ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ МОСТОВ

И тоннелей

На всех этапах строительства моста требуется высокая точность исполнения проекта, которая обеспечивается геодезическими работами. К ним, в частности, относятся создание геодезической разбивочной сети, разбивка мостовых опор на разных этапах их возведения, разбивка на опорах осей подферменных площадок, контроль монтажа пролетного строения и установки его на опорные части.

Геодезические работы, обеспечивающие строительство сложных мостов (мостов длиной более 300 м, вантовых мостов, мостов, расположенных на кривых, мостов с опорами высотой более 15 м) выполняют в соответствии с проектом производства геодезических работ (ППГР).

Создание геодезической разбивочной сети моста

Геодезическая разбивочная сеть является плановой и высотной основой разбивочных и контрольно-измерительных работ на всех стадиях строительства моста.

Пункты разбивочной сети располагают на берегах реки и островах, в местах, удобных для выполнения разбивочных работ и контрольных измерений. Два пункта сети помещают на оси моста - в ее начале и конце. Координаты пунктов плановой разбивочной сети определяют в местной системе координат. На прямолинейных мостах чаще всего ось х направляют по оси моста. Наиболее распространенная схема мостовой разбивочной сети показана на рис. 17.1, а.

Пункты сети закрепляют на местности надежными знаками. Конструкция знака представлена на рис. 17.1, б.

Рис. 17.1 Разбивочная сеть:

а - схема; б - устройство пункта: 1 – стальная пластина толщиной 10 мм

с отверстием d = 16,5 мм; 2 – труба d = 160 мм; 3 – щебень или крупнозернистый песок;

4 – бетон; 5 - репер

В разбивочной сети измеряют по возможности все углы и расстояния. Измерения выполняют электронными тахеометрами не менее чем тремя приемами. Углы измеряют со средней квадратической погрешностью 2"-5", а расстояния – 2-3 мм. Средние квадратические погрешности определения координат пунктов не должны превышать 6 мм.

Обработку измерений выполняют на компьютерах, используя стандартные программы, обеспечивающие уравнивание выполненных измерений и вычисление координат пунктов сети и оценок их точности.

Пункты высотной сети закрепляют на местности реперами. При строительстве сложного моста устраивают по два репера на каждом берегу. Часто репер высотной сети совмещают с центром пункта плановой сети. Так, на пункте, изображенном на рис. 17.1, б, репером 5 служит приваренный к трубе штырь (уголок или арматурный стержень).

Реперы связывают между собою ходами геометрического нивелирования III или IV класса в единую высотную сеть. Средние квадратические погрешности отметок относительно репера, принятого за исходный, не должны превышать у постоянных реперов – 3 мм, у временных – 5 мм. Высотную сеть моста связывают с государственной нивелирной сетью.

При строительстве опор на каждой опоре устраивают временный репер, который ходами нивелирования привязывают к постоянным реперам.

Геодезические работы при строительстве опор моста

На каждом этапе строительства опоры моста - при возведении шпунтового ограждения, свайного основания, ростверка, тела опоры, ригеля, подферменных площадок – выполняют разбивочные работы по выносу в натуру осей и основных точек данного элемента.

Вынос точек в проектное положение выполняют с помощью засечек или откладывая проектные расстояния по оси моста. При этом часто применяют прием, называемый методом редуцирования.

Метод редуцирования включает два этапа. На первом этапе вынос точки в проектное положение выполняют приближенно. Приближенную точку временно закрепляют и определяют ее координаты.

На втором этапе вычисляют элементы редукции, то есть элементы вектора, соединяющего приближенную точку с проектной. Отложив эти элементы, находят окончательное, проектное положение точки.

Например, для вынесения на строящуюся опору ее центра O с координатами x_O, y_O в любом, удобном для измерений месте намечают приближенную точку P (рис. 17.2). В зависимости от условий точка P может быть выбрана как вблизи центра опоры, так и за ее пределами, например, на шпунтовом ограждении. С помощью геодезических измерений определяют координаты x_P, y_P точки P. Вычисляют разности координат:

Dx = x_O - x_P, Dy = y_O - y_P.

Для определения положения центра опоры O надо от точки P в направлении оси моста отложить отрезок Dx и перпендикулярно ему, в направлении оси опоры, - отрезок Dy (см. рис. 17.2).

На практике чаще всего, установив теодолит (тахеометр) в точке P и зная угол g, ориентируют зрительную трубу параллельно оси моста и на теле опоры или шпунтовом ограждении отмечают точки 1 и 2. Отложив от этих точек отрезки Dy, фиксируют положение оси моста. Повернув зрительную трубу на 90°, отмечают точки 3 и 4 и, отложив отрезки Dx, фиксируют положение оси опоры.

Рис. 17.2 Вынос точки методом редуцирования:

O – центр опоры; P – приближенная точка; x – ось моста; y – ось опоры;

1 - шпунтовое ограждение; 2 – ростверк; 3 – тело опоры; МТ3 – пункт разбивочной сети;

g и b - углы ориентирования отрезков Dx и d относительно направления на пункт МТ3

Для определения положения центра опоры О возможен и такой прием. По координатам точек P, O и МТ3 вычисляют угол β и расстояние d. Отложив от направления на пункт МТ3 угол β, а затем расстояние d, находят положение точки O.

Необходимые для реализации метода редуцирования координаты приближенной точки P обычно определяют с помощью засечек.

Прямая угловая засечка. Для определения координат точки P₂ на пунктах разбивочной сети 1 и 2 (рис. 17.3, а), координаты которых x₁, y₁, x₂, y₂ известны, измеряют углы b₁ и b₂. Искомые координаты вычисляют по формулам, приведенным в ч. I, п. 6.5.

Среднюю квадратическую погрешность определения положения точки прямой угловой засечкой вычисляют по формуле

где m_b – средняя квадратическая погрешность измерения угла, выраженная в секундах, и r = 206265² – число секунд в одном радиане.

Рис. 17.3 Определение координат точек засечками:

а – прямая угловая и полярная засечки; б – обратная угловая засечка

Полярная засечка. Для определения координат точки Р₁ (см. рис. 17.3, а) на пункте 1 измеряют угол β и расстояние d. Координаты точки Р₁ вычисляют по формулам:

; ,

где дирекционный угол .

Точность определения положения полярной засечкой оценивают средней квадратической погрешностью, вычисляемой по формуле

,

где m_d - средняя квадратическая погрешность измерения расстояния.

Обратная угловая засечка.В точке Р (рис. 17.3, б) измеряют горизонтальные углы b₁ и b₂ между направлениями на пункты разбивочной сети 1, 2, 3. Координаты точки Р можно вычислить по формулам, приведенным в ч. I, п. 6.5 или по формулам:

k₁=(x₂ - x₁)ctgb₁+(y₂-y₁); k₂=(y₂ - y₁)ctgb₁ - (x₂-x₁);

k₃=(x₃ - x₁)ctgb₂+(y₃-y₁); k₄=(y₃ - y₁)ctgb₂ - (x₃-x₁);

x_p = x₁ + Dx_1.P; y_p = y₁ + Dx_1.P tga_1.P.

Среднюю квадратическую погрешность определения положения точки обратной угловой засечкой вычисляют по формуле

Комбинированные засечки. Кроме названных видов засечек, применяют и иные засечки с другими комбинациями угловых и линейных измерений.

Для определения координат точки достаточно измерить два элемента (угла или расстояния), как это и выполняется в каждой засечке. Но для обнаружения возможных грубых ошибок при измерениях и повышения точности определения координат одной засечкой не ограничиваются и измеряют избыточное число углов и расстояний. Совместную обработку таких измерений выполняют методом наименьших квадратов, обеспечивающим вычисление координат с минимальными средними квадратическими погрешностями. Существуют программы для таких вычислений, ими, в частности, оснащены современные электронные тахеометры.

Вынос отметок на опоры выполняют методами геометрического или тригонометрического нивелирования. При передаче отметки в котлован или на верхние части опоры используют вертикально подвешенную рулетку с грузом 10 кг или ручной безотражательный дальномер. Способы выполняемых при этом измерений изложены в п. 14.3. Для контроля высоту каждой точки определяют не менее чем от двух реперов геодезической разбивочной сети.

После сооружения каждого элемента опоры выполняют его планово-высотную исполнительную съемку, в результате которой устанавливают точность исполнения проекта.

Геодезические работы при монтаже пролетного строения

Геодезические работы, выполняемые при сооружении пролетного строения, обеспечивают точность его сборки в соответствии с проектом. Измерениями, выполняемыми по окончании сборки, контролируют результаты сборки и отклонения от проекта.

Пролетные строения различаются по материалу (железобетонные, металлические, комбинированные); по конструкции (балочные, арочные, рамные и др.); по методу сборки (на подмостях, в навес, продольная или поперечная надвижки, доставка на плаву). Методы геодезических работ при сборке пролета и контроле результатов сборки зависят от перечисленных факторов.

Контроль за монтажом пролетного строения в плане заключается в проверке прямолинейности главных балок или коробчатых элементов пролета. Прямолинейность элементов пролета контролируют методом бокового нивелирования. Теодолит T₁ (рис. 17.4) ориентируют параллельно оси пролета. К контролируемым узлам последовательно прикладывают пятку горизонтальной рейки Р (или линейки) и берут отсчеты а₁, а₂,…, а₄; b₁, b₂…, b₄. Результаты измерений сравнивают с проектными величинами и определяют отклонения от допусков.

Рис. 17.4 Контроль сборки пролета методом бокового нивелирования

Помимо прямолинейности элементов пролета, контролируют длину элементов d₁, d₂, …, d₆ и с помощью теодолита T₂ - отклонения с₁, с₂торцов пролета от перпендикуляра к его оси.

Высотный контроль сборки пролетного строения выполняют, определяя путем нивелирования значения ординат - высот h₁, h₂,…, h₉ (рис. 17.5) элементов собранного пролета, характеризующих строительный подъем. Значения ординат сравнивают с проектными данными. Отклонения должны отвечать допускам, указанным в нормативных документах

Геодезическое обеспечение строительства тоннеля

Геодезическая разбивочная основа для строительства тоннеля может создаваться на дневной поверхности в виде полигонометрии, сети триангуляции или линейно-угловой сети.

С появлением спутниковой аппаратуры, позволяющей получать координаты пунктов с высокой точностью (плановые – 5 мм, высоты – 7–10 мм), отпадает необходимость в построении на земной поверхности тоннельной триангуляции, полигонометрии и линейно-угловой сети. В этом случае пункты создают вблизи порталов тоннеля и при необходимости в районе шахт, если таковые запроектированы.

Пункты у порталов тоннеля необходимы для координатной привязки и ориентирования ходов полигонометрии, идущих внутрь тоннеля.

Пункты подземной полигонометрии закрепляют марками в лотке тоннеля либо на его стенках в виде кронштейна со столиком, на котором обеспечено принудительное центрирование геодезического прибора.

Измерения в полигонометрическом ходе выполняют электронным тахеометром. Углы измеряют тремя приемами, а длины линий дважды - в прямом и обратном направлениях.

Ход, проложенный по закрепленным точкам, периодически повторяют для определения деформаций построенного участка тоннеля.

Высоты пунктов тоннельной сети на дневной поверхности, а также пунктов подземной полигонометрии определяют геометрическим нивелированием. В качестве исходных пунктов используют реперы государственной нивелирной сети. Для наблюдения за осадками на дневной поверхности и в тоннеле нивелирные ходы периодически прокладывают заново.

Направление проходки тоннеля задают, опираясь на пункты подземной полигонометрии. При этом для указания направления проходки обычно пользуются лазерным геодезическим прибором, излучающим луч оранжевого света, ориентируемый по направлению оси тоннеля.

Контрольно-исполнительную съемку пройденного участка тоннеля выполняют методом полярных координат с помощью электронного тахеометра, устанавливаемого на пунктах подземной полигонометрии. При этом особое внимание уделяется контролю формы поперечных сечений тоннеля.