована или с помощью бурения. Репер, закладываемый при помощи бурения (рис. 6), состоит из реперной трубы 3 диаметром 30 – 50 мм с маркой 2 в верхней части и с перфорацией 1 в нижней. После бурения скважина заливается бетоном на 20 – 30 см, который скрепляясь с трубой 3, образует якорь 6. Защитная труба 7 диаметром 168 мм располагается выше якоря 6 и заканчивается защитной крышкой 8. Пространство между трубами 3 и 7 заполняется торфоизолирующим материалом 9. Над репером оборудован защитный колодец 4 с 9 крышкой 5. Рисунок 6 – Трубчатый репер Исходные реперы (глубинные) закладывают с помощью бурения в коренных породах на значительную глубину – до 15 – 25 м. Чертеж глубинного репера приведен на рисунке 7. Исходные реперы размещают за пределами зоны возможных деформаций в устойчивые грунты. Предполагается, что отметки исходных реперов остаются неизменными длительное время. Исходные репера располагаются в нижнем бьефе ниже створа на 1,5 – 3 км, как правило вблизи берегов, закладывают по одному кусту с исходных реперов, от которых прокладывают ходы нивелирования к плотине. По трассам этих ходов закладывают рабочие реперы через 300 – 400 м, которые также дают представление об осадках поверхности в нижнем бьефе. В кусте реперы одинаковой конструкции располагают в 20 – 30 м друг от друга в вершинах треугольника. Если один из реперов куста изменил свою отметку, то превышение с него изменяются, в то время как превышение между двумя другими реперами остается неизменным. Положение реперов в кусте модно считать стабильным, если превышение не 10 изменяются более чем на 0,3 – 0,4 мм Рисунок 7 – Глубинный репер 11 4. Приборы для наблюдений Основным методом наблюдения за осадкой инженерных сооружений является метод геометрического нивелирования. Осадку недоступных точек сооружения наблюдают методом тригонометрического нивелирования. На ряде сооружений целесообразно применять метод гидростатического нивелирования, основное достоинство которого непрерывность измерений и возможность их автоматизации. В целях повышения точности наблюдения за осадками особо ответственных объектов применяется метод нивелирования коротким лучом. Резкое повышение точности достигается за счет ослабления влияния погрешностей из-за внешних условий, ошибок деления шкал реек, их установки в вертикальное положение и главное – ошибок отсчетов. Как правило, для выполнения работ используется нивелир Н-05 и инварные рейки. Часто для этих целей используют самоустанавливающиеся нивелиры либо цифровые нивелиры, предназначенные для выполнения нивелирования I и II класса. В данной работе используется метод наблюдения коротким лучом и цифровой нивелир Trimble DiNi 03 (рис. 8) (таблица 2) с инварными прецизионными штрих-кодовыми рейками (рис. 9). Цифровой нивелир идеально подходит для точных электронных измерений превышений и расстояний, что позволяет исключить разность длин плеч нивелирного хода. Имеет компенсатор и автоматически вводит поправки в превышения. На инварных рейках за счет особенностей используемого материала, расстояние между метками шкалы при температурных колебаниях не изменяется. Рейки со шкалой из инвара изготавливаются с различной рабочей длиной, но даже длинные модели не имеют подвижных частей, чтобы исключить возникновение люфтов в местах соединений. Рисунок 8 – Цифровой нивелир Trimble DiNi 03 12 Таблица 2 - Технические характеристики нивелира Trimble Dini 03 Точность измерения превышения (электронное считывание по штрих-кодовой инварной рейке) Точность измерения превышения (электронное считывание по штрих-кодовой стандартной рейке) Точность измерения превышения (оптическое считывание) Точность измерений расстояний по высокоточной рейке Увеличение Диаметр объектива Минимальное расстояние фокусировки Тип компенсатора Клавиатура Диапазон измерения расстояний Дисплей Масса прибора 0,3 мм (при исп. реек LD11/12/13) 1,0 мм (при исп. реек LD23/24/25, TD24/25) 1,5 мм (при исп. реек LD23/24/25, TD24/25) 20 мм / 20 м 32х 40 мм 1,3 м Маятниковый с магнитным демпфером Буквенно-цифровая, 19 клавиш 1.5-100 м LCD, 240х160 пикселей 3,5 кг Рисунок 9 – Штрих-кодовая инварная рейка Trimble LD11 Помимо этого, необходим еще ряд принадлежностей и приспособлений для производства работ: 1. штатив с комплектом металлических подкладышей, особенно необходимых летом при работе на асфальте; 2. зонт для защиты прибора от солнца и атмосферных осадков; 3. костыли для установки реек на временных переходных точках; 4. два облегченных башмака для нивелирования по бетонному или кирпичному полу. 13 5. Проект деформационной сети При составлении проекта закладки осадочных марок необходимо стремиться к наиболее рациональному их размещению. Поскольку характер протекания осадки сооружения зависит не только от просадки грунта, но и от конструкции фундаментов, важно правильно разместить марки на несущих конструкциях сооружения. В местах, подвергающихся различной нагрузке, по обе стороны осадочных швов и линий, разграничивающих разные нагрузки на основание; по осям симметрии здания; в местах примыкания продольных и поперечных стен. На зданиях марки устанавливают через 10-15 м, располагая их на углах здания, у торцов несущих стен. Чтобы высотную сеть можно было использовать в строительных работах, исходный репер привязывают перед первым циклом наблюдения к ближайшему реперу государственной сети нивелирования III или IV класса. Полученную отметку исходного репера считают неизменной на весь период строительства, если контроль, не укажет на ее изменение. На ряде гидроузлов возникает необходимость в передаче отметок с одного берега реки на другой, например в нижнем бьефе при связи исходных реперов, расположенных на противоположных берегах. Схема деформационной сети представлен на рисунках 8, 9. Сеть состоит из 26 марок. Рисунок 8 – Схема расположения деформационных марок 14 Рисунок 9 – Схема расположения исходных и рабочих реперов 15 6. Обоснование и предрасчет точности измерений Согласно руководству П 648 при измерении осадок гидротехнических сооружений (таблица 3) рекомендованная средняя квадратическая погрешность для сжимаемых грунтов составляет 2 мм. Таблица 3 – СКП определения абсолютных осадок и горизонтальных смещений СКП определения деформации, мм Объекты наблюдений Осадки Горизонтальные смещения Бетонные сооружения на скальных основаниях 1 1 Бетонные сооружения на сжимаемых грунтах 2 2 строительный период 10 5 – 10 эксплуатационный период 5 3–5 1–2 – 5 – 30 – 50 10 1–2 1–2 Земляные сооружения: Подъем для строительного котлована Скальные грунты Оползни Обвальные участки скального массива Точность определения относительных деформаций должна быть выше в несколько раз. Погрешность их определения обычно составляет 0,2 – 0,3 мм для бетонных сооружений и их оснований и 0,5 – 1,5 для земляных сооружений. Существует три разряда гидротехнического нивелирования, характеристика которого приедена в табл. 4. Таблица 4 – Характеристика гидротехнического нивелирования Разряд Предельное расхождение прямого нивелирования и обратного хода I 0,3√𝑛 II 0,5√𝑛 III – Объем измерений на станции Прямо и обратно при двух горизонтах инструмента Прямо и обратно при одном горизонте инструмента В одном направлении при одном горизонте инструмента При разработке методики измерений возникает необходимость определить, с какой точностью следует выполнить измерения в высотной сети, чтобы обеспечить заданную 16 точность определения осадки. В данной работе используется II разряд нивелирования с предельным расхождением прямого и обратного хода 0,5√𝑛, где n – число станций в ходе. Запроектированная деформационная сеть была предрасчитана с использованием программы Credo_Dat. Вводим значения координат и названия пунктов в графу «Пункты ПВО», расставляем деформационные марки, рабочие и исходные репера в соответствии с допустимыми значениями длин сторон. В окне «Свойства проекта» создаем колонку для 2 разряда гидротехнического нивелирования, вводим допустимую высотную невязку 0,5√𝑛. Создаем нивелирные хода: 1) к2 ―> р1 ―> р2 ―> р3 ―> р4 ―> р5 ―> р6 ―>1 ―> 2 ―> 3 ―> 4 ―> 5 ―> 6 ―> 8 ―> 9 ―> 23 ―> 24 ―> 35 ―> 26 ―> р7 ―> р8 ―> р9 ―> р10 ―> к6; 2) к6 ―> р10 ―> р9 ―> р8 ―> р7 ―> 26 ―> 25 ―>24 ―> 23 ―> 9 ―> 10 ―> 11 ―> 12 ―> 13 ―> 14 ―> 15 ―> 16 ―> 17 ―> 18 ―> 19 ―> 20 ―> 21 ―> 22 ―> р6 ―> р5 ―> р4 ―> р3 ―> р2 ―> р1―> к2; 3) к6 ―> к5 ―> к4 ―> к6; 4) к3 ―> к1 ―> к2 ―> к3 ―> р11―> 4337; , где к1, к2, к3, к4, к5, к6 – исходные реперы (кусты); р1, р2, р3, р4, р5, р6, р7, р8, р9, р10, р11 – рабочие реперы; 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 – деформационные марки. В окне «Расчеты» выбираем команды «Предобработка – Расчет», «Уравнивание – Настройка». В открывшемся окне ставим галочки напротив типа уравнивания – плановое, высотное, высотное тригоном., проект. Нажимаем кнопки «Уравнивание», «ОК». Во вкладке «Ведомости» выбираем «Ведомость оценки точности положения пунктов». По ведомости максимальное значение 𝑚𝐻 = 1,3 мм.(Приложение 1) По результатам предрасчёта: 𝑚𝐻пр = 𝑚ℎ √2 = 2 мм √2 = 1,4 мм 𝑚𝐻 < 𝑚𝐻пр Можно сделать вывод 17 (1) (2) 7. Указания по выполнению полевых работ 7.1 Периодичность наблюдений Наблюдения за деформациями геотехнологических сооружений и их оснований выполняют периодически отдельными циклами, в определенные сроки. Цикл измерений может длиться от нескольких часов до нескольких дней в зависимости от объёма работ и числа исполнителей. Для качества наблюдений важно, чтобы измерения выполняли в кратчайшие сроки. Примерная частота наблюдений за осадкой русловой ГЭС в период эксплуатации – 1 – 2 раза в год. Наблюдения выполняют в одинаковых условиях (например, весной либо осенью), при одинаковом уровне воды в водохранилище. В этом случае сезонные деформации, а также ряд погрешностей систематического характера не осложняют изучения процесса затухания деформации. После каждого землетрясения силой более 4 – 6 баллов выполняют внеочередной цикл измерений. 7.2 Наблюдения за стабильностью сети Мониторинг высотного положения сооружений основывается на создании сети исходных пунктов, относительно которых выполняется проверка стабильности параметров перемещений при производстве циклических инструментальных исследований деформаций этих сооружений. Пункты геодезической сети располагают исходя из необходимости сохранности их стабильного положения и удобства выполнения геодезических работ. Типы центров пунктов геодезической сети выбирают исходя из местных условий и требований к точности топографо-геодезических работ. Это могут быть глубинные и грунтовые реперы, и заложенные в стенах капитальных сооружений специальные геодезические марки. При геодезическом мониторинге в каждом цикле измерений выполняется точный замер контрольных расстояний и превышений. Проверяется стабильность исходных пунктов по результатам циклов измерений и их обработки. Нестабильные пункты, если вдруг они находятся, исключают из дальнейшей работы по мониторингу. Геодезический мониторинг пространственного положения объекта проводится измерением как по контрольным точкам (специальным деформационным маркам), так и по характерным точкам самого сооружения относительно нескольких исходных пунктов, которые расположены вне зоны возможных деформаций. Геодезический мониторинг проводятся циклично, в зависимости от скорости перемещений. Основные работы при геодезическом мониторинге – это геометрическое нивелирование 2 18 и 1 классов точности, угловые высокоточные измерения и створные наблюдения сдвига. 7.3 Методика полевых работ Геометрическое нивелирование II класса точности короткими лучами - основной метод измерения осадки монументальных ответственных сооружений. Ошибку метровых интервалов шкал и всей шкалы инварной рейки при нивелировании II класса допускают до 0,20 мм. Основные технические характеристики и допуски для геометрического нивелирования указаны в таблице 5. Таблица 5 - Основные технические характеристики и допуски нивелирования II класса Основные технические характеристики и Условия геометрического нивелирования допуски для геометрического нивелирования II класса Применяемые нивелиры Н-05 и равноточные ему РН-05 (односторонние штриховые с Применяемые рейки инварной полосой и двумя шкалами) Число станций незамкнутого хода, не более 3 Длина, м, не более Визирный 40 Высота над препятствием, луч 0.8 м, не менее Неравенство плеч (расстояний от нивелира 1 до реек), м, на станции, не более Накопление неравенств плеч, м, в 4.0 замкнутом ходе, не более Допускаемая невязка, мм, в замкнутом ходе ±0,5√𝑛 (n - число станций) Нивелирование II класса производят в прямом и обратном направлениях по костылям или кольям. Нивелирование II класса выполняют нивелирами с плоскопараллельной пластинкой, контактным уровнем или компенсатором. Последовательность наблюдений на станции принимается следующая: - установка штатива; штатив нивелира должен устанавливаться на станции без перекосов и напряжений; две ноги штатива располагаются вдоль линии нивелирования, а третья – попеременно, то справа, то слева; все три ноги штатива должны находиться в одинаковых условиях; - закрепление инструмента; 19 - установка круглого уровня до пределов работы компенсатора; - взятие отсчета по инварной кодовой рейке, снятие показаний с дисплея прибора. Для привязки к стенным маркам применяют подвесную рейку с такими же шкалами, как и на основных рейках. Нуль на подвесной рейке должен быть совмещен с центром отверстия для штифта, на который подвешивают рейку к стенной марке. Порядок наблюдений на станции при нивелировании в прямом направлении представлен в таблице 6. Таблица 6 - Порядок наблюдений на станции при нивелировании в прямом направлении Нечетная станция Четная станция 1. Отсчет по основной шкале задней рейки 1. Отсчет по основной шкале передней рейки 2. Отсчет по основной шкале передней рейки 2. Отсчет по основной шкале задней рейки 3. Отсчет по дополнительной шкале передней рейки 3. Отсчет по дополнительной шкале задней рейки 4. Отсчет по дополнительной шкале задней 4. Отсчет по дополнительной шкале передней рейки рейки При нивелировании в обратном направлении (обратный ход) наблюдения на нечетных станциях начинают с передней рейки, а на четных - с задней. Наблюдения должны выполняться при вполне благоприятных условиях видимости. При выполнении работ в зимний период за 45 мин до начала наблюдений инструмент выносится на улицу для принятия нужной температуры. Передачу отметки на марки, расположенные внутри сооружения, рекомендуется выполнять через оконные проемы, отверстия в полах и стенах (диаметром не менее 0.5м). Не рекомендуется устанавливать инструмент на границе между теплым и холодным воздухом. При переходе в помещения с большими разницами температур рекомендуется устанавливать марки с двух сторон фундаментов. Не рекомендуется вести наблюдения: - в период, близкий к восходу и заходу солнца (начинать наблюдения можно примерно через полчаса после восхода солнца и заканчивать их примерно за час до захода солнца); - при сильном порывистом ветре; - при сильных и скачкообразных колебаниях температуры воздуха. Во время нивелирования прибор должен быть тщательно защищен от солнечных лучей. На каждой станции осуществляется контроль наблюдений. 20 8. Указания по выполнению камеральных работ 8.1 Оценка стабильности опорной сети Существующие методы анализа стабильности реперов: -методы, позволяющие дать общую оценку состояния опорной сети путем сравнения СКП единицы веса, полученной при уравнивании каждого из двух каких-либо циклов наблюдений, с СКП, полученной из совместного уравнивания этих циклов (метод Т.Лаззарини); -методы, в основе которых лежит принцип неизменной отметки одного из наиболее устойчивых реперов сети (метод А. Костехеля); -методы, в основе которых лежит принцип неизменной средней отметки все х реперов сети или группы наиболее устойчивых реперов (методы П. Марчака, В. Черникова, Н. Буденкова, А. Стороженко); -корреляционный и дисперсионный методы анализа (методы В. Карпенко и А. Григоренко). В данной работе для оценки устойчивости опорных реперов был использован метод А. Костехеля. Данные приведены в приложении 1. По методу А. Костехеля колебания значений неуравновешенных превышений по одной и той же секции в сравниваемых циклах можно объяснить двумя причинами: погрешностями и влиянием осадок реперов. Следовательно, после уравнивания сети контрольных ходов как свободной, колебание значений одноименных превышений по циклам зависит в основном от влияния осадок реперов. Пусть h0 и hi – уравненные превышения одного и того же звена соответственно в начальном и i-м циклах наблюдений, а v=h0-h изменение превышения, которое отражает суммарное влияние осадок реперов между этими циклами. Значение v вычисляют для всех превышений. Репер, для которого полученная [vv]=min, считается наиболее устойчивым, и его высота, взятая из нулевого цикла, должна быть принята за исходную при вычислении высот других реперов в текущем цикле наблюдений. Для получения количественной характеристики состояния высотной основы Костехель предложил определять степень относительной устойчивости или неустойчивости реперов сети. Если осадка того или иного репера не превосходит предельную погрешность её определения, то репер считается устойчивым. В противном случае предполагается, что репер неустойчив и исключается из числа исходных. После исключения нестабильных реперов анализ сети повторяют. 21 Пример определения наиболее устойчивого репера методом А. Костехеля для трех циклов. Таблица 7 - Высотные отметки исходных реперов в нулевом цикле Ha Hb Hc Hd 44,9104 45,0388 44,5604 44,9912 Таблица 8 - Превышения между исходными по трем циклам Цикл A-B B-C 1 0,1284 -0,4783 0,4306 -0,0808 2 0,1273 -0,4757 0,4302 -0,0815 3 0,1282 -0,4810 0,4338 -0,0807 C-D D-A Цикл 1: для первого цикла Δ=-0.0001м. Таблица 9 - Уравненные превышения между исходными по циклам AB BC CD DA 0,1285 -0,4783 0,4306 -0,0808 Таблица 10 - Уравнивание исходной сети как свободной. Оценка стабильности для первого цикла. A B C D [EE] A - +0,1 +0,2 0 0,05 B -0,1 - +0,1 -0,1 0,03 C -0,2 -0,1 - -0,2 0,09 D 0 +0,1 +0,2 - 0,05 Оценка стабильности стабильный Отметки других реперов вычисляются относительно самого стабильного. Вычислим относительно Нb. Таблица 11 - Отметки реперов в I цикле Ha Hb Hc Hd 44,9103 45,0388 44,5605 44,9911 Цикл 2: для второго цикла Δ=+0,0003м. Таблица 12 - Уравненные превышения между исходными по циклам AB BC CD DA 0,1273 -0,4758 0,4301 -0,0816 22 Таблица 13 - Уравнивание исходной сети как свободной. Оценка стабильности для второго цикла A B C D Оценка стабильности [EE] - -1,1 +1,5 +0,8 4,10 B +1,1 - +2,6 +1,9 11,58 C -1,5 -2,6 - -0,7 9,50 D -0,8 -1,9 +0,7 - 4,74 стабильный A Отметки других реперов вычисляются относительно самого стабильного. Вычислим относительно Нa. Таблица 14 - Отметки реперов во II цикле Ha Hb Hc Hd 44,9104 45,0377 44,5619 44,9920 Цикл 3: для третьего цикла Δ=+0,0003м. Таблица 15 - Уравненные превышения между исходными по циклам AB BC CD DA 0,1281 -0,4811 0,4338 -0,0808 Таблица 16 - Уравнивание исходной сети как свободной. Оценка стабильности для III цикла A B C D [EE] A - -0,3 -3,0 0 9,09 B +0,3 - -2,7 +0,3 7,47 C +3,0 +2,7 - +3,0 25,29 D 0 -0,3 -3,0 - 9,09 Оценка стабильности Самый устойчивый Отметки других реперов вычисляются относительно самого стабильного. Вычислим относительно Нa. Таблица 17 - Отметки реперов в III цикле Ha Hb Hc Hd 44,9104 45,0385 44,5574 44,9912 8.2 Уравнивание деформационной сети Схема расположения исходных реперов и марок в приложении 3. 23 Во всех трех циклах уравнивание производилось с помощью программы Mining Navigator. Для уравнивания измерений в MN, были введены высоты исходных реперов А, В, С, В (с учетом исправленных превышений и вновь просчитанные, исходя из стабильности одного конкретного репера), приближенные значения высот определяемых марок и превышения. Результаты уравнивания приведены в приложении 2. 8.3 Оформление отчетной документации После выполнения полевых наблюдений за осадкой Верхне-Свирской ГЭС и камеральной обработки этих наблюдений были составлены следующие отчетные ведомости и график осадок: -ведомость отметок и осадок марок (приложение 3); -развернутый график осадок по периметру сооружения (приложение 4); -план фундамента с линиями равных осадок (приложение 5); В ведомости отметок и осадок марок: Н1, Н2, Н3—высота деформационных марок в соответствующем цикле наблюдений; δН—изменение высоты марки за период от предыдущего цикла наблюдений; ΔН—изменение высоты марки за период от начала наблюдений. 24 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Наблюдение за деформациями подразумевает геодезический мониторинг за разными объектами. При своевременном выявлении критичных величин деформаций, установления их причин и составления прогнозов развития деформаций возможно сохранять объекты культурного наследия, уникальные здания и сооружения, масштабные промышленные объекты. В данной работе было произведено наблюдение за осадкой Верхне-Свирской ГЭС. Для этого была запроектирована деформационная сеть. Было выполнено обоснование и предрасчет точности измерений, выбраны приборы для наблюдений и приведены их характеристики. Также составлены указания по производству полевых и камеральных работ. На развернутом графике осадок по периметру сооружения видно, что деформационная марка 6 имеет наибольшую величину осадки. Анализ плана фундамента с линиями равных осадок показал, что здание имеет неравномерную осадку. 25 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Геодезические, картографические инструкции, нормы и правила/Инструкция по нивелированию I,II,IIIиIVклассов/ЦНИИГАиК, Москва, 2003г 2. Прикладная геодезия. Наблюдения за деформациями инженерных сооружений / Санкт-Петербургский горный ин-т; Сост.: А.В. Зубов. СПб, 2011. 25с 3. П 648 «Руководство по натурным наблюдениям за деформациями гидротехнических сооружений и их оснований геодезическими методами» 4. Пандул И. С. Геодезические работы при изысканиях и строительстве гидротехнических сооружений: учебное пособие для вузов / И. С. Пандул. - СанктПетербург: Изд-во СПбГТУ, 1999. 5. https://geobridge.ru/ 6. Руководство пользователя. Цифровой нивелир Trimble DiNi. — Версия 01.00. 2006. 7. ГОСТ 24846-81 «Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений». 8. ГОСТ 24846-81 «МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ». 26 ДЕФОРМАЦИЙ ОСНОВАНИЙ Приложение 1 27 28 Приложение 2 Парфенова К Б цикл 1 Исходные A,44.9103 B,45.0388 C,44.5605 D,44.9911 Определяемые 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 19,0 20,0 Превышения 1,2,0.0112,1 3,4,0.0384,1 5,10,0.0227,1 15,20,-0.0413,1 19,18,-0.1569,1 17,16,-0.1048,1 11,6,0.0350,1 6,7,-0.0052,1 8,9,-0.0204,1 11,12,-0.0878,1 13,14,0.0263,1 A,1,0.1755,1 C,20,0.4889,1 2,3,-0.1057,1 4,5,-0.1186,1 10,15,0.1571,1 20,19,0.0315,1 18,17,0.1133,1 16,11,0.0862,1 6,1,0.0339,1 7,8,-0.0186,1 9,10,-0.0724,1 12,13,0.0380,1 14,15,0.0988,1 B,5,-0.1254,1 D,16,-0.0597,1 Конец 29 ╔════════════════════════════════════════════════════════════╗ ║ Программа <MN> СПГГИ каф.ИГ (Зубов А.В.,Кателевская В.Л.) ║ ╚════════════════════════════════════════════════════════════╝ ПарфеноваКБ цикл 1 Поправки, уравненные высоты и СКО ╔════════╤═════════════════════════╗ ║ │ H ║ ║Название├───────┬─────────┬───────╢ ║ │ Dh,м │ H,м │ Mh,м ║ ╟────────┼───────┼─────────┼───────╢ ║ 1 │ 45.09│ 45.0861│ 0.0008║ ║ 2 │ 45.10│ 45.0976│ 0.0011║ ║ 3 │ 44.99│ 44.9923│ 0.0012║ ║ 4 │ 45.03│ 45.0310│ 0.0011║ ║ 5 │ 44.91│ 44.9127│ 0.0008║ ║ 6 │ 45.05│ 45.0522│ 0.0010║ ║ 7 │ 45.05│ 45.0469│ 0.0012║ ║ 8 │ 45.03│ 45.0281│ 0.0013║ ║ 9 │ 45.01│ 45.0076│ 0.0012║ ║ 10 │ 44.94│ 44.9351│ 0.0010║ ║ 11 │ 45.02│ 45.0173│ 0.0010║ ║ 12 │ 44.93│ 44.9293│ 0.0012║ ║ 13 │ 44.97│ 44.9671│ 0.0013║ ║ 14 │ 44.99│ 44.9931│ 0.0012║ ║ 15 │ 45.09│ 45.0917│ 0.0010║ ║ 16 │ 44.93│ 44.9314│ 0.0008║ ║ 17 │ 45.04│ 45.0366│ 0.0011║ ║ 18 │ 44.92│ 44.9236│ 0.0012║ ║ 19 │ 45.08│ 45.0809│ 0.0011║ ║ 20 │ 45.05│ 45.0497│ 0.0008║ ╚════════╧═══════╧═════════╧═══════╝ [PVV]= 2.8 [PVV]д= 12.5 ET=2.49 r= 6 Mф= 0.68 Mобр=1.00 МАКСИМАЛЬНЫЕ ПОПРАВКИ В ПРЕВЫШЕНИЯ ╔════════╤════════╤═══════════╤══════╤═════════╤════════╤═══════╗ ║Начальн.│ Конечн.│Превышение,│М изм.│ V │ V/Vдоп.│-V/Dii ║ ║ точка │ точка │ m │ mm │ mm │ │ mm ║ ╟────────┼────────┼───────────┼──────┼─────────┼────────┼───────╢ ║ 15 │ 20 │ -0.0413 │ 1.0 │ -0.7 │ 0.51 │ 2║ ║ B │ 5 │ -0.1254 │ 1.0 │ -0.7 │ 0.46 │ 2║ ║ 10 │ 15 │ 0.1571 │ 1.0 │ -0.5 │ 0.35 │ 2║ ║ 17 │ 16 │ -0.1048 │ 1.0 │ -0.4 │ 0.33 │ 2║ ║ 19 │ 18 │ -0.1569 │ 1.0 │ -0.4 │ 0.33 │ 2║ ║ 18 │ 17 │ 0.1133 │ 1.0 │ -0.4 │ 0.33 │ 2║ ║ 20 │ 19 │ 0.0315 │ 1.0 │ -0.3 │ 0.32 │ 2║ ║ 1 │ 2 │ 0.0112 │ 1.0 │ 0.3 │ 0.32 │ -2║ ║ 3 │ 4 │ 0.0384 │ 1.0 │ 0.3 │ 0.30 │ -2║ ║ 2 │ 3 │ -0.1057 │ 1.0 │ 0.3 │ 0.30 │ -2║ ╚════════╧════════╧═══════════╧══════╧═════════╧════════╧═══════╝ 30 ╔════════════════════════════════════════════════════════════╗ ║ Программа <MN> СПГГИ каф.ИГ (Зубов А.В.,Кателевская В.Л.) ║ ╚════════════════════════════════════════════════════════════╝ ПарфеноваКБ цикл 2 Поправки, уравненные высоты и СКО ╔════════╤═════════════════════════╗ ║ │ H ║ ║Название├───────┬─────────┬───────╢ ║ │ Dh,м │ H,м │ Mh,м ║ ╟────────┼───────┼─────────┼───────╢ ║ 1 │ 45.09│ 45.0862│ 0.0008║ ║ 2 │ 45.10│ 45.0980│ 0.0011║ ║ 3 │ 44.99│ 44.9930│ 0.0012║ ║ 4 │ 45.03│ 45.0298│ 0.0011║ ║ 5 │ 44.91│ 44.9115│ 0.0008║ ║ 6 │ 45.05│ 45.0528│ 0.0010║ ║ 7 │ 45.05│ 45.0464│ 0.0012║ ║ 8 │ 45.03│ 45.0275│ 0.0013║ ║ 9 │ 45.01│ 45.0071│ 0.0012║ ║ 10 │ 44.93│ 44.9344│ 0.0010║ ║ 11 │ 45.02│ 45.0170│ 0.0010║ ║ 12 │ 44.93│ 44.9293│ 0.0012║ ║ 13 │ 44.97│ 44.9661│ 0.0013║ ║ 14 │ 44.99│ 44.9916│ 0.0012║ ║ 15 │ 45.09│ 45.0906│ 0.0010║ ║ 16 │ 44.93│ 44.9308│ 0.0008║ ║ 17 │ 45.03│ 45.0347│ 0.0011║ ║ 18 │ 44.92│ 44.9207│ 0.0012║ ║ 19 │ 45.08│ 45.0788│ 0.0011║ ║ 20 │ 45.05│ 45.0470│ 0.0008║ ╚════════╧═══════╧═════════╧═══════╝ [PVV]= 2.1 [PVV]д= 12.5 ET=2.49 r= 6 Mф= 0.59 Mобр=1.00 МАКСИМАЛЬНЫЕ ПОПРАВКИ В ПРЕВЫШЕНИЯ ╔════════╤════════╤═══════════╤══════╤═════════╤════════╤═══════╗ ║Начальн.│ Конечн.│Превышение,│М изм.│ V │ V/Vдоп.│-V/Dii ║ ║ точка │ точка │ m │ mm │ mm │ │ mm ║ ╟────────┼────────┼───────────┼──────┼─────────┼────────┼───────╢ ║ 5 │ 10 │ 0.0235 │ 1.0 │ -0.6 │ 0.44 │ 2║ ║ C │ 20 │ 0.4845 │ 1.0 │ 0.6 │ 0.38 │ -2║ ║ 4 │ 5 │ -0.1180 │ 1.0 │ -0.3 │ 0.29 │ 2║ ║ 2 │ 3 │ -0.1046 │ 1.0 │ -0.3 │ 0.29 │ 2║ ║ 3 │ 4 │ 0.0371 │ 1.0 │ -0.3 │ 0.29 │ 2║ ║ 20 │ 19 │ 0.0315 │ 1.0 │ 0.3 │ 0.28 │ -2║ ║ 18 │ 17 │ 0.1137 │ 1.0 │ 0.3 │ 0.28 │ -2║ ║ 1 │ 2 │ 0.0121 │ 1.0 │ -0.3 │ 0.28 │ 2║ ║ 19 │ 18 │ -0.1584 │ 1.0 │ 0.3 │ 0.28 │ -2║ ║ 17 │ 16 │ -0.1042 │ 1.0 │ 0.3 │ 0.27 │ -2║ ╚════════╧════════╧═══════════╧══════╧═════════╧════════╧═══════╝ 31 ╔════════════════════════════════════════════════════════════╗ ║ Программа <MN> СПГГИ каф.ИГ (Зубов А.В.,Кателевская В.Л.) ║ ╚════════════════════════════════════════════════════════════╝ ПарфеноваКБ цикл 3 Поправки, уравненные высоты и СКО ╔════════╤═════════════════════════╗ ║ │ H ║ ║Название├───────┬─────────┬───────╢ ║ │ Dh,м │ H,м │ Mh,м ║ ╟────────┼───────┼─────────┼───────╢ ║ 1 │ 45.09│ 45.0854│ 0.0008║ ║ 2 │ 45.10│ 45.0954│ 0.0011║ ║ 3 │ 44.99│ 44.9885│ 0.0012║ ║ 4 │ 45.03│ 45.0268│ 0.0011║ ║ 5 │ 44.91│ 44.9079│ 0.0008║ ║ 6 │ 45.05│ 45.0525│ 0.0010║ ║ 7 │ 45.05│ 45.0453│ 0.0012║ ║ 8 │ 45.03│ 45.0270│ 0.0013║ ║ 9 │ 45.00│ 45.0047│ 0.0012║ ║ 10 │ 44.93│ 44.9303│ 0.0010║ ║ 11 │ 45.02│ 45.0152│ 0.0010║ ║ 12 │ 44.93│ 44.9277│ 0.0012║ ║ 13 │ 44.97│ 44.9658│ 0.0013║ ║ 14 │ 44.99│ 44.9888│ 0.0012║ ║ 15 │ 45.09│ 45.0868│ 0.0010║ ║ 16 │ 44.93│ 44.9293│ 0.0008║ ║ 17 │ 45.03│ 45.0317│ 0.0011║ ║ 18 │ 44.92│ 44.9180│ 0.0012║ ║ 19 │ 45.07│ 45.0749│ 0.0011║ ║ 20 │ 45.04│ 45.0430│ 0.0008║ ╚════════╧═══════╧═════════╧═══════╝ [PVV]= 3.7 [PVV]д= 12.5 ET=2.49 r= 6 Mф= 0.79 Mобр=1.00 МАКСИМАЛЬНЫЕ ПОПРАВКИ В ПРЕВЫШЕНИЯ ╔════════╤════════╤═══════════╤══════╤═════════╤════════╤═══════╗ ║Начальн.│ Конечн.│Превышение,│М изм.│ V │ V/Vдоп.│-V/Dii ║ ║ точка │ точка │ m │ mm │ mm │ │ mm ║ ╟────────┼────────┼───────────┼──────┼─────────┼────────┼───────╢ ║ 5 │ 10 │ 0.0216 │ 1.0 │ 0.8 │ 0.61 │ -3║ ║ C │ 20 │ 0.4864 │ 1.0 │ -0.8 │ 0.56 │ 2║ ║ 15 │ 20 │ -0.0445 │ 1.0 │ 0.7 │ 0.53 │ -2║ ║ B │ 5 │ -0.1313 │ 1.0 │ 0.7 │ 0.46 │ -2║ ║ 10 │ 15 │ 0.1560 │ 1.0 │ 0.5 │ 0.37 │ -2║ ║ 11 │ 6 │ 0.0377 │ 1.0 │ -0.5 │ 0.35 │ 2║ ║ 9 │ 10 │ -0.0740 │ 1.0 │ -0.4 │ 0.34 │ 2║ ║ 6 │ 7 │ -0.0068 │ 1.0 │ -0.3 │ 0.34 │ 2║ ║ 7 │ 8 │ -0.0180 │ 1.0 │ -0.3 │ 0.33 │ 2║ ║ 1 │ 2 │ 0.0099 │ 1.0 │ 0.1 │ 0.13 │ -1║ ╚════════╧════════╧═══════════╧══════╧═════════╧════════╧═══════╝ 32 Приложение 3 Рисунок 10 – Схема расположения исходных реперов и марок Марка Н3,м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 45,0854 45,0954 44,9885 45,0268 44,9079 45,0525 45,0453 45,0270 45,0047 44,9303 45,0152 44,9277 44,9658 44,9888 45,0868 44,9293 45,0317 44,9180 45,0749 45,0430 Цикл 2 δ Н, мм 0,1 0,4 0,7 -1,2 -1,2 0,6 -0,5 -0,6 -0,5 -0,7 -0,3 0,0 -1,0 -1,5 -1,1 -0,6 -1,9 -2,9 -2,1 -2,7 Цикл 3 δ Н, мм Δ Н, мм -0,8 -0,7 -2,6 -2,2 -4,5 -3,8 -3,0 -4,2 -3,6 -4,8 -0,3 0,3 -1,1 -1,6 -0,5 -1,1 -2,4 -2,9 -4,1 -4,8 -1,8 -2,1 -1,6 -1,6 -0,3 -1,3 -2,8 -4,3 -3,8 -4,9 -1,5 -2,1 -3,0 -4,9 -2,7 -5,6 -3,9 -6,0 -4,0 -6,7 Н2, м Н1, м 45,0862 45,0861 45,0980 45,0976 44,9930 44,9923 45,0298 45,0310 44,9115 44,9127 45,0528 45,0522 45,0464 45,0469 45,0275 45,0281 45,0071 45,0076 44,9344 44,9351 45,0170 45,0173 44,9293 44,9293 44,9661 44,9671 44,9916 44,9931 45,0906 45,0917 44,9308 44,9314 45,0347 45,0366 44,9207 44,9236 45,0788 45,0809 45,0470 45,0497 Примечание: δ Н – относительно предыдущего наблюдения Δ Н – относительно начала наблюдения 33 Приложение 4 Развернутый график осадки 1 2 3 4 5 10 15 20 19 18 17 16 11 6 0,2 -0,3 -0,8 -1,3 -1,8 -2,3 -2,8 -3,3 -3,8 -4,3 -4,8 -5,3 -5,8 -6,3 -6,8 Данные для развернутого графика: Марка Δ Н, мм 1 2 3 4 5 10 15 20 19 18 17 16 11 6 1 0,7 2,2 3,8 4,2 4,8 4,8 4,9 6,7 6,0 5,6 4,9 2,1 2,1 0,3 0,7 34 1 Приложение 5 35