МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ГЕОДЕЗИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
СТРОИТЕЛЬСТВА НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ
(КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ)
1 ЧАСТЬ
Рекомендовано в качестве учебного пособия
Редакционно-издательским советом
Томского политехнического университета
Составитель Н. А. Антропова
Издательство
Томского политехнического университета
2014
УДК 622.32.012:69:528(075.8)
ББК 39.77:38я73
Г354
Геодезическое обеспечение строительства нефтегазопроводов
Г354 (конспект лекций). 1 часть: учебное пособие / сост. Н.А. Антропова;
Томский политехнический университет. − Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2014. – 156 с.
В пособии рассмотрены основные виды инженерно-геодезических работ,
выполняемых при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации
нефтегазопроводов. В первой части пособия изложены методы изысканий, этапы и
элементы производства разбивочных работ; порядок расчёта горизонтальных и
вертикальных кривых на трассе, при составлении проекта вертикальной планировки
рельефа. Во второй части – особенности инженерно-геодезических работ при монтаже
конструкций и оборудования, технология разбивочных работ при строительстве
подземных нефтегазопроводов, описаны геодезические методы наблюдения за
деформациями сооружений. Предназначено для студентов, обучающихся по
направлению 131000 «Нефтегазовое дело» на дневном и заочном отделениях.
УДК 622.32.012:69:528(075.8)
ББК 39.77:38я73
Рецензенты
Главный маркшейдер ОАО «ТомскНИПИнефть»
Ю. Н. Арестов
Главный маркшейдер
ОАО «Восточная транснациональная компания»
Т. Д. Садыков
© Составление. ФГБОУ ВПО НИ ТПУ, 2014
© Антропова Н.А., составление, 2014
© Оформление. Издательство Томского
политехнического университета, 2014
2
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ .....................................................................................................6
Глава 1. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ .....................8
1.1. Этапы инженерно-геодезических работ при строительстве
сооружений ......................................................................................................8
1.1.1. Общие сведения об объектах строительства .....................8
1.1.2. Этапы инженерно-геодезических работ...........................10
1.2. Виды технических изысканий ......................................................11
1.3. Геодезические изыскания для линейных сооружений
(трассирование) .............................................................................................15
1.3.1. Основные элементы трассы ...............................................15
1.3.2. Технология изысканий линейных объектов ....................18
1.4. Изыскания площадных сооружений ............................................24
1.5. Топографо-геодезические данные, необходимые для
проектирования .............................................................................................27
1.5.1. Топографические свойства местности .............................27
1.5.2. Классификация топографических условий местности ...34
1.6. Крупномасштабные съёмки ..........................................................40
1.6.1. Выбор высоты сечения рельефа ........................................41
1.6.2. Геодезическая основа крупномасштабных съёмок .........42
1.6.3. Развитие съёмочных сетей теодолитными ходами .........43
1.6.4. Закрепление точек съёмочных сетей ................................44
1.6.6. Номенклатура планов .........................................................47
Глава 2. ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ ОСНОВА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ..........52
2.1. Состав сетей геодезической основы для строительства ............52
2.2. Государственная геодезическая сеть ...........................................54
2.3. Опорная геодезическая сеть как геодезическая основа для
строительства ................................................................................................56
2.3.1. Полигонометрические сети ...............................................57
2.3.2. Сети триангуляции .............................................................59
2.3.3. Сети трилатерации .............................................................60
3
2.3.4. Линейно-угловые сети .......................................................61
2.3.5. Высотные сети ....................................................................62
2.4. Разбивочная геодезическая основа ..............................................62
2.4.1. Виды разбивочных сетей строительной площадки ........62
2.4.2. Геодезическая строительная сетка....................................65
2.4.3. Достоинства и недостатки строительной сетки ..............74
2.4.4. Закрепление пунктов разбивочной основы .....................75
Глава 3. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
МНГП .............................................................................................................78
3.1. Элементы инженерно-геодезического проектирования оси
МНГП .............................................................................................................78
3.2. Расчёт и разбивка главных точек горизонтальных кривых на
трассе ..............................................................................................................86
3.3. Расчёт вертикальных кривых .......................................................90
3.4. Геодезические расчёты при вертикальной планировке рельефа
.........................................................................................................................91
3.4.1. Проект вертикальной планировки рельефа .....................91
3.4.2. Геометрическое нивелирование для составления проекта
вертикальной планировки ............................................................................95
3.4.3. Вертикальная планировка под горизонтальную
площадку......................................................................................................106
3.4.4. Подсчёт объёмов земляных работ ..................................108
3.4.5. Интерполирование и проведение горизонталей ............112
3.4.6. Вертикальная планировка под наклонную площадку ..116
Глава
4.
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ
РАБОТЫ
К
ПЕРЕНЕСЕНИЮ ПРОЕКТОВ СТРОИТЕЛЬСТВА НА МЕСТНОСТЬ
.......................................................................................................................118
4.1. Назначение и организация разбивочных работ ........................118
4.1.1. Общие положения ............................................................118
4.1.2. Этапы разбивочных работ ...............................................123
4.2. Геодезическая подготовка данных ............................................127
4.3. Нормы и принципы определения точности разбивочных работ
.......................................................................................................................131
Глава 5. ЭЛЕМЕНТЫ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ РАЗБИВОЧНЫХ РАБОТ .134
4
5.1. Построение на местности проектного горизонтального угла .134
5.1.1. Способ полного приёма ...................................................134
5.1.2. Способ редуцирования .....................................................136
5.2. Построение на местности проектного расстояния с помощью
рулетки .........................................................................................................137
5.3. Вынос на местность проектной отметки ...................................142
5.3.1. С помощью нивелира .......................................................142
5.3.2. С помощью теодолита ......................................................143
5.4. Построение линии с заданным проектным уклоном (по двум
точкам) .........................................................................................................145
5.4.1. С помощью горизонтального луча нивелира ................145
5.4.2. Построение линии с проектным уклоном по двум точкам
с помощью теодолита .................................................................................146
5.5. Перенесение на местность длинных линий проектного уклона
.......................................................................................................................147
5.6. Построение проектной плоскости..............................................149
5.7. Передача отметки на дно глубокого котлована (траншеи) .....150
5.8. Передача отметки на монтажный горизонт ..............................151
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ..........................................................................153
5
ВВЕДЕНИЕ
Учебное пособие «Геодезическое обеспечение строительства нефтегазопроводов» предназначено в помощь студентам, уже усвоивших
общие сведения по геодезии, картографии и топографии, геодезическим
приборам и методам геодезических измерений. В настоящем учебном
пособии рассмотрены основные виды инженерно-геодезических работ,
выполняемых при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации нефтегазопроводов.
Пособие представляет собой конспект лекций, прочитанных автором в 2013–2014 учебном году в ходе изучения дисциплины «Геодезическое обеспечение строительства нефтегазопроводов и газонефтехранилищ» на кафедре транспорта и хранения нефти и газа Института
природных ресурсов Томского политехнического университета.
Пособие состоит из введения, девяти глав, библиографического
списка. Материал, включённый в одну главу, по объёму соответствует
одной лекции и изучается в рамках одного или двух занятий. Изложение материала иллюстрировано примерами, рисунками и таблицами.
Необходимость издания конспекта лекций обусловлена отсутствием массового учебника (учебного пособия) геодезическому обеспечению строительства нефтегазопроводов. Материал по обозначенной
теме представлен в учебниках и учебных пособиях, предназначенных
для изучения студентами в основном строительных специальностей,
разрозненно, в виде отдельных глав и разделов.
Пособие состоит из двух частей: первая часть – главы 1–5, вторая
часть – главы 6–9.
Первая глава посвящена технологии инженерно-геодезических
изысканий площадных и линейных объектов. Приведены дополнительно разделы по классификации топографических условий местности, необходимых для проектирования, по крупномасштабным съёмкам, по
номенклатуре планов.
Во второй главе рассмотрены основные виды сетей геодезической
основы строительства.
Третья глава содержит сведения о геодезических работах при
проектировании магистральных нефтегазопроводов – как линейной
части, так и площадочных объектов.
Четвёртая глава рассматривает вопросы организации и точности
разбивочных работ, способы геодезической подготовки данных.
6
В пятой и шестой главах последовательно рассмотрены элементы
(построение угла, расстоянии, отметки и т.д.) и способы (полярных,
прямоугольных координат, угловой засечки и т.д.) разбивочных работ.
Седьмая глава рассказывает о технологии разбивки осей и их закреплении на исходном горизонте, разбивке подземных нефтегазопроводов и геодезических работах при их укладке.
В восьмой главе рассмотрен порядок геодезических работ при установке строительных конструкций и оборудования и способы геодезического контроля такой установки.
В последней главе, девятой, кроме общей характеристике деформаций инженерных сооружений, приведены методы наблюдения за
осадками и горизонтальными смещениями, порядок геодезического обследования стальных вертикальных резервуаров.
Список литературы первой части включает 34 наименования,
второй части – 37 наименований.
Автор будет благодарен за все замечания и рекомендации по
улучшению содержания учебного пособия.
7
Глава 1. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ
1.1. Этапы инженерно-геодезических работ при строительстве сооружений
1.1.1. Общие сведения об объектах строительства
Все объекты строительства можно разделить на следующие группы
(рис. 1.1).
Рис. 1.1. Основные объекты строительства
С другой стороны все объекты строительства подразделяют на здания и инженерные сооружения. Здания бывают жилые, общественные и
производственные.
Инженерные сооружения принято подразделять на следующие основные группы [5]:
промышленные
и
гражданские
сооружения
(мосты,
электростанции, телебашни, аэропорты);
8
гидротехнические сооружения: гидроэлектростанции (ГЭС), порты,
каналы и др.;
линейные сооружения: железные и автомобильные дороги,
трубопроводы, линии электропередач и др.
Промышленные предприятия представляют собой комплекс сооружений, обеспечивающих выпуск определенной продукции: здания, в
которых осуществляется технологический процесс; здания энергообеспечения; склады; коммуникации и др. [19].
Промышленные здания делятся на одноэтажные, многоэтажные,
однопролетные и многопролетные. По конструкции в большинстве –
это каркасные здания с перекрытиями в виде ферм или крупноразмерных балок. Вертикальными несущими элементами каркасных зданий
являются колонны, которые устанавливают на фундаменты. Расстояние
между колоннами, расположенными по продольным осям, называется
пролетом, а вдоль продольной оси – шагом. Связь колонн по продольной оси осуществляется с помощью подстропильных ферм и фундаментных балок. Поперечная связь обеспечивается стропильными фермами, Перекрытия и стены закрывают панелями [19].
Гражданские здания могут быть по своим конструктивным признакам каменно-кирпичными, монолитными, крупноблочными, крупнопанельными, каркасными, объемно-блочными (рис. 1.2). По этажности
они подразделяются на малоэтажные (1–2 этажа), среднеэтажные (3–5
этажей), многоэтажные (6–12 этажей), повышенной этажности (13–22
этажа), высотные (выше 22 этажей). По конфигурации они могут быть
односекционными (с 1 подъездом), удлиненные (более двух секций) и
сложные (круглые, с разворотом и смещением секций, многогранники и
т.п.).
Сложные конструктивные построения представляют собой мостовые сооружения, которые возводят в местах многоярусных автомобильных развязок, эстакадные сооружения линий метро и др. Основными их
конструктивными элементами являются мостовые опоры и пролетные
части [19].
Гидротехнические сооружения условно делят на три вида: водонапорные (дамбы и плотины), водопроводящие (каналы, тоннели, трубопроводы) и регуляционные (волнобои, льдозащнтные стенки, системы
углубления дна и берега) [19].
К подземным коммуникациям относятся сети водопровода, канализации, газоснабжения, теплофикации, водостока, дренажа, электро- и
телефонные линии связи и др. [19].
9
Объектами планировки и застройки являются функциональные зоны: селитебная (жилые районы, общественные центры, зоны зеленых
насаждений); промышленная; коммунально-складская (базы, гаражи, автобусные и троллейбусные парки, таксопарки, трамвайные депо); внешнего
транспорта (пассажирские и грузовые станции, порты, пристани и др.). В
основной состав геодезических работ в указанных зонах входит: составление и
расчеты проекта красных линий (границ между всеми видами улиц и проездов
и основными градообразующими элементами – функциональными зонами);
составление плана организации рельефа и вынесение в натуру проекта организации рельефа; вынесение в натуру осей проездов, зданий и сооружений
[19].
Линии электропередачи и связи делятся на кабельные (подземные)
и воздушные. Магистральные трубопроводы предназначены для транспортировки на дальние расстояния нефти, нефтяных продуктов, газа, воды.
Они бывают подземными и наземными [19].
Рис. 1.2. Конструктивные схемы зданий [34]: а – крупнопанельного с несущими стенами,
б – каркасного, в – объемно-блочного: 1 – панели стен, 2 – колонны, 3 – лестницы, 4 – ригели,
5 – объемный блок
1.1.2. Этапы инженерно-геодезических работ
Строительство любых инженерных сооружений ведётся в четыре
этапа (рис. 1.3): 1) изыскания; 2) проектирование; 3) строительство и
4) эксплуатация. Этапам строительства сооружений соответствуют следующие виды (этапы) геодезических работ: инженерно-геодезические
изыскания для строительства; инженерно-геодезическое проектирование; разбивочные работы (вынос проекта в натуру), исполнительные
съёмки; геодезические работы по изучению деформаций сооружений и
их оснований – мониторинг объектов.
10
Рис. 1.3. Этапы инженерно-геодезических работ при строительстве инженерных
сооружений
1.2. Виды технических изысканий
Изыскания – комплекс специальных работ, проводимых для проектирования, строительства и эксплуатации сооружения. Изыскания подразделяются на экономические и технические (инженерные). Экономические изыскания обычно предшествуют техническим. Экономические
изыскания проводят с целью определения экономической целесообразности строительства сооружения в конкретном месте с учетом обеспеченности его строительными материалами, сырьем, транспортом, водой,
энергией, рабочей силой и т. п. Технические изыскания ведут для того,
чтобы дать исчерпывающие сведения о природных условиях участка с
целью наилучшего учета и использования их при проектировании и
строительстве [8].
Таким образом, в ходе инженерных изысканий решаются следующие задачи [8]:
изучение природных условий района строительства;
прогноз взаимодействия объекта с окружающей средой;
инженерная защита территории строительства.
Для оценки участка предполагаемого строительства проводят следующие
изыскания:
инженерно-геодезические,
инженерногеологические, гидрогеологические, гидрометеорологические, климатологические, метеорологические, почвенно-геоботанические и др. Пер11
вые три вида относят к основным изысканиям и выполняют на всех типах сооружений в первую очередь [8].
Состав работ основных технических изысканий приведён на рис.
1.4.
Рис. 1.4. Состав работ основных технических изысканий инженерных объектов [5]
Инженерно-геодезические изыскания для строительства магистральных нефтепроводов в полосе отвода и на переходах через препятствия обеспечивают получение топографо-геодезических материалов, содержащих сведения о рельефе и ситуации местности и дна
пересекаемых водотоков и водоёмов, существующих сооружений [21].
Инженерно-геодезические изыскания служат основой как для проектирования, так и для проведения других видов изысканий и обследований.
12
В процессе инженерно-геодезических изысканий выполняют следующие работы [27]:
сбор и анализ имеющихся на район строительства топографогеодезических материалов прошлых лет;
создание планово-высотных съёмочных геодезических сетей;
топографические съемки (1:500 – 1:10000) на участке
строительства;
обновление топографических планов прошлых лет в масштабе
1:500 – 1:10000;
подготовка цифровых моделей местности;
трассирование линейных сооружений и закрепление трассы и её
сооружений на местности;
геодезические работы для проектирования реконструкции и
технического
перевооружения
существующих
зданий
и
сооружений, включая съёмки наземных и подземных сооружений
(существующих дорог, гидромелиоративных систем);
геодезическая привязка геологических выработок, гидрологических
створов, точек геофизической разведки и др.
Инженерно-геологические изыскания обеспечивают комплексное
изучение инженерно-геологических условий (включая геокриологические) на участках размещения технологических сооружений (НПС, объектов обустройства и др.), линейных сооружений магистральных нефтегазопроводов, переходов через препятствия, в том числе с применением
метода наклонно-направленного бурения (ННБ) и микротоннелирования. При этом решают следующие задачи [21]:
изучение геологического строения территории строительства;
изучение
сейсмотектонических,
геоморфологических
и
гидрогеологических условий;
определение состава, состояния и свойств грунтов;
изучение геологических и инженерно-геологических процессов;
составление прогноза возможных изменений инженерногеологических условий при взаимодействии проектируемых
объектов с геологической средой с целью получения материалов
для обоснования мероприятий инженерной защиты объекта
строительства и охраны окружающей среды.
Состав работ при инженерно-геологических изысканиях приведен
на рис. 1.4.
В ходе инженерно-гидрометеорологических изысканий получают
сведения о климатических условиях территории, гидрологическом ре13
жиме рек и водоемов1, пересекаемых трассой, прогноз их изменения в
период строительства и эксплуатации с детальностью, необходимой для
принятия обоснованных проектных решений. Полученные материалы
должны быть достаточны для решения следующих задач [21]:
выбор места перехода трассы через водный объект, выдача
рекомендаций по организации строительства;
выбор конструкций сооружений, их основных параметров;
инженерная защита нефтегазопровода от неблагоприятных
гидрометеорологических воздействий;
оценка негативного воздействия нефтепровода на гидрологический
режим водотока или водоёма и разработка природоохранных
мероприятий.
Состав изыскательских работ в конкретном случае зависит от отнесения водного перехода к определенной группе сложности (табл. 1.1).
Таблица 1.1
Условия пересечения водного объекта трассой магистрального нефтепровода [21]
Группа
сложности
I
II
III
Характеристика водного объекта
2
Ширина зеркала воды в межень для створа пересечения трассой до
30 м при средних глубинах до 1,5 м.
Ширина зеркала воды в межень для створа пересечения трассой от
31 до 75 м при средних глубинах более 1,5 м.
Ширина зеркала воды в межень для створа пересечения трассой менее 75 м, но ширина зоны затопления поймы при уровне 10 % -ной
3
обеспеченности 20-ти суточного стояния составляет более 500 м.
Ширина зеркала воды в межень для створа пересечения трассой более 75 м.
Инженерно-экологические изыскания. Выполняются для оценки
современного состояния и прогноза возможных изменений окружающей природной среды под влиянием антропогенных воздействий при
1
В процессе гидрометеорологических изысканий определяют характер изменения уровней,
уклоны, изучают направление и скорости течений, вычисляют расходы воды, производят промеры
глубин, ведут учет наносов, устанавливают стационарные наблюдения за характеристиками гидрологического режима, пересекаемых трассой объектов. Изучают русловые и пойменные деформации
рек, опасные гидрометеорологические процессы и явления.
2
Межень – низкий уровень воды в реке, озере, а также период, когда сохраняется такой уровень [31].
3
Обеспеченность (продолжительность) – количество дней стояния данного уровня и всех
уровней выше его, т.е. уровней, его обеспечивающих [15].
14
строительстве и эксплуатации нефтепровода, технологических сооружений и объектов обустройства с целью предотвращения, минимизации
или ликвидации вредных экологических последствий и сохранения оптимальных условий жизни населения. В состав инженерноэкологических изысканий входят: оценка загрязненности компонентов
окружающей среды, лабораторные химико-аналитические исследования, исследование и оценка радиационной обстановки, социальноэкономические исследования, изучение почв, растительного покрова и
животного мира и т.д. [21].
Различные виды сооружений, технология изысканий которых производится по общей схеме, могут быть объединены в две группы: площадочные и линейные сооружения. К площадным сооружениям относятся: населенные пункты, промышленные предприятия, аэропорты и т.
п., к линейным – дороги, линии электропередач, трубопроводы и т. п.
1.3. Геодезические изыскания для линейных сооружений (трассирование)
1.3.1. Основные элементы трассы
При изысканиях для линейных сооружений проводят их
трассирование.
Трасса – линия, определяющая ось проектируемого линейного
сооружения, обозначенная на местности, топоплане, нанесенная на
карте, или обозначенная системой точек в цифровой модели местности
[27].
Ось трассы проектируемого сооружения – ось проектируемого
линейного сооружения, обозначенная на местности, или нанесённая на
графический документ [7].
Трассирование линейных сооружений – комплекс проектноизыскательских работ, выполняемых для выбора оптимального
положения линейного сооружения на местности [27].
Геодезическое трассирование – комплекс геодезических работ по
проложению трассы [7].
План – проекция трассы на горизонтальную плоскость.
Продольный профиль трассы – профиль местности4 по оси трассы
проектируемого сооружения [7]. План и продольный профиль относят к
основным элементам трассы.
План трассы (рис. 1.5) состоит из прямых участков разного
направления, которые сопрягаются между собой кривыми с различными
4
Профиль местности – проекция следа сечения местности вертикальной плоскостью, проходящей через две точки, на эту плоскость [7].
15
радиусами.
Степень искривления трассы определяется значениями углов
поворота. Углом поворота трассы называют угол с вершиной,
образованный продолжением направления предыдущей стороны и
направлением последующей стороны [8].
Рис. 1.5. План трассы : ВУ – вершина угла поворота трассы,
– угол поворота
Прямолинейные участки трасс железных и автомобильных дорог,
трубопроводов сопрягаются в основном5 круговыми кривыми. Круговая
кривая трассы – часть оси трассы проектируемого сооружения,
представляющая собой дугу окружности [7]. На железных дорогах
минимально допустимые радиусы 400...200 м, на автомобильных в
зависимости от категории дороги – 600..60 м, на каналах – не меньше
пятикратной ширины канала (ирригационные каналы) или
шестикратной длины судна (судоходные каналы), на трассах
трубопроводов –1000 d, где d – диаметр трубопровода [8].
Прямая вставка трассы – прямая часть оси трассы
проектируемого сооружения, расположенная между двумя смежными
круговыми или переходными кривыми [7].
Продольный профиль трассы состоит из линий различных уклонов,
соединяющихся между собой вертикальными кривыми. Вертикальная
кривая трассы – часть оси трассы проектируемого сооружения, представляющая собой кривую, лежащую в вертикальной плоскости [7].
Важнейший элемент профиля трассы – ее продольный уклон6.
Чтобы соблюсти определенный допустимый уклон особенно в сложной
5
Переходная кривая трассы – часть оси трассы проектируемого сооружения, представляющая собой
кривую переменного радиуса [7].
5
Уклон местности – тангенс угла наклона линии местности к горизонтальной плоскости в данной
точке [7].
16
пересеченной местности, приходится не только отступать от
прямолинейного следования трассы, но и увеличивать длину трассы
(развивать трассу). Необходимость развития трассы чаще всего
возникает в горной и предгорной местности [8].
В продольном профиле трассы должен обеспечиваться
определенный допустимый уклон. Так, на трассах магистральных
железных дорог I и II категорий уклон не должен превышать 0,012; а на
дорогах местного значения 0,020; на горных дорогах, где применяется
транспорт с усиленной тягой, уклоны могут достигать 0,030; на
автомобильных дорогах уклоны колеблются от 0,040 до 0,090. На
трассах ирригационных и водопроводных каналов уклоны, которые
назначают из расчета получения так называемых неразмываемых и
незаиляемых скоростей течения воды по каналу, составляют
0,001...0,002. На трассах напорных трубопроводов уклоны могут быть
весьма значительными, а для ЛЭП они практически не имеют значения
[8].
На
некоторых
трассах
(электропередач,
канализации)
горизонтальные и вертикальные кривые не проектируют и трасса
представляет собой пространственную ломаную линию.
В зависимости от назначения трасса должна удовлетворять
определенным требованиям к плановым и высотным параметрам, т.е.
техническим условиям на ее проектирование. Так, для дорожных трасс
основные требования – плавность и безопасность движения с
расчетными скоростями. Поэтому на дорожных трассах устанавливают
минимально допустимые уклоны и максимально возможные радиусы
кривых. На самотечных каналах и трубопроводах необходимо
выдержать проектные уклоны при допустимых скоростях течения воды
[8].
Радиусы вертикальных кривых в зависимости от вида сооружения
и направления кривой (выпуклая, вогнутая) колеблются в широких
пределах – от 10000 до 200 м.
Оптимальную трассу находят путем технико-экономического
сравнения различных вариантов. Если трассу определяют по топографическим планам или аэрофотоматериалам, то трассирование
называют камеральным7, если ее выбирают непосредственно на
местности, то – полевым8 [8].
7
Камеральное трассирование – трассирование вариантов положения оси линейного сооружения, представленных в графической, цифровой или иных формах, выполняемое по картам, аэро- и
космоснимкам и другим картографическим материалам [27].
8
Полевое трассирование – комплекс полевых изыскательских работ в составе инженерногеодезических изысканий по проложению (трассированию) на местности линейного сооружения [27].
17
При трассировании различают плановые и высотные (профильные)
параметры. К плановым параметрам относят:
углы поворота;
радиусы горизонтальных кривых;
длины переходных кривых;
прямые вставки.
Высотные параметры:
продольные уклоны;
длины элементов в профиле;
радиусы вертикальных кривых.
В плане трасса линейного сооружения должна быть по
возможности прямолинейной, так как всякое отклонение от
прямолинейности приводит к ее удлинению и увеличению стоимости
строительства, затрат на эксплуатацию [8].
В условиях реальной местности одновременно трудно соблюсти
требования к плану и профилю, так как приходится искривлять трассу
для обхода препятствий, участков с большими уклонами рельефа и
неблагоприятных в геологическом и гидрогеологическом отношении
[8].
Независимо от характера линейных сооружений и параметров
трассирования все трассы должны вписываться в ландшафт местности,
не нарушая природной эстетики. По возможности трассу располагают
на землях, которые имеют наименьшую ценность для народного
хозяйства [8].
1.3.2. Технология изысканий линейных объектов
Методика, точность и порядок инженерных изысканий устанавливаются строительными нормами специальных документов, а именно:
СНиП 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства.
Основные положения.
СП 11-104-97. Инженерно-геодезические изыскания для
строительства.
РД 153-39.4Р-128-2002(ВСН). Инженерные изыскания для
строительства магистральных нефтепроводов.
Содержание и объем инженерных изысканий зависит от [8]:
типа, вида и размеров проектируемого сооружения;
местных условий и степени их изученности;
стадии проектирования.
Инженерные изыскания для строительства магистральных нефте18
проводов проводятся в несколько этапов в соответствии со стадиями
проектирования (рис. 1.6) [21].
Стадия проектирования
Этап изысканий
№ этапа
Рис. 1.6. Стадии проектирования и этапы инженерных изысканий магистральных
нефтепроводов
1.3.2.1. Инженерно-геодезические изыскания
Выбор генерального направления трассы производят на первом
этапе в ходе предварительных изысканий (рис. 1.7).
19
Рис. 1.7. Технология геодезических изысканий линейных объектов
Основной метод – камеральное трассирование на основе
мелкомасштабных карт (1:500000–1:1000000). Основная задача
камерального трассирования для составления ГС состоит в том, чтобы
обеспечить наикратчайшее расстояние трассы между начальной и
конечной точками с учетом обхода или наилучшего пересечения
естественных и искусственных препятствий. В связи с этим
внимательно изучают границы распространения болот, участков
многолетней мерзлоты, заповедников, зон охраны бассейнов крупных
рек и озер, предварительно выбирают створы переходов через крупные
судоходные реки и горные перевалы. Проектируют несколько трасс и
по каждой из них составляют продольный профиль [29].
Путем технико-экономического сравнения выбирают наиболее
выгодные варианты для дальнейшего обследования и разрабатывают
техническое задание на проектирование. По возможности стремятся
приблизить трассу к существующим железным и автомобильным
дорогам, чтобы использовать их при строительстве и эксплуатации
трубопровода.
20
Камеральное трассирование на стадии проекта заключается в переносе трассы утверждённого генерального направления на крупномасштабные карты (1:10000, 1:25000, реже 1:50000 и 1:100000) и в подготовке вариантов трассы для полевого и аэровизуального обследования
[29].
Обязательной является съёмка переходов в русловой части в масштабе 1:500–1:4000, в пойменной – 1:1000–1:2000, площадок нефтеперекачивающих станций в масштабе 1:2000 [29].
В процессе выполнения топографо-геодезических работ выносят и
закрепляют створы переходов через крупные естественные и искусственные преграды (железные и категорированные автомобильные дороги, реки…) [29].
По завершении работ по каждому из вариантов составляют продольные профили. В дальнейшем проводят анализ показателей по каждому варианту трассы [29].
Изыскания на стадии проекта выполняют с обязательным согласованием трассы с землепользователями, а мест перехода через водные
препятствия – с заинтересованными организациями [29].
Для составления рабочего проекта трассы производят предпостроечные полевые изыскания. В процессе полевых изысканий на
основании проекта трассы и рекогносцировки местности определяют в
натуре положение углов поворота и производят трассировочные
работы: вешение линий, измерение углов и сторон хода по трассе,
разбивку пикетажа и поперечных профилей, нивелирование,
закрепление трассы, а также при необходимости дополнительную
крупномасштабную съемку переходов, пересечений, мест со сложным
рельефом [34].
Съёмку участка перехода реки производят в масштабах 1:500–
1:1000 с сечением рельефа через 0,5 м. Снимают оба берега и дно реки.
Съёмку дна выполняют путём промера глубин по трём створам:
главному и двум боковым, расположенным выше и ниже по течению на
50–60 м от оси.
1.3.2.2. Порядок работ при полевом трассировании
Исходными данными для полевого трассирования является плановое и высотное положение начальной точки трассы, а также начальное
направление трассы (дирекционный угол, истинный или магнитный
азимуты) [19]. Полевое трассирование включает в себя следующие работы (рис. 1.8):
21
вынос трассы в натуру9 (вынос начальной точки и начального
направления);
разбивка пикетажа10;
нивелирование трассы.
Рис. 1.8. Разбивка пикетажа [19]
Вынос трассы в натуру выполняют известными способами: привязкой к пунктам геодезического обоснования или привязкой к местным
предметам. Углы поворота трассы, если они имеются, измеряют теодолитом одним полным приемом. С помощью теодолита выполняют и
провешивание линий. Расстояния измеряют мерной лентой, рулеткой
или светодальномером с относительной погрешностью 1:1000–1:2000. В
некоторых случаях, при отсутствии топографических карт или планов,
трассирование выполняют непосредственно на местности, исходя из условий решения той или иной задачи [19].
Вынос трассы в натуру – комплекс полевых изыскательских работ в составе инженерно-геодезических изысканий по проложению (трассированию) и закреплению
на местности проектного положения оси линейного сооружения [7].
10
Пикетаж трассы – система обозначения и закрепления точек трассы [7].
22
9
Углы поворота трассы обозначают возрастающими номерами; им
присваивают обозначение, состоящее из порядкового номера заднего
пакета плюс расстояние в метрах от него до угла поворота. Номер вершины угла (ВУ) пишут в числителе, а пикетажное обозначение – в знаменателе.
Разбивка пикетажа. Пикет11 – это деревянный колышек сечением
3x3 или 4x4 см, длиной 10–15 см, забиваемый в землю вровень с поверхностью (верх колышка должен выступать над поверхностью земли
на 1,5–2 см). Рядом с пикетом устанавливают сторожок (маяк), возвышающийся на 20–50 см над поверхностью земли и колышек, на котором
записывают номер соответствующего пикета. Пикеты устанавливают
друг от друга на одинаковом расстоянии в горизонтальной плоскости
(на одинаковом горизонтальном проложении). Чаще всего через 100 или
50 м. Если расстояния между пикетами 50 м, то пикеты обозначают следующим образом: ПК00, ПК05, ПК10, ..., ПК55, ПК60, .... При расстояниях между пикетами в 100 м – ПК0, ПК1, ПК2, ..., ПК23 ... При разбивке пикетажа учитывают углы наклона отрезков линий для приведения
наклонных расстояний к горизонту [19].
Колышками помечают также точки перегибов рельефа. Такие точки называют плюсовыми, а их номером является горизонтальное проложение от ближайшего заднего по ходу пикета. Например, плюсовая точка ПК7+83 находится на расстоянии 83 м от пикета 7, т.е. на расстоянии
783 м от начала трассы (от ПК0). Плюсовыми точками являются все углы поворота трассы, точки пересечения продольного и поперечного
профилей12, точки перегибов рельефа, а также ими могут быть точки пересечения трассы с контурами ситуации и линейными сооружениями
(объектами) [19].
Одновременно с разбивкой пикетажа производится инструментальная съемка местности в полосе шириной 20–30 м и до 50 м с каждой
стороны от оси трассы [19] путём разбивки поперечных профилей. Расстояния между поперечными профилями и их длину выбирают так, чтобы наиболее полно выявить рельеф и выполнения технического задания. Для этого на поперечных профилях в характерных местах излома
рельефа назначают «плюсовые» точки. Нумерация их ведется от начала
поперечника и состоит из номера поперечника, расстояния от оси трассы с указанием части поперечника (правой – Пр. или левой – Л.).
11
Пикет трассы – точка оси трассы, предназначенная для закрепления заданного
интервала [7].
12
Поперечный профиль трассы – профиль местности по линии, перпендикулярной к
оси трассы проектируемого сооружения [27].
23
По результатам инструментальной съемки местности ведут пикетажный журнал (рис. 1.9), в который заносят результаты измерений
на каждом интервале, определяемом двумя соседними пикетами [19].
Нивелирование по пикетажу. Привязка трассы в ее начале и конце
производится к реперам имеющейся нивелирной сети либо другим точкам, высоты которых известны с необходимой точностью [19].
При нивелировании трассы связующими точками обязательно являются все пикеты и иксовые точки. Превышения связующих точек определяют дважды (по двум сторонам нивелирных реек либо при двух
горизонтах прибора). В некоторых случаях допускается нивелировать
способом из середины с плечом 100 м, т.е. устанавливать нивелир практически на одном из пикетов, а нивелирование из середины выполнять
по двум другим соседним пикетам. Плюсовые точки являются промежуточными, и на них берут только один (промежуточный) отсчет по
черной стороне рейки (либо при одном горизонте прибора). Рейку при
этом ставят на землю у сторожка плюсовой точки [19].
Расстояния до иксовых точек не измеряют, поскольку иксовые точки служат только для передачи высот между связующими точками [19].
Точки поперечных профилей нивелируют так же, как и плюсовые
промежуточные точки. Если со станции не обеспечивается видимость
рейки в точке поперечного профиля, то превышение на нее передают с
помощью иксовой точки [19].
1.4. Изыскания площадных сооружений
Каждая площадка, которая предназначается для строительства
сооружения, должна отвечать определенным техническим требованиям,
удовлетворяющим условиям нормальной эксплуатации и минимальных
затрат на подготовительные работы и освоение, а именно [8]:
Рельеф площадки должен быть спокойным, с уклоном в одну
сторону или от середины к краям, обеспечивающим быстрый сток
поверхностных вод (рис. 1.10). Желательно, чтобы общее направление
горизонталей было вдоль длинной стороны площадки, чтобы
вертикальная планировка не требовала большого объема земляных
работ, т.е. минимальные уклоны местности должны составлять
0,003...0,005, максимальные – 0,06...0,08.
Грунты площадки должны выдерживать такое давление, чтобы при
строительстве зданий и сооружений можно было обойтись без
устройства дорогостоящих фундаментов. Участок не должен
затопляться высокими паводковыми водами.
Наличие вблизи площадки карьеров строительных материалов
24
значительно удешевляет и ускоряет строительство.
Рис. 1.9. Пикетажный журнал [34]
25
Рис. 1.10. Схема генерального плана промежуточной насосной станции [29]:
1 – нефтеловушка, 2 – площадка с фильтрами-грязеуловителями, 3 – помещение регуляторов давления, 4 – площадка с задвижками, 5 – перекачивающая насосная, 6 – камера воздушного охлаждения, 7 – резервуар емкостью 100 м , 8 – автозаправочные колонки, 9 – резервуар
противопожарного запаса воды, 10 – водопроводная насосная; 11 – постамент с резервуаром для топлива, 12 – производственный блок, 13 – узел связи, 14 – склад масел,
15 – закрытое распределительное устройство, 16 – открытая подстанция, 17 – устройство приема и пуска скребка.
Выбор площадки начинают в камеральных условиях. Путем
сравнения вариантов выбирают наиболее выгодную площадку для
полевого обследования. В натуре в первую очередь уточняют инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки;
26
обследуют возможные подходы подъездных железных и шоссейных
дорог, намечаемые выпуски канализационных коллекторов; определяют
примерные расходы на подготовительные работы по освоению
площадки;
согласовывают
возможность
отвода
территории,
присоединения трасс и ряд других организационных вопросов [8].
Для разработки проекта намеченную площадку и часть прилегающей к ней территории снимают в масштабе 1:2000 с сечением рельефа
через 1 м. Дополнительно по имеющимся планам и картам,
обновленным и дополненным на местности, составляют ситуационный
план района строительства в масштабе 1:10000–1:25000. На этот план
наносят контуры площадок промышленного предприятия, жилого
поселка, водозаборных и очистных сооружений, существующие
автомобильные и железные дороги, реки, населенные пункты, лесные
массивы, карьеры и месторождения строительных материалов,
подсобные предприятия, а также намечают трассы подъездных дорог,
водоводов, выпусков канализации и др. [8].
Для составления рабочих чертежей (а также при изысканиях
площадки на стадии рабочей документации) площадку для основных
сооружений снимают в масштабе 1:1000–1:500 с сечением рельефа
через 0,5 м и проводят на ней детальную инженерно-геологическую и
гидрогеологическую разведку. Съемку площадки производят
топографическими или фотограмметрическими методами. На стадии
изысканий
под проект наиболее
целесообразно
проводить
аэрофотосъемку в масштабе 1:7000–1:10000, с тем чтобы можно было ее
использовать для составления подробного плана площадки в масштабе
1:2000 и карты района строительства в масштабе 1:10000 [8].
В таких же масштабах снимают застроенные территории, с густой
сетью подземных коммуникаций. Съемка так же может быть выполнена
как фотограмметрическими, так и геодезическими методами. При слабо
выраженном рельефе часто производят нивелирование поверхности по
квадратам 20 х 20 или 30 х 30 м. Независимо от метода съемки на
площадке должны быть закоординированы углы капитальных зданий и
сооружений и узловые точки коммуникаций, занивелированы полы
зданий и складских площадок, бровки дорог, колодцы и т.д. [8].
1.5. Топографо-геодезические данные, необходимые для проектирования
1.5.1. Топографические свойства местности
1.5.1.1. Степень изрезанности препятствиями
27
По степени изрезанности местности препятствиями, ограничивающими свободу передвижения на ней, местность делят на пересеченную,
малопересеченную и непересеченную [4].
Наиболее серьезными препятствиями для движения вне дорог являются реки, каналы, озера и другие водные преграды. Реки характеризуются шириной русла, глубиной, скоростью течения, характером подступов к ним и грунтом дна. По ширине русла реки подразделяют на
узкие (до 60 м), средние (60–300 м) и широкие (более 300 м). Средняя
скорость течения спокойных, относительно небольших рек, протекающих по равнинной местности, 0,5–0,6 м/с, крупных равнинных рек – до
1 м/с, горных рек – до 6 м/с. В некоторых случаях основными препятствиями являются заболоченная труднопроходимая пойма, крутые берега,
характер грунта дна реки. Современная транспортная техника и переправочные средства способны преодолевать крутизну спусков и выходов из реки 10–12° [4].
Пересеченная местность характеризуется тем, что препятствия,
затрудняющие движение, занимают около 20% ее площади (рис. 1.11).
Если такими препятствиями занято свыше 30% площади, местность относят к сильнопересеченной. Особенно трудно передвижение по пересеченной местности спецтехники и автотранспорта. К пересеченной местности относятся все горные и высокогорные районы, районы с большим
количеством оврагов, районы с многочисленными озерами [4]. Пересеченная местность может иметь разные условия для ее обзора, то есть
быть и открытой, и закрытой.
28
Рис. 1.11. Пересечённая местность. Горный Алтай
Местность с незначительными или изредка встречающимися препятствиями, большинство из которых преодолеваются как колесными,
так и гусеничными машинами, относится к малопересеченной. Для отличия ее от пересеченной иногда указывают, что на ней не более 10%
всей площади может быть занято проходимыми препятствиями. Если
же препятствий вообще нет или они составляют менее 10%, то такую
местность считают непересеченной [4].
1.5.1.2. Условия обзора местности
При оценке условий наблюдения прежде всего определяют, насколько рельеф и местные предметы благоприятствуют обзору или ограничивают его. В зависимости от этого местность подразделяется на
открытую, полузакрытую и закрытую.
Открытая местность – это равнина с небольшим количеством
рощ, кустарников, с редкими населенными пунктами. Она позволяет
просматривать с высот, имеющихся на ней, не менее 75% всей ее площади. Такая местность обладает благоприятными условиями для наблюдения, широкий обзор (до 4–5 км) во всех направлениях [4].
29
К типу открытых местностей можно отнести пустынные районы,
степные районы Нижнего Поволжья, некоторые районы Дона, Западной
Сибири (рис. 1.12) и Кубани [30].
Рис. 1.12. Открытая местность. Север Томской области
Закрытая местность характеризуется большим количеством на
ней местных предметов и резко выраженным рельефом. Она, как правило, покрыта высокорослой растительностью [30] (рис. 1.13).
30
Рис. 1.13. Закрытая местность
Закрытая местность позволяет просматривать с высот, расположенных на ней, не более 25% всей ее площади. К типу закрытой местности можно отнести лесные районы Белоруссии, Карелии, Карпат,
Дальнего Востока и всю полосу тайги [30].
Естественно, что нет резкой грани между открытой и закрытой местностью, поэтому в классификации имеется и так называемая промежуточная ступень – полузакрытая местность, допускающая возможность просматривать с высот, расположенных на ней, до 50% всей ее
площади [30].
1.5.1.3. Характер рельефа
Общий характер местности определяется рельефом. Исходя из характера рельефа местность подразделяют на равнинную, холмистую и
горную.
Участки местности, поверхность которых в пределах видимости
горизонта (до 4–5 км) ровная или слегка холмистая, с очень пологими
скатами (до 2–3°) и незначительными колебаниями высот (20–30 м) [4,
30] относятся к равнинной местности (рис. 1.14).
31
Рис. 1.14. Равнинная местность [30]
В большинстве случаев равнинная местность бывает открытой и
изредка, если она покрыта лесом, кустарником или на ней расположено
много населенных пунктов, ее относят к закрытой. Если же на ней имеется большое количество рек, озер, болот, оврагов и других препятствий, то она становится пересеченной [30].
Холмистая местность (рис. 1.15) имеет большое количество холмов, лощин, оврагов, балок, но крутизна скатов их в среднем колеблется
около 5o [4], относительная высота может достигать несколько десятков
метров, то есть допускает движение по ним всех видов техники и автомобильного транспорта. Она также может быть как открытой, так и закрытой, как пересеченной, так и непересеченной. К холмистой местности можно отнести большинство районов Средне-Русской,
Приволжской, Волыно-Подольской, Ставропольской возвышенностей,
некоторые районы в предгорьях Карпат, Кавказа, Урала и др. [30].
Горная местность (рис. 1.16) характеризуется чередованиями горных хребтов над долинами, седловинами и ущельями. В ней преобладают крутые скаты, нередко переходящие в обрывы, и скалы. В зависимости от высот горы делят на низкие (от 500 до 1000 м),
средневысотные (от 1000 до 2000 м) и высокие (более 2000 м) [4, 30].
32
Рис. 1.15. Холмистая местность. Хакассия
К низким горам можно отнести горы Среднего Урала, северные
хребты Предкавказья, горы Кольского полуострова. Они, как правило,
сплошь покрыты лесами [30].
К типу средних гор относятся горы Крыма, Карпат, Южного Урала,
Станового хребта, Сихотэ-Алиня. Они также покрыты лесами, но их
вершины часто бывают безлесными – «гольцами». Перевалы через эти
хребты обычно лежат на высотах 700 м и более [30].
Высокие горы (так называемого альпийского типа) характеризуются вечными снегами и ледниками на гребнях хребтов и вершинах. Их
вершины, как правило, лишены растительности. К типу таких гор относятся горы Большого Кавказского хребта, Памира, Тянь-Шаня. Перевалы через хребты этих гор лежат на высоте 1500–3000 м [30].
Для гористой местности характерны резкие изменения погоды, снегопады, туманы, лавины (потоки снега с гор), камнепады, сели (потоки
воды с камнями и грязью). Гористая местность относится к закрытой и
сильно пересеченной. Она труднопроходима, а разреженный воздух повышает утомляемость и даже вызывает горную болезнь. В горной местности передвигаться можно только по долинам, вдоль дорог и рек [30].
33
Рис. 1.16. Гористая местность. Алтай
1.5.2. Классификация топографических условий местности
Проектирование магистральных нефтегазопроводов происходит, в
том числе, на основе топографо-геодезических данных, полученных в
ходе инженерно-геодезических изысканий. На начальной стадии
изысканий, при определении генерального направления магистрального
нефтегазопровода, достаточно общей информации о строении рельефа в
районе проектирования трассы [29] (рис. 1.17).
На стадии рабочей документации необходимо иметь числовые
характеристики рельефа для подсчета объемов работ, стоимости
строительства объекта [29].
34
Характер рельефа: равнинный, холмистый и горный
Условия обзора: открытая, полузакрытая, закрытая
Степень изрезанности местности: пересечённая, малопересечённая,
непересечённая
Рис. 1.17. Состав общей информации о топографических свойствах местности
Для разработки нормативов капитальных вложений в строительство магистральных нефтегазопроводов на начальной стадии проектирования важное значение имеют попытки провести классификации инженерно-топографических условий по различным признакам (рис. 1.18).
Эти нормативы применяют для ориентировочной оценки сметной стоимости строительства (рис. 1.19). Указанные нормативы составлены для
равнинно-холмистой территории средней полосы России. Для других
территорий нужно пользоваться корректирующими территориальными
коэффициентами [12].
Для укрупненной характеристики местности вводят понятие пяти
топографических регионов: равнинно-холмистый (рхт), пустынный (пт),
гористый (гт), болотистый (бт) и северный (ст). В пределах каждого региона выделяют семь топографических участков размещения трубопровода. Приведём их характеристику [29].
Первый – это участок равнинно-холмистый (рху), включающий мало- и среднепересеченную местность, позволяющую осуществить прокладку магистрального трубопровода по нормальной технологической
схеме.
Второй – пустынный (пу), характеризующийся удаленностью от
баз снабжения, безводностью, подвижными барханными песками и пес35
ками с редким растительным покровом.
При укладке трубопровода в пределах его требуется закрепление
песков, выполнение больших планировочных работ, строительство самостоятельных ЛЭП, питающих станции катодной защиты, и др.
Третий участок – горный (гу), сочетающий долины, впадины и
возвышенности с относительными высотами более 200 м. В пределах
этого участка продольные уклоны превышают 20 %, а поперечные около 12 %.
Для укладки трубопровода в таких условиях применяют большое
число одиночных труб, создают много углов поворота, на косогорах
вырезают полки, устраивают скальную и противооползневую защиту,
разрабатывают скальные породы и т. д. Здесь раздельно ведут укладочные и изоляционные работы. Вдоль горной трассы сооружают ЛЭП для
электрозащиты трубопровода. Не исключены высокогорные участки с
высотой более 1200 м над уровнем моря, при укладке трубопровода на
которых специально создаются условия (террасы и др.) для использования строительной техники.
Рис. 1.18. Инженерно-топографическая классификация местности при трассировке
магистральных газопроводов
36
Рис. 1.19. График базисных нормативов капитальных вложений в новое строительство магистральных газопроводов по инженерно-топографическим регионам [29]
Четвертый участок представлен болотистыми почвами (бу). На
европейской части территории нашей страны и Сибири – это собственно болота, избыточно увлажненная местность и обводненные поймы рек
(рис. 1.20). Для движения по ним строительной техники нужно делать
настилы (стлани) или лежневые дороги. На таких участках используют
машины, способные передвигаться по верхнему растительному слою.
При укладке трубопровода в траншею применяют пригрузку утяжеляющими грузами и утолщают изоляционное покрытие. Плети трубопровода подготавливают на берегу и затем протаскивают по траншее,
заполненной водой.
37
Рис. 1.20. Вид на озёрно-болотный комплекс с вертолёта
К пятому участку относят северные районы, с таежно-болотистой
местностью (бсу), с бездорожьем и далеко расположенными сварочными
и складскими базами, что увеличивает дальность перевозки труб и
других грузов. В таких районах необходимо создавать подъездные пути
и проезды вдоль трассы (лежневые дороги) (рис. 1.21), строить
временные жилые и бытовые здания. Повышаются затраты на
эксплуатацию и перебазирование строительной техники на перевозку
рабочих. Для доставки грузов используют водный и воздушный
транспорт.
38
Рис. 1. 21. Временная дорога вдоль газопровода
Шестой участок – район многолетней мерзлоты (му). В этих условиях производство работ удорожается из-за тяжелых грунтовых условий, наледей и повышенной заболоченности.
Седьмой участок – переходы через реки и другие водные преграды
у
(р ). Он подразделяется по ширине препятствия на два подтипа: до 300 и
свыше 300 м. Для строительства переходов используют различные конструктивные решения, требующие дополнительных затрат на резервные
нити и берегоукрепительные работы.
На первых этапах трассирования магистрального трубопровода,
осуществляемых на мелкомасштабных топографических картах, не всегда представляется возможным учесть структуру топографических условий. Поэтому важное значение приобретает отыскание хотя бы усредненных удельных весов топографических условий отдельного
участка в каждом регионе. Принцип определения удельных весов приведен на рис. 1.19. Такой подход позволяет найти базисные нормативы
капитальных вложений в новое строительство магистральных трубопроводов по различным инженерно-географическим регионам (табл.
1.2).
39
Таблица 1.2
Базовые нормативы капитальных вложений в новое строительство,
тыс. руб. на 1 км [29]
Инженерно-топографический регион
Условный
диаметр, РавнинноПустынный Горный
Болотистый Северный
мм
холмистый
220
21,22
19,39
30,53
29,39
55,45
1400
297387
278,04
354,21
407,83
563,15
1.6. Крупномасштабные съёмки
Одним из основных документов, используемых для проектирования линейных сооружений, является топографический план. Создание
плана местности требует выполнение специальной съёмки в крупном
масштабе (1:200, 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000, 1:10000) для решения
конкретной задачи определённой отрасли народного хозяйства [24]. Такие съёмки выполняются согласно «Инструкции по топографической
съёмке в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500» [10].
Применительно к линейным сооружениям план, содержащий кроме
топографической и другую информацию для проектирования, называется трассировочным. Трассировочные планы могут быть получены наземными или аэрометодами в виде графических топографических планов, стереомоделей или ЦММ. Традиционный способ проектирования
предусматривает получение информации о местности в виде графических планов с изображением рельефа горизонталями [29].
С трассировочных планов получают продольные и поперечные
профили (вторичные документы). Если продольные и поперечные профили строят в результате обработки непосредственных измерений на
местности, то такие документы будут первичными.
Трассировочный план должен отвечать следующим требованиям
[29]:
точность топографической основы, детальность и точность
изображения местности должны быть достаточными для
определения данных о рельефе и ситуации при проектировании;
обеспечивать производство разбивочных работ для выноса
запроектированной трассы на местность.
Топографический план служит основой для составления проекта
линейного сооружения, определения объёмов работ и стоимости
строительства. По планам выполняют работы по камеральному
трассированию возможных вариантов; составляют продольные
40
профили; определяют высоты точек земной поверхности по
горизонталям с заданной средней квадратической погрешностью;
определяют расстояния между точками. Эти данные необходимы для
подсчёта объёмов работ, вычисления стоимости вариантов трассы и
определения технических показателей [29].
Масштабы топографических планов для нужд проектирования и
строительства магистральных нефтегазопроводов зависят от сложности
рельефа и стадии проектирования [29]:
1:25000 – 1:10000 для проектирования нескольких вариантов и
выбора оптимального из них;
1: 5000 – 1:2000 для проектирования на сложных участках;
1: 1000 – 1:500 для проектирования НПС, ГКС и отдельных
сооружений на стадии рабочей документации.
1.6.1. Выбор высоты сечения рельефа
Высота сечения рельефа на топографических планах устанавливается в соответствии с требованиями табл. 1.3 [24, 10].
Таблица 1.3
Выбор высоты сечения рельефа
Характеристика рельефа и макМасштаб съемки
симально преобладающие углы
1:5000
1:2000
1:1000
наклона
1:500
Высота сечения рельефа, м
Равнинный с углами наклона до
(0,5)
0,5
0,5
2°
1,0
(1,0)
(1,0)
0,5*
0,5
Всхолмленный с углами наклона
2,0
1,0
до 4°
2,0*
Пересеченный с углами наклона
2,0
(1,0)
0,5
до 6°
(5,0)
2,0
1,0*
Горный и предгорный с углами
2,0*
2,0
1,0
наклона более 6°
5,0
Примечание. Высоты сечения рельефа, значения которых отмечены звездочкой, на топографических планах населенных пунктов не применяются. Возможные
(неосновные) высоты сечения рельефа, значения которых приведены в скобках, на
топографических планах населенных пунктов допускаются в ограниченных случаях,
оговариваемых техническим проектом (программой).
41
В исключительных случаях топографические съемки выполняют с
высотой сечения через 0,25 м. Это сечение рельефа допускается при
съемках подготовленных и спланированных площадей с максимальными преобладающими углами менее 2°. Необходимость такого сечения
должна быть обоснована в техническом проекте (программе) [10].
Для изображения характерных деталей рельефа, не выражающихся
горизонталями основного сечения, применяют дополнительные горизонтали (полугоризонтали) и вспомогательные горизонтали. Полугоризонтали обязательно проводят на участках, где расстояния между основными горизонталями превышают 2,5 см на плане. Вспомогательные
горизонтали проводят на произвольной высоте [10].
Средние погрешности (ошибки) в положении на плане предметов и
контуров местности с четкими очертаниями относительно ближайших
точек съемочного обоснования не должны превышать 0,5 мм, а в горных и залесенных районах – 0,7 мм. На территориях с капитальной и
многоэтажной застройкой предельные погрешности во взаимном положении на плане точек ближайших контуров (капитальных сооружений,
зданий и т.п.) не должны превышать 0,4 мм [10].
1.6.2. Геодезическая основа крупномасштабных съёмок
Геодезической основой крупномасштабных съемок служат [10]:
а) государственные геодезические сети: триангуляция и полигонометрия 1, 2, 3 и 4 классов; нивелирование I, II, III, IV классов;
б) геодезические сети сгущения: триангуляция 1 и 2 разрядов, полигонометрия 1 и 2 разрядов; техническое нивелирование;
в) съемочная геодезическая сеть: плановые, высотные и планововысотные съемочные сети или отдельные пункты (точки), а также точки
фотограмметрического сгущения.
В исключительных случаях топографические съемки допускается
выполнять только на съемочном обосновании, если на участке или
вблизи него на расстоянии до 5 км отсутствуют пункты государственной геодезической сети и если на участке в ближайшее время не будут
развиваться топографические съемки [10].
Развитием съемочных геодезических сетей достигается плотность,
обеспечивающая непосредственное выполнение съемки. Плотность геодезических съёмочных сетей определяется [10]:
масштабом съемки,
высотой сечения рельефа,
необходимостью
обеспечения
геодезических,
маркшейдерских, мелиоративных, землеустроительных и других
42
работ как для целей изысканий и строительства, так и при
дальнейшей эксплуатации сооружений, коммуникаций и т.д.
(оговаривается в проекте).
1.6.3. Развитие съёмочных сетей теодолитными ходами
Теодолитные ходы прокладываются с предельными относительными погрешностями 1:3000, 1:2000, 1:1000 в соответствии с табл. 1.4.
Таблица 1.4
Масштаб
1:5000
1:2000
1:1000
1:500
Допустимые длины теодолитных ходов [10]
мм
мм
Допустимые длины ходов между исходными пунктами, км
6,0
4,0
2,0
6,0
3,0
3,0
2,0
1,0
3,6
1,5
1,8
1,2
0,6
1,5
1,5
0,9
0,6
0,3
-
Длины сторон в теодолитных ходах должны быть:
на застроенных территориях: не более 350 м и не менее 20 м;
на незастроенных территориях: не более 350 м и не менее 40 м.
Допускается проложение висячих теодолитных ходов, длины которых не должны превышать величин, указанных в табл. 1.5.
Таблица 1.5
Допускаемая длина висячего теодолитного хода [10]
Масштаб съемки
На застроенных терри- На незастроенных терториях, м
риториях, м
1:5000
350
500
1:2000
200
300
1:1000
150
200
1:500
100
150
Число сторон в висячих теодолитных ходах на незастроенной территории должно быть не более трех, а на застроенной – не более четырех. Относительная погрешность линии, измеренной в прямом и обратном направлениях, вычисляется по формуле
,
43
(1.1)
где S – измеренное расстояние и не должна превышать значения, приведенного в табл. 1.4.
Угловые невязки в теодолитных ходах не должны превышать
, где – число углов в ходе.
Одновременно с измерением горизонтальных углов измеряются
одним приемом вертикальные углы и вводятся поправки за приведение
длин линий к горизонту при углах наклона более 1,5°.
Углы в теодолитных ходах измеряются теодолитами не менее 30секундной точности одним полным приемом с перестановкой лимба
между полуприемами на 90°.
1.6.4. Закрепление точек съёмочных сетей
Пункты съемочного обоснования закрепляют на местности долговременными и временными знаками. Долговременные знаки устанавливаются с таким расчетом, чтобы на каждом съемочном планшете было,
как правило, закреплено не менее трех точек при съемке в масштабе
1:5000 и двух точек при съемке в масштабе 1:2000, включая пункты государственной геодезической сети и сетей сгущения (если технические
условия заказчика в техническом проекте не требуют большей плотности закрепления) [10].
На территории населенных пунктов и промышленных площадок
все точки съемочных сетей и планово-высотные опознаки закрепляются
знаками долговременного закрепления.
Типы знаков долговременного и временного закрепления показаны
на рис. 1.22–1.24. Размеры на всех рисунках даны в см.
Рис. 1.22. Знаки долговременного закрепления съемочных сетей (плановых и высотных) [10]
44
Рис. 1.23. Знак долговременного закрепления пунктов съемочных сетей в залесенных
районах [10]
Металлическая труба
Свайка
Деревянный столб
Крест краской на валуне
Кованый гвоздь в пне
Рис. 1.24. Типы знаков временного закрепления съемочных сетей (плановых и высотных) [10]
На незастроенной территории, как правило, закладывают грунтовые знаки. Однако закладка грунтовых знаков, особенно в крупных городах, значительно усложняется расширяющимся подземным хозяйством, а быстрый рост городов, реконструкция проездов и кварталов,
усовершенствование дорожных покрытий приводят к уничтожению
значительного числа грунтовых знаков. Кроме того, в зимнее время
снежный покров затрудняет их поиск [8].
Стенные знаки по сравнению с грунтовыми имеют ряд существенных преимуществ и им, по возможности, отдают предпочтение (рис.
45
1.25). Стенные знаки более устойчивы, стоимость их изготовления и закладки значительно меньше, ими удобнее пользоваться в любое время
года. Стенные знаки закладывают в прочные каменные, кирпичные, железобетонные здания и сооружения на высоте от 0,3 до 1,2 м от поверхности земли [8].
Рис. 1.25. Стенные знаки
При закреплении пунктов стенными знаками возникает необходимость привязки к ним. Центры знаков располагаются на расстоянии
4 – 5 см от стены или цоколя здания, и это исключает возможность центрирования над ними геодезических приборов [8].
Наиболее простая схема привязки для полигонометрического хода
состоит в следующем [8]. Теодолит устанавливают над точкой а (рис.
1.26, а ) полигонометрического хода. Эта точка выбирается вблизи знака
А с соблюдением условия видимости на знак В. Если измерить расстояние S и угол , то из решения треугольника по известным сторонам АВ
и S можно вычислить любой его элемент. Передача дирекционного угла
линии АВ на стороны полигонометрического хода производится через
вычисленный угол и измеренный угол , передача координат – через
сторону S и вычисленный угол при точке А. Такая же схема может быть
применена при передаче координат с рабочего центра на стенной знак
[8].
46
Рис. 1.26. Схемы привязки полигонометрического хода к стенным знакам [8]
Если нельзя выбрать для установки прибора такое место, с которого были бы видны одновременно два смежных знака, то поступают следующим образом. Напротив двух смежных стенных знаков выбирают
две временные точки Р1 и Р2 (рис. 1.26, б) с таким расчетом, чтобы углы
и
были в пределах 88 – 92°, а длины линий l1 и l2 не превышали 20
м [8].
На этих точках измеряют расстояния l1 и l2 и углы
и
Координаты временной точки Р2 и дирекционный угол линии Р1 и Р2, которые
будут служить в качестве исходных для привязываемого хода, можно
определить по формулам:
(1.2)
Привязку хода к трем-четырем одинарным смежным знакам, расположенным на противоположных углах кварталов на перекрестке
улиц, можно осуществить методом обратной засечки [8].
Иногда закрепляют центры системой из двойных или тройных
смежных знаков. Привязка к ним полигонометрического хода осуществляется так же путем геометрических построений с измерением соответствующих угловых и линейных элементов и последующих вычислений [8].
1.6.6. Номенклатура планов
При сборе картографической информации на территорию строительства необходимо знать номенклатуру листов карт и планов. Номенклатуру листов топографических карт на территорию горного отвода определяют по значениям географических координат пунктов,
расположенных в пределах участка работ.
Разграфка планов зависит от площади участка, на который он составляется (рис. 1.28). За основу разграфки планов масштабов 1:5000 и
1:2000, создаваемых на участках площадью свыше 20 км , как правило,
47
принимается лист карты масштаба 1:100000, который делится на 256
частей для съемок масштаба 1:5000, а каждый лист масштаба 1:5000 - на
девять частей для съемки масштаба 1:2000 (рис. 1.27, 1.28) [10].
Рис. 1.27. Разграфка и номенклатура карт, планов на участки площадью более 20 км2
[5]
Примечание: Дробь и буквы или цифры в скобках на линиях связи указывают,
на сколько частей делится лист для получения номенклатуры карт более крупного
масштаба, а также его условное обозначение. Все листы разбивают на равное число
полос в широтном и меридиональном направлениях и нумеруют последовательно по
горизонтали слева направо верхнюю полосу, затем нижестоящую и т.д.
48
Рис. 1.28. Разграфка и номенклатура планов
В этом случае номенклатура листа масштаба 1:5000 складывается
из номенклатуры листа карты масштаба 1:100000 и взятого в скобки
номера листа масштаба 1:5000, например, М-38-112-(124) (рис. 1.29)
[10].
49
1:5000
М-38-112-(124)
1:2000
М-38-112-(124-д)
Рис. 1.29. Разграфка планов масштабов 1:5000 и 1:2000 [10]
Номенклатура листа масштаба 1:2000 складывается из номенклатуры листа плана масштаба 1:5000 и одной из первых девяти строчных
букв русского алфавита (а, б, в, г, д, е, ж, з, и), например M-38-112-(124д) (см. рис. 1.29).
Согласно [10], размеры рамок для планов приведенной выше разграфки устанавливаются:
По широте
По долготе
для масштаба 1:5000
1’15,0"
1’52,5"
для масштаба 1:2000
25,0"
37,5"
На участки менее 20 км2 и для масштабов 1: 1000 и 1:500 всегда
применяется прямоугольная разграфка с размерами рамок для масштаба
1:5000 40х40 см, для масштабов 1:2000, 1:1000 и 1:500 – 50х50 см [10].
50
При крупномасштабных топографических съемках составление планов
на ограниченные участки обычно выполняют с разграфкой на стандартные квадраты по схеме, показанной на рис. 1.30, когда за основу принимают лист масштаба 1:5000.
Рис. 1.30. Квадратная разграфка и номенклатура крупномасштабных карт [5]
Листу масштаба 1:5000 соответствуют 4 листа масштаба 1:2000,
каждый из которых обозначается присоединением к номеру масштаба
1:5000 одной из первых четырех прописных букв русского алфавита (А,
Б, В, Г), например: 4-Б [10].
Листу масштаба 1:2000 соответствуют 4 листа масштаба 1:1000,
обозначаемых римскими цифрами (I, II, III, IV), и 16 листов масштаба
1:500, обозначаемых арабскими цифрами (1, 2, 3, 4, 5, ..., 16) [10].
Номенклатура листов масштабов 1:1000 и 1:500 складывается из
номенклатуры листа масштаба 1:2000 и соответствующей римской цифры для листа масштаба 1:1000 или арабской цифры для листа масштаба
1:500, например: 4-Б-IV, или для 1:500 – 4-Б-16, (см. рис. 1.31) [10].
Таким образом, планы более крупных масштабов (1:2000, 1:1000,
1:500), имеющие единые размеры рамок 50x50 см, получают в результате соответствующего деления листа плана масштаба 1:5000.
Рис. 1.31. Прямоугольная разграфка с размерами рамок для масштабов 1:5000 40х40
см, для масштабов 1:2000, 1:1000 и 1:500 50х50 см [10]
51
Глава 2. ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ ОСНОВА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
2.1. Состав сетей геодезической основы для строительства
При строительстве магистральных нефтепроводов следует соблюдать требования СНиП 11-02-96, СНиП 3.01.03-84, СП 11-104-97, согласно которым инженерно-геодезические изыскания в период строительства
магистрального
нефтепровода
и
сопутствующих
технологических объектов должны обеспечивать следующий комплекс
работ:
создание геодезической разбивочной основы для строительства;
вынос в натуру основных или главных разбивочных осей зданий и
сооружений;
геодезические разбивочные работы в процессе строительства,
геодезический контроль точности геометрических параметров
зданий и сооружений в процессе строительства;
исполнительные геодезические съемки построенных зданий,
сооружений и инженерных коммуникаций (с нанесением границ
землепользования);
наблюдение за деформациями оснований зданий и сооружений;
наблюдение за состоянием рельефа берегов и пойм на участках
подводных переходов в процессе мониторинга;
геодезические работы при монтаже оборудования;
составление исполнительной геодезической документации.
Геодезической основой при производстве инженерно-геодезических
изысканий на этапе строительства сооружений служат геодезические
разбивочные сети, которые создаются специально для производства
разбивочных работ. Однако для разбивки сооружений могут быть использованы и пункты других сетей [27] (рис. 2.1):
пункты государственных геодезических сетей (плановых и
высотных), в том числе пункты спутниковых геодезических
определений координат;
пункты опорной геодезической сети, в том числе геодезических
сетей специального назначения13 для строительства;
13
Геодезическая сеть специального назначения (специальная геодезическая
сеть) – разновидность опорных геодезических сетей, в которой плотность, точность
определения положения и условия закрепления на местности геодезических пунктов
52
точки (пункты) планово-высотной съемочной геодезической сети
(постоянного съемочного обоснования14) и фотограмметрического
сгущения.
В целом геодезическую основу для строительства определяют как
совокупность пунктов (точек) геодезических сетей на территории изысканий (районе, площадке, участке, трассе), используемых при осуществлении строительной деятельности и включающих государственные,
опорные и съемочные геодезические сети, а также пункты геодезической разбивочной основы [27].
Рис. 2.1. Виды геодезической основы
устанавливаются в программе инженерных изысканий на основании расчетов для
конкретных объектов строительства [27].
14
Постоянное съёмочное обоснование – разновидность съемочной геодезической сети, состоящая их фиксированных на местности характерных точек капитальных зданий и сооружений, обеспечивающих в качестве пунктов планового и (или)
высотного обоснования производство топографических съемок и разбивочных работ. Точками постоянного съемочного обоснования могут служить элементы ситуации (центры смотровых колодцев, углы кварталов, углы зданий, опоры линий электропередачи и т.п.) [27].
53
2.2. Государственная геодезическая сеть
Геодезическая сеть – это система закреплённых на местности точек, положение которых определено в единой системе координат и высот с определённой точностью. По территориальному признаку геодезические сети подразделяются на глобальные (общеземные),
национальные (государственные), сети сгущения и местные сети.
К национальным геодезическим сетям относятся: Государственная
геодезическая сеть (плановая) (рис. 2.2), Государственная нивелирная
сеть (высотная), Государственная гравиметрическая сеть.
Точки государственных сетей закрепляют на местности постоянными знаками – центрами и реперами.
Рис. 2.2. Схема построения государственных плановых геодезических сетей 1,2,3 и 4го классов методом триангуляции [34]
Конструкции центров обеспечивают их сохранность и неизменность
положения в течение длительного периода времени. Как правило, подземный центр представляет собой бетонный монолит (рис. 2.3), закладываемый ниже глубины промерзания грунта и не в насыпной массив. У
поверхности земли в монолите устанавливают чугунную марку, на которой наносят центр в виде креста или точки. Положению этого центра соответствуют координаты X и У и во многих случаях отметки Н.
54
Рис. 2.3. Центр пункта государственной геодезической сети: 1 – железобетонный пилон, 2 – бетонные плиты, 3 – нижний центр с маркой, 4 – опознавательный столб с охранной пластиной [18]
Для того чтобы с одного знака был виден другой (смежный), над
подземными центрами устанавливают наружные знаки в виде металлических или деревянных трех- или четырехгранных пирамид или сигналов [16].
Пирамиды или сигналы имеют высоту 3... 30 м и более. На рис. 2.4
изображен геодезический сигнал 3 с подземным центром 2, столиком 5
для установки измерительных приборов и настила 4 для работы с него
наблюдателя. Верх сигнала или пирамиды заканчивается визирной целью 6, на которую при измерении углов направляют зрительную трубу
теодолита.
55
Рис. 2.4. Наружный металлический сигнал над подземным центром плановой сети: 1 – фундаменты. 2 – центр, 3 – сигнал, 4 – настил, 5 – столик, 6 – визирная цель [34]
2.3. Опорная геодезическая сеть как геодезическая основа для
строительства
Опорные сети15 (сети сгущения) строят для дальнейшего увеличения плотности (числа пунктов, приходящихся на единицу площади) государственных сетей. Опорная геодезическая сеть должна проектироваться с учетом ее последующего использования при геодезическом
обеспечении строительства и эксплуатации объекта.
Плотность пунктов опорной геодезической сети при производстве
инженерно-геодезических изысканий устанавливают в программе изысканий из расчета [27]:
не менее четырех пунктов на 1 км2 на застроенных территориях;
один пункт на 1 км2 на незастроенных территориях.
Предельная погрешность (предельная ошибка) взаимного планового положения смежных пунктов опорной геодезической сети после ее
уравнивания не должна превышать 5 см [27].
15
Опорная геодезическая сеть – геодезическая сеть заданного класса (разряда)
точности, создаваемая в процессе инженерных изысканий и служащая геодезической основой для обоснования проектной подготовке строительства, выполнения
топографических съемок, аналитических определений положения точек местности и
сооружений, для планировки местности, создания разбивочной основы для строительства, обеспечения других видов изысканий, а также выполнения стационарных
геодезических работ и исследований [27].
56
Закрепление пунктов опорной геодезической сети на местности и
их наружное оформление осуществляют в соответствии с требованиями
нормативных документов Роскартографии («Правила закладки центров
и реперов на пунктах геодезической и нивелирной сетей СССР») и с
учетом требований производственно-отраслевых (ведомственных) нормативных документов по производству инженерно-геодезических изысканий для отдельных видов строительства (гидротехническое, энергетическое, транспортное, мелиоративное и др.).
Высотная привязка центров пунктов опорной геодезической сети
производится нивелированием IV класса или техническим (тригонометрическим) нивелированием с учетом типов заложенных центров, а также на основе использования спутниковой геодезической аппаратуры
[27].
Плановое положение пунктов опорной геодезической сети при инженерно-геодезических изысканиях для строительства определяют методами триангуляции, полигонометрии, трилатерации, построения линейно-угловых сетей, а также на основе использования спутниковой
геодезической аппаратуры (приемники GPS и др.) и их сочетанием [23].
2.3.1. Полигонометрические сети
Полигонометрческие сети являются наиболее распространенным
видом инженерно-геодезических опорных сетей. Полигонометрические
сети состоят из полигонометрических ходов, аналогичных теодолитным
ходам. В этих ходах линии и углы измеряют с большой точностью. В
отличие от триангуляции и трилатерации полигонометрия позволяет
расположить пункты в стесненных для видимости местах, например, в
тоннелях или между высокими зданиями, когда можно обеспечить видимость только в двух направлениях [34].
Ходы подразделяют по видам, форме и способам измерений. Ходы
бывают разомкнутые и замкнутые, вытянутые, пересекающиеся (с узловыми точками в пересечениях (рис. 2.5) и в виде системы полигонов.
Вид зависит от площади объекта, его формы, обеспеченности исходными пунктами.
57
Рис. 2.5. Схема сети полигонометрии [34]
Наиболее широко применяемые в практике инженерно-геодезических работ полигонометрические сети состоят из ходов 4 класса, 1 и 2
разрядов. При этом полигонометрия 4 класса существенно отличается
от той же полигонометрии, создаваемой для построения
государственной геодезической сети, допустимыми длинами ходов и
ошибками измерения углов. Основные характеристики полигонометрии
приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Технические характеристики полигонометрических ходов [34]
Показатель
4-й класс 1-й разряд 2-й разряд
Предельные длины ходов, км....
15
5
3
Периметры полигонов, образованные
30
15
9
полигонометрическими ходами в
свободных сетях, км, не более
Длины сторон хода, км
0,25.. .2,0* 0,12.. .0,8 0,08.. .0,35
Длина хода от узловой точки до
пункта высшего класса или разряда,
7
3
2
км, не более
Число сторон в ходе, не более
15
15
15
58
Продолжение табл. 2.1
Относительная невязка хода, не более
1:25000
Средняя квадратическая погреш3"
ность измеренного угла (по невязкам
в полигонах), не более
Угловая невязка хода или полигона
1:10000
5"
1:5000
10"
*Первые значения соответствуют открытой, равнинной местности, а вторые – залесённой,
горной.
При проектировании полигонометрической сети стремятся не
допускать близкого расположения пунктов, принадлежащих разным
ходам, так как в этом случае ошибка их взаимного положения может
значительно превосходить ошибки соединяющего их хода, что
затруднит их использование в качестве исходных данных для сетей
более низкого класса точности.
2.3.2. Сети триангуляции
Триангуляционные сети строятся методом триангуляции. Метод
триангуляции – построение на местности цепочки треугольников, в которых измеряют все углы и некоторые из сторон S (рис. 2.7).
Триангуляцию применяют в качестве исходного построения на
значительных по площади или протяженности объектах в открытой
пересеченной местности.
При построении сетей сгущения методом триангуляции необходимо руководствоваться требованиями нормативных документов [24].
Триангуляция как разбивочная основа для строительства создается 4-го
класса, 1-го и 2-го разрядов (табл. 2.2).
Рис. 2.6. Схемы триангуляции при строительстве [34]: а – линейно-протяженных объектов, б – городских и промышленных объектов, в – вставки пунктов в ранее созданные сети
59
Таблица 2.2
Технические характеристики триангуляции [34]
Показатель
4-класс 1-й разряд 2-й разряд
Длина стороны треугольника, км
1...5
0,5.. .5
0,25.. .3
Относительная средняя квадратическая погрешность: базисной (выход1:100000
ной) стороны, не более
определяемой стороны сети в наиболее слабом месте, не более
1:50000
Наименьшее значение угла тре20°
угольника между направлениями
данного класса (разряда)
Предельная невязка в треугольнике,
не более
8"
Средняя квадратическая погреш2"
ность измеренного утла (вычисленная по невязкам треугольников), не
более
Предельная длина цепи треугольни10
ков, км
1:50000
1:20000
1:20000
20°
1:10000
20°
20"
5"
40"
10"
5
3
2.3.3. Сети трилатерации
Это метод построения сети из треугольников (рис.2.7), в которых
измеряют только стороны. Сети трилатерации строят обычно на небольших объектах, где требуется высокая точность.
Трилатерация как основа для строительства создается в виде сетей
4-го класса, 1-го и 2-го разрядов. Технические характеристики трилатерации приведены в табл. 2.3 [34].
Рис. 2.7. Схема цепочки треугольников сети трилатерации
60
Таблица 2.3
Технические характеристики трилатерации [34]
Показатель
4-й класс 1-й разряд 2-й разряд
Длина стороны треугольника, км
1...5
0,5.. .5
0,25.. .3
Относительная средняя квадратиче- 1:100000
1:50000
1:20000
ская погрешность измерения сторон
(по внутренней сходимости), не более
Наименьшее значение угла тре20"
20"
20"
угольника
Предельная длина цепи треугольников, км.
10
5
3
2.3.4. Линейно-угловые сети
Линейно-угловые сети (рис. 2.8) – это система точек, образующих
геометрические фигуры, в которых измерены все углы, все или часть
сторон. Такие сети стали возможны в связи с широким распространением светодальномерной техники. Оригинальным с точки зрения ранее
известных в геодезической практике построений основ является четырехугольник, в котором не измеряют диагонали [34].
Рис. 2.8. Схема линейно-угловой сети в виде четырехугольника без измеряемых диагоналей
Бездиагональные четырехугольники применяют, как правило, при
проектировании и разбивке строительных сеток. Линейно-угловые сети
позволяют вычислять координаты пунктов точнее примерно в 1,5 раза,
чем в сетях триангуляции и трилатерации, при сохранении геометрических параметров и точности измерений [34].
61
2.3.5. Высотные сети
В качестве высотной основы для создания топографических
планов, производства разбивочных работ и для наблюдений за осадками
инженерных сооружений используют систему знаков, абсолютные
высоты которых определяют проложеннем нивелирных ходов II, Ш и
IV классов (табл. 2.4). Высотные опорные сети, как правило, опираются
не менее чем на два репера государственного нивелирования более
высокого класса. Однако бывают случаи, особенно при наблюдениях за
деформациями инженерных сооружений, когда высотная опорная сеть
является свободной и лишь для привязки опирается на один репер
государственной сети [34].
Таблица 2.4
Характеристика ходов нивелирования высотных опорных сетей [34]
Основные показатели
Классы нивелирования
II
III
IY
Средняя квадратическая ошибка нивелирования на 1 км хода, мм
2
Допустимые невязки и расхождения
сумм превышений прямого и обратного
ходов, мм
Максимальная длина хода, км:
замкнутого
между пунктами высшего класса
между узловыми точками
Наибольшее расстояние от нивелира
до рейки, м
Наименьшая высота визирного луча, м
5
5
10
10
20
40
—
10
25
15
5
10
5
3
75
0,5
75
0,3
100
0,2
2.4. Разбивочная геодезическая основа
2.4.1. Виды разбивочных сетей строительной площадки
Геодезическая разбивочная основа создаётся в районах
строительства в виде сети закреплённых знаками пунктов, привязанных
к пунктам государственной геодезической сети. Чертёж геодезической
разбивочной основы составляют на основе стройгенплана объекта
строительства и генерального плана.
Работы по созданию разбивочных сетей выполняют по проекту,
который разрабатывают в масштабе генерального плана [27]. При его
составлении собирают сведения, относящиеся к геодезическим сетям во
всех организациях, производящих работы на территории города или
62
поселка в районе строительства. По собранным материалам составляют
схему расположения пунктов ранее выполненных опорных
геодезических сетей всех классов и разрядов в пределах территории
предстоящих работ.
Инженерно-геодезические сети обладают рядом характерных
особенностей:
сети часто создаются в условной системе координат;
форма сети определяется обслуживаемой территорией или формой
объектов, группы объектов;
сети имеют ограниченные размеры, часто с незначительным
числом фигур или полигонов;
длины сторон, как правило, короткие;
к пунктам сети предъявляются повышенные требования по
стабильности положения в сложных условиях их эксплуатации;
условия наблюдений, как правило, неблагоприятные.
Согласно [23] геодезическая разбивочная основа для строительства
состоит из двух видов сетей – разбивочной сети строительной площадки и внешней разбивочной сети зданий (сооружений). Разбивочная сеть
строительной площадки создаётся для выноса в натуру основных или
главных осей зданий и сооружений, производства исполнительных съёмок. Внешняя разбивочная сеть зданий и сооружений создаётся для перенесения в натуру и закрепления проектных параметров здания (сооружения),
производства
детальных
разбивочных
работ
и
исполнительных съёмок.
Плановую разбивочную основу создают в виде строительной сетки,
системы красных и других линий регулирования застройки (основных
или главных осей, определяющих габариты зданий и сооружений),
сетей триангуляции или трилатерации, полигонометрических и
линейно-угловых ходов; высотную – в виде нивелирных ходов,
опирающихся не менее чем на два репера государственной (опорной)
геодезической сети [27, 23]. Пункты нивелирных ходов по возможности
совмещают с пунктами плановой разбивочной сети.
Выбор вида построения разбивочной сети строительной площадки
определяется:
типом объекта, его формой и занимаемой площадью;
назначением сети;
физико-географическими условиями;
требуемой точностью построения;
наличием измерительных средств у исполнителя работ.
Развитие измерительных средств во многом определяет выбор
63
метода построения опорных сетей. Широкое внедрение в производство
электронных тахеометров привело к тому, что линейно–угловые сети и
полигонометрия используются наиболее часто.
Высотные опорные сети создают, как правило, методом геометрического нивелирования в виде одиночных ходов или систем ходов и
полигонов, проложенных между исходными реперами. Использование
электронных тахеометров позволяет заменять в отдельных случаях
метод геометрического нивелирования методом тригонометрического.
Для строительства промышленных комплексов разбивочную сеть
создают в виде строительной сетки (рис. 2.9, а).
Для строительства уникальных сооружений, требующих высокой
точности производства разбивочных работ, строятся специальные линейно-угловые сети, микротриангуляция, микротрилатерация в виде
систем прямоугольников, центральных или радиально-кольцевых сетей
(рис. 2.9, б).
Для строительства жилых и гражданских зданий (сооружений) разбивочную сеть строительной площадки создают в виде сетей красных
линий регулирования застройки16 (рис. 2.10), для строительства подземных инженерных сетей – в виде сетей теодолитных ходов (рис. 2.9, в).
16
Границы между улицами и домами внутри квартала, жилыми и промышленными зонами, зонами зеленых массивов называют красными линиями. Их форма прямые и сопрягаемые с ними кривые линии. Красные линии проектируют на планах, где уже нанесены основные элементы существующей застройки. Масштабы таких планов, как правило, 1:2000. Исходным материалом для проектирования служат координаты углов уже построенных и не сносимых по реконструкции зданий
(опорных). Эти координаты либо определяют от ранее проложенных геодезических
сетей, либо снимают графически с плана. Если красные линии продолжают ранее
проложенные, исходными данными служат ранее вычисленные координаты пунктов
красных линий.
64
Рис. 2.9 . Виды разбивочных сетей: а – строительная сетка; б – центральная система; в
– теодолитный ход; 1 – пункты государственной геодезической сети; 2 – пункты разбивочной сети строительной площадки; 3 – репер [20]
Рис. 2.10. Схема расположения красных линий [23]
2.4.2. Геодезическая строительная сетка
2.4.2.1. Общие положения
На строительной площадке разбивочную основу чаще всего создают в виде строительной сетки (системы смежных квадратов или прямоугольников).
65
В зависимости от назначения строительной сетки и типа строящегося объекта длину стороны квадрата сетки принимают от 10 до 400 м.
Наибольшее распространение получила сетка со стороной 200 м. В цеховых условиях для расстановки технологического оборудования сетку
проектируют со стороной 10–20 м.
Пункты сетки закрепляют надежными центрами в местах, где может быть обеспечена их сохранность на весь период строительства.
2.4.2.2. Проектирование сетки
Проектирование выполняют на генеральном плане будущего сооружения.
Строительные разбивочные сетки создаются на местности в соответствии с проектом производства геодезических работ (ППГР). Принципы расположения их следующие:
линии сетки располагают параллельно главным осям сооружений;
линии сетки располагаются вблизи контуров объектов;
возводимое сооружение не должно закрывать видимость между
линиями сетки.
2.4.2.3. Обозначение пунктов сетки
Для удобства составления разбивочных чертежей и ведения геодезических работ координаты пунктов строительной сетки чаще всего вычисляют в условной системе координат. Одной из вершин присваивают
условные координаты так, чтобы координаты всех остальных пунктов
были положительными. Для этого одну из вершин сетки, размеченной
на генплане, принимают за начало координат. Эту вершину выбирают в
юго-западном углу строительной площадки или вне ее с таким расчетом, чтобы основные точки сооружений были заданы с положительными абсциссами и ординатами. Если удается совместить начало координат с пунктом государственной геодезической сети, это значительно
облегчает разбив сетки на местности и упрощает вычисления [34].
Координатные оси в большинстве случаев обозначают буквами A –
вертикальные и В – горизонтальные (рис. 2.11). В результате точки пересечения линий сетки получают координаты в такой условной системе
координат – для обозначения номера пункта (координаты) к буквам добавляют индекс, указывающий число сотен метров по оси абсцисс или
ординат. Так, например, номер пункта, обозначенный А3/В5, будет указывать, что этот пункт имеет координаты: Х=300 м, У=500 м.
Точки пересечения осей сооружений получают координаты в этой
условной системе координат. Их координаты обозначают подобно пи66
кетажным; например, запись 2А+32,72/1В+74,50 будет означать, что
точка имеет координаты Х= 232,72 м, У= 174,50 м.
Рис. 2.11. Обозначение строительной сетки [29]
2.4.2.4. Точность построения строительной сетки
Точность построения геодезической разбивочной основы
регламентируется требованиями СНиП 3.01.03-84, а также
требованиями производственно-отраслевых нормативных документов.
Точность построения разбивочной сети строительной площадки следует
принимать соответственно данным, приведённым в табл. 2.5.
67
Таблица 2.5
Величины средних квадратических погрешностей построения разбивочной сети строительной площадки
Характеристика объектов строительства
Угловые
измерения, с
Линейные
измерения
Определение
превышения
на 1 км хода,
мм
Предприятия и группы зданий (сооружений) на участках площадью
более 1 км2;
отдельно стоящие здания (сооружения) с площадью застройки более
100 тыс. м2
3
_1__
25 000
4
Предприятия и группы зданий (сооружений) на участках площадью
менее 1 км2; отдельно стоящие здания (сооружения) с площадью застройки от 10 до 100 тыс. м2
5
_1__
10 000
6
Отдельно стоящие здания (сооружения) с площадью застройки менее
10 тыс. м2; дороги, инженерные сети в пределах застраиваемых территорий
10
_1__
5 000
10
Дороги, инженерные сети вне застраиваемых территорий; земляные
сооружения, в том числе вертикальная планировка
30
_1__
2 000
15
2.4.2.5. Перенесение проекта строительной сетки на местность
Вынос в натуру строительной сетки производят в два этапа: вынос
исходных направлений (внешних сторон сетки); детальная разбивка.
2.4.2.5.1. Вынос исходных направлений
При выносе исходных направлений порядок работ зависит от положения начального пункта сетки относительно пунктов Государственной геодезической сети. Рассмотрим два варианта.
1 вариант. Начало координат совмещено с пунктом государственной геодезической сети (рис. 2.12).
68
Порядок работ.
Намечают одно или два исходных направления сетки, начало
которых совмещено с пунктом государственной или опорной сети.
По генеральному плану, на котором нанесен проект строительной
сетки, графически определяют координаты пунктов сетки,
задающих исходные направления.
По координатам пунктов сетки и государственной сети путем
решения обратной задачи вычисляют углы и .
Строят исходные направления сетки на местности, закрепляют
деревянными или бетонными знаками.
100 200 300 400 500 600
Рис. 2.12. Перенос проекта строительной сетки на местность [8]
2 вариант. Начало координат не совпадает с пунктом Государственной геодезической сети (рис. 2.13).
Порядок работ.
Определяют координаты точек А и С по плану.
Используя координаты пунктов плановой основы, как правило
имеющихся в районе строительства, решают обратные
геодезические задачи и вычисляют полярные координаты S1 и S2,
и .
Для исключения грубых ошибок целесообразно вынести в натуру
третью точку В по элементам S3, 3.
После закрепления точек А, В и С на местности измеряют угол
ВАС, по отклонению которого от 90° можно судить о точности
выполненных работ.
69
Так как координаты точек А, В, С определялись по генплану
графически, то точность их выноса в натуру составит около 0,2–0,3
мм на плане. Но это не играет существенной роли, так как на эту
величину сместится весь комплекс проектируемых сооружений.
Рис. 2.13. Схема выноса в натуру исходных направлений строительной сетки полярным методом [8]
От вынесенного и закрепленного в натуре исходного направления
выполняют детальную разбивку строительной сетки осевым способом и
способом редуцирования.
2.4.2.5.2. Детальная разбивка строительной сетки осевым способом
При осевом способе разбивки строительную сетку сразу строят на
местности с расчётной точностью путём точного отложения проектных
элементов. Поэтому применять осевой способ целесообразно на небольших площадках (площадью до 10 га) или там, где точность разбивочных работ невелика и отклонением координат пунктов сетки от них
проектных значений в пределах 3 – 5 см можно пренебречь.
Порядок работ.
Устанавливают на местности положение центральной точки сетки
(рис. 2.14, точка А) и строят две взаимно строго перпендикулярные
оси (ЕН и MD).
70
Рис. 2.14. Детальная разбивка сетки осевым способом
От центральной точки с внесением всех поправок откладывают
длины сторон сетки.
В граничных точках сетки М, Н, E, D строят прямые углы.
Откладывают длины сторон квадратов сетки по периметру.
В вершинах углов сетки временные знаки меняют на постоянные.
Перед установкой постоянного знака положение вершины сетки
закрепляют двумя створами 1 и 2 (рис. 2.16), по которым забивают
колья. После установки знака натягивают по верхним торцам
кольев струны и восстанавливают на знаке вершину сетки.
Методом полигонометрии I разряда измеряют углы и стороны
сетки и получают координаты вершин 4-х полигонов.
Между соответствующих пунктов 4-х полигонов разбивают
остальные пункты, прокладывая по ним полигонометрические
ходы 2 разряда.
Если площадка небольшая, а разбивку вершин сетки производят с
высокой точностью, то полученные координаты вершин сетки будут
незначительно отличаться от проектных. Однако при разбивке сеток
больших размеров трудно с высокой степенью точности выполнить
разбивку и учесть все поправки при откладывании длин линий. В
результате этого фактические результаты могут существенно
отличаться от проектных, что вызовет определенные затруднения при
разбивке сооружений.
2.4.2.5.3. Детальная разбивка способом редуцирования
При построении строительной сетки способом редуцирования
71
координаты её пунктов практически не отличаются от проектных.
2.4.2.5.3.1. Предварительная разбивка
При способе редуцирования сетку сначала строят с точностью 1:
1000–1:2000 согласно проекту на всей площадке и закрепляют
временными знаками. Порядок работ следующий (рис. 2.15).
Последовательно устанавливая теодолит в точках А и В,
восстанавливают перпендикуляры АС и BD и определяют положение
угловых точек С и D.
По периметру ABDCA шкаловыми мерными приборами
откладывают длины сторон квадратов (прямоугольников) и колышками
отмечают положение пунктов сетки по внешнему контуру.
Рис. 2.15. Строительная сетка [17]
Определяют положение заполняющих пунктов сетки способом
створов с пунктов внешнего контура.
Прокладывают полигонометрические ходы 1-го разряда,
связывающие точки сетки с пунктами геодезической основы. В
результате вычислений получают так называемые исполнительные
координаты точек (х'исп, у'исп) в системе координат сетки.
2.4.2.5.3.2. Редуцирование
Поскольку предварительная разбивка строительной сетки производится с точностью порядка 1:1000–1:2000, то после уравнивания
координаты пунктов сетки будут существенно отличаться от их
72
проектных значений.
По разности координат х0 - хвыч = Δх; у0 -увыч = ΔУ, где х0, у0 - проектные координаты; хвыч, увыч – вычисленные координаты, решая обратные геодезические задачи, находят и S, называемые элементами редукции, по которым можно найти на местности проектное положение
вершин сетки [34].
Редуцирование выполняется следующим образом (рис. 2.16). Над
временным знаком, например А’, устанавливается и приводится в
рабочее положение теодолит. От направления А'В’ откладывается
угловой элемент редукции А и фиксируется направление А'А. Вдоль
этого направления при помощи рулетки откладывается линейный
элемент редукции А. Таким образом, на местности будет определено
положение точки А, координаты которой соответствуют проектным
значениям. Аналогичным образом редуцируют все пункты
строительной сетки.
Рис. 2.16. Схема редуцирования пунктов строительной сетки (а) и закрепления
пункта постоянным знаком (б): 1 и 2 – створы [8]
Отредуцированные пункты сетки закрепляют постоянными
знаками, представляющими собой железобетонные монолиты или забетонированные отрезки рельсов, металлических труб и т. п. с приваренными сверху марками или металлическими пластинами размером
200 x 200 мм. Чтобы при закладке постоянного знака не утратить
положение отредуцированного пункта, поступают следующим образом.
Перед установкой знака положение пункта фиксируют двумя створами
1 и 2 на кольях. После установки знака по меткам на верхних торцах
кольев натягивают струны (леску) и восстанавливают на знаке
положение вершины сетки (рис. 2.17) [8].
Другой способ редуцирования заключается в следующем [34]. Над
73
закреплённой точкой устанавливают теодолит и приводят его в рабочее
положение. Пусть точка имеет проектные координаты: х0 = 500,00 и у0 =
500,00 и фактические вычисленные координаты хвыч = 500,10 и увыч =
499,99. Трубу последовательно ориентируют по осям х и у, и по створам
на расстоянии 5 м от вершины забивают по два кола. На торцах этих
кольев отмечают створы х и у. Леску натягивают по осям, совмещают
центр на листе редукции с вершиной сетки, ориентируют лист по
створам х и у. По намеченным створам откладывают поправки 10 и 1
мм и находят проектное положение вершины (рис. 2.17).
Рис. 2.17. Закрепление железобетонным знаком вершин строительной сетки: 1 и 2 –
створы, 3 – знак [34]
После закрепления сетки постоянными знаками выполняют
контрольные измерения. Линейные измерения производят выборочно.
Обычно проверяют длину отдельных сторон сетки в наиболее слабых
местах (между ходами второго порядка), либо диагонали квадратов.
Контрольные
угловые
измерения
выполняют
на
пунктах,
расположенных в шахматном порядке, с таким расчетом, чтобы
охватить все стороны сетки.
Под влиянием неизбежных ошибок измерений контрольные
промеры будут отличаться от теоретических. Эти отклонения не
должны превышать 20 мм в длинах сторон, 40" – в прямых углах.
Если в результатах контрольных промеров промахов не
обнаружено, то в дальнейшем при разбивке сооружений принимают
координаты пунктов сетки, равными проектным, а углы между
сторонами – прямыми [34].
2.4.3. Достоинства и недостатки строительной сетки
Строительная сетка как геодезическая основа для разбивки сооружений по сравнению с другими методами имеет ряд преимуществ, к основным из которых относятся:
74
простота и удобство вычислений при выполнении разбивочных
работ и их контроля;
обеспечение равномерной точности разбивок по всей территории
стройплощадки;
возможность использования пунктов в качестве геодезического
обоснования съемок в процессе строительства и эксплуатации, для
наблюдений за деформациями сооружений.
Недостаток. Большое количество трудоёмких линейных и угловых
измерений, сложность уравнительных вычислений требуют специалистов высокой квалификации.
Соответственно предлагаются другие решения, упрощающие геодезические работы применительно к конкретным видам сооружений.
В частности, в натуру выносить не всю сеть, а некоторую
геодезическую фигуру (многоугольник с прямыми углами).
Для разбивки небольшого количества объектов целесообразно
создавать основу в виде одной - двух сторон квадрата.
Отдельные здания можно вынести в натуру непосредственно от
пунктов государственной плановой геодезической сети и сетей
местного значения, если получено на это разрешение.
От пунктов съёмочного обоснования, которыми часто служат точки
теодолитного хода, разбивку можно производить без согласования,
так как эта сеть создана проектной организацией.
2.4.4. Закрепление пунктов разбивочной основы
Все виды сетей проектируют на картах и планах масштаба
1:50000...1:2000. При рекогносцировке мест закладки знаков соблюдают
следующие условия [34]:
избегают закладывать знаки на участках, где на положение знаков
может влиять вибрация от промышленных предприятий и других
сооружений;
между двумя смежными знаками должна обеспечиваться хорошая
видимость, при этом визирный луч при измерении направлений
или углов должен проходить не ближе 0,5 м от поверхности земли
(или ее покрытий) и местных предметов.
Согласно [23] заказчик обязан создать геодезическую разбивочную
основу для строительства и не менее чем за 10 дней до начала выполнения строительно-монтажных работ передать поэтапно подрядчику техническую документацию на нее и закрепленные на площадке строительства пункты основы, в том числе:
75
а) знаки разбивочной сети строительной площадки;
б) плановые (осевые) знаки внешней разбивочной сети здания (сооружения);
в) плановые (осевые) знаки линейных сооружений;
г) нивелирные реперы по границам и внутри застраиваемой территории у каждого здания (сооружения) не менее одного, вдоль осей инженерных сетей не реже чем через 0,5 км;
д) каталоги координат, высот и абрисы всех пунктов геодезической
разбивочной основы.
Приемку геодезической разбивочной основы для строительства
оформляют актом. Принятые знаки геодезической разбивочной основы
в процессе строительства должны находиться под наблюдением за сохранностью и устойчивостью и проверяться инструментально не реже
двух раз в год (в весенний и осенне-зимний периоды) [23].
Пункты разбивочной основы закрепляют долговременными и временными знаками. Как правило, пункты плановых разбивочных сетей и
сетей сгущения закрепляют подземными центрами, такими же как и
пункты государственных сетей. Так как расстояния между этими пунктами сравнительно небольшие, оформления их наружными знаками не
требуется. Иногда над ними устанавливают Г-образные металлические
или деревянные вехи (рис. 2.18). В городах знаки оформляют в виде специальной надстройки на крышах зданий. Знаки могут закладывать в зданиях и сооружениях, в этом случае их называют стенными.
Рис. 2.18. Наружная Г-образная веха над подземным центром плановой сети [34]
76
Каждый установленный знак привязывают промерами расстояний
не менее чем до трех точек постоянных местных предметов (контуров)
и составлением абрисов (рис. 2.19). Когда грунтовый знак не может
быть привязан к местным предметам (контурам), для удобства его нахождения устанавливают опознавательный столб, который располагают
в определенном направлении и на заданном расстоянии от этого знака.
Рис. 2.19. Абрис грунтового репера [6]
77
Глава 3. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ МНГП
3.1. Элементы инженерно-геодезического проектирования оси
МНГП
Трассу магистрального нефтегазопровода определяют при камеральном трассировании, которое проводится в несколько этапов по картам разных масштабов согласно заданным условиям проектирования.
Проектирование оси магистральных трубопроводов (газопроводов,
нефтепроводов, нефтепродуктопроводов) осуществляется согласно
нормативным документам – СНиП 2.05.06-85* и СНиП III-42-80*. Проектирование проводится на основе материалов изысканий – планов и
профилей и определяется рядом требований, из которых основными являются следующие (СНиП 2.05.06-85* и СНиП и III-42-80*).
Магистральные трубопроводы укладывают в грунт на глубину не
менее 0,8 – 1,0 м до верха трубы (в нормальных условиях) (табл. 3.1).
Таблица 3.1
Заглубление трубопроводов до верха трубы [25]
Заглубление
трубопроводов до верха
Условия прокладки
трубы надлежит
принимать, м, не
менее
При условном диаметре менее 1000 мм
0,8
При условном диаметре 1000 мм и более (до 1400 мм)
1,0
На болотах или торфяных грунтах, подлежащих осуше1,1
нию
В песчаных барханах, считая от нижних отметок меж1,0
барханных оснований
В скальных грунтах, болотистой местности при отсут0,6
ствии про езда автотранспорта и сельскохозяйственных
машин
На пахотных и орошаемых землях
1,0
При пересечении оросительных и осушительных (ме1,1
(от
лиоративных) каналов
дна канала)
78
В районах вечной мерзлоты, в болотистых и горных местах, на
оползнях проектируют надземные магистральные трубопроводы на
опорах (рис. 3.1). Прокладка трубопроводов по поверхности земли в насыпи (наземная прокладка) или на опорах (надземная прокладка) допускается только как исключение при соответствующем обосновании в
случаях, приведенных в п. 7.1. СНиП 2.05.06-85*. В каждом конкретном
случае надземная прокладка трубопроводов должна быть обоснована
технико-экономическими расчетами, подтверждающими экономическую эффективность, техническую целесообразность и надежность трубопровода.
При этом должны предусматриваться специальные мероприятия,
обеспечивающие надежную и безопасную эксплуатацию трубопроводов
(рис. 3.2).
Рис. 3.1. Надземная прокладка нефтепровода
79
Рис. 3.2. Укрепление склонов
Уклоны трубопровода проектируют преимущественно параллельно
рельефу местности (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Профиль трассы нефтепровода
80
Выбоp тpассы тpубопpоводов между начальным и конечным пунктами пpоизводится по кpитеpиям оптимальности в пpеделах области
поиска, опpеделяемой эллипсом, в фокусах котоpого находятся начальный и конечный пункты трассы (рис. 3.4). В качестве кpитеpиев оптимальности пpинимают пpиведенные затpаты пpи сооpужении, техническом обслуживании и pемонте тpубопpовода и пpи эксплуатации,
включая затpаты на меpопpиятия по обеспечению сохpанности
окpужающей сpеды, а также металлоемкость, констpуктивные схемы
пpокладок, безопасность, заданное вpемя стpоительства, наличие доpог
и дp. [25].
Кратчайшим расстоянием между точками А и В будет «воздушная»
прямая АВ, соединяющая эти точки. Оптимальным вариантом расположения трассы была бы линия, соответствующая этой воздушной прямой. Однако на пути трубопровода между точками А и В встречаются
различные препятствия, которые необходимо или целесообразно обойти. В связи с этим фактическая длина трассы Lф будет больше воздушной прямой l. Длина трассы Lф увеличивается с увеличением числа препятствий.
Длину Lф трассы находят из условий
,
(3.1)
где l – pасстояние между начальной и конечной точками по геодезической пpямой, км; Kp – коэффициент pазвития линии тpубопpовода.
Область возможного расположения трубопровода будет ограничена
эллипсом, фокусами которого будут точки А и В. Каждая точка эллипса
будет удалена от начальной и конечной точек трассы на расстояния,
сумма которых есть постоянная величина, равная
[25].
Рис. 3.4. Область поиска, определяемая эллипсом
81
Малую ось эллипса находят по формуле
.
(3.2)
Коэффициент pазвития линии тpубопpовода Kp опpеделяют из условия
,
(3.3)
где Wср.о – пpиведенные затpаты на 1 км тpубопpовода по геодезической
пpямой между начальной и конечной точками с учетом пеpеходов чеpез
пpепятствия; Wср.н пpиведенные затpаты на 1 км тpубопpовода по геодезической пpямой между начальной и конечной точками без затpат на
пеpеходы чеpез естественные и искусственные пpепятствия [25].
Расстояния от оси подземных и наземных (в насыпи) трубопроводов до населенных пунктов, отдельных промышленных и сельскохозяйственных предприятий, зданий и сооружений принимают в зависимости
от класса и диаметра трубопроводов, степени ответственности объектов
и необходимости обеспечения их безопасности, но не менее значений,
указанных в табл. 4 СНиП 2.05.06-85* [25]. Например, минимальное
расстояние от оси газопровода (1 категория, условный диаметр 300 мм и
менее) до дорог I-III категории, параллельно которым прокладывают газопровод, допускается не менее 100 метров.
В местах пересечений магистральных трубопроводов с линиями
электропередачи напряжением 110 кВ и выше предусматривают только
подземную прокладку трубопроводов под углом не менее 60 . При этом
трубопроводы, прокладываемые в районах Западной Сибири и Крайнего
Севера на расстоянии 1000 м в обе стороны от пересечения, принимают
II категории [25].
Минимальное расстояние от ближайшего магистрального газопровода первого класса диаметром 1000 мм и более и от границ технических коридоров трубопроводов до границ проектной застройки городов
и других населенных пунктов в районах Западной Сибири и Крайнего
Севера принимают не менее 700 м. и т.д. [25].
Угол пересечения трубопровода с железными и автомобильными
дорогами должен быть, как правило, 90 (но не менее 60).
Прокладку подводных переходов предусматривают с заглублением
в дно пересекаемых водных преград. Величина заглубления устанавливается с учетом возможных деформаций русла и перспективных дноуглубительных работ (рис. 3.5) [25].
82
Рис. 3.5. Профиль трассы магистрального газопровода через реку
Проектная отметка верха забалластированного трубопровода при
проектировании подводных переходов назначается на 0,5 м ниже прогнозируемого предельного профиля размыва русла реки, определяемого
на основании инженерных изысканий, с учетом возможных деформаций
русла в течение 25 лет после окончания строительства перехода, но не
менее 1 м от естественных отметок дна водоема [25].
Профиль трассы трубопровода принимают с учетом допустимого
радиуса изгиба трубопровода, рельефа русла реки и расчетной деформации (предельного профиля размыва), геологического строения дна и
берегов, необходимой пригрузки и способа укладки подводного трубопровода [25].
Повороты линейной части трубопровода в вертикальной и горизонтальной плоскостях выполняют упругим изгибом сваренной нитки трубопровода [26].
Если на отдельных участках трассы в соответствии с проектом необходимо выполнить повороты малого радиуса, который не может быть
получен при изгибе труб на станках холодного гнутья, кривые поворота
выполняют из крутоизогнутых отводов горячего гнутья и штампосварных отводов [26] (рис. 3.6).
83
Рис. 3.6. Гнутые отводы
Допустимые радиусы изгиба трубопровода в горизонтальной и вертикальной плоскостях определяют расчетом из условия прочности, местной устойчивости стенок труб и устойчивости положения. Минимальный радиус изгиба трубопровода из условия прохождения
очистных устройств должен составлять не менее пяти его диаметров
[25].
Радиусы упругого изгиба трубопровода устанавливаются проектом,
при этом минимальные допустимые радиусы изгиба принимаются в соответствии с табл. 3.2 [26].
Таблица 3.2
Минимальные допустимые радиусы упругого изгиба
Минимально доМинимально допустимые рапустимые раДиаметр трубоДиаметр трубодиусы упругого
диусы упругого
проводов, мм
проводов, мм
изгиба трубоизгиба трубопровода
провода
1400
1400
600
600
1200
1200
500
500
1000
1000
400
400
800
800
300
300
700
700
200
200
Упругий изгиб сваренного в нитку трубопровода выполняют непосредственно при его укладке в траншею, отрытую по проекту [26]. Гну84
тые отводы изготавливают в базовых, заводских условиях и непосредственно у места укладки в траншею из отдельных труб или двухтрубных
секций [26]. Холодному гнутью подлежат только прямошовные и бесшовные трубы. Унифицированные радиусы гнутых отводов устанавливают в соответствии с табл. 3.3 [26].
Таблица 3.3
Радиусы гнутых отводов
Унифицированные
Толщина стенки тру- радиусы отводов при
Диаметр труб, мм
бы, мм
гнутье труб в холодном состоянии, м
1420
16-20
60
1220
12-15
60
1020
10-14
40
720-820
8-12
35
529
7-10
25
426
6-12
20
219-377
4-25
15
Примечания: 1. Указанные радиусы относятся только к изогнутой
части отвода. 2. Допускается отклонение величины радиуса на +5 %
Для проектирования трассы нефтегазопровода по результатам нивелирования вычерчивают профиль местности. Для примера на рис. 3.7
приведен профиль трассы автодороги. Для дорог проектирование оси
сооружения определяется рядом условий, из которых основным является соблюдение установленных предельных для уклонов и баланса земляных работ, т. е. равенства объемов насыпей и выемок.
85
Рис. 3.7. Профиль трассы автодороги [1]
3.2. Расчёт и разбивка главных точек горизонтальных кривых
на трассе
На рис. 3.8 представлена схема, поясняющая расчет элементов круговой кривой и построение главных точек кривой на трассе.
86
Рис. 3.8. Круговая кривая [1]
В местах поворота трассы разбивают кривые, из которых наиболее
простой является дуга окружности – круговая кривая (см. п. 1.3.1). Точка В – вершина угла поворота трассы; угол – угол поворота трассы,
точка О – центр окружности с радиусом R ( п рямые ОА , О В ' и ОС ) .
Угол А ОС при центре кривой, равный углу поворота , называется
центральным.
Точка А – начало кривой трассы ( Н К ) , точка С – конец кривой
( К К ) и точка В ' – середина кривой ( С К ) . Точки начала, конца и середины кривой трассы называют главными точками кривой [7].
Прямые А В и В С называются тангенсами кривой и обозначаются
буквой Т . Тангенс кривой – отрезок прямой, соединяющий вершину
угла поворота трассы с началом или концом кривой [7]. Отрезки А В и
В С (рис. 3.8) составляют между собой угол . Расстояние Б – отрезок
ВВ ' – называется биссектрисой кривой. Биссектриса кривой – отрезок
прямой, соединяющий вершину угла поворота трассы с серединой кривой [7]. Длина кривой АВ ' С обозначается буквой К . Разность Д между
длиной двух тангенсов и длиной кривой называется домером:
Д =2T – K.
(3.4)
Согласно углу поворота трассы и радиусу круговой кривой, заданному в технических условиях, вычисляют T, K, Б и Д – главные элементы круговой кривой по формулам:
,
87
(3.5)
,
(3.6)
.
(3.7)
Пример 3.1 [19].
Рассчитайте главные элементы круговой кривой.
Исходные данные: R = 500 м; = 30°; УП = ПК5 + 40.
Решение.
КК = ПК5 + 40 + 133,97 = 540,00 + 133,97 = 673,97 м = ПК6 + 73,97
м.
Контроль: НК + К = КК – Д: (406,03 + 261,80 = 667,83 = 673,97 6,14 = 667,83 м).
Разбивку главных элементов кривых в поле, а также детальную
разбивку кривой17 производят от вершин углов поворота.
От угла поворота в направлении младшего и старшего пикетов (по
тангенсам) откладывают значения начала и конца кривой. В вершине
угла поворота теодолитом откладывают угол
и в полученном
направлении откладывают значение биссектрисы кривой. Получают
точку середины кривой (СК). Далее старший пикет переносят вперед на
величину домера [19].
В результате нивелирования трассы составляют профиль, горизонтальный масштаб которого указан в техническом задании (от 1:200 до
1:5000). Отметки на профиле наносят обычно в масштабе в десять раз
крупнее (1:20–1:500).
Для составления профиля используется стандартная сетка профиля,
то есть принятая разграфка для записи необходимых данных (рис. 3.9).
17
Детальная разбивка кривой – вынос точек кривой на местность через заданные интервалы.
88
Рис. 3.9. Стандартная сетка профиля нефтегазопровода
В частности, на чертеже прочерчивают горизонтальную графу, называемую «расстояние, м», на которой откладывают отрезки – пикеты и
расстояния до всех плюсовых точек. Концы всех отрезков обозначаются
вертикалями. Ниже располагают графу, в которой вычерчивают план
прямых и кривых. Выше графы «горизонтальные расстояния» строят
остальную сетку профиля.
На плане повороты трассы вправо и влево обозначают по разному:
вправо – выпуклостью вниз, влево – выпуклостью вверх (рис. 3.10).
89
Рис. 3.10. Обозначение угла поворота на сетке профиля нефтепровода
Начало и конец каждого закругления отмечают перпендикуляром,
проводимым от линии пикетажа до средней линии, изображающей ось
трубопровода. Расстояния от точек начала и конца кривой до ближайших пикетов подписывают вдоль перпендикуляров.
Около каждой кривой подписывают основные элементы кривой и
угол поворота. Подписывают длины прямых вставок и их направления.
3.3. Расчёт вертикальных кривых
Переломы проектной линии профиля, которые могут быть выпуклыми и вогнутыми, «выравниваются» построением вертикальных кривых [2]. Вертикальная кривая трассы – часть оси трассы проектируемого сооружения, представляющая собой кривую, лежащую в
вертикальной плоскости [7].
90
Для проектирования и разбивки вертикальных кривых могут быть
использованы те же формулы, что и для кривых в плане. Но вследствие
малости вертикальных углов перелома и больших значений радиусов
кривых в практике применяют упрощенные формулы [2].
Угол (рис. 3.14), называемый углом отклонения, мал, поэтому его
значение выражают алгебраической разностью уклонов смежных прямых проектной линии:
(3.8)
Рис. 3.11. Элементы вертикальной круговой кривой [2]
Элементы кривой Т , К и Б могут быть определены по следующим приближенным формулам
(3.9)
(3.10)
(3.11)
3.4. Геодезические расчёты при вертикальной планировке
рельефа
3.4.1. Проект вертикальной планировки рельефа
Одной из основных частей генерального плана является проект
вертикальной планировки18 застраиваемой территории. Вертикальная
18
Проект вертикальной планировки – технический документ, определяющий
преобразование рельефа местности для инженерных целей [7].
91
планировка – преобразование естественного рельефа на территории
стройплощадки в поверхность, удовлетворяющую техническим
требованиям данного сооружения. Основными документами проектов
вертикальной планировки рельефа являются план организации рельефа
и картограмма земляных работ (план земляных масс) [28].
Геодезические расчёты проводят на основе детальной топографической
съёмки
местности,
которую
выполняют
геометрическим
нивелированием.
На плане организации рельефа изображается проектная
поверхность строительных площадок проектными отметками (рис.
3.12). Проектный рельеф может быть задан либо в виде профилей, либо
проектными
горизонталями
[22],
либо
сеткой
квадратов
(прямоугольников) в сочетании с проектными отметками. В последнем
случае проектная отметка подписывается в северо-восточном углу
квадрата. Кроме проектных на плане земляных масс по определенной
системе (рис. 3.13) подписывают и другие отметки – фактические и
рабочие. Проектная отметка – это отметка, которую данная точка
поверхности должна иметь после завершения планировки19. Отметки
точек, полученные в результате нивелирования, называются
фактическими20. Разность между проектной и фактической отметками
называется рабочей отметкой. Рабочая отметка показывает сколько
грунта надо подсыпать, если hраб положительная, или снять (срезать),
если hраб отрицательная. На плане земляных масс подсчитывают объём
грунта отдельно для насыпи и выемки (срезки), сводится баланс и
приводится ведомость объёмов земляных масс.
Согласно рис. 3.12 выемка грунта осуществляется только в каре
шламонакопителя. Объём такого грунта (торфа) составил, согласно
ведомости объемов земляных масс, 4742 м3 (рис. 3.14).
19
Проектная отметка – высота точки относительно исходного уровня, заданная проектом [7]
20
Фактическая отметка – существующая высота точки относительно исходного уровня [7]
92
Рис. 3.12. Обустройство нефтегазового месторождения. Куст скважин. План зем-
ляных масс (фрагмент)
В зависимости от условий эксплуатации возводимых сооружений
различают случаи вертикальной планировки под горизонтальную или
наклонную площадку.
93
Рис. 3.13. Обозначение углов квадратов на плане земляных масс
94
Рис. 3.14. Ведомость объемов земляных масс (пример)
3.4.2. Геометрическое нивелирование для составления проекта вертикальной планировки
95
Основой для составления проекта вертикальной планировки служат
топографические планы местности в масштабах 1:1000 – 1:500, полученные в результате геометрического нивелирования поверхности.
В зависимости от назначения съемок и условий местности могут быть
использованы следующие способы геометрического нивелирования поверхности: способ поперечников, параллельных линий, полигонов,
квадратов. Способы отличаются друг от друга схемой нивелирования.
3.4.2.1. Способ поперечников к магистральному ходу
Способ поперечников к магистральному ходу наиболее часто используют при съемке притрассовой полосы вдоль трасс автомобильных
дорог, каналов и других линейных объектов. Планово-высотным обоснованием в этом случае является трасса линейного объекта (т. е. теодолитно-нивелирный ход). С помощью угломерного прибора и землемерной
ленты или рулетки через определенные расстояния разбивают поперечники аа1, bb1, cc1 и т.д. (рис. 3.15).
Рис. 3.15. Способ поперечников к магистральному ходу [33]
Поперечники обычно разбивают на пикетах и плюсовых точках
трассы линейного объекта, высоты которых уже определены в результате
продольного нивелирования в два нивелира по пикетажу трассы. Поскольку съемку ситуационных особенностей местности производят в ходе
разбивки пикетажа, ситуационные точки при нивелировании поперечников не фиксируют. Съемку притрассовой полосы нивелированием по
поперечникам осуществляют в такой последовательности [33]:
На данной точке прямолинейного участка трассы с помощью угломерного прибора (нивелира с лимбом, теодолита или эккера)
восстанавливают
перпендикуляр
к
трассе,
откладывая
горизонтальный угол, равный α = 90°. На криволинейных участках
96
трассы поперечник разбивают, ориентируя прибор на одну из
соседних точек трассы, расположенную на расстоянии К по кривой
от снимаемого поперечника, и откладывают угол
(3.12)
В полевом журнале съемки поперечников фиксируют пикетажное
значение снимаемого поперечника (например, поперечник ПК 21 +
50).
Обозначают характерные точки местности на поперечнике,
фиксируя в журнале соответствующие расстояния влево и вправо от
трассы (например: Л + 3,5; Л + 6,0; Л + 10,2 и т. д.; П + 3,5; П + 6,0,;
П + 8,4 и т. д.).
Устанавливают нивелир вблизи снимаемого поперечника таким
образом, чтобы по возможности с одной стоянки прибора можно
было бы снять все точки поперечника.
Берут отсчет на точку трассы, в которой разбит поперечник, и
определяют горизонт прибора.
Берут последовательно отсчеты на все точки влево и вправо от
трассы.
Высоты точек поперечника определяют через известный горизонт
прибора.
3.4.2.2. Способ параллельных линий
Способ параллельных линий (рис. 3.16) применяют на равнинном
рельефе в открытой или закрытой местности при исполнительных
съёмках строительных площадок, искусственных покрытий взлётнопосадочных полос аэродромов. Основой здесь является один или
несколько параллельных магистральных ходов. Перпендикулярно к
магистрали либо под углом к ней разбивают поперечные профили,
которые могут быть прямыми, ломаными, а также иметь свои
поперечники (поперечники второго порядка) [35]. По ходам и
поперечникам через равные промежутки закрепляют пикетные точки:
через 40 м при съёмке в масштабе 1:2000 и через 20 м – при съёмке в
масштабе 1:1000 и 1:500 [8].
97
Рис. 3.16. Схема нивелирования способом параллельных линий [35]
3.4.2.3. Способ полигонов
Способ полигонов (рис. 3.17) применяется на открытой местности с
ярко выраженным рельефом. Основой для выполнения работ служит
сеть сомкнутых магистралей, которые прокладывают по водоразделам и
тальвегам. На магистралях разбивают поперечные профили примерно
по той же схеме, как и в способе параллельных линий.
Рис. 3.17. Схема нивелирования способом полигонов [35]
98
Магистрали увязывают в системе теодолитных ходов (для разомкнутого или замкнутого теодолитных ходов), вычисляют координаты и
высоты точек [35].
3.4.2.4. Способ нивелирования по квадратам
Способ квадратов применяют при топографической съемке открытых участков местности со спокойным рельефом в крупных масштабах
(1:500–1:5000) с малой (0,1–0,5 м) высотой сечения рельефа с целью составления проекта вертикальной планировки и подсчета объемов земляных работ. Способ нивелирования поверхности по квадратам – самый
простой и наиболее распространенный. С учетом характера рельефа,
требуемой точности его изображения, сложности и назначения строящегося сооружения разбивают сети квадратов со сторонами от 5 до 100
(400) м.
Планово-высотным обоснованием служат вершины квадратов, закреплённые на местности кольями и обозначенные по определённой
принятой на практике изысканий схеме. Оцифровку вершин квадратов
выполняют цифрами вдоль наибольшей оси и строчными (или прописными) буквами по короткой стороне (рис. 3.18). Таким образом, каждая
вершина оцифровывается буквой и цифрой: в4, г7...(В4, Г7).
Для привязки по высоте рядом с нивелируемой площадью устанавливают грунтовый репер и передают на него отметку с ближайшего исходного репера способом геометрического нивелирования.
Состав работ при нивелировании площади по квадратам следующий [35]:
рекогносцировка участка;
построение на местности основных квадратов с их проектным
ориентированием (съёмочного обоснования);
построение заполняющих квадратов;
передача отметки на вершину одного из квадратов или отдельно на
закрепленную точку;
нивелирование вершин всех квадратов;
обработка результатов измерений и построение рельефа;
нанесение ситуации (при необходимости) и составление плана.
В зависимости от размеров снимаемой площади может быть выполнена непосредственная разбивка сети квадратов, а затем привязка
этой сети квадратов, либо может быть выполнена разбивка с теодолитного хода.
99
При небольшой площади снимаемого участка выполняют разбивку
с теодолитного хода. При этом по снимаемому участку прокладывают
магистральную линию МN, намечают на ней точки на расстояниях друг
от друга, равных стороне квадрата, а затем строят серию параллельных
линий с разбивкой углов квадратов (рис. 3.18), закрепляют их колышками. В процессе разбивки вершин квадратов ведут съемку ситуации
линейными и створными промерами от вершин и сторон квадратов.
Рис. 3.18. Разбивка квадратов с магистральной линии [35]
Непосредственная разбивка сети квадратов. На больших площадях
во избежание накопления погрешностей в построении квадратов сначала строят основной квадрат или прямоугольник. Для этого вдоль границы снимаемого участка на местности закрепляют опорную линию АВ и
на ней откладывают мерной лентой длины сторон квадратов (1-2, ..., 56). Затем в точках А и В последовательно устанавливают теодолит и
восстанавливают перпендикуляры АС и BD к линии АВ. Для контроля
измеряют длину линии CD, которая не должна отличаться от длины линии АВ более чем на 1:2000 ее длины. На перпендикулярах к линии CD
также откладывают длины сторон квадратов. Вершины полигона ABDC
и точки на его сторонах закрепляют грунтовыми реперами.
Разбивка квадратов внутри полигона выполняется по створам линий 1–1, 2–2, ..., 5–5 (рис. 3.19). Контроль разбивки выполняется вешением точек по перпендикулярным створам а–а, б–б, в–в. Вершины
100
квадратов (пикеты) закрепляют колышками. При необходимости на
сторонах квадратов в точках перегиба рельефа местности закрепляют
плюсовые точки.
Рис. 3.19 . Схема нивелирования площади при длине стороны квадратов более 100 м
[17]
Одновременно с разбивкой пикетов производится съемка ситуации
линейными промерами от сторон квадратов до характерных точек контуров и местных предметов. Результаты съемки заносят в абрис, на котором также показывают стрелками направление скатов (рис. 3.20). Если местность достаточно пересечённая и имеет много перегибов
рельефа, то нивелируют и точки перегибов, одновременно выполняя их
плановую привязку внутри квадрата [35].
Рис. 3.20. Абрис съемки при нивелировании по квадратам (стрелками указано направление скатов) [8]
Порядок нивелирования квадратов зависит от их размера.
101
При длине сторон квадратов 100 м и более каждый квадрат нивелируют отдельно (рис. 3.19). В этом случае сначала прокладывают
замкнутый ход по наружным квадратам, а затем – по внутренним.
Журнал нивелирования не ведут, а отсчеты по рейкам записывают
прямо на схеме, внутри квадратов. Контроль и увязывание превышений
ведут здесь же, по разностям горизонтов на смежных станциях. Порядок расчётов [3, 18].
Определяют разности горизонтов на смежных станциях (рис.
3.21).
Рис. 3.21. Схема для расчёта разностей горизонтов в точке Г1
Разность отсчётов по рейке (разность горизонтов), поставленной в
точке Г1, со станций III и IV равна
(3.13)
На каждой точке отсчеты берут только по черной стороне рейки.
Результаты измерений заносят на схему. Эта же разность горизонтов
может быть найдена вторично, если рейку поставить в точку Г2:
(3.14)
Сравнивают два значения и
(расхождение должно быть не более 10 мм), находят среднее значение разностей горизонтов
,
записывают его на смежной стороне соседних квадратов. Продолжают
вычисление разностей горизонтов по кольцу станций. Сумма всех разностей горизонтов должна быть равна нулю.
Подсчитывают и распределение невязку. Полученная невязка
не должна превышать величины
, т.е.
где n – число всех станций. Невязку распределяют
102
поровну на все разности горизонтов со знаком, обратным знаку
невязки.
Определяют горизонты инструментов, исходя из соотношения:
(3.15)
Иначе говоря, горизонт инструмента на последующей станции равен горизонту инструмента на предыдующей станции плюс соответствующая увязанная разность горизонтов.
По полученным горизонтам (последний из полученных должен
быть равен исходному) вычисляют отметки вершин квадратов,
исходя из известного соотношения
(3.16)
где а – отсчёт по рейке.
Исходный горизонт получают как сумму отметки точки а1 и
отсчёта по рейке в этой точке.
Далее, принимая высоты пунктов полигона за твердые, увязывают
высоты внутренних пикетов как точек ходов, проложенных между
пунктами наружного полигона.
В другом случае, при небольших (10–20 м) размерах сторон квадратов с одной станции нивелируют сразу несколько квадратов [18]. Для
этого станции выбирают с таким расчетом, чтобы из связующих точек
образовался замкнутый опорный полигон ABCDA (рис. 3.22). На одну
из связующих точек передается отметка от ближайшего репера. Все остальные вершины квадратов нивелируются как промежуточные точки.
Полевой контроль измерений выполняют аналогично с предыдущим
случаем.
103
Рис. 3.22. Схема нивелирования площади при длине стороны квадрата 10–20 м [17]
Высотная невязка в замкнутом опорном ходе нивелирования должна удовлетворять условию
f h h 10 мм n ,
(3.17)
где h – сумма превышений связующих точек; п – число станций.
Распределение высотной невязки, вычисление исправленных превышений и высот связующих точек производят так же, как и в ходе
продольного инженерно-технического нивелирования. Высоты промежуточных точек на каждой станции рассчитывают через горизонт нивелира.
Если длины сторон снимаемой площади не превышают 350 м (35),
то нивелирование всех вершин квадратов можно выполнять с одной
станции, расположив нивелир примерно посередине снимаемого участка (рис. 3.23).
104
Рис. 3.23. Схема нивелирования сетки квадратов с одной станции [35]
После вычислительной обработки результатов нивелирования составляют топографический план участка местности в выбранном масштабе (рис. 3.24). На план наносят границы участка, вершины квадратов, плюсовые точки и ситуацию. Возле каждой пикетной и плюсовой
точки подписывают ее отметку с округлением до 1 см. Горизонтали
проводят с заданной высотой сечения рельефа. План вычерчивают в соответствии с условными знаками.
105
Рис. 3.24. Топографический план промплощадки предприятия [17]
3.4.3. Вертикальная планировка под горизонтальную площадку
Вертикальная планировка под горизонтальную площадку обычно
предусматривает соблюдение нулевого баланса земляных работ, т. е. равенство объемов грунта по выемке (срезке) и насыпи.
Условие нулевого баланса земляных работ обеспечивается созданием горизонтальной площадки с проектной отметкой
Н ПP
Н I 2 Н II 3 Н III 4 H IV
4n
,
(3.18)
H – сумма фактических отметок, входящих в один квадрат
Н , Н , Н , Н ; H , H , H – соответственно суммы отметок
где
I
А1
Г1
Г6
А6
II
III
IV
вершин, общих для двух Н Г 2 , Н Г 3 , Н Г 4 , Н Г 5 ,... , трёх (нет) и четырёх
Н В 2 , Н В3 , Н В 4 , ... квадратов; n – число квадратов (рис. 3.25).
По проектной отметке Н ПP и значениям фактических отметок вершин рассчитывают рабочие отметки:
h1
раб
H пр H1 h2
раб
H пр H 2
hn
раб
H
H .
nр
n
;
;
(3.19)
Рабочие отметки с их знаками ( h – высота насыпи и h – срезка,
выемка грунта) записывают на чертеже возле соответствующих вершин
106
квадратов (рис. 3.13. рис. 3.25). Квадраты сетки, имеющие в своих вершинах рабочие отметки одного знака, называются однородными или непереходными, а разных знаков – переходными или смешанными.
Рис. 3.25. План земляных масс: – – – – линия нулевых работ,
– номер сектора
1
6
На сторонах переходных квадратов между вершинами,
имеющими
6
рабочие отметки с разными знаками, находят положение точек нулевых
работ. В этих точках значения фактических и проектных отметок равны [7]. Расстояния от вершин квадратов до точек нулевых работ определяют аналитически по формуле
,
(3.20)
где а – сторона квадрата (рис. 3.26).
Соединив точки нулевых работ, получают линию нулевых работ.
Линию нулевых работ выносят на местность по сторонам квадратов и
обозначают колышками.
107
Рис. 3.26. Расчёт положения точки нулевых работ: а – сторона квадрата; l – расстояние от угла квадрата до точки нулевых работ, АВ – линия фактического профиля, СД – проектная линия, М – точка нулевых работ
3.4.4. Подсчёт объёмов земляных работ
При проектировании вертикальной планировки объёмы земляных
работ наиболее часто определяют одним из следующих способов: горизонтальных профилей, изолиний рабочих отметок и квадратов [3, 33].
Рассмотрим последний способ. Вычисление объемов земляных работ способом квадратов основано на использовании результатов топографических съёмок нивелирования по квадратам. Объемы земляных
работ подсчитывают на основании рабочих отметок вершин квадратов
раздельно по выемке и насыпи грунта. В зависимости от характера
рельефа местности и требуемой точности подсчет объемов производят
способами среднего арифметического, призм, параллельных сечений и
др.
При составлении проекта вертикальной планировки на основе нивелирования поверхности по квадратам обычно используют способ
призм. Для этого весь объём перемещаемого грунта разделяют на отдельные фигуры – призмы, с основанием в виде треугольника, квадрата
или трапеции и высотой, равной средней рабочей отметке фигуры.
В однородных квадратах объем четырехгранной призмы (рис. 3.27)
определяют по формуле [3, 33]
,
(3.21)
где S – площадь основания призмы (квадрата).
108
Рис. 3.27. Непереходный квадрат плана земляных масс
В смешанных квадратах стороны пересекает линия нулевых работ.
Такие квадраты делят на трапеции или треугольники (рис. 3.28) и вычисляют объём фигур.
Рис. 3.28. Переходный квадрат (смешанный)
Объём четырёхгранной призмы (основание – прямоугольная трапеция) находят по формуле:
.
.
(3.22)
При этом в подсчет средней высоты включают и нулевые точки.
Можно делать расчёт через полные стороны квадратов по формулам (рис. 3.29):
(3.23)
109
Рис. 3.29. Расчёт переходного квадрата через полные стороны
Объем каждой трехгранной призмы находят как (рис. 3.30):
.
(3.24)
Тогда объём пятиугольника можно найти из объёма фигуры, в основании которой находится полный (непереходный) квадрат:
;
.
Можно делать расчёт через полные стороны квадратов по формулам:
(3.25)
В числителе знак учитывается, а в знаменателе все знаки положительные.
Рис. 3.30. Схема для расчёта трёхгранной призмы
И наконец, для частного случая h2=0 (рис. 3.31) можно записать
следующие формулы:
.
;
.
(3.26)
110
Рис. 3.31. Схема для частного случая при h=0
Можно делать расчёт через полные стороны квадратов по формулам:
(3.27)
Окончательным графическим документом вертикальной планировки является план земляных масс (см. рис. 3.32), на котором указываются
фактические, проектные и рабочие отметки вершин квадратов, положение линии нулевых работ и значения объемов насыпи или выемки грунта по однородным квадратам и отдельным частям переходных квадратов.
Вычисленные объёмы в кубических метрах по каждому квадрату
выписывают с соответствующим знаком в таблицу земляных масс. Затем вычисляют общие объемы насыпи и выемки и сводят баланс земляных работ, т. е. определяют избыток или недостаток грунта при вертикальной планировке площадки.
;
.
На практике предпочитают, чтобы объём выемок несколько превышал объём насыпей, так как вывести лишний грунт легче, чем отыскать резервный грунт для насыпи.
При нулевом балансе земляных работ должно соблюдаться условие
(3.28)
111
Рис. 3.3 2. План земляных масс с таблицей баланса (схема) [8]
3.4.5. Интерполирование и проведение горизонталей
Для составлении плана строят сетку квадратов, чаще всего в масштабе 1:2000, выписывают на план высоты всех точек с округлением до
0,01 м (рис. 3.33, 3.34), интерполируют и проводят горизонтали через
0,5 м и оформляют план. Для рельефа простой формы обычно достаточно интерполирование по сторонам квадратов. При более сложных поверхностях производят дополнительное интерполирование по диагоналям квадратов.
Интерполирование горизонталей состоит в нахождении места, где
искомая горизонталь пересекает линию между точками с известными
высотами. При этом имеется в виду, что линия профиля между этими точками является прямой, т. е. уклон линии на каждом ее отрезке не изменяется. Существует два способа интерполирования горизонталей: аналитический и графический.
Аналитический способ состоит в вычислении расстояний между
точками с известными высотами и горизонталями.
112
Рис. 3.33. Журнал-схема нивелирования поверхности по квадратам [13]
113
Рис. 3.34. План нивелирования поверхности [13]
Для примера (см. рис. 3.33, 3.34) возьмем квадрат с вершинами 7г,
7д, 6д, 6г и высотами соответственно 72,75, 72,30, 71,64 и 72,12 м. Рассчитаем положение горизонтали с высотой 72,5 м между точками 7г и 7д
(рис. 3.35, а). Для этого вычислим расстояние между этой горизонталью и
точкой 7д. Из подобия треугольников построенного профиля линии 7г–
7д следует
, откуда
.
Но
(длина стороны квадрата), поэтому
. Следовательно, горизонталь с высотой 72,5 м проходит на расстоянии 17,8 м от точки
7д и на расстоянии 22,2 м от точки 8г. Отложив одно из этих расстояний от
соответствующей точки, получаем положение горизонтали.
Аналогично рассчитано положение горизонтали с высотой 72,5 м
между точками 7г и 6г, а также положение горизонтали с высотой 72,0 м
114
между точками 7д и 6д, 6г и 6д. В рассмотренном квадрате горизонтали
пересекает диагональ 7г–6д, поэтому полезно рассчитать положение этих
горизонталей и по диагонали. Результаты этих расчетов записаны на рис.
3.35, а
Рис. 3.35. Схемы интерполирования горизонталей, способы: а – аналитический;
б – графический по клеткам; в – графический по параллельным линиям [13]
Расчеты при интерполировании горизонталей можно производить в
уме – сравнением величин h и , т. е. решать задачу делением отрезка
на части.
При графическом способе горизонтали интерполируют, используя миллиметровую или клетчатую бумагу (рис. 3.35, б). Ее прикладывают к
точкам и на ней в произвольном вертикальном масштабе строят профиль
линии 7г – 6д, подписывая высоты горизонталей. Затем точки пересечения
линии профиля с линиями горизонталей проектируют на линию 7г–6д и получают положение горизонталей на этой линии. Графический способ интерполирования горизонталей тем точнее, чем крупнее вертикальный
масштаб профиля.
Интерполировать горизонтали можно, пользуясь прозрачной бумагой
(калькой) с параллельными линиями (рис. 3.35, в), против которых подписывают высоты горизонталей. Затем бумагу накладывают на линию
7г–6д так, чтобы точки 7г и 6д расположились между параллельными
линиями с соответствующими высотами, после чего точки пересечения
линии 7г–6д с линиями горизонталей перекалывают на план.
После интерполирования положения горизонталей на сторонах квадратов и по диагонали проводят горизонтали, плавно изгибая их при изменении направления, чтобы правильно отобразить формы рельефа (см.
рис. 3.35).
Вычерчивают горизонтали плавными линиями толщиной 0,1 мм, от
руки, коричневым цветом. Горизонтали с высотами, кратными 2 м, утолщают, в закруглениях горизонталей ставят бергштрихи, в разрывах неко115
торых горизонталей подписывают их высоты (основания цифр – ниже по
скату).
Если на журнале-схеме отражены снятые способом перпендикуляров
контуры ситуации, то их наносят на составляемый план нивелирования
поверхности.
3.4.6. Вертикальная планировка под наклонную площадку
Проектирование площадок по заданному уклону производят при
вертикальной планировке внутриквартальных территорий, при устройстве наклонных площадок под технологическое оборудование и т. п. [2,
18]. Исходными данными являются фактические отметки вершин квадратов, проектная отметка опорной точки М (рис. 3.36) и проектные уклоны по взаимно перпендикулярным сторонам квадратов i1 и i2 . Расчеты и построения ведутся на рабочем чертеже, на котором нанесена сетка
квадратов в масштабе 1:500.
Рис. 3.36. Наклонная площадка [18]
Связь между проектными отметками точек наклонной проектной
плоскости и опорной точки М в общем случае устанавливается по формуле
H n H M i1S1 i2 S 2 ,
(3.29)
где S1 и S 2 – расстояния по сторонам квадратов от опорной до искомой
точки.
Практически сначала вычисляют проектные превышения по сторонам квадрата
h1 i1 d ; h2 i2 d ,
(3.30)
где d – длина стороны квадрата.
Далее по отметке опорной точки М и рассчитанным превышениям
находят проектные отметки вершин квадратов по контуру сетки, а затем
116
– вершин квадратов внутри контура. Такая последовательность обеспечивает надежный контроль вычислений.
Рис. 3.37. Проектирование наклонной плоскости [2]
117
Глава 4. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ К ПЕРЕНЕСЕНИЮ
ПРОЕКТОВ СТРОИТЕЛЬСТВА НА МЕСТНОСТЬ
4.1. Назначение и организация разбивочных работ
4.1.1. Общие положения
Одним из основных видов инженерно-геодезической деятельности
являются разбивочные работы. Выполняют их для определения на местности планового и высотного положения характерных точек и плоскостей строящегося сооружения в соответствии с рабочими чертежами
проекта.
Разбивочные работы диаметрально противоположны съемочным.
При съемке на основании натурных измерений определяют координаты
точек относительно пунктов опорной сети. Точность этих измерений зависит от масштаба съемки. При разбивке же, наоборот, по координатам,
указанным в проекте, находят на местности положение точек сооружения с заранее заданной точностью. При разбивочных работах углы, расстояния и превышения не измеряют, а откладывают на местности. В
этом основная особенность разбивочных работ [8].
Компоновка сооружения определяется его геометрией, которая задается осями. При строительстве различают главные, основные и промежуточные (детальные, вспомогательные) оси сооружения. Все оси по
ГОСТ 22268-76 [7] относят к разбивочным21. Относительно разбивочных осей в рабочих чертежах указывают местоположение всех элементов сооружения.
Главными осями линейных сооружений (дорог, каналов, плотин,
мостов и т. п.) служат продольные оси этих сооружений. В промышленном и гражданском строительстве в качестве главных осей принимают
оси симметрии зданий (рис. 4.1). Главные оси разбивают для больших сооружений.
Основными называют оси, определяющие форму и габариты зданий
и сооружений.
21
Разбивочная ось – ось сооружения, по отношению к которой в разбивочных
чертежах указываются данные для выноса в натуру сооружения или отдельных частей [7].
118
Рис. 4.1. Главные и основные оси здания
На рис. 4.2. основными осями являются линии (1–1, 8–8, А–А и З–
З), образующие внешний контур здания.
Вспомогательные оси – это оси отдельных элементов зданий, сооружений. Они обозначают положение и размеры строительных деталей
и конструкций.
Рис. 4.2. К детальной разбивке зданий и сооружений [1]
На строительных чертежах разбивочные оси зданий и сооружений
имеют вид штрихпунктирных линий, которые обозначают арабскими
цифрами и заглавными буквами русского алфавита в кружках диамет119
ром 6–12 мм. Обычно не используют буквы З, И, О, X, Ы , Ъ , Ь . Оси
подписывают слева направо и снизу вверх [8]. Все обозначения осей
располагаются на чертежах снизу и слева. На рис 4.3. показаны оси
свайного поля.
Рис. 4.3. Маркировка осей на чертеже [34]
Высоты плоскостей и отдельных точек проекта на строительных
чертежах задают от условной поверхности – строительного ноля (рис.
4.4). Для каждого сооружения условная поверхность соответствует определенной абсолютной отметке, которая указывается в проекте (рис.
4.5).
Рис. 4.4. Задание условной поверхности
В зданиях за строительный ноль принимают уровень «чистого пола» первого этажа. Высоты относительно нулевой отметки обозначают
следующим образом: вверх – со знаком «плюс», вниз – со знаком «минус» [8]. В этом случае отметки для подвальных помещений будут от120
рицательными. На рис. 4.6 показана схема изображения отметок на чертеже фасада здания.
Рис. 4.5. Разбивочный чертеж [34]
Рис. 4.6. Отметки на чертеже фасада здания [34]
На разбивочных чертежах указывают исходные данные для геодезических разбивочных работ здания или сооружения (рис. 4.5): знаки
121
плановой и высотной геодезической основы и аналитические данные
для разбивки – углы α и расстояния L. Указанные в проекте сооружения
координаты, углы, расстояния и превышения называют проектными.
Рядом с контуром здания (сооружения) показывают его номер или
шифр (например №7 на рис. 4.6), координаты точек пересечения осей
сооружений 1/А и их маркировку относительно строительной сетки
, отметку (110,500), соответствующую условной нулевой отметке. Для концентрических сооружений указывают координаты центра и
одной характерной точки, для трасс подземных коммуникаций – координаты начала и конца, колодцев, всех углов поворота и т.д. [34].
Показать места расположения элементов сооружения по отношению к разбивочным осям можно, указывая марки осей, например: колонна на пересечении осей В–8, подземная трасса на участке между
осями 5–27.
Поскольку каждое здание на чертеже имеет самостоятельную маркировку осей, на одном разбивочном чертеже могут размещаться здания
и сооружения с одинаковой маркировкой.
Весь процесс разбивки сооружения определяется общим геодезическим правилом перехода от общего к частному. Разбивка главных и
основных осей определяет положение всего сооружения на местности,
т. е. его размеры и ориентирование относительно сторон света и существующих контуров местности. Детальная же разбивка определяет взаимное положение отдельных элементов и конструкций сооружения [8].
Рабочие чертежи состоят из комплектов. Каждому комплекту присваивают наименование и марку, например, «Генеральный план и сооружения транспорта» (ГТ), «Архитектурно-строительные решения»
(АС), «Конструкции железобетонные» (КЖ), «Конструкции металлические» (КМ) и др. [34].
Комплект рабочих чертежей марки ГТ включает в себя чертежи,
выполняемые на топографической основе: ситуационный план, генеральный план, план подземных коммуникаций, план земляных работ и
др.
В состав чертежей АС входят планы основных зданий, разрезы с
изображением основных конструкций, планы трасс и профилей подъемных коммуникаций, планы осей, этажей, ярусов, разрезы, фасады, а
также привязка всех элементов к осям [34].
Разделы проекта организации строительства (ПОС) и производства
работ (ППР) включают в себя основные чертежи по организации и технологии геодезических разбивочных и выверочных работ. В ПОС и его
геодезической части – проекте организации геодезических работ
122
(ПОГР) – приводят схемы построения геодезической основы, проектируют организацию работ и точность ее осуществления. В ППР и его
геодезической части – проекте производства геодезических работ
(ППГР) – приводят основную технологию производства геодезических
работ в процессе осуществления проекта [34].
4.1.2. Этапы разбивочных работ
Организация и технология разбивочных работ определяется этапом
строительства сооружения. В подготовительный период (на этапе изысканий) на местности строят плановую и высотную геодезическую разбивочную основу соответствующей точности, определяют координаты
и отметки пунктов этой основы. Геодезическая подготовка проекта для
перенесения его в натуру выполняется на этапе проектирования. Непосредственная разбивка сооружений на этапе строительства включает
основные и детальные разбивочные работы (рис. 4.7).
Рис. 4.7. Технология разбивочных работ
Основные разбивочные работы включают определение на местности положения главных осей и строительного ноля возводимого сооружения (рис. 4.8).
Детальные разбивочные работы состоят в определении планового
и высотного положения всех частей возводимого сооружения, которые
определяют и задают геометрическую форму этого сооружения. Эти ра123
боты ведутся от ранее вынесенных в натуру главных осей сооружения
путем разбивки основных и вспомогательных осей, характерных точек и
контурных линий, определяющих положение всех деталей сооружения
(рис. 4.9).
Рис. 4.8. Схема разбивки главных осей резервуара нефти
При разбивке сооружений соблюдается основной принцип производства геодезических работ «от общего к частному»; однако необходимая точность этих работ повышается от первого этапа к третьему.
Разбивка главных осей, задающих лишь общее положение и ориентировку сооружения в целом, производится наименее точно (3–5 см и грубее) [8]. Детальная разбивка, определяющая взаимное расположение
элементов сооружения, производится значительно точнее (средняя
квадратическая ошибка 2–3 мм и точнее [8]).
124
Рис. 4.9. Схема разбивки детальных осей резервуара нефти
С наибольшей точностью геодезических измерений (1–0,1 мм и
точнее) разбиваются и закрепляются монтажные (технологические) оси
и устанавливается в проектное положение технологическое оборудование.
При проведении разбивочных работ производят различные геодезические измерения, в т.ч. свойственные только разбивочным работам:
построение проектных горизонтального угла, длины, превышения,
створа, наклонного направления, наклонной плоскости, отвесного направления и отвесной плоскости.
Согласно ВСН 012-88 после выполнения разбивочных работ сдаётся Акт на закрепление трассы (площадки) по установленной форме (рис.
4.10).
125
Рис. 4.10. Акт на закрепление основных осей резервуара нефти
126
4.2. Геодезическая подготовка данных
Перед выносом на местность проекта инженерного сооружения
выполняют специальную геодезическую подготовку, состоящую из несколько этапов (рис. 4.11) [17, 18].
Рис.4.11. Этапы геодезической подготовки проекта
Расчёты проектных данных. На разбивочных чертежах приводятся
числовые данные, определяющие положение основных точек сооружений (координаты, отметки, расстояния, уклоны, элементы угловых и
линейных построений). Для расчёта используют основные чертежи проекта: генеральный план, определяющий состав и местоположение сооружения; рабочие чертежи, на которых в крупных масштабах показаны
планы, разрезы, профили всех частей сооружения с размерами и высотами деталей; план организации рельефа; планы и профили дорог, подземных коммуникаций [8].
Геодезическая привязка проекта. Привязкой проекта называют
расчеты геодезических данных (разбивочных элементов), по которым
выносят его в натуру от пунктов разбивочной геодезической основы
или опорных капитальных строений. Разбивочными элементами служат расстояния, углы и превышения, выбор и расчет которых зависят
от принятого способа разбивки [8].
Составление разбивочных чертежей. Результаты геодезической
подготовки проекта отображают на разбивочных чертежах масштабов
1:500–1:2000, а иногда и крупнее в зависимости от сложности сооружения или его элементов, которые выносятся в натуру. На разбивочном
чертеже показывают:
контуры выносимых зданий и сооружений;
их размеры и расположение осей;
пункты разбивочной основы, от которых производится разбивка;
разбивочные элементы, значения которых подписываются прямо на
чертеже.
Составление проекта производства геодезических работ (ППГР).
Для обеспечения точности и своевременности выполнения геодезиче127
ских работ на строительной площадке составляют специальный проект.
В проекте производства геодезических работ (ППГР), который является
составной частью общестроительного проекта, рассматриваются: построение исходной разбивочной основы; организация и выполнение
разбивочных работ, исполнительных съемок; применение соответствующих приборов для обеспечения требуемой точности измерений и
другие вопросы, зависящие от конкретного объекта и условий его
строительства [8].
Различают три способа расчётов при геодезической подготовке
проекта: аналитический, графо-аналитический и графический.
Графический способ заключается в определении разбивочных данных (координат, расстояний, углов и отметок) непосредственно по
плану. Длины линейных отрезков определяют циркулем-измерителем и
масштабной линейкой, углы замеряют с помощью топографического
транспортира. Этот способ применяется в случаях, когда не требуется
высокой точности исходных данных для разбивок.
При аналитическом способе все данные для разбивки находят
путем математических вычислений, причем координаты существующих
зданий и сооружений определяют непосредственно геодезическими измерениями в натуре, а размеры элементов проекта задают, исходя из
технологических расчетов. Этот способ применяют в основном при реконструкции и расширении предприятий, в стесненных условиях застройки.
Графо-аналитический способ подготовки данных является более
оперативным и в большинстве случаев обеспечивает достаточную точность, поэтому он широко применяется в строительной практике.
При использовании данного способа координаты осевых точек сооружений определяют графически с генплана застройки, координаты
пунктов опорной сети выбирают из ведомостей или каталогов, а дирекционные углы направлений и расстояния вычисляют по формулам обратной геодезической задачи.
Применение графо-аналитического способа для вычисления
координат сооружения заключается в том, что положение исходных точек определяют графически с топографического плана, а остальных точек, жестко связанных с исходными,– аналитически. Например,
для определения положения здания на местности по топографическому
плану находят координаты одного из углов здания и дирекционное направление на другой угол. Далее по проектным размерам вычисляют
координаты всех остальных углов здания.
128
Рис. 4.12. Графо-аналитический способ [18]
Для снижения погрешностей за счёт деформации бумаги координаты проектных точек (например точка А рис. 4.12) определяют следующим образом [18].
Через точку А проводят линии, параллельные сторонам
координатной сетки. Измеряют по плану с помощью циркуля и
поперечного масштаба отрезки Δх' и Δх", Δу' и Δу".
Вычисляют координаты точки А по формулам:
x A xA
S0
S0
x , y A y A
y ,
x x
y y
(4.1)
где S 0 – теоретическая длина стороны квадрата координатной сетки;
xA , yA – координаты юго-западного угла квадрата, в котором находится
точка А.
Аналогично определяют координаты точки В.
По найденным координатам точек А и В осей сооружений находят
расстояния от точек опорной сети до искомых точек, дирекционные углы и разбивочные углы при опорных пунктах (обратная геодезическая
задача) (рис. 4.12):
y A y1
; 1 A ... ; A I II I A ;
x A x1
y y
x x
2
2
d1 A A 1 A 1 уВ у А хВ х А .
sin 1 A cos 1 A
tg1 A
(4.2)
(4.3)
В дальнейшем перенесение в натуру осевых точек может быть выполнено построением полярных углов A , В с помощью теодолита и
129
отложением полярных расстояний d1 A , d II В от исходных пунктов до
искомых точек А и В.
Для выноса проекта в натуре независимо от способа проектирования все его геометрические элементы должны быть строго увязаны математически между собой и с имеющимися на площадке капитальными
зданиями и сооружениями. Это необходимо для устранения влияния на
точность разбивочных работ ошибок в принятых для проектирования
исходных данных (координатах, высотах, длинах линий), особенно взятых графически с плана.
При аналитическом расчете проекта решается ряд типовых геодезических задач [8]. Наиболее распространенными являются прямая и
обратная геодезические задачи.
Часто возникает необходимость определить координаты точки пересечения двух прямолинейных отрезков АВ и СD, заданных координатами xA, yА; xB, yB; xС, yС; xD, уD. Для этого используют формулы
(4.4)
где
(4.5)
Угол между двумя прямыми АВ и СD, заданными координатами
концов, определяется как разность дирекционных углов α этих линий
(4.6)
где αАВ и αСD определяются, используя формулы решения обратной геодезической задачи.
Координаты точки К пересечения прямой АВ и круговой кривой
радиуса R вычисляют следующим образом. Если известны координаты
точек А, В и центра О кривой, то по формулам решения обратной геодезической задачи находят дирекционные углы αАО, αАВ и длину SАО.
Сторону SАК вычисляют по формуле
(4.7)
где
Используя координаты точки А, длину
=
, определяют координаты точки К [8].
130
(4.8)
И дирекционный угол
Кроме приведенных, решают задачи по определению уравнений
линий, параллельных и перпендикулярных к заданным; координат центров круговых сооружений; главных элементов и координат характерных точек кривых.
4.3. Нормы и принципы определения точности разбивочных работ
Требования к точности разбивочных работ зависят от многих факторов: вида, назначения, местоположения сооружения; размеров сооружения и взаимного расположения его частей; материала, из которого
возводится сооружение; порядка и способа производства строительных
работ; технологических особенностей эксплуатации и т. п. [8].
Допустимые средние квадратичные погрешности геодезических
измерений МГ(доп) регламентируются Строительными Нормами и Правилами (СНиП) раздельно для геодезической разбивочной основы и для
разбивки сооружений, относящихся к различным классам точности.
В СНиП 3.01.03-84 «Геодезические работы в строительстве» приведены величины средних квадратических погрешностей построения
разбивочной сети строительной площадки (табл. 2.5).
Так, для разбивочной основы, для первого (высшего) класса точности, куда относятся сложные предприятия и группы сооружений на участках более 100 га, для угловых измерений МГ(доп) = 3" и для линейных –
1 . Для четвёртого класса точности, куда например относятся
25000
1
дороги и коммуникации, соответственно 30" и
.
2000
МГ(доп)
В этом же нормативном документе приводятся величины средних
квадратических ошибок, с которыми необходимо выносить на местность разбивочные элементы различных сооружений (расстояния, углы,
высоты). Величины ошибок разбивочных элементов (табл. 4.1) даны по
шести классам точности в зависимости от этажности, конструктивных
особенностей, способов выполнения соединений, сопряжений и узлов
сооружений. Наличие одной из характеристик, указанных в таблице,
служит основанием для назначения соответствующих требований к
точности. В этом же документе указываются приборы, применение которых может обеспечить требуемую нормативную точность разбивочных работ.
131
Таблица 4.1
Величины средних квадратических погрешностей построения внешней и
внутренней разбивочных сетей здания (сооружения) и других разбивочных
работ [23]
Угловые измерения. утл. с
Определение Передача отметок с
превышения
исходного на монна станции, мм тажный горизонт, мм
Металлические конструкции с фре- 1:15000
зерованными поверхностями, сборные железобетонные конструкции,
монтируемые методом самофиксации в узлах, сооружениях высотой
св. 100 до 120 м или с пролетами св
30 до 36 м
Здания св. 15 этажей, сооружения 1:10000
высотой св. 60 до 100 м или с пролетами св. 18 до 30 м
Здания св. 6 до 15 этажей, со- 1:5000
оружения высотой св. 15 до 60 м
или с пролетами от 6 до 18 м
5
1
10
2
20
2,5
Здания до 5 этажей, сооружения 1:3000
высотой до 15 м или с пролетами
до 6 м
Конструкции из дерева; инже- 1:2000
нерные сети, дороги, подъездные пути
Земляные сооружения, в том 1:1000
числе вертикальная планировка
30
3
30
5
45
10
Характеристика зданий, сооружений и конструкций
Линейные измерения
Числовые погрешности следует назначать в зависимости
от высоты монтажного горизонта (согласно приложениям
4 и 5) [23]
Пусть, например, требуется построить на местности горизонтальный угол с точностью М = 10" [8]. Для построения угла используется
теодолит с точностью 30", для контрольных измерений угла применим
способ приёмов. Число приёмов "п" определится из зависимости m =
t
n
, где t – точность теодолита, равная половине точности прибора.
Тогда п =
t 2 (15) 2 225
2 приема. Следовательно, при построеm 2 (10) 2 100
нии угла необходимо произвести его контрольные измерения двумя
приёмами.
Существует также расчетный путь определения точности разбивочных работ, требующий от исполнителя определенной инженерной
подготовки.
Согласно расчётам точность разбивки детальных осей сооружений
измеряется миллиметрами. Точность разбивки главных или основных
осей зависит от способа определения положения точек проектируемого
132
сооружения. В большинстве случаев размещение зданий, сооружений и
их взаимную компоновку проектируют на крупномасштабных топографических планах. Точность размещения объектов строительства определяется точностью плана. Следовательно, чтобы обеспечить подобие в
положении объекта на проектном чертеже и на местности, необходимо
выдержать точность плана. Известно, что точность плана характеризуется средней квадратической ошибкой определения положения точки,
равной 0,2 мм на плане. С учётом того, что рабочие чертежи разрабатываются в основном на планах масштаба 1:500, эта ошибка на местности
составит 10 см. Этой точности и придерживаются в основном при выносе точек, определяющих положение главных или основных осей [8 ].
133
Глава 5. ЭЛЕМЕНТЫ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ РАЗБИВОЧНЫХ РАБОТ
Вынос в натуру осей сооружений производят от ближайших пунктов геодезической основы способом прямоугольных или полярных координат, угловых или линейных засечек. Все эти способы предусматривают построение на местности проектных (разбивочных) углов,
расстояний, отметок [34].
5.1. Построение на местности проектного горизонтального угла
На местности обычно строят «левые по ходу» проектные горизонтальные углы. Если рассматривать ход 2–1–Р, то это будет угол β (рис.
5.1). При построении угла имеется лишь одно направление 1–2 между
исходными геодезическими пунктами, а второе направление 1–Р необходимо построить.
Рис. 5.1. Горизонтальный угол 2–1–Р [14]
Проектный горизонтальный угол β на местности можно построить
теодолитом двумя способами: полным приемом и способом редуцирования.
5.1.1. Способ полного приёма
Способ применяют, если необходимо построить угол с точностью,
равной точности теодолита.
Вынос на местность проектного горизонтального угла с вершиной в точке 1 (рис. 5.2) выполняют при двух положениях вертикального
круга теодолита: при «круге лево» (КЛ) и «круге право» (КП). Рассмотрим классическое построение угла [35].
Теодолит устанавливают в рабочее положение в вершине проектного угла, наводят на опорную точку 2 и берут на неё отсчёт 2(КЛ) по
шкале горизонтального круга. К полученному отсчёту прибавляют (если
угол откладывается по часовой стрелке) или отнимают от него (если
134
угол откладывается против часовой стрелки) значение проектного угла
(5.1)
и устанавливают полученный отсчёт на шкале горизонтального круга
сначала грубо, затем – точно наводящим винтом при закреплённой колонке. Положение направления на искомую точку А при «круге лево»
по команде наблюдателя фиксируют шпилькой на местности. Меняют
положение круга, берут отсчёт 2(КП) на опорную точку 2, вычисляют
отсчёт на точку А при круге право
(5.2)
и устанавливают полученный отсчёт на шкале горизонтального круга,
как и в предыдущем случае. Положение направления на точку А при
«круге право» фиксируют второй шпилькой на местности рядом с первой шпилькой. В случае расхождения в положении зафиксированных
направлений за окончательное принимают среднее направление. Затем
построенный угол измеряют теодолитом двумя-тремя полными приёмами. Если расхождения в значениях измеренного и проектного углов
соответствует заданной точности построения, то задача считается выполненной. В противном случае необходимо заново построить угол.
В формулах (5.1) и (5.2)
используют при отрицательных отсчётах и отсчётах, б льших 360 .
При незначительных требованиях к точности построения горизонтального угла, достаточно выполнить работы только при одном круге.
Рис. 5.2. Разбивка угла 2–1–А с точностью, равной точности теодолита
При построении на местности проектного горизонтального угла с
помощью электронного тахеометра после ориентирования его визирной
оси по направлению исходной стороны 1–2 (рис. 5.2) в электронную
память тахеометра вводят значение α1-2 ее дирекционного угла и затем
135
вращают алидаду тахеометра до тех пор, пока на его табло не высветится значение дирекционного угла а1-Р [14].
5.1.2. Способ редуцирования
Способ редуцирования при построении проектного горизонтального угла используют тогда, когда угол нужно построить прибором, номинальная точность которого не позволяет применить первый способ. Например, требуется перенести на местность проектный горизонтальный
угол β = 96°20'10" со средней квадратической погрешностью mβ = 20''
теодолитом 2Т30. Средняя квадратическая погрешность измерения горизонтального угла одним полным приемом теодолитом 2Т30 (номинальная) – mβ 0 = 30'' . На местности построение угла осуществляют в таком порядке (рис. 5.3) [14].
Строят горизонтальный угол, равный 96°20', при одном положении
вертикального круга, например КЛ. Построенный угол измеряют теодолитом, количество полных приёмов можно рассчитать по формуле:
2
mβ
n= 0 .
m
β
(5.3)
Для нашего случая, согласно этой формуле, можно принять n =2. В
результате измерения значение горизонтального угла βизм обычно отличается от его проектного значения βпр .
Рис. 5.3. Разбивка угла с повышенной точностью: β0 – измеренный угол, β – проектный угол [14]
Предположим, что горизонтальный угол, измеренный двумя приемами, равен βизм = 96°20' 30'' . Отсюда абсолютное расхождение между
проектным углом и его измеренным значением будет равно
= изм пр = 20'' . Отложить найденное значение разности углов теодолитом 2Т30 невозможно. Поэтому на местности по направлению 1–Р1
136
откладывают отрезок d, а из точки Р1 по перпендикуляру к этой стороне
– отрезок Δd , вычисленный по формуле
d Δ ''
Δd =
.
206265
(6.4)
Полученную точку Р закрепляют и делают контрольное измерение
проектного горизонтального угла 2–1–Р [14]. Если получаемое значение
отличается от проектного на допускаемую величину, то работу заканчивают. В другом случае требуется уточнение.
Пример 5.1. Постройте проектный угол
теодолитом
Т30 с заданной точностью 45”. Расстояние до проектной точки d=70 м.
[35].
Решение. Строим угол двумя приёмами. Получаем точки Р1 и Р2.
Отсчёт на точку 2 при КЛ: 2(КЛ)=
.
Отсчёт на точку А при КЛ: А(КЛ)=
.
Отсчёт на точку 2 при КП: 2(КП)=
.
Отсчёт на точку А при КП: А(КП)=
.
Измеренное
значение
построенного
проектного
угла
.
Разность
что
обеспечивает
необходимую точность построения угла.
5.2. Построение на местности проектного расстояния с помощью рулетки
Построение на местности линий заданной длины является наиболее
распространенной задачей при разбивочных работах. Для её решения
необходимо от исходной точки построить в заданном направлении отрезок, горизонтальное проложение которого равно проектному значению (в проекте задаётся горизонтальное проложение). Поскольку на местности откладывают наклонное расстояние, его необходимо
рассчитать. Для этого в проектное расстояние в момент построения вводят поправки (за компарирование, температуру и наклон местности).
Если при построениях используют компарированную стальную рулетку, то формула для вычисления наклонного расстояния D, имеет следующий вид [14]
,
(5.5)
где
– горизонтальное проложение, т.е. проектное расстояние;
–
поправка за наклон местности;
– поправка за температуру;
–
поправка за компарирование мерного прибора.
Поправку за наклон
при однообразном скате вычисляют по
формулам:
137
когда известен угол наклона v проектной линии, то
2 ν
2d прsin 2
;
Δd ν=
cosν
(5.6)
если известно превышение h между концами линии, то
Δd ν
h2
.
2d пр
(5.7)
Вопрос: как поступить, если уклон на протяжении проектного отрезка непостоянен?
Формулы предполагают, что уклон на всем протяжении проектного
расстояния постоянен. Если данное условие не выполняется, то проектную линию строят на местности по частям, при этом ее делят на отдельные отрезки равного уклона и в каждый отрезок вводят соответствующие поправки за наклон.
Вопрос: почему поправка за наклон при построении линии
на местности всегда положительна ?
Поправку за температуру
вычисляют по формуле:
,
(5.8)
где – коэффициент расширения металла, из которого изготовлен мерный инструмент (для стали
);
– приближённая длина линии
(
;
– соответственно температура прибора в моменты
компарирования и измерения расстояния.
Поправка за температуру имеет знак плюс, если рабочая температура ниже температуры компарирования, и знак минус – если рабочая
температура выше температуры компарирования.
Поправку за компарирование22
вычисляют по формулам:
или
,
(5.9)
где – фактическая (рабочая) длина мерного прибора;
– эталонная
длина мерного прибора (номинальная);
– разница между
фактической и эталонной длиной; n – число отложений мерного прибора.
22
Компарирование – сравнение длины мерного прибора с эталоном на компа-
раторе.
138
Поправку
вводят со знаком плюс, если фактическая длина мерного прибора меньше номинальной, и со знаком минус в обратном случае.
Пусть, например, при выносе в натуру проектной линии использовался прибор [8], длина которого при температуре измерения была
меньше его номинальной длины. В этом случае отложенная линия будет
короче проектной, и, следовательно, поправку надо вводить со знаком
«плюс». Если этот прибор использовать для измерения линии, то поправку надо вводить со знаком «минус», так как при измерении укороченным мерным прибором, результат получится б льшим, чем следует.
При компарировании мерным приборам задают одинаковое натяжение и линейкой измеряют разность между фактической длиной мерного прибора и длиной образцового прибора , т. е. поправка за компарирование прибора равна
.
Фактическая длина рулетки будет
.
При работах, выполняемых с относительной погрешностью линейных измерений (построений), не превышающих 1:2000, поправки за наклон учитывают, если угол наклона линии больше 1,5°; поправки за
компарирование мерного прибора учитывают, если поправка за компарирование (l0 – l) более 2 мм на 20 м (точность 1:20000); поправки за
температуру учитывают, если абсолютная разность температур превышает 8 °С [14].
Задача на построение отрезка с помощью ленты или рулетки на местности решается двумя способами – непосредственным отложением
заданной длины и редуцированием. Способ редуцирования заключается
в следующем (рис. 5.4).
Рис. 5.4. Построение на местности проектного расстояния
От исходной точки А в заданном направлении провешивают линию
и в полученном створе откладывают приближенное значение проектно139
го расстояния. Затем расстояние АР1 с необходимой точностью измеряют светодальномером или другим мерным прибором, учитывая все поправки. Вычислив длину закреплённого отрезка, сравнивают его с проектным значением, находят линейную поправку
как разность между
проектной и вычисленной длиной линии и откладывают от точки Р1 со
своим знаком по направлению линии, после чего закрепляют положение
проектной точки Р. Затем делают контрольное измерение линии АР
[14].
Точность построения проектного расстояния в способе редукции в
основном зависит от точности измерения расстояния АР1. Исходя из
требуемой точности определения проектного расстояния, выбирают
приборы для измерений. Для разбивки линий с точностью 1:2000-1:3000
применяют стальные мерные ленты, 1:3000–1:10000 – шкаловые ленты
и рулетки, 1:10000–1:50000 – инварные ленты и проволоки или светодальномеры [18].
При использовании для построения проектного расстояния электронного тахеометра, конструктивными частями которого являются
электромагнитный дальномер (светодальномер) и вычислительный
блок, методика построения линии несколько отличается от той, которая
была изложена ранее. Во-первых, тем, что перечисленные ранее поправки, входящие в формулу, не имеют смысла или автоматически
учитываются в процессе полевых работ. Во-вторых, при наличии радиосвязи между наблюдателем, находящимся у тахеометра, установленного
на одном из концов проектной линии, и его помощником с отражателем
построение проектного расстояния возможно в так называемом следящем режиме. При работе в этом режиме помощник наблюдателя по его
командам постепенно перемещается по створу линии по направлению к
проектной точке Р. В то же самое время тахеометром непрерывно измеряют горизонтальное проложение до отражателя. Работу выполняют до
тех пор, пока на табло тахеометра не высветится заданное значение
проектного горизонтального проложения
. В этом месте закрепляют
знак, фиксирующий положение точки Р на местности [14].
Пример 5.2 [14]. Рассчитайте наклонное расстояние D, которое
нужно отложить на местности, если dпр = 300,15 м. Превышение между
концами линии, определенное по горизонталям плана, h = + 10,0 м,
средняя температура рулетки в момент измерения t = +31 °С, а температура to = + 21,5°С; l = 19,997.
Решение. Рассчитываем поправки:
140
.
Следовательно:
Пример 5.3 [19]. Рассчитайте наклонное расстояние D, которое нужно
отложить на местности, если dпр = 69,738 м. Относительная погрешность построения расстояния не более 1:10000. Превышение концов
проектной линии h = 0,805 м. Для построения на местности используется стальная рулетка Р100 (номинальная длина 100 м), при компарировании которой при температуре t0 = +18°С получена фактическая её длина
100,0035 м. Рабочая температура рулетки в момент построения линии
составила t = + 22,5°С.
Решение.
.
Рассчитываем сначала поправки:
Другой способ:
.
Фактическая длина больше номинальной, следовательно, поправка
с минусом.
Подставляем поправки в формулу:
Контрольное измерение:
Разность с проектной длиной: =
Требуемая
(допустимая)
больше, чем погрешность построения.
141
точность
построения:
5.3. Вынос на местность проектной отметки
Все отметки, указанные в проекте сооружения, делаются от уровня
«чистого пола» или от какого-либо другого условного уровня. Поэтому
предварительно их необходимо перевычислить в систему, в которой даны высоты исходных реперов [8].
Задача по перенесению на местность проектной отметки является
наиболее распространённой при высотных разбивках. Сущность работы
по перенесению на местность проектной отметки заключается в установке в натуре геодезического знака (кола, отрезка металлической трубы и пр.) так, чтобы его верхний срез имел проектную отметку Нпр.
Для выноса на местность проектной отметки используют, в основном, метод геометрического нивелирования; при невозможности его
использования применяют метод тригонометрического нивелирования.
5.3.1. С помощью нивелира
Работу на местности по выносу проектной отметки выполняют с
помощью горизонтального визирного луча нивелира в следующем порядке (рис. 5.5) [14].
1.
На местности находят плановое положение проектной точки А.
2.
Нивелир устанавливают примерно посередине между исходным
репером и вынесенной в натуру точкой А.
3.
Определяют горизонт прибора по формуле
где
– абсолютная высота репера; а – отсчет по рейке, установленной на репере.
Рис. 5.5. Вынос на местность проектной отметки: 1 – репер; 2 – уровенная поверхность; 3 – визирный луч [14]
4.
Вычисляют проектный отсчет
142
, который называют также
«проектной рейкой». Согласно рис. 5.5.
.
(5.10)
5.
На местности в точке А забивают кол таким образом, чтобы отсчет
по рейке, установленной на нем, был равен вычисленному значению
.
6.
Для контроля построения проектной отметки следует изменить
горизонт прибора, определить фактическую отметку вынесенной точки
и сравнить её с проектной. В случае недопустимых расхождений работу
выполняют заново.
Проектную отметку можно вынести на местность также электронным тахеометром [14]. Для этого вначале находят плановое положение
проектной точки, которое закрепляют геодезическим знаком, как в рассмотренном ранее способе. Затем электронным тахеометром, который
устанавливают над геодезическим пунктом с известной высотой, определяют с заданной точностью высоту закрепленной на местности точки,
равную Н'п. Вычисляют разность hр между проектной отметкой и найденной высотой h р Н пр H п , которую называют условной рабочей отметкой. Найденные условные рабочие отметки со своим знаком (плюс
для насыпи и минус для выемки) записывают на коле или на специальных фанерных табличках краской, слабо подверженной атмосферным
влияниям (рис. 5.6).
Рис. 5.6. Закрепление проектной отметки: 2 – уровенная поверхность. [14]
5.3.2. С помощью теодолита
При использовании для построения проектной отметки метода
тригонометрического нивелирования [19] в точке с известной высотой
устанавливают теодолит (рис. 5.7), измеряют его высоту i,
горизонтальное проложение d и рассчитывают угол наклона v,
соответствующий проектной высоте Hпр:
143
.
(5.11)
Рис. 5.7. Построение проектной отметки способом тригонометрического нивелирования [19]
Далее определяют отсчёты по вертикальному кругу теодолита при
«круге право» и «круге лево», соответствующие значению проектного
угла наклона:
(5.12)
где М0 – место нуля, предварительно определённое на станции по двумтрём точкам.
Строят углы при КЛ и КП, ставят метку М. Метка М будет
соответствовать проектной высоте в заданной точке.
Для контроля построения проектной отметки следует изменить
горизонт прибора, измерить несколькими приёмами угол наклона на
метку М и вычислить значение проектной высоты по формуле:
.
(5.13)
Если при построении не будет обеспечена заданная точность, то
метку М перемещают на величину расхождения в соответствующем
направлении и выполняют контрольную проверку высоты.
144
5.4. Построение линии с заданным проектным уклоном (по двум точкам)
Построение линии с проектным уклоном осуществляют при строительстве дорог, улиц, взлётно-посадочных полос аэродромов, подземных коммуникаций и т.д. [33]. Для построения линий проектных уклонов используют нивелиры, теодолиты, а также лазерные приборы. При
небольших проектных уклонах удобно использовать нивелиры, при
значительных уклонах превышение определяют методом тригонометрического нивелирования.
5.4.1. С помощью горизонтального луча нивелира
Пусть из точки А в направлении АВ требуется разбить линию длиной d с заданным уклоном iпр (рис. 5.8). Для этого выполняют следующий комплекс работ [18].
Рис. 6.8. Построение линии с заданным проектным уклоном с помощью горизонтального луча нивелира [18]
1. Находят плановое положение точки В: откладывают на местности
проектное расстояние d, отмечают колышком точку В.
2. Вычисляют проектную отметку точки В по формуле:
Н В Н А hпр ,
где превышение между точками А и В равно hпр
Уклон линии i=h/d. Отсюда h=i х d.
3. Между точками A и В устанавливают нивелир и, взяв отсчет по
рейке на точке А ач, находят горизонт прибора:
ГП = НА + ач.
4. Затем вычисляют отсчет по рейке, который должен соответствовать
проектному положению торца колышка в точке В:
145
b ГП Н В Н А ач Н В .
(5.14)
5. Выносят отметку точки В. Линия, соединяющая торцы колышков в
точках А и В, и будет линией с заданным уклоном.
Таким образом, построение линии с заданным проектным уклоном
сводится к вычислению отсчёта по передней рейке и выставлению торца
колышка на эту отметку.
5.4.2. Построение линии с проектным уклоном по двум точкам с помощью
теодолита
При разбивке на местности линий со значительными уклонами i
или углами наклона v используют теодолит (рис. 5.9). Для этого соблюдают следующую последовательность действий [18].
1. Рассчитывают вертикальный угол, соответствующий проектному
уклону.
2. В точке А устанавливают теодолит, измеряют его высоту iТ и
отмечают ее на рейке.
3. От точки А откладывают наклонное расстояние D = d/cos vпр и
отмечают полученную точку В колышком.
Рис. 5.9. Построение линии с заданным проектным уклоном с помощью теодолита [18]
Уклон линии
.
.
Место нуля М0 – отсчёт по вертикальному кругу при центральном положении пузырька цилиндрического уровня при
трубе. Формулы для расчёта угла вертикального круга, измеренные разными теодолитами, – разные. Для 2Т30 М0=
.
ВК(КЛ)=
ВК(КП)=
4. Через МО вертикального круга вычисляют отсчет при КЛ (или
КП), соответствующий проектному углу наклона vпр, и устанавливают
этот отсчет на вертикальном круге теодолита.
5. Затем на колышек в точке В ставят рейку и колышек забивают до
тех пор, пока отсчет по рейке не станет равным высоте теодолита iТ.
Таким образом, построение линии с заданным проектным уклоном
146
сводится к вычислению проектного угла и его выставлению на рейку.
Пример 5.4 [19].
Постройте проектный угол с помощью теодолита.
Исходные данные.
Величина проектного уклона
Точность построения
уклона
Место нуля
Горизонтальное
проложение линии 1-2
Проектная высота в точке 1
Решение. Определяем проектную высоту в точке 2:
.
По формулам 10.15 и
находим значения проектного
угла и отсчётов по вертикальному кругу при «круге лево» и «круге право»:
ВК(КЛ)
ВК(КП)
Отсчёт по рейке в точке 2 при наблюдениях после установки отсчётов по вертикальному кругу при положениях КЛ и КП
При контрольном нивелировании максимальное расхождение в
проектных высотах по линии 1–2 на расстоянии 15 м составило 15 мм.
Таким образом, погрешность в построении проектного уклона составила 15 мм/15000 мм=0,001, что удовлетворяет поставленной задаче.
5.5. Перенесение на местность длинных линий проектного уклона
При больших длинах линий с заданным проектным уклоном сначала на проектные отметки устанавливают начальную и конечную точки
линии. Проектные отметки точек А и В переносят горизонтальным визирным лучом нивелира от ближайших реперов. Перенести на местность проектные отметки всех промежуточных точек можно различными способами.
Удобнее и быстрее эту работу сделать наклонным лучом нивелира.
Первый способ. Устанавливают нивелир примерно посередине линии АВ так, чтобы два его подъемных винта были направлены вдоль
этой линии (рис. 5.10). Действуя этими винтами, добиваются такого положения, чтобы отсчеты v по рейкам, установленным в точках А и В,
были равны между собой. В этом случае визирная ось нивелира будет
параллельна проектной линии [14].
147
Полученный отсчет v записывают в журнал и, последовательно перемещая рейку по точкам 1, 2, 3 и 4, забивают колья на такую высоту,
при которой отсчет по рейке будет равен v.
Рис. 5.10. Перенесение на местность линии проектного уклона [14]
Второй способ. В точке А (рис. 5.11) устанавливают нивелир или
теодолит23 так, чтобы два подъемных винта подставки были направлены
вдоль линии АВ, и тщательно измеряют высоту прибора от верхнего
среза геодезического знака до визирной оси нивелира (практически до
середины окуляра) или до горизонтальной оси теодолита. Действуя
подъемными винтами нивелира или вращая зрительную трубу теодолита, устанавливают отсчет по рейке в точке В, равный высоте прибора, в
результате чего визирная ось будет параллельна проектной линии. Тогда на всех промежуточных точках забивают колья так, чтобы отсчет по
рейке был равен высоте прибора [14].
С меньшей точностью при высотных разбивках для земляных работ
детальное построение наклонной линии выполняют с помощью визирок, представляющих собой деревянные бруски с поперечной планкой;
высота визирок должна быть одинаковой. Две постоянные визирки устанавливают в точках А и В (рис. 5.12); наблюдатель визирует глазом по
верхним обрезам планок этих визирок и получает визирный луч ab заданного уклона. Его помощник последовательно устанавливает третью,
ходовую визирку на промежуточных точках и забивает в этих точках
колья так, чтобы верхний обрез ходовой визирки совпадал с линией визирования [18].
23
При больших уклонах вместо нивелира в точке А устанавливают теодолит,
трубе которого придают требуемый наклон.
148
Рис. 5.11. Перенесение на местность линии проектного уклона [14]
Рис. 5.12. Схема построения линии проектного уклона с помощью визирок [18]
При больших объемах работ по вертикальной планировке в настоящее время применяют прибор управления лучом (ПУЛ), в котором
управление землеройным механизмом осуществляется с помощью лазерной системы [18].
5.6. Построение проектной плоскости
При выносе в натуру проектной плоскости точки А, В, С, D устанавливают на проектные отметки. Положение подъёмных винтов нивелира в исходной точке А показано на рис. 5.13 .Действуя подъёмными
винтами 1 и 2. Добиваются, чтобы отсчёт по рейке в точке В был равен
высоте стояния нивелира в исходной точке. Эти действия повторяют до
тех пор, пока отсчёты по рейке в точках В, С и D не будут равны высоте
стояния прибора. Таким образом добиваются, чтобы плоскость, описываемая визирным лучом, была параллельна проектной плоскости [28].
149
Рис. 5.13. Схема выноса в натуру плоскости заданного уклона [28]
5.7. Передача отметки на дно глубокого котлована (траншеи)
При проведении геодезических разбивочных работ в процессе возведения зданий и сооружений часто возникает задача передачи проектной отметки на рабочие горизонты: дно котлована или траншеи, высокие части здания и т. п.
Для перенесения проектной отметки на дно глубокого котлована
(рис. 5.14) необходимо вблизи верхней бровки котлована соорудить
укосину, на которой подвешивают рулетку (или мерную ленту) нулем
вниз [18]. На репер А ставят рейку, между репером и рулеткой устанавливают в рабочее положение нивелир. Последовательно визируя на рейку и рулетку, берут отсчеты а и b.
Далее переносят нивелир на дно котлована, а рейку – на колышек
В, забитый на дне котлована. Берут отсчеты по рулетке и рейке (c и d).
.
Отсюда отметка дна котлована (верхнего торца колышка В) определится по формуле
H B H A a b c d .
Для того чтобы отметка дна котлована была равна проектной Н пр
необходимый отсчет по рейке должен быть
d H A a b c H пр
(5.15).
Колышек на дне котлована забивают до тех пор, пока отсчет по
рейке не станет равным величине d', вычисленной по формуле.
150
Рис. 5.14. Передача отметки на дно котлована или траншеи [18]
5.8. Передача отметки на монтажный горизонт
Передача отметки от опорного репера на рабочий репер монтажного горизонта выполняется с помощью двух нивелиров и стальной рулетки с миллиметровыми делениями, подвешенной на кронштейне (рис.
5.15) [18]. На нулевом конце рулетки закрепляют груз 10 кг, который
опускают в сосуд с вязкой жидкостью (например, смесью отработанного машинного масла с опилками).
На исходном репере А и рабочем репере В устанавливают рейки и
по команде одновременно с помощью нивелиров берут отсчеты: по рейкам – a и d; по нижней и верхней частям рулетки – b и с. Расстояние по
вертикали между горизонтами нивелиров будет (с – b). Отметка точки В
определится по формуле
H B H A a 1 c b d .
(5.16)
151
Для контроля измерения повторяют, изменив высоту приборов. На
монтажном горизонте рекомендуется устанавливать не менее двух рабочих реперов.
Для ускорения передачи отметок на верхние монтажные горизонты
на соответствующей стене закрепляют небольшую шкалу, по которой
легко найти и зафиксировать проектную отметку монтажного горизонта.
Если передача отметки не требует высокой точности либо не может
быть выполнена с помощью нивелиров и рулетки, то задача решается с
использованием теодолита методом тригонометрического нивелирования.
Рис. 5.15. Передача отметки на монтажный горизонт [18]
152
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Багратуни Г.В. Инженерная геодезия / Багратуни Г.В., Болгов И.Ф.,
Величко В.А. и др.; под общей ред. П.С. Закатова. – М.: Недра,
1969. – 399 с.
Багратуни Г.В. Инженерная геодезия: учебник для строительных
специальностей вузов / Г.В. Багратуни, В.Н. Ганьшин, Б.Д. Данилевич. – М.: Недра, 1984. – 344 с.
Березин Н.Г. Геодезическое обеспечение строительства автомобильных дорог. – Томск: ТГАСУ, 1997. – 170 с.
Бубнов И.А. Военная топография – учебник для военных училищ
Советской Армии / Бубнов И.А., Кремпф А.И., Калиник А.К.,
Шленников С.А. – М.:Воениздат, 1969. – 352 с.
Букринский В.А. Основы геодезии и маркшейдерского дела: Учеб.
для иностранных студ. / Букринский В.А., Орлов Г.В., Самошкин
Е.М.; Под ред. В.А. Букринского. – М.: Недра, 1989. – 382 с.
ВСН 30-81. Инструкция по установке и сдаче заказчику закрепительных знаков и реперов при изыскании объектов нефтяной промышленности. – Введ. 1981–01–01. – М. – 1980. – 17 с.
ГОСТ 22268-76. Государственный стандарт Союза ССР. Геодезия.
Термины и определения. – Введ. 1981-06-15. – М.: Издательство
стандартов, 1981. – 39 с.
Инженерная геодезия/ Учебник для вузов / Клюшин Е.Б., Киселёв
М.И., Михелёв Д.Ш., Фельдман В.Д; Под ред. Д.Ш. Михелёва. –
М.: Высшая школа, 2001. – 464 с.
Инструкция по нивелированию I, II, III, IV классов. ГКИНП
(ГНТА)–03–10–02. – М.: ЦНИИГАиК, 2003. – 55 с.
Инструкция по топографической съёмке в масштабах 1:5000,
1:2000, 1:1000 и 1:500. ГКИНП–02–033–79. – Введ. 1983–01–01. –
М.: Недра, 1982. – 160 с.
Киселёв М.И. Геодезия: учебник для среднего специального образования / Киселёв М.И., Михелёв Д.Ш. – М.: Академия, 2004. – 381
с.
Кузьменко И.Н., Субботин И.Е. Инженерно-топографические условия при трассировании магистрального газопровода // Сб. «Инженерная геодезия». – 1977. – вып. 20. – С. 22-30.
Маслов А.В. Геодезия / Маслов А.В, Гордеев А.В., Батраков Ю.Г. –
М.: КолосС, 2008. – 598 с.
153
14. Неумывакин Ю.К. Земельно-кадастровые геодезические работы /
Неумывакин Ю.К., Перский М. И. – М.: КолосС, 2008. – 184 с.
15. Пандул И.С. Геодезические работы при изысканиях и строительстве гидротехнических сооружений: Учебное пособие / Пандул И.С.
– Спб.: Политехника, 2008. – 154 с.
16. Передерин В.М. Основы геодезии и топографии: Учебное пособие /
В.М. Передерин, Н.В. Чухарева, Н.А. Антропова. – Томск: Изд-во
ТПУ, 2005. – 127 с.
17. Поклад Г.Г. Геодезия: Учебник для вузов. – М.: Недра, 1988. – 304
с.
18. Поклад Г.Г. Геодезия: учебное пособие для вузов / Поклад Г.Г.,
Гриднев С. П. – М.: Академический проект, 2007. – 592 с.
19. Попов В.Н. Геодезия: учебник / Попов В. Н., Чекалин С. И. – М.:
«Мир горной книги», Издательство Московского государственного
горного университета, издательство «Горная книга», 2007. – 722 с.
20. Пособие по производству геодезических работ в строительстве (к
СНиП 3.01.03-84). – М., Стройиздат, 1985.
21. РД-153-39.4Р.-128-2002(ВСН). Производственно-отраслевые (ведомственные) нормы. Инженерные изыскания для строительства
магистральных нефтепроводов. – Введ. 2002-10-03. – М. – 2002. –
85 с.
22. Сироткин М.П. Справочник по геодезии для строителей / Сироткин
М.П., Сытник В.С. – М.: Недра, 1987. – 334 с.
23. СНиП 3.01.03-84. Строительные нормы и правила. Геодезические
работы в строительстве. – Введ. 1985–07–01. – М. – 1985. – 17 с.
24. СНиП 11.02.96. Строительные нормы и правила. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. – Введ. 1996-1101. – М. – 1996. – 55 с.
25. СНиП 2.05.06.85*. Строительные нормы и правила. Магистральные
трубопроводы. – Введ. 1986–01–01. – М. – 1985. – 73 с.
26. СНиП III.42.80*. Строительные нормы и правила. Магистральные
трубопроводы. – Введ. 1981–01–01. – М. – 1980. – 60 с.
27. СП 11-104-97. Свод правил по инженерным изысканиям для строительства. Инженерно-геодезические изыскания для строительства.
– Введ. 1998-01-01. – М. – 1997. – 73 с.
28. Справочник по геодезическим работам в строительно-монтажном
производстве / под ред. Ю. В. Полищука. – М.: Недра, 1990. – 336 с.
29. Субботин И.Е. Инженерно-геодезические работы при проектировании, строительстве и эксплуатации магистральных нефтегазопроводов / Субботин М.Е. – М.: Недра, 1987. – 140 с.
154
30. Типы местности и их свойства. Рельеф местности. 2010. URL:
http://super-map.ru/orientirovanie/mestnost-ee-raznovidnosti-isvojstva.html. Дата обращения 28.01.2014.
31. Толковый словарь под ред. C. И. Ожегова и Н.Ю.Шведовой {Электронный
ресурс}.
URL:
http://poiskslov.com/word/%D0%BC%D0%B5%D0%B6%D0%B5%D
0%BD%D1%8C/. Дата обращения: 29.01.2014.
32. Трубопроводный транспорт нефти / Г.Г. Васильев, Г.Е. Коробков,
А.А. Коршак и др.; Под ред. С.М Вайнштока: Учеб. Для вузов: В 2
т. – М.:ООО «Недра-Бизнесцентр», 2006. – Т.1. – 407 с.
33. Федотов Г.А. Инженерная геодезия: Учебник / Федотов Г.А. – М.:
Высшая шк., 2006. – 463 с.
34. Фельдман В.Д. Основы инженерной геодезии: учебник / Фельдман
В.Д., Михелёв Д. Ш. – М.: Высшая школа, 2001. – 314 с.
35. Чекалин С.И. Основы картографии, топографии и инженерной геодезии: Учебное пособие для вузов / Чекалин С.И. – М.: Академический проект, 2009. – 393 с.
155
Учебное издание
ГЕОДЕЗИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
СТРОИТЕЛЬСТВА НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ
(КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ)
ЧАСТЬ 1
Учебное пособие
Составитель
АНТРОПОВА Наталья Алексеевна
Научный редактор кандидат технических наук,
А. В. Рудаченко
Отпечатано в Издательстве ТПУ в полном соответствии
с качеством предоставленного оригинал-макета
Подписано к печати 00.00.2014. Формат 60х84/16. Бумага «Снегурочка».
Печать XEROX. Усл.печ.л. 9,75. Уч.-изд.л. .
Заказ 000-13. Тираж экз.
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Система менеджмента качества
Издательства Томского политехнического университета
Сертифицирована в соответствии с требованиями ISO 9001:2008
. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30
Тел./факс: 8(3822)56-35-35, www.tpu.ru
156
