Инженерная геодезия

Г.А. ФЕДОТОВ

инженерная

геодезия ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ,

ИСПРАВЛЕННОЕ

Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов вузов, обучающихся по специальностям «Автомобильные дороги и аэродромы», «Мосты и транспортные тоннели» направления «Строительство»

Москва «Высшая школа» 2004

У Д К 528 Б Б К 26.1 Ф34

Рецензенты: Волгоградская государственная архитектурно-строительная академия (зав. каферой геодезии профессор А.Ф. Стороженко); А.А. Белятынский, академик Академии транспорта Украины

Ф 34

Федотов, Г.А. Инженерная геодезия: Учебник/Г.А. Федотов. — 2-е изд., исправл.— М : Высш. шк., 2004. — 463 с : ил. . ISBN 5-06-004156-5 Изложены основы инженерной геодезии, показано значение ее в народном хозяйстве. В отличие от ранее изданных учебников в настоящем издании кроме традиционных сведений по инженерной геодезии впервые дается информация по их электронным аналогам — электронным картам, используемым в географических информационных системах ГИС, а также цифровым и математическим моделям местности, являющимся основой современного системного автоматизированного проектирования инженерных сооружений САПР. В учебнике обобщен опыт работ при изысканиях и строительстве автомобильных дорог и сооружений на них таких ведущих проектно-изыскательских организаций России, как Союздорпроект, ГипродорНИИ, Гипротрансмост и др. Для студентов автомобильно-дорожных и строительных специальностей вузов. Может быть использован студентами соответствующих специальностей техникумов, колледжей и специалистами. УДК 528 ББК 26.1

I S B N 5-06-004156-5

© ФГУП «Издательство «Высшая школа», 2004

Оригинал-макет данного издания является собственностью издательства «Высшая школа», и его репродуцирование (воспроизведение) без согласия издательства запрещено.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Инженерно-геодезические работы являются чрезвычайно важной и неотъемлемой частью комплекса работ по изысканиям, проектирова­ нию, строительству и эксплуатации автомобильных дорог и сооружений на них, аэродромов, гидромелиоративных систем, объектов лесного хо­ зяйства и лесного инженерного дела. Эти работы во многом определяют как стоимость и качество строительства, так и условия последующей экс­ плуатации инженерных объектов. На современном этапе развития научно-технического прогресса про­ исходят фундаментальные изменения технологии и методов проектно-изыскательских работ и строительства инженерных объектов, что на­ ходит отражение в изменении состава и методов производства инженер­ но-геодезических работ, а также в качественном изменении парка ис­ пользуемого геодезического оборудования. Так, в проектно-изыскательских и строительных процессах все более широкое применение находят системы автоматизированного проектирования (САПР), автоматизиро­ ванные системы управления строительством (АСУС), географические информационные системы (ГИС) и т. д. Очевидно, инженер-строитель, инженер-мелиоратор, инженер лесно­ го хозяйства на современном этапе д о л ж н ы хорошо владеть как традици­ онными методами геодезии (последние так или иначе применяются и бу­ дут применяться при изысканиях, проектировании, строительстве и экс­ плуатации), так и новыми высокопроизводительными методами инже­ нерно-геодезических работ. Инженер должен уметь работать как с традиционными видами инже­ нерно-геодезической информации — топографическими картами и планами,так и с их электронными аналогами — электронными картами (ЭК), яв­ ляющимися основой ГИС, цифровыми ( Ц М М ) и математическими моде­ лями местности ( М М М ) , на базе которых осуществляется системное авто­ матизированное проектирование инженерных объектов на уровне САПР. При выполнении изысканий линейных инженерных объектов (авто­ мобильных дорог, лесовозных дорог, каналов, трубопроводов и т. д.) для проектирования на уровне С А П Р исходная инженерно-геодезическая ин­ формация собирается на широкой полосе варьирования конкурентоспо­ собных вариантов, что приводит к резкому увеличению объемов геодези-

ческих работ. В связи с этим инженер-строитель на современном этапе развития научно-технического прогресса должен не только владеть тра­ д и ц и о н н ы м и методами геодезических работ и уметь работать с о б ы ч н ы ­ ми геодезическими приборами (ориентирование и измерение длин линий мерными лентами, измерение вертикальных и горизонтальных углов тео­ долитами, измерение превышений между точками местности нивелира­ ми, выполнение топографических съемок и т. д.), но и обязательно вла­ деть различными видами аэрофотосъемок, методами наземной фотограм­ метрии и электронной тахеометрии, методами спутниковой навигации, а также технологиями автоматизированной обработки результатов поле­ вых измерений. Эти виды инженерно-геодезических работ позволяют максимально сократить объемы и стоимость полевых работ за счет увели­ чения объемов камеральных работ при широком использовании средств автоматизации и вычислительной техники. Для выполнения инженер­ но-геодезических работ широко применяют аэрофотосъемочное обору­ дование, фототеодолитные комплекты, электронные тахеометры, лазер­ ные приборы, регистрирующие нивелиры, свето- и радиодальномеры, стереофотограмметрическое оборудование с автоматической регистра­ цией измеренных координат точек местности, Э В М , графопостроителей и другие средства автоматизации. Современное строительное производство невозможно без широкого использования геодезических методов разбивки инженерных сооружений на местности, обеспечивающих высокую точность и исключающих грубые просчеты; методов оперативного контроля строительных работ и геодези­ ческого управления работой строительных машин и механизмов. Для этих целей при строительстве инженерных объектов широко применяют лазер­ ную технику, приборы систем спутниковой навигации и т . д . Инженерно-геодезическое обеспечение проектно-изыскательских ра­ бот, строительства и эксплуатации автомобильных дорог, мостов, транс­ портных тоннелей, аэродромов, гидромелиоративных систем, объектов лесного хозяйства и лесного инженерного дела имеет свои специфиче­ ские особенности. Методы инженерно-геодезических работ в изыскани­ ях, проектировании, строительстве и эксплуатации указанных объектов нашли отражение в учебнике. Изложение материала в учебнике построено таким образом, чтобы максимально облегчить самостоятельную работу студентов при изуче­ нии основ инженерной геодезии. Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам кафедры гео­ дезии М А Д И - Т У доцентам А.И. Титову, В.А. Холдобаеву, старшему пре­ подавателю М.Н. Барышевой за ряд ценных замечаний, высказанных по с о д е р ж а н и ю у ч е б н и к а , а т а к ж е с т а р ш е м у п р е п о д а в а т е л ю Е.Р. Сидорен­ ко за помощь в подготовке и оформлении рукописи. Автор

Раздел первый ОБЩАЯ ГЕОДЕЗИЯ Глава 1. О Б Щ И Е

СВЕДЕНИЯ

1.1. ГЕОДЕЗИЯ И ЕЕ СОДЕРЖАНИЕ

Геодезия — наука об измерениях Земли и других космических объек­ тов, получении их изображений в графическом и электронном видах и из­ мерениях этих изображений. Геодезия — одна из древнейших наук о Земле, которая возникла исхо­ дя из практических потребностей человека, связанных с измерениями земной поверхности для строительства различных инженерных сооруже­ ний, ведения сельского хозяйства, учета земель, создания карт и планов. Современная геодезия представляет собой с л о ж н у ю многогранную науку, о п и р а ю щ у ю с я на последние достижения таких фундаментальных наук, как математика, физика, астрономия, география. Ее основным на­ значением является изучение фигуры, размеров и гравитационного поля Земли, составление планов и карт и их электронных аналогов — цифро­ вых моделей местности ( Ц М М ) и электронных карт (ЭК), решение раз­ л и ч н ы х инженерных задач на местности в интересах народного хозяйства и обороны страны. По назначению геодезия подразделяется на ряд самостоятельных д и с ­ циплин — в ы с ш у ю геодезию, топографию, космическую геодезию, мор­ с к у ю геодезию, фототопографию и инженерную (прикладную) геодезию. Высшая геодезия занимается определением фигуры, размеров и внешнего гравитационного поля Земли, а также созданием высокоточ­ ных астрономо-геодезических, гравиметрических и нивелирных сетей. Топография предполагает изучение сравнительно небольших участ­ ков земной поверхности с целью получения их изображений в виде карт, планов, ЭК. Ц М М и профилей. Разработкой методов и технологий созда­ ния различных карт занимается картография, а извлечением информации, содержащейся на картах, — картометрия.

Космическая геодезия служит для измерений на Земле и планетах Солнечной системы с использованием данных, получаемых из космиче­ ского пространства искусственными спутниками Земли, межпланетными кораблями и орбитальными пилотируемыми станциями. Этот вид геоде­ зии находит все большее применение при исследовании природных ре­ сурсов Земли. Морская геодезия занимается исследованием природных ресурсов континентальных шельфов и картографированием морского дна. Фототопография — наука, изучающая методы создания топографиче­ ских планов, карта, Ц М М и ЭК по материалам фото- или цифровой съем­ ки. Она является составной частью фотограмметрии — науки, опреде­ ляющей формы, размеры и положение объектов по их фотографическим изображениям. Материалы фото- или цифровой съемки могут быть полу­ чены наземным фотографированием местности, с летательных аппаратов — самолетов, вертолетов или из космоса с искусственных спутников Зем­ ли. Инженерная геодезия рассматривает геодезические работы, выполня­ емые при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации различных инженерных сооружений и монтаже технологического обору­ дования. Она использует методы высшей геодезии, топографии, фото­ грамметрии и материалы всех видов съемок, в том числе и космических. По способу производства работ различают наземную геодезию, аэро­ геодезию, космическую геодезию, подземную геодезию (маркшейдерию) и подводную геодезию. Наземная геодезия объединяет широкий круг методов производства наземных геодезических измерений: ориентирование, вешение и измере­ ние длин линий, геометрическое нивелирование, тахеометрические съем­ ки, фототеодолитные съемки, наземно-космические съемки и т. д. При производстве наземных геодезических работ используют как о б ы ч н ы е традиционные геодезические приборы (землемерные ленты и рулетки, оптические теодолиты, нивелиры), так и современное электронное обо­ рудование (светодальномеры, электронные и компьютерные тахеометры, лазерные геодезические приборы, фототеодолитные комплекты, прибо­ ры спутниковой навигации). Использование современных геодезических приборов позволяет изменить технологию производства полевых геоде­ зических измерений, резко повысить производительность работ при од­ новременном существенном повышении качества получаемых результа­ тов. Аэрогеодезия нашла широкое применение в практике производства инженерных геодезических работ в последние несколько десятилетий.

Применение современного аэрофотосъемочного и стереофотограмметрического оборудования заметно расширило сферу применения методов геодезии и позволило резко сократить объемы и сроки производства по­ левых работ с соответствующим увеличением камеральных при широком использовании средств автоматизации и вычислительной техники. С раз­ витием электронной фотографии, а также средств автоматизации и ком­ пьютерной техники возможности аэрогеодезии е щ е более возрастают. Аэрогеодезия в связи с переходом на технологии и методы системного ав­ томатизированного проектирования становится одним из основных ви­ дов инженерно-геодезических работ при изысканиях, прежде всего, ли­ нейных объектов строительства. Космическая геодезия обеспечивает получение информации о мест­ ности из космоса с искусственных спутников Земли. Современные д л и н ­ нофокусные аэрофотокамеры обладают столь высокой разрешающей способностью, что обеспечивают получение надежной информации при высотах фотографирования в несколько сотен километров. Космические съемки оказываются весьма эффективными при картографировании мес­ тности, а также при изысканиях инженерных объектов на ранних стадиях проектирования, например при технико-экономическом обосновании ( Т Э О ) объектов строительства. Подземная геодезия (маркшейдерия) как отдельная специфическая д и с ц и п л и н а получила свое развитие в связи со строительством транс­ портных и Гидротехнических тоннелей. При производстве подземных геодезических работ используют специальные технологии и парк марк­ шейдерских приборов с широким применением лазерной техники. Подводная геодезия обеспечивает получение информации о рельефе дна морей, континентальных шельфов, озер, водоемов и рек. В подводной геодезии находят широкое применение методы ультразвукового эхолотирования. В транспортном и гидротехническом строительстве методы подводной геодезии используют при изысканиях мостовых переходов и других гидротехнических сооружений. Геодезические работы выполняют с установленной заданием точно­ стью. Измерения с более высокой точностью, чем это необходимо, требу­ ют применения высокоточных приборов, больших средств и времени, а измерения с недостаточной точностью считаются браком. При выполнении геодезических работ следят за сохранением окружа­ ющей среды, стремятся не производить излишней рубки леса, не допу­ скать повреждения сельскохозяйственных угодий, загрязнения водоемов. Все геодезические работы производят с обязательным соблюдением пра­ вил безопасности производства работ.

1.2.

ЗНАЧЕНИЕ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОДЕЗИИ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ И ОБОРОНЕ СТРАНЫ

Инженерная геодезия рассматривает методы измерений, процессы и решения, осуществляемые при изысканиях, проектировании, строи­ тельстве и эксплуатации инженерных сооружений. Инженерная геодезия имеет исключительное прикладное значение в различных отраслях народного хозяйства. Методы инженерной геоде­ зии широко используют при проектировании, строительстве и эксплуата­ ции дорог, мостов, транспортных тоннелей, аэродромов, каналов, зданий и сооружений автотранспортной и аэродромной службы, гидромелиора­ т и в н ы х сооружений, подземных коммуникаций, воздушных сетей. Топографо-геодезические, инженерно-геологические, инженерногидрологические и экономические изыскания для проектирования, вынос проекта в натуру и процесс геодезического контроля в ходе строительст­ ва и, наконец, определение деформаций и сдвигов сооружений в процессе их эксплуатации осуществляют с использованием технологий и методов инженерной геодезии. Геодезические работы ведут в городах и населенных пунктах при их планировке, озеленении и благоустройстве. Организация и землеустрой­ ство сельскохозяйственных предприятий, осушение и орошение земель, работы по ведению лесного хозяйства также немыслимы без инженерной геодезии. Велика роль геодезии и в вопросах обеспечения обороноспособности страны. Геоинформационные системы (ГИС), системы спутниковой на­ вигации («GPS») чрезвычайно эффективны при ведении военного строи­ тельства, для целей военной разведки и для управления военной и, преж­ де всего, ракетной техникой при нанесении точных ракетно-бомбовых ударов. 1.3. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК РАЗВИТИЯ ГЕОДЕЗИИ 1

Геодезия — одна из древнейших наук на Земле. Строительство выда­ ющихся инженерных сооружений глубокой древности (каналы, дворцы, храмы, пирамиды в Египте, древние города Индии с их удивительно пра­ вильной планировкой, оросительные системы в Японии, Великая китай­ ская стена и т. д.) было немыслимо без глубокого знания основ геодезии и без наличия необходимых геодезических приборов. В России первые геодезические работы, связанные с установлением границ земельных участков, датируются еще X I — X I I вв. В переводе с греческого языка означает «землеразделение».

Особенно б о л ь ш о е развитие геодезические работы в России получи­ ли начиная с X V I I в. в связи с изобретением зрительной трубы с сеткой нитей и разработкой метода триангуляции. Методы инженерной геодезии и картографии широко использовались и совершенствовались в период Петровских реформ, а дальнейшее их развитие связано с именем великого русского ученого М.В.Ломоносова, который с 1757 по 1763 годы возглавлял Географический департамент при Российской Академии наук, созданный в 1739 г. В 1743 г. в Геогра­ фическом департаменте был создан «Атлас Российской империи» с по­ граничными землями. С X V I I I в. развиваются и совершенствуются такие специальные виды съемок, как межевые, лесные, гидрографические, а с середины X I X столе­ тия и путей сообщения. В 1919 г. создается Государственная картографо-геодезическая служ­ ба, реорганизованная впоследствии в Главное управление геодезии и кар­ тографии (ГУГК) Министерства геологии и охраны недр С С С Р . Огромное внимание в этот период уделялось подготовке научных и производственных кадров геодезистов и картографов. Так, в 1928 г. в стране был создан Центральный научно-исследовательский институт геодезии, аэросъемки и картографии ( Ц Н И И Г А и К ) , а также сеть вузов геодезического профиля, таких как М И Г А и К и др. Сотрудниками Ц Н И И Г А и К под руководством Ф.Н.Красовского б ы ­ ли проведены фундаментальные исследования по определению ф о р м ы и уточненных размеров Земли, получившие мировое признание, поло­ ж е н н ы е в основу картографо-геодезических работ в С С С Р и ряде других стран. Принята и реализована программа государственной триангуляции. Получило развитие отечественное приборостроение. Российскими конструкторами разработаны конструкции новых современных геодези­ ческих приборов, а отечественной промышленностью налажено произ­ водство оптических, электронных, лазерных и стереофотограмметрических приборов. В годы первых послевоенных пятилеток в народном хозяйстве стали находить все более широкое применение методы аэросъемок, а после за­ пуска первых искусственных спутников Земли и методы космических съемок. В настоящее время в связи с появлением систем спутниковой навига­ ции «GPS», позволяющих быстро и с высокой точностью определять трехмерные координаты характерных точек местности, в инженерной геодезии происходит кардинальный пересмотр технологии и методов производства инженерно-геодезических работ.

Достижения отечественной геодезии, картографии, аэросъемки, элек­ тронной, лазерной и космической геодезии позволили разработать и пе­ рейти к использованию качественно новых технологий системного авто­ матизированного проектирования, строительства и эксплуатации инже­ нерных объектов.

Глава 2. О Б Щ А Я Ф И Г У Р А З Е М Л И И О П Р Е Д Е Л Е Н И Е ПОЛОЖЕНИЯ ТОЧЕК ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ 2.1. ОБЩАЯ ФИГУРА И РАЗМЕРЫ ЗЕМЛИ

Положение точек земной поверхности определяют относительно об­ щей фигуры Земли. Представление об общей фигуре Земли м о ж н о соста­ вить, если мысленно продолжить под материки поверхность воды океа­ нов в ее спокойном состоянии. Такая замкнутая поверхность в каждой своей точке перпендикулярна к направлению линии силы тяжести, т. е. горизонтальна, ее называют уровенной поверхностью Земли или поверх­ ностью геоида. Вследствие неравномерного распределения масс внутри Земли геоид не имеет строгой геометрической ф о р м ы и его поверхность не поддается строгому математическому описанию. О д н а к о для характеристики фигуры и размеров Земли ближе всего подходит тело, образованное вращением эллипса PQP\Q\ вокруг его ма­ лой оси РР\, называемое эллипсоидом вра­ щения или сфероидом (рис.2.1). Линии пересечения поверхности сфероР и с . 2.1. Общая фигура Земи , перпендикулярными ОСИ и

д

а

П Л О С К О С Х Я М

вращения Земли, называют

параллелями.

Линии пересечения поверхности сфероида плоскостями, проходящими через ось вращения Земли, называют мери­ дианами. Параллели представляются на эллипсоиде окружностями, а ме­ ридианы — эллипсами. Параллель, образованную плоскостью, проходя­ щей через центр сфероида, называют

экватором.

Линии OQ = а и ОР = Ь (см. рис.2.1) называют соответственно боль­ шой и малой полуосями сфероида или: а — радиус экватора; Ь — полуось вращения Земли. О б щ и е размеры Земли определяются длинами этих по­ луосей. Вследствие вращения Земли сфероид приплюснут с полюсов ю

и отношение а =

а-Ъ Ъ

называют сжатием сфероида. Размеры земного сфероида и величина его сжатия неоднократно оп­ ределялись учеными разных стран. В нашей стране с 1946 г. для геодези­ ческих и картографических работ приняты размеры земного сфероида по Ф. Н. Красовскому: а = 6 378 245 м; Ь = 6 356 863 м; а = 1: 298,3. Размеры эллипсоида Красовского довольно близко совпадают с раз­ мерами Земли. Геодезические измерения, выполняемые на физической поверхности Земли, переносят на земной сфероид, а затем на карты и пла­ ны. 2.2. МЕТОД ПРОЕКЦИЙ. ИЗОБРАЖЕНИЕ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА СФЕРЕ И ПЛОСКОСТИ

Для решения различных практических и инженерных задач пользу­ ются изображениями земной поверхности, которые представляют в виде планов и карт, либо в виде их электронных аналогов — цифровых моде­ лей местности ( Ц М М ) или электронных карт (ЭК), на которых представ­ лены контуры объектов местности: лесов, угодий, рек и озер, дорог, зда­ ний и сооружений, линий электропередач, линий связи, рельефа местно­ сти и т. д. В геодезии используют ортогональный метод проектирования, при котором точки земной п о в е р х н о с т и A , B , C , D n E ( р и с . 2.2, а)проектиру­ ют отвесными линиями на уровенную (горизонтальную) поверхность MN и получают горизонтальную проекцию соответствующих точек физи­ ческой земной поверхности а, Ь с, d и е. Ортогональные проекции линий и площадей пространственных объ­ ектов местности будут в общем случае меньше их физических величин, а проекции углов могут быть больше и меньше физических. Равенство физических величин и их проекций обеспечивается л и ш ь для горизон­ тальных контуров земной поверхности. При небольших размерах (до 20 км) проектируемых участков местно­ сти последние можно изображать на плоскости MN (рис. 2.2, б). Работать с изображениями контуров местности на сфере неудобно, поэтому чаще всего в геодезии прибегают к плоским изображениям зем­ ной поверхности. Положение горизонтальных проекций точек местности на уровенной поверхности MN может быть определено координатами, взятыми в ка9

Р и с . 2.2. Проекции земной поверхности

на сфере (а) и

на плоскости (б)

кой-либо системе. Координаты — это величины, определяющие положе­ ние точек земной поверхности в пространстве относительно принятой си­ стемы координат. П о м и м о контуров местности, необходимо знать и высотное положе­ ние точек местности относительно уровенной поверхности (их высоты или глубины). Поскольку уровенных поверхностей (параллельных зем­ ному сфероиду) можно провести бесчисленное множество, то высоты то­ чек, отнесенные к уровню мирового океана, называют абсолютными, а отнесенный к произвольной уровенной поверхности —условными. Задача изучения физической земной поверхности состоит в: а) опре­ делении горизонтальных проекций точек местности на уровенной повер­ хности относительно какой-либо системы координат; б) определении вы­ сот (или глубин) точек относительно этой поверхности; в) преобразова­ нии сферической уровенной поверхности в плоскую картографическую проекцию. 2.3. СИСТЕМА ГЕОГРАФИЧЕСКИХ КООРДИНАТ

Координатными плоскостями, относительно которых определяют по­ ложение точек земной поверхности, являются плоскость экватора земно­ го эллипсоида и плоскость начального меридиана, проходящего через Гринвичскую обсерваторию, расположенную на окраине Лондона (рис. 2.3). За начало отсчета высот принимают средний уровень Мирового оке­ ана. В России отсчет абсолютных высот ведут от нуля Кронштадтского 12

футштока (медная доска с горизонтальной чертой, вделанная в гранитный устой моста через обводной канал в Санкт-Петербурге). Географической долготой называют двугранный угол м е ж д у плоскостью мери­ диана, проходящего через точку М, и пло­ скостью начального меридиана. Долготы отсчитывают от начального меридиана в направлении с запада на восток от 0 до 180° или в обе стороны с указанием соот­ ветствующего направления «западная» или «ВОСТОЧНая».

Р

и

с

2.3. Система географических координат

Географической широтой называют угол, образованный нормалью к поверхности земного эллипсоида в дан­ ной точке М и плоскостью экватора. Ш и р о т ы , отсчитываемые от экватора к северу, называют «северными», со знаком плюс; широты, отсчитывае­ м ы е от экватора к югу, называют « ю ж н ы м и » , со знаком минус. Они име­ ю т значения от 0 до 90°. Географической высотой точки М называют расстояние по нормали от этой точки д о поверхности земного эллипсоида. Географические коор­ динаты позволяют обрабатывать результаты геодезических измерений в единой для всей поверхности Земли системе координат. 2.4. ЗОНАЛЬНАЯ СИСТЕМА ПРЯМОУГОЛЬНЫХ КООРДИНАТ

Географические координаты могут быть распространены на всю по­ верхность земного эллипсоида. В этом их большое достоинство. Однако их применение в массовых геодезических работах затруднительно, по­ скольку оно связано со с л о ж н ы м и вычислениями. Поэтому эти координа­ т ы применяют при картографировании, навигации, создании и использо­ вании геоинформационных систем (ГИС) и т. д. В инженерной геодезии в связи с этим используют плоские прямо­ угольные координаты. Д л я установления связи м е ж д у географическими координатами л ю б о й точки на земном сфероиде и прямоугольными коор­ динатами той ж е точки на плоскости применяют специальный способ проектирования всего земного шара на плоскость по шестиградусным зо­ нам, простирающимся от северного полюса к ю ж н о м у (рис. 2.4). Счет зон ведут на восток от нулевого, проходящего через Гринвичес к у ю обсерваторию, меридиана. К а ж д у ю полученную таким образом зо­ ну проектируют поочередно на плоскость при п о м о щ и цилиндра. Если о б щ у ю фигуру Земли представить в виде сферы, то ось АВ тако­ го цилиндра будет проходить через центр сферы О (рис. 2.5). П р и этом

ось вращения Земли РР\ будет пер­ пендикулярна оси цилиндра АВ, и каждая зона будет касаться повер­ хности цилиндра по своему средне­ му меридиану. К а ж д у ю зону последовательно проектируют на внутреннюю боко­ вую поверхность цилиндра при ус­ ловии сохранения равенства углов, формы и подобия изображаемых контуров. Зоны переходят на повер­ хность цилиндра в несколько рас­ ширенном виде (см. рис. 2.5) и, разР и с. 2.4. Деление земного шара вернув цилиндр, получают плоское на зоны изображение земной поверхности. Такую проекцию поэтому называ­ ют равноугольной поперечно-цилиндрической (рис. 2.6). О н а дает не сплошное изображение всей земной поверхности, а с разрывами, увели­ чивающимися от экватора к полюсам.

А

Рис.

2.5. Схема к построению равноугольной поперечно-цилиндрической проекции

В этой системе начало координат в каждой зоне принимают в точке пересечения среднего меридиана с экватором (рис.2.7). Средний мериди­ ан зоны принимают за ось абсцисс, поэтому его называют е щ е осевым ме­ ридианом. Изображение экватора в виде прямой, перпендикулярной осе­ вому меридиану, принимают за ось ординат. Абсциссы к северу от экватора принимают положительными, а к югу — отрицательными. Ординаты, отсчитываемые на восток от осевого ме­ ридиана, считают положительными, а на запад — отрицательными. Иногда ее называют системой прямоугольных координат Гаусса—Крюгера.

|х

|х

|х

|х

|х

Р и с . 2.6. Зональная система прямоугольных координат

Рис.

2.7. Плоские прямоугольные координаты

С тем чтобы в пределах каждой зоны иметь дело только с положи­ т е л ь н ы м и значениями ординат, за ординату осевого меридиана принима­ ю т не ноль, а (+ 500 км). Кроме этого впереди значения каждой ординаты указывают е щ е и номер зоны, в которой расположена искомая точка. Так, например, запись 21 324 740 обозначает, что точка находится в 21 зоне, а ее ордината равна Г = 324 740 - 500 000 = - 175 260 м, т. е. точка нахо­ дится на расстоянии 175 260 м западнее осевого меридиана. Такая система плоских геодезических координат принята в нашей стране в 1932 г. и используется в настоящее время. В инженерной практике нередко используют произвольную систему прямоугольных координат, которую еще называют^словной. Начало этих координат выбирают произвольно, а ось абсцисс ориентируют по направ­ л е н и ю магнитного меридиана, проходящего через начало координат.

Глава 3. Т О П О Г Р А Ф И Ч Е С К И Е К А Р Т Ы И

ПЛАНЫ

3.1. ПОНЯТИЕ О КАРТЕ И ПЛАНЕ

Картой называют уменьшенное изображение на плоскости горизон­ т а л ь н ы х проекций контуров и рельефа значительных участков земной по­ верхности' на плоскости с учетом влияния кривизны Земли: В связи с тем, что сферическую поверхность Земли нельзя изобразить на плоскости без искажений, последняя на карте представляется с иска­ жениями, степень которых сводится к разумному минимуму путем ис­ пользования специальных картографических проекций. Планом называют уменьшенное и подобное изображение на плоско­ сти горизонтальных проекций контуров и рельефа относительно неболь15

ших участков местности, в пределах которых пренебрегают влиянием кривизны Земли. Информации о горизонтальных проекциях контуров и характерных точек местности еще недостаточно для представления об их взаимном расположении, поэтому на картах и планах используют специальный спо­ соб выражения формы земной поверхности (рельефа местности). По картам и планам решают различные прикладные задачи: опреде­ л я ю т расстояния между отдельными точками местности, определяют вы­ соты точек, ориентируют линии, определяют углы между заданными на­ правлениями, определяют крутизну склонов, измеряют площади фигур и т.д. С использованием карт и прежде всего планов и профилей проектиру­ ют инженерные сооружения: дороги, мосты, тоннели, аэродромы, граж­ данские и п р о м ы ш л е н н ы е объекты, каналы, воздушные и подземные коммуникации и т. д. Используемые для инженерных целей планы с изображением рельефа и ситуационных особенностей местности называют топографическими. Однако для решения ряда практических задач часто оказывается доста­ точным иметь и н ф о р м а ц и ю только о ситуации местности без рельефа, поэтому такие планы называют ситуационными. Точность решения тех или иных задач с использованием карт и пла­ нов зависит от степени уменьшения объектов и рельефа местности, при этом чем больше степень уменьшения объектов местности, тем меньше деталей на планах и картах можно поместить и тем меньше точность про­ изводимых измерений. На современном этапе начала широкого использования геоинформа­ ционных систем (ГИС) и перехода на системное автоматизированное проектирование инженерных объектов ( С А П Р ) представления о местно­ сти только в графическом виде уже недостаточно. Поэтому последняя д о л ж н а представляться в той ж е самой системе координат в памяти Э В М и в электронном виде, т. е. в виде электронных карт (ЭК) и цифровых мо­ делей местности ( Ц М М ) . При этом информационная емкость ЭК и Ц М М существенно больше самых подробных карт и планов и часто включает в себя информацию, которая в графическом виде не может быть представ­ лена вообще. 3.2. МАСШТАБЫ КАРТ И ПЛАНОВ

Степень уменьшения горизонтальных проекций линий местности при изображении их на карте или плане называют масштабом. На картах и планах их масштабы могут быть представлены численно или графически. 16

а) 200 м 100 0

1:10000 1 см=100 м

1000 м

Р и с . 3.1. Масштабы: а — линейный; б — поперечный (графический)

Численный масштаб записывают в виде дроби, в числителе которой стоит единица, а в знаменателе — степень уменьшения горизонтальных проекций линий местности (например, 1:500; 1:1000; 1:2000; 1:10 000; 1:25 000). Так, численный масштаб 1:1000 показывает, что все горизон­ тальные проекции линий местности при переносе их на план уменьшены в 1000 раз, т. е. отрезок в 1 см на плане соответствует расстоянию на мест­ ности в 1000 см = 10 м. При сравнении двух численных масштабов более крупным является тот из них, у которого знаменатель меньше. Так, масштаб 1:500 крупнее, чем масштаб 1:1000, а масштаб 1:25 000 мельче, чем масштаб 1:10 000. При решении т е х или иных и н ж е н е р н ы х задач используют планы с л е д у ю щ и х м а с ш т а б о в : 1:200; 1:500; 1:1000; 1:2000 и 1:5000. М а с ш т а б ы т о п о г р а ф и ч е с к и х карт в зависимости от р е ш а е м ы х задач используют следующие: 1:10 000; 1:25 000; 1:50 000; 1:100 000; 1:200 000; 1:500 000 и 1:1000 000. При проектировании инженерных сооружений обычно используют планы и карты масштабов от 1:500 д о 1:25 000.

Топографические карты различают крупного, среднего и мелкого мас­ штабов: крупномасштабные среднемасштабные мелкомасштабные

— 1:100 ООО и крупнее; — от 1:200 ООО д о 1:1000 000; — мельче 1:1000 000.

Линейный масштаб — это графический масштаб в виде масштабной линейки, разделенной на равные части с подписанными значениями соот­ ветствующих расстояний на местности (рис. 3.1, а). Н а рис.3.1, а масштабная линейка имеет основание, равное 2 см. О т ­ резок слева от нуля разделен на более мелкие части, доли которых оцени­ вают на глаз. Горизонтальная проекция д л и н ы АВ на карте м а с ш т а б а 1:10 000, измеренная с п о м о щ ь ю линейного масштаба и измерителя, скла­ дывается из четырех оснований справа от нуля, каждое из которых соот­ ветствует отрезку 200 м на местности, семи малых делений слева, каждое соответствует 10 м на местности и отрезка, оцениваемого на глаз: АВ = = 4x200 м + 7x10 м + 5 м = 875 м. Л и н е й н ы й масштаб в ряде случаев н е позволяет производить по карте или плану измерения с требуемой точностью. Д л я повышения точности измерений используют поперечный масштаб. Поперечный масштаб — это графический масштаб в виде номограм­ м ы (рис.3.1, б), построение которой основано н а пропорциональности от­ резков параллельных прямых, пересекающих стороны угла. Н а горизон­ тальной линии поперечного масштаба о т л о ж е н ы одинаковые отрезки по 2 см (основания масштаба). Параллельно нижней линии проведены е щ е 10 линий с одинаковым интервалом друг от друга, а из концов каждого основания восстановлены перпендикуляры. П е р в ы е основания на ниж­ ней и верхней линиях разделены на 10 частей п о 2 м м и концы малых де­ лений соединены наклонными линиями так, что начало каждого малого деления нижней линии соединяется с концом того ж е деления верхней (см. р и с . 3.1, б). П р е ж д е ч е м пользоваться поперечным масштабом, необходимо рас­ считать его элементы применительно к заданному численному масштабу. Так, для масштаба 1:5000 основание поперечного масштаба равно 100 м, малое деление 10 м, а расстояния между наклонной линией и вертикалью, 9, 10 м. Тогда расстояние АВ, измеренное на соответственно, 1, 2, 3, плане с п о м о щ ь ю измерителя по поперечному масштабу, составит АВ = = 284,5 м. Точностью масштаба карты или плана называют отрезок на местно­ сти, соответствующий 0,1 мм в масштабе данной карты или плана. М и н и м а л ь н ы й отрезок н а карте или плане, соответствующий диамет­ ру укола иглы ножки измерителя, который человек может различить не18

вооруженным глазом, составляет 0,1 мм. Поэтому точность плана масш­ таба 1:1000 равна 0,1 м, а карты масштаба 1:25 000—2,5 м. Электронные версии карт и планов Э К и Ц М М представляют в памя­ ти Э В М всегда в масштабе 1:1. 3.3. НОМЕНКЛАТУРА ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ И ПЛАНОВ

Изображения значительных территорий в виде карт состоят из мно­ гих листов. Систему взаимного расположения листов карт различных масштабов называют разграфкой. Систему обозначения отдельных листов топографических карт назы­ вают номенклатурой (рис. 3.2). Расположение и обозначение многолистных карт различных масшта­ бов осуществляют в соответствии со специальной сборной таблицей, в основу которой положена государственная карта масштаба 1:1000 000. Деление сборной таблицы на листы осуществляют следующим обра­ зом. Вся земная поверхность делится меридианами, проводимыми через 6°, на 60 колонн. Колонны нумеруют арабскими цифрами, при этом счет ведут от меридиана с долготой 180° (см. рис. 3.2).

Рис.

3.2. Разграфка и номенклатура листов карт масштаба 1:1000 000

36°

56°-

56°

А

Б

В

Г

42°

I

и

III

V

V

е

56

VI

VII

XII

хш

XXIII

XIX

XXIV

XXV

XXX

XXXV XXXVI XXXIXXXII хххшXXXIV

•и

\52°

6°

т

1:200000

Рис.

3 6 0

1\2

3

4 0

J

ft

42* \11\12

56°

mm

ч?м им

mm

±ш

ют

ттм

Е Е Е Е Е Е Е Е Ш Е Е Е 152* . 1:100000

3.3. Разграфка и обозначение листов карты:

масштаба 1:500 ООО; масштаба 1:200 ООО; масштаба 1: 100 000

К о л о н н ы разделяют на ряды параллелями, п р о в о д и м ы м и через 4°. Ря­ д ы обозначают заглавными буквами латинского алфавита и счет ведут от экватора к Северному и Ю ж н о м у полюсам. Пересекаясь, меридианы и параллели образуют рамки каждого листа карты в рядах и колоннах масштаба 1:1000 000. Номенклатура листа карты складывается из обозначений ряда и к о ­ лонны, в которых расположен д а н н ы й лист. Так, например, N-37 — н о ­ менклатура листа, на котором находится Москва. О д н о м у листу карты масштаба 1:1000 000 соответствуют 4 листа кар­ т ы масштаба 1:500 000, обозначаемые заглавными буквами русского ал­ фавита Л, £ , 5 , Г , 36 листов карты масштаба 1:200 000, обозначаемые рим­ скими цифрами I — X X X V I ; 144 листа карты масштаба 1:100 000, обозна­ ч а е м ы е арабскими ц и ф р а м и 1—144 (рис. 3.3). Номенклатуру карт соответствующих масштабов определяют добав­ лением указанных обозначений к соответствующей номенклатуре карты масштаба 1:1000 000, в пределы которой попадает и с к о м ы й планшет. Д а н н ы е этой разграфки д л я листа карты N-37 д а н ы в табл. 3.1. Таблица Масштаб карты

Число листов в одном листе карты масштаба

Номенклатура последнего листа

по ширине

по долготе

3.1

Размеры рамки

1:500 000

4

N-37-Г

22°

3°

1:200 000

36

N-37-XXXVI

40'

1°

1:100 000

144

N-37-144

20'

30'

Л и с т карты масштаба 1:100 000 служит основой для разграфки и обоз­ начения карт более крупных масштабов. О д н о м у листу карты масштаба 1:100 000 соответствуют 4 листа карты масштаба 1:50 000, которые обоз­ начают п р о п и с н ы м и буквами русского алфавита 4 Б, В, Ги присоединя­ ю т к номенклатуре стотысячного листа (рис. 3.4).

N-37-144 N-37-144

41 45'

41°52'30" т

42°0' 5?20'

52°20'\

A

>

^Ч 52°10'

Б \S2°S

52° 10'

52° 10' В

Г с

52°0'

41 45' 41 52*30" 1:25000 и 1:10000

52°0'

Р и с . 3.4. Разграфка и обозначение карты масштаба 1:50 ООО

Рис.

52°0' 42 0'

3.5. Разграфка и обозначение карт масштаба 1:25 ООО и 1: 10 ООО

Л и с т карты масштаба 1:50 ООО служит основой для разграфки и обоз­ начения карт масштаба 1:25 ООО, которые обозначают строчными буква­ ми русского алфавита а, б, в, г и присоединяют к номенклатуре карт мас­ штаба 1:50 ООО (рис. 3.5). Л и с т карты масштаба 1:25 ООО служит основой для разграфки и обоз­ начения карт масштаба 1:10 ООО, которые обозначают арабскими цифра­ ми 7, 2, 3, 4 и присоединяют к номенклатуре карт масштаба 1: 25 ООО (см. рис. 3.5). Д а н н ы е д л я р а з г р а ф к и карт к р у п н ы х м а с ш т а б о в п р е д с т а в л е н ы в табл. 3.2. Таблица Масштаб карты

.

Число листов в одном листе предыдущего масштаба

3.2

Размеры листа

Номенклатура последнего листа

по ширине

по долготе

30'

1:100 000

-

N-37-144

20'

1^50 000

4

N-37-144-r

10'

15'

1:25 000

4

М-37-144-Г-Г

5'

7,5'

1:10 000

4

Ы-37-144-Г-Г-4

2,5'

3,75'

Л и с т карты масштаба 1:100 000 служит также основой для разграфки и обозначения планов масштаба 1:5000 и 1:2000. Одному листу карты 1:100 000 соответствует 256 (16x16) листов пла­ на масштаба 1:5000, которые обозначают арабскими цифрами 1,2,..., 256, заключаемыми в скобки. Тогда номенклатура последнего листа плана 1:5000, для листа карты N-37-144, соответственно будетN-37-144-(256).

Одному листу плана масштаба 1:5000 соответствуют 9 листов плана масштаба 1:2000, которые обозначают строчными буквами русского ал­ фавита а, б, в, г, д, е, ж, з, и, которые также заключают в скобки. Тогда но­ менклатура последнего листа масштаба 1:2000, для листа N-37-144-(256), будет N-37-144-(256-h). 3.4. ИЗОБРАЖЕНИЕ РЕЛЬЕФА НА КАРТАХ И ПЛАНАХ

Рельефом называют совокупность неровностей земной поверхности. Знание рельефа местности необходимо при изысканиях, проектиро­ вании, строительстве и эксплуатации и н ж е н е р н ы х сооружений: дорог, мостов, тоннелей, аэродромов, гидромелиоративных систем и гидротех­ нических сооружений. Традиционным представлением о рельефе местности н а топографи­ ческих картах и планах является его изображение горизонталями. Этот способ нагляден и дает однозначное представление о рельефе местности, позволяет быстро получать количественные характеристики рельефа и решать различные прикладные задачи. Если мысленно рассечь физическую поверхность Земли равноотстоя­ щими между собой уровенными поверхностями, то следами такого пере­ сечения на поверхности участка местности будут некоторые линии, все точки каждой из которых имеют одинаковые высоты над уровнем моря (рис. 3.6). Линии равных высот, проходящие друг от друга через определенный горизонталями. интервал по высоте, называют Спроектировав горизонтали н а поверхность эллипсоида (для изобра­ жения их на карте) или н а плоскость (для изображения и х на плане) и у м е н ь ш и в полученную проекцию д о требуемого масштаба карты или плана, м о ж н о получить изображение рельефа горизонталями. Расстояние по отвесной линии между двумя с м е ж н ы м и секущими уровенными поверхностями для изобра­ жения рельефа местности горизонталя­ ми называют высотой сечения. Высота сечения рельефа зависит от масштаба карты или плана, от сложно­ сти рельефа местности и назначения Горизонталь карты или плана, высоты сечения при­ нимают равными 1, 2, 5, 10 м и т. д. Ч е м меньше принятая высота сечения релье­ фа, тем подробнее и точнее д о л ж н а быть Р и с . 3.6. Схема изображения выполнена работа п о съемке рельефа рельефа горизонталями

местности.

Иногда подробности рельефа не могут быть в полной мере отражены горизонталями с одинаковой высотой сечения. В таких случаях проводят полугоризонтали через половину основного сечения рельефа или допол­ нительные горизонтали с принятой высотой сечения. Для большей наглядности и читаемости рельефа каждая пятая гори­ зонталь утолщается и подписывается ее высота. При изображении рельефа д н а водоемов на картах и планах проводят линии равных глубин, называемые изобатами. При всем кажущемся многообразии форм рельефа м о ж н о выделить шесть основных его форм: склон, гору, котловину, хребет, л о щ и н у и сед­ ловину (рис. 3.7). Склон — однородный наклонный участок земной поверхности, прак­ тически плоский или слабо криволинейный (рис. 3,8, а). Склоны б ы в а ю т пологие, покатые и крутые. Очень крутой стенообразный склон называют обрывом. Площадки на склоне называют усту­ пом или террасой. Горизонталями на карте или плане склон выражается линиями небольшой кривизны, отстоящими друг от друга на практически равных расстояниях.

е) Р и с. 3.8. Основные формы рельефа: - гора; б — - котловина; вв — - склон; аа — г — лощина; д — хребет; е — седловина

ш и н у , с к л о н ы и подошву (рис. 3.8,

На карте или плане гори­ зонтали могут проходить на разных расстояниях друг от друга, при этом чем ближе го­ ризонтали проходят друг от друга, тем круче поверхность склона. Направление падения склона показывают короткими штрихами — бергштрихами. Высоты ж и р н ы х горизонталей показывают в их разрывах та­ ким образом, чтобы цифры б

ы

Н

У

Л

И

обращены вверх В СТОроПОВЫШеНИЯ СКЛОНа. Гора — это в ы п у к л а я воз­ в ы ш е н н о с т ь , и м е ю щ а я вер-

а).

В е р х н ю ю часть горы называют плато, если она плоская, и пик, если она остроконечная. При высоте горы до 200 м ее называют холмом. Гора на картах и планах представляется замкнутыми горизонталями с бергшт­ рихами, направленными в сторону подошвы. Высоту наивысшей точки горы или холма обязательно обозначают и подписывают (см. рис. 3.7). Котловина — замкнутое чашеобразное углубление земной поверхно­ сти (рис. 3.8, б). Наинизшая точка котловины — дно. Боковая поверхность котловины представлена склонами, которые сверху заканчиваются бровкой. Котло­ вина на картах и планах представляется замкнутыми горизонталями с бергштрихами, направленными в сторону дна. Высоту наинизшей точ­ ки котловины обычно обозначают и подписывают (см. рис. 3.7). Лощина — вытянутое, постепенно п о н и ж а ю щ е е с я в одном направле­ нии углубление земной поверхности (рис. 3.8, г). Л и н и ю , проходящую вдоль л о щ и н ы по самым низким точкам, назы­ вают тальвегом, а при наличии постоянно текущей воды — водотоком. Поверхностные воды стекают по склонам л о щ и н й в тальвег. Разновидно­ стями л о щ и н ы являются: овраг (узкая л о щ и н а с о б н а ж е н н ы м и склонами); долина (широкая лощина, по которой стекает река); балка (заросший тра­ вой и кустарником овраг); промоина (узкий не заросший овраг, образо­ ванный в результате размыва поверхностными водами); ущелье (узкая ло­ щина с крутыми склонами в горной местности с постоянно т е к у щ и м по дну водотоком).

Хребет — вытянутая возвышенность земной поверхности, постепен­ но понижающаяся в одном направлении (рис. 3.8, д). Л и н и ю , проходящую вдоль хребта, называют водоразделом. Поверх­ ностные воды стекают по склонам хребта вправо и влево от водораздела. Если склоны хребта пересекаются под острым углом, то такой водораздел называют гребнем. Седловина — пониженная часть местности между двумя соседними горами или холмами (рис.3.8, е). Седловины в горной местности называют перевалами. Горизонтали на картах или планах не пересекаются, за исключением редкого случая, когда горизонталями изображается нависший утес. 3.5. СОДЕРЖАНИЕ КАРТ И ПЛАНОВ

Содержание топографических карт и планов и особенно их электрон­ ных аналогов (ЭК и Ц М М ) является достаточно полным для решения многообразных инженерных задач. Внутренняя рамка, т. е. рамка, ограничивающая картографический материал, на топографических картах представляет собой трапецию, в уг­ лах которой подписаны географические координаты — широта и долгота (рис. 3.9). N-34-37-B-B-1 М е ж д у внешней (офор­ мительской) и внутренней 09 17 С)8 43 U* юта 45 45' рамкой помещена минут­ ная рамка, позволяющая б !Z2 определять географические координаты точек. Н а лис­ те карты нанесена коорди­ натная сетка, линии кото­ 77 рой параллельны осям ко­ ординат (линиям осевого меридиана и экватора). К о ­ 7Q ординатная сетка подписа­ 70 на и позволяет определять прямоугольные геодезиче­ ские координаты точек. Размер стороны квадрата координатной сетки соот­ ветствует 1 километру 54% 54* 09 4 08 в масштабе данной карты.

щЖ

Над верхней рамкой ли­ ста карты указывают но-

Рис.

1

3.9. Рамка топографической карты

Площадные н и и и н и н м И

II

II I I

п, У и

Линейные внемасштабныс ^Отдельно стоящие / грунтовая у деревья J ^дорога / д Пункт государственной. Основные / / геодезической, сети Естественные источ- линии . S-^^ кики, \ просека /почни ^« Рк>* артезианские колодцы шоссе /начни 6

а

болото

о о

о о

Лес

т

^6цр.п.

шоЬ* с насосом

Пояснительные » \ 60-длина моста VxcВ-ширина проезжей (C^so-s части (м) jo ft- грузоподъемность (О

Условные знаки рельефа

О

Яма

N

Кустарник \ * * Х \ Рис.

Z5-ширина реки(н) Q/i-глубина реки(и) /7- грунт дна (песок)

Овраг

0

3.11. Условные знаки:

менклатуру листа, название наиболее значительного населенного пункта и систему координат карты. П о д нижней рамкой приводят д а н н ы е о скло­ нении магнитной стрелки, сближении меридианов, схему взаимного п о ­ ложения вертикальной линии сетки и истинного и магнитного меридиа­ нов, численный и л и н е й н ы й масштабы, график заложения и указывается год издания карты (рис. 3.10). Н а т о п о г р а ф и ч е с к и х картах и планах с и т у а ц и о н н ы е особенности местности, объекты и некоторые элементы рельефа изображают услов­ ными знаками (рис. 3.11). Для изображения на картах характерных участков местности (пашни, леса, болота и т. д.), з а н и м а ю щ и х определенную площадь, которая может быть выражена в масштабе карты, используют площадные условные зна­ ки. О н и состоят из граничной линии — контура и заполняющего контур условного знака. Нередко у с л о в н ы е знаки занимают на картах или планах б о л ь ш е мес­ та, чем соответствующие им объекты на местности, в таких случаях ис­ пользуют внемасштабные условные знаки. Для изображения протяженных объектов местности, длину которых в ы р а ж а ю т в масштабе карт или планов, а ширину выражают вне масшта­ ба, используют линейные условные знаки. Каждый внемасштабный и линейный условные знаки имеют опреде­ л е н н у ю точку или л и н и ю , в соответствии с которыми определяют факти­ ческое положение изображаемого объекта на местности.

П л о щ а д н ы е , линейные и внемасштабные условные знаки часто ис­ пользуют в сочетании с пояснительными. Некоторые элементы и детали рельефа, которые практически невоз­ м о ж н о выразить горизонталями (овраги, ямы, котлованы, карстовые во­ ронки, курганы и т. д.), также изображают условными знаками. Условные знаки, используемые для составления топографических карт и планов, имеют некоторые различия. Использование у с л о в н ы х зна­ ков в организациях и ведомствах обязательно в стандартной форме, нор­ мируемой д е й с т в у ю щ и м Г О С Т о м . Теми же наборами условных знаков пользуются при создании элект­ р о н н ы х версий карт и планов (ЭК и Ц М М ) , каталоги которых хранятся в памяти компьютера.

Глава 4. Р Е Ш Е Н И Е З А Д А Ч П О Т О П О Г Р А Ф И Ч Е С К И М КАРТАМ И ПЛАНАМ 4.1. ПРИБОРЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ РАБОТЕ С КАРТАМИ И ПЛАНАМИ

Линейка металлическая или пластмассовая с м и л л и м е т р о в ы м и деле­ ниями служит для проведения прямых линий, откладывания или измере­ ния отрезков прямых линий. Угольник в сочетании с линейкой служит для проведения п р я м ы х л и ­ ний, параллельных или перпендикулярных заданному направлению. Циркуль-измеритель состоит из д в у х ножек с острыми концами, про­ тивоположные концы которых соединены ш а р н и р о м , в сочетании с л и ­ нейкой или поперечным масштабом служит для откладывания и измере­ ния отрезков прямых линий. Курвиметр механический или электронный (рис. 4.1) п р и м е н я ю т для измерения по картам или планам длин кривых линий. Н а рис. 4.1, а представлен электронный курвиметр R U N - M A T E - C . П р и б о р имеет жидкокристаллический дисплей для вывода результатов измерений. Имеет масштабы измерений в милях, морских милях и в кило­ метрах. Погрешность измерения длин линий не превышает 0,2%. Механический курвиметр К М , представленный на рис. 4.1, б, имеет метрическую и д ю й м о в у ю шкалу. Цена деления метрической шкалы со­ ответствует 0,1 см. Погрешность измерения длин линий не превышает 0,5%. Транспортир — металлический прибор, предназначенный для изме­ рения и построения углов на картах и планах (рис. 4.2). Транспортир име­ ет вид полукруга, опирающегося на линейку с поперечным масштабом. 28

Центр полукруга расположен на скошенном высту­ пе верхнего ребра линейки. Полярный планиметр — механический прибор, предназначенный для определения площадей замк­ нутых фигур на картах и планах (рис. 4.3). Полярный планиметр состоит из двух рычагов полюсного 1 и обводного 4 шарнирно соединен­ ных друг с другом (рис. 4.3, а), и счетного механиз­ ма (рис. 4.3, б). Более совершенными приборами для измере­ ния площадей на картах и планах являются элект­ ронные планиметры (рис. 4.4). Отличительной осо­ бенностью электронных планиметров от механиче­ ских является наличие встроенного калькулятора, с п о м о щ ь ю которого производят вычисления площа­ а) б) дей. При этом отпадает необходимость в использо­ Р и с . 4.1. Курвимет­ вании палеток и ручных вычислений. ры: Различают электронные планиметры полярного а — электронный курви­ (рис. 4.4, а) и роликового типов (рис. 4,4, б). Элект­ метр RUN-MATE-C; б — ронные планиметры работают от встроенных бата­ курвиметр механический КМ рей или адаптеров переменного тока. Результаты измерений отображаются на 8-символьном жид­ кокристаллическом дисплее. О д и н символ соответствует 0,1 с м или 0,01 д ю й м . Цифровая клавиатура позволяет вводить пользовательский масштаб, в котором определяется площадь измеряемой фигуры. Точ­ ность измерения площадей ± 0,2%. 9

2

2

Рис.

4.2. Металлический транспортир с поперечным масштабом

Рис.

4.4. Электронные планиметры:

о — планиметр полярного типа PLANIX 5; б — планиметр роликового типа PLANIX 7

Рис.

4.5. Буссоль для ориентирования к а

Р

т

и

планов

Электронный планиметр полярного типа P L A N I X 5 (см. рис. 4.4, а) имеет полюсное плечо, с помощью которого осуществляется движение марки в пределах измеряемой площади (диаметр 35,6 см). Электронный планиметр роликового типа P L A N I X 7 (см. рис. 4.4, б) имеет ролики, обеспечивающие неограниченное горизонтальное и вертикальное пере­ мещение. Буссоль — точный компас, служащий для ориентирования карт и пла­ нов (рис. 4.5). Коробка буссоли размещается на пластине со скошенным краем, на котором нанесены миллиметровые деления. На пластине иногда помеща­ ют круглый уровень, который служит для приведения кольца буссоли с градусными делениями в горизонтальное положение. Магнитная стрелка, имеющая северный синий (вороненый) конец и южный — свет­ лый, свободно устанавливается на острый штифт. Коробка буссоли имеет арретир, с помощью которого магнитная стрелка плотно прижимается к.стеклу при хранении и переноске буссоли. Южный конец магнитной стрелки снабжен передвижной муфтой для ее уравновешивания. 4.2. ОРИЕНТИРОВАНИЕ ЛИНИЙ. ПОНЯТИЕ ОБ АЗИМУТАХ, РУМБАХ И ДИРЕКЦИОННЫХ УГЛАХ. СБЛИЖЕНИЕ МЕРИДИАНОВ

При изысканиях, проектировании и строительстве инженерных соо­ ружений необходимо ориентировать оси строящихся объектов (автомо­ бильных дорог и мостовых переходов, взлетно-посадочных полос аэрод­ ромов, зданий и сооружений автотранспортной и аэродромной службы, каналов и т . д . ) . Ориентированием линий называют определение их направлений от­ носительно меридиана с помощью горизонтальных углов — азимутов, румбов и дирекционных углов. В инженерной геодезии ориентирование линий ведут относительно географического, магнитного или осевого меридианов. Азимутом А называют горизонтальный угол, отсчитываемый от се­ верного направления меридиана по ходу часовой стрелки д о заданной ли­ нии (рис. 4.6). Азимут называют истинным, если его отсчитывают от истинного ме­ ридиана, и магнитным, если его отсчитывают от магнитного меридиана. Если линия СЮ есть истинный или магнитный меридиан точки М, a Ml, М2, МЗ и М4 — горизонтальные проекции линий, то горизонтальные уг­ лы А\, Аг, Аг и А4 есть соответствующие азимуты этих линий. Как видно, азимуты могут иметь значения в пределах от 0 д о 360°. Азимут данного направления называют прямым, а противоположного — обратным.

С(0°)

0(0°)

ГУ 4,

4,

3(270°)-

3(90°У

В(90°)

3

3

Ю(180°)

Рис.

Щ90°)

Ю(0°)

4.6. Азимуты направлений в разных четвертях

Рис.

4.7. Румбы направлений в разных четвертях

На практике чаще всего направления линий определяют острыми уг­ лами — румбами. Румбом называют острый горизонтальный угол, отсчитываемый от ближайшего направления меридиана (северного или ю ж н о г о ) д о данной линии (рис. 4.7). Румбы, так ж е как и азимуты, могут быть истинными и магнитными. Румбы могут иметь значения в пределах от 0 д о 90°. Н а рис. 4.7 показаны румбы четырех направлений Ml, М2, МЗ и М4. П р и этом п о м и м о числен­ ного значения румба при определении направления линии указывают также название четверти, в которой расположена определяемая линия. Тогда линии Ml, М2, МЗ и М4 будут иметь соответственно значения р у м ­ бов: С В : п ; Ю В : г ; Ю З : г и С З : г . 2

3

4

Румб заданного направления называют прямым, а противоположного — обратным. П р и этом прямой и обратный румбы одной и той ж е линии равны между собой, но имеют названия противоположных четвертей. Как следует из рис. 4.6 и 4.7, связь между азимутами и румбами в раз­ ных четвертях следующая: СВ:

Г1 =

ЮВ: г

2

А; х

= 180° —

Ю З : гз = А

ъ

А\ 2

— 180°;

С З : и = 360° —

А. А

В связи с тем, что меридианы в разных точках Земли непараллельны между собой, то азимут одной и той ж е прямой в р а з н ы х ее точках неоди­ наков. На рис. 4.8 угол между меридианами точек М\ и Мг одной и той ж е прямой есть сближение

меридианов У =

А\ —

этих точек у, т. е. А

ъ

Рис.

4.8. Связь между азимутами и дирекционными углами

Рис.

4.9. Схема к определению сближения меридианов

Если точки М\ и М расположены сравнительно недалеко друг от дру­ га, то сближение их меридианов практически равно н у л ю (у » 0) и и х м о ж ­ но считать параллельными, тогда А\ = Аг. 2

При значительных расстояниях между точками величину сближения меридианов в минутах м о ж н о определить по зависимости (рис. 4.9): у = 0,540/tgcp,

(4.1)

где / — расстояние между точками, км В связи с тем что азимуты в разных точках линий большой протяжен­ ности неодинаковы, на практике используют дирекционные углы. Дирекционным углом линии называют угол, отсчитываемый от север­ ного направления осевого меридиана или линии ему параллельной, п о х о ­ ду часовой стрелки д о направления данной линии (см. рис. 4.8). Д и р е к ц и о н н ы е углы для всех точек прямой значительной протяжен­ ности одинаковы и подобно азимутам могут меняться от 0 д о 360°. Из рис. 4.8 видно, что дирекционный угол для точек, расположенных восточнее осевого меридиана, равен а = А — у, а для точек, расположенных западнее осевого меридиана,— а = А + у. Аналогично азимутам, дирекционный угол данного направления на­ з ы в а ю т прямым, а противоположного — обратным. 2э-з

33

В большинстве случаев на практике ввиду малости значений у мери­ д и а н ы в разных точках линий на топографических планах принимают па­ раллельными и с одним из них совмещают ось абсцисс произвольной сис­ темы прямоугольных координат. 4.3. МАГНИТНОЕ СКЛОНЕНИЕ. ОРИЕНТИРОВАНИЕ КАРТ И ПЛАНОВ

Магнитное склонение 5 — это горизонтальный угол между географи­ ческим меридианом и направлением магнитной стрелки (магнитным ме­ ридианом) в данной точке поверхности Земли. Магнитное склонение может быть восточное — положительное и за­ падное — отрицательное (рис. 4.10). В разных точках Земли оно различно и на территории России колеб­ лется от 0° в районе Калининграда до 20° — в районе Нарьян-Мара. Маг­ нитное склонение меняется в течение суток, месяца, года, а также подвер­ жено вековым колебаниям и воздействию магнитных бурь. Точки схождения магнитных силовых линий называют магнитными полюсами, которые находятся внутри Земли и не совпадают с географи­ ческими полюсами. Прямая, соединяющая магнитные полюса, не совпа­ дает с осью вращения Земли на 11,5° и не проходит через ее центр. П о д н и ж н и м обрезом топографических карт всегда указывают усредненную для данного района величину магнитного склонения. Характерные углы (азимуты, румбы и дирекционные углы) отсчиты­ вают как от географического меридиана (тогда их называют истинными), так и от магнитного (тогда их называют соответственно магнитными). Ориентирование карты или плана заключается в их расположении та­ ким образом, чтобы направления линий на карте и плане были параллель­ ны горизонтальным проекциям тех ж е линий на местности. Ориентирование осуществляют с п о м о щ ь ю компаса или буссоли (см. рис. 4.5) или по характерным линиям местности, изображенным на карте или плане (ось дороги, улица, Л Э П и т. д.). П р и ориентировании карт или планов с п о м о щ ь ю компаса или буссоли используют изображенные на них меридианы или линии координатных сеток. Если план составлен относительно магнитного меридиана, то для его ориентирования нужно разместить на нем компас или буссоль таким об­ разом, чтобы линия диаметра С Ю была направлена по меридиану (соот­ ветствующей линии координатной сетки) или скошенный край буссоли был совмещен с одной из вертикальных линий (осью абсцисс) координат­ ной сетки. Отпустив арретир, разворачивают план таким образом, чтобы северный конец стрелки компаса или буссоли совпал с нулевым штрихом оцифрованного кольца.

43\\14

Рис.

4.10. Магнитное склонение: а — восточное; б — западное

Рис.

т

1* °отзо 54'\ ||

4.11. Ориентирование карты по километровой сетке

Для ориентирования карты или плана по истинному меридиану с по­ м о щ ь ю километровой сетки необходимо знать величины склонения маг­ нитной стрелки 8 и сближения меридианов у, которые можно найти на нижнем срезе карты. Ориентирование карты или плана совмещением нулевого штриха оцифрованного кольца компаса или буссоли с вертикальной линией ки­ лометровой сетки осуществляют аналогично изложенному выше, однако с е в е р н ы й к о н е ц м а г н и т н о й с т р е л к и у с т а н а в л и в а ю т н а отсчет, р а в н ы й ( 5 — у ) , к востоку или к западу от нулевого штриха в зависимости от знака этой величины (рис. 4.11). Разность (5 — у) представляет собой величину угла между направле­ нием магнитной стрелки и вертикальной линией километровой сетки. Для ориентирования карты или плана по характерной линии на мест­ ности нужно выйти на эту л и н и ю (на местности) и развернуть карту или план таким образом, чтобы одноименные линии на местности и карте б ы ­ ли параллельны. 4.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПО ГОРИЗОНТАЛЯМ ВЫСОТ ТОЧЕК, УКЛОНОВ ЛИНИЙ И КРУТИЗНЫ СКЛОНОВ. ГРАФИКИ ЗАЛОЖЕНИЙ

При решении различных инженерных задач по топографическим кар­ там и планам нередко приходится определять высоты заданных точек, ук­ лоны заданных линий и крутизну склонов.

Рис.

4.12. Определение высоты точки по горизонталям:

Р и с . 4.13. Схема к определению уклона линии

а — положение точки с в плане; б — на продольном профиле

Определение высот точек. Если искомая точка расположена на гори­ зонтали, то очевидно, что ее высота равна высоте этой горизонтали. Если точка расположена между горизонталями, то ее высоту опреде­ ляют методом линейной интерполяции высот. На рис. 4.12 дана точка с между горизонталями с высотами 72,0 и 73,0 м. Если провести через эту точку линию ab, нормальную к горизонта­ лям (рис. 4.12, а), то, измерив циркулем с помощью масштаба отрезки ас h ас и ab, равные соответственно 13,0 м и 20,0 м, из пропорции — = — най-

К

ab

дем h = — hb, где h = 1 м — высота сечения рельефа, тогда h = 0,65 м, а c

ab

h

c

искомая высота точки с равна Я = 72,0 + 0,65 = 72,65 м. Определение уклона. Если линия АВ местности (рис. 4.13) наклонена к горизонтальной линии АС под некоторым углом а , то тангенс этого угла будет равен уклону этой линии на местности /: с

/ - t g * - i d

4

2



Уклоном линии АВ на местности называют отношение превышения h между точками А и В к горизонтальной проекции расстояния между ни­ ми d. Если, например, h = 1,0 м, a d = 20,0 м, то i = ^ = 0,05. Уклоны могут быть положительными (повышения) и отрицательными (понижения). Ук­ лон / = 0,05 показывает, что линия местности повышается на 5 м на каж-

Рис.

4.14. Графики заложений:

а — уклонов; 6 — углов наклона

дые 100 м д л и н ы линии, а уклон / = - 0,03 показывает, что линия местно­ сти понижается на 3 м на каждые 100 м ее длины. Уклоны линий местности выражают не только в абсолютных величи­ нах, но, чаще всего, в процентах или промилле. Так, уклон / = 0,05 = = 5,0% = 50%о. К р о м е вычисления крутизны линий местности (уклонов) по формуле (4.2) ее можно вычислить по специальным графикам, называемым графи­ ками заложений (рис. 4.14). Графики заложений строят в масштабе данной карты или плана при h = 1 м, т. е. по формуле / = tga = —. Тогда, отложив на графиках соответd ствующие заложения (горизонтальные проекции расстояний) между дву­ мя точками на смежных горизонталях, м о ж н о немедленно определить ук­ лон (рис. 4.14, а) или угол наклона (рис. 4.14, б) линии местности, соеди­ няющей эти точки. 4.5. ПОСТРОЕНИЕ ПО ГОРИЗОНТАЛЯМ ПРОФИЛЯ МЕСТНОСТИ И ЛИНИИ ЗАДАННОГО УКЛОНА

При работе с топографическими планами и картами в ходе изысканий и проектирования инженерных сооружений нередко возникает задача по­ строения профиля земли по заданной линии (например, по трассе автомо­ бильной дороги или по поперечникам к трассе). Допустим, требуется построить профиль земли по линии АВ местно­ сти (рис. 4.15) с использованием топографического плана или карты. Как видно, прямая АВ пересекает ряд горизонталей, высоты которых извест­ ны (точки I , I I , I I I , V , V I и V I I ) , а также ряд характерных линий местности, 37

30

40

Р и с . 4.15. Схема к построению профиля земли по заданному направлению: а — план; б — продольный профиль

Р и с . 4.16. Схема развития трассы по склону с предельно допустимым уклоном

высоты точек пересечения которых могут быть получены линейной ин­ терполяцией (точка I V ) . Откладывая полученные высоты точек на перпендикулярах к прямой ab, получим требуемый продольный профиль. Расстояния между точка­ ми I , I I , V I I откладывают либо непосредственно в масштабе плана или карты или в ином принятом масштабе. Масштаб вертикальный, для более рельефного выражения профиля местности, обычно принимают в десять раз более крупным, чем горизонтальный. В практике изысканий и проектирования линейных сооружений (ав­ томобильных дорог, мостовых переходов и т. д.) нередко возникает зада­ ча развития трассы по склону с предельно допустимыми уклонами. Такая задача обычно возникает при трассировании линейного сооружения в пе­ ресеченной или горной местности. Допустим, из точки М требуется провести кратчайшую л и н и ю в на­ правлении точки N (рис. 4.16) так, чтобы уклон ее ни в одной точке не превышал предельно допустимый. Определив по графику заложений в масштабе данного плана или кар­ ты (см. рис. 4.14, а) заложение ab, соответствующее предельному уклону, соответствующим раствором циркуля из точки М засекают с л е д у ю щ у ю горизонталь в д в у х точках г и е. Далее из полученных точек тем же рас­ твором циркуля засекают с л е д у ю щ у ю горизонталь и т. д. В итоге получа­ ем два варианта развития трассы по склону, одно из которых (менее изви­ листое) оказывается более близким к заданному направлению.

4.6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЦ ВОДОСБОРНОГО БАССЕЙНА

Трасса автомобильной дороги или мостового перехода обычно пере­ секает большое число периодических (лога, балки, овраги) и постоянных (ручьи, речки и реки) водотоков, по которым стекает вода, образующаяся в результате таяния снега или выпадения дождей. Территорию местности, с которой стекает вода в результате таяния снега или выпадения до­ ждей, называют водосбо­ ром (или водосборным бассейном). Водосборный бассейн оконтуривается водораз­ дельной линией (водораз­ делом) и з а м ы к а ю щ и м створом (трассой линей­ ного сооружения, рис. 4.17). Водоразделом называ­ ют л и н и ю на местности, от которой вода стекает влево и вправо. Параметры макси­ мального стока (расходы воды, объемы стока), оп­ ределяющие генеральные размеры водопропускных сооружений (труб круглых, прямоугольных, малых мостов и т. д.), зависят прежде всего от площадей водосборных бассейнов, поэтому определение границ водосборных бассейнов и их площадей является наиболее часто встречающейся задачей при проекти­ ровании автомобильных дорог и мостовых переходов. Н а рис. 4.17 показаны границы водосборного бассейна для водопро­ пускного сооружения в точке А автомобильной дороги (водораздельная линия BCDHEF). Водораздельные линии проводят по нормалям к гори­ зонталям хребтов, холмов и седловин. 4.7. ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОЩАДЕЙ НА ПЛАНАХ И КАРТАХ

Измерение площадей на планах и картах необходимо для решения различных инженерных и экономических задач при изысканиях и проек­ тировании автомобильных дорог и мостовых переходов. Различают три способа измерения площадей на планах и картах: гра­ фический, механический (электронно-механический) и аналитический.

К графическому способу можно отнести способ разбиения измеряе­ мой площади на простейшие геометрические фигуры и способ, основан­ ный на использовании палетки. В первом случае подлежащую измерению площадь разделяют на про­ стейшие геометрические фигуры (рис. 4.18, а), площадь каждой из кото­ рых вычисляют по простым геометрическим формулам, а о б щ у ю пло­ щадь определяют как сумму площадей частных геометрических фигур: S=S.+S +S 2

1

3 2

3

= — + cd + ^ . 2 2

Во втором случае площадь измеряемой фигуры покрывается палет­ кой, состоящей из квадратов (рис. 4.18, б), каждый из которых является единицей измерения площади. Площади неполных фигур учитывают на глаз. Палетки изготовляют из прозрачных материалов (кальки, лавсано­ вые пленки и т. д.). Если измеряемый участок ограничен ломаными линиями, то его пло­ щадь определяют разбиением на элементарные геометрические фигуры. При криволинейных границах измеряемого участка его площадь проще определять с п о м о щ ь ю палетки. Механический способ состоит в определении площадей на планах и картах с п о м о щ ь ю механического или электронного планиметров. Полярный планиметр состоит из двух рычагов — полюсного 1 и об­ водного 4, шарнирно соединенных друг с другом (рис. 4.3, а). Н а конце полюсного рычага имеется грузик с иглой, являющейся п о л ю с о м 2, об­ водной рычаг на одном конце имеет счетный механизм 5, а на другом — обводную иглу или марку 3. Счетный механизм (рис. 4.3, б) состоит из циферблата 6, счетного ба­ рабана 7 и верньера 8. Одно деление на циферблате соответствует одному обороту счетного барабана. Барабан разделен на 100 делений. Десятые

доли малого деления барабана оценивают по верньеру. Полный отсчет по планиметру выражается четырехзначным числом: первую цифру отсчи­ тывают по циферблату, вторую и третью — по счетному барабану, чет­ вертую — по верньеру. На рис. 4.3 отсчет по счетному механизму плани­ метра равен 3682. Установив обводной индекс на начальной точке контура измеряемой фигуры, берут по счетному механизму отсчет а, затем обводным индек­ сом обводят контур измеряемой фигуры по ходу часовой стрелки д о на­ чальной точки и берут отсчет Ъ. Разность отсчетов (6 — а) представляет собой площадь фигуры в делениях планиметра. Каждому д е л е н и ю плани­ метра соответствует на местности и на плане определенная площадь, на­ зываемая ценой деления планиметра Р. Тогда площадь измеряемой фигу­ ры можно определить по формуле: S = Р(Ь — а),

(4.3)

где Р — цена деления планиметра; (Ь — а) — разность отсчетов в началь­ ной точке при обводе фигуры, площадь которой определяют. Для определения цены деления планиметра измеряют фигуру, пло­ щадь которой заранее известна или которую можно определить с высо­ кой точностью. Такой фигурой на топографических планах и картах явля­ ется квадрат, образованный линиями координатной сетки. Цену деления планиметра Р вычисляют по формуле: Р=-

S*

(4.4)

Ь-а где S* — известная площадь фигуры; (Ь — а) — разность отсчетов в на­ чальной точке при обводе фигуры с известной площадью. При работе с планиметром следует соблюдать следующие правила: план или карту следует закреплять на

1

гладком столе или чертежной доске;

2

положение полюса при обводе фигу­

\

ры следует выбирать так, чтобы между рычагами планиметра не было углов ме­ нее 30° и более 150°; если при обводе фигуры по ходу часо­ вой стрелки конечный отсчет получается меньше начального, к конечному отсчету

х

п

2 2'

!*

3

г х

з

3'

У2

У4

следует прибавлять 10 ООО; при определении цены деления пла­ ниметра обвод фигуры делают не менее

Р и с . 4.19. Аналитический способ измерения площадей

Y

двух раз, при этом расхождение в разностях ( а — Ь) допускается не более чем на три единицы. При соблюдении указанных правил предельная относительная о ш и б ­ ка измерения площадей планиметром составляет не более 1:300. Аналитический способ состоит в вычислении площадей п о результа­ там измерений углов и линий на местности. П о результатам измерений на местности вычисляют координаты вершин X, Y. П л о щ а д ь S полигона 1-2-3-4 (рис. 4.19) можно вычислить через площади трапеций: 5 = ^ [ ( х , + х \у 2

- > 0 + (*2+ Я з Х Г з - У г ) -

2

Ух)" ( * 4 + *з X Л " Уа

+ *4 Х Л "

)]•

Произведя преобразования, получаем две равнозначные формулы для определения удвоенной площади многоугольника: 2$=Х\(У -у ) 2

+ х (у -у )+х (у

4

2

25 = ^ , ( х -х ) 4

2

3

х

ъ

+ у (х -х ) 2

х

-у )+х (у -у )\

А

2

+ у (х -х )

3

3

2

А

+ у (х А

3

А

х

ъ

-х ). х

4

5

(-)

Для многоугольника с числом вершин п окончательно получим: л л 1 Вычисления по формулам (4.6) выполняют на микрокалькуляторе или на компьютере. Точность определения площадей аналитическим способом определя­ ется точностью измеренных величин.

Глава 5. Э Л Е К Т Р О Н Н Ы Е К А Р Т Ы , Ц И Ф Р О В Ы Е И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ МЕСТНОСТИ 5.1. ПОНЯТИЕ О ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

Геоинформационной системой (ГИС) называют интегрированную автоматизированную систему и комплексную компьютерную техноло­ гию, базирующуюся на последних достижениях науки и техники в обла­ сти информатики, космической навигации, электронной тахеометрии, аэрокосмической и наземной стереофотограмметрии, подповерхностно­ го зондирования, связи, организации баз данных и предназначенную для 42

получения, ввода, хранения, обновления, обработки, визуализации раз­ личных видов географически привязанной информации для оперативно­ го комплексного анализа, прогнозирования и принятия решений по ш и ­ рокому кругу вопросов, связанных с картографированием, изысканиями, проектированием, строительством и эксплуатацией инженерных объек­ тов, диагностикой, паспортизацией, экономикой, экологией, сервисом, демографией, безопасностью и т . д . Анализ места Г И С среди других автоматизированных систем позво­ ляет сделать вывод о том, что комплексная автоматизированная обработ­ ка информации в Г И С не имеет аналогов с технологиями обработки ин­ формации в других автоматизированных системах. С о в р е м е н н ы е геоинформационные системы представляют собой но­ вый тип автоматизированных интегрированных систем, которые включа­ ют в себя как методы обработки данных многих существующих или ранее существовавших систем, таких как А С Н И (научные исследования), С А П Р (проектирования), А С И С (информационные системы), С У Б Д (уп­ равления базами данных), А С К (картографирования), А Ф С (фотограм­ метрические системы), А К С (кадастровые системы) и т. д., так и облада­ ют уникальной спецификой в организации и обработке данных, поста­ вивших их на качественно более высокий уровень как многоцелевых, многоаспектных систем. Существовавшее д о недавнего времени представление о Г И С как об автоматизированной системе управления компьютеризованной базы д а н ­ ных следует считать устаревшим, поскольку в Г И С может входить много баз данных, а полная технология обработки в Г И С значительно шире, чем при работе с конкретной базой данных. К р о м е того, любая Г И С обяза­ тельно включает в себя систему экспертных оценок, которую реализовать на уровне баз д а н н ы х не представляется возможным. И наконец, базы данных в ГИС и м е ю т не тфлько пространственную, но и временную ха­ рактеристику, что важно прежде всего для географических данных. 1

На основе анализа целей и задач существующих Г И С более правиль­ ным следует считать определение Г И С как геоинформационных систем, а не как географических информационных систем, поскольку процент чи­ сто географических д а н н ы х в них относительно невелик. Поэтому м о ж н о дать более короткое определение геоинформационным системам (ГИС). Г И С — это автоматизированная интегрированная информационная система, предназначенная для обработки пространственно-временных данных, основой интеграции которых служит географическая информа­ ция. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М , Финансы и статистика,

С точки зрения функционального назначения Г И С можно рассматри­ вать как: систему управления, предназначенную для обеспечения принятия ре­ шений по оптимальному управлению разнообразными пространственны­ ми объектами (земельные угодья, природные ресурсы, городские хозяй­ ства, транспорт, экология и т. д.); автоматизированную информационную систему, объединяющую технологии и технологические процессы известных информационных си­ стем типа С А П Р , А С Н И , А С И С ; геосистему, в к л ю ч а ю щ у ю технологии (прежде всего технологии сбо­ ра информации) таких систем, как географические информационные сис­ т е м ы (ГИС), системы картографической информации (СКИ), автоматизи­ рованные системы картографирования (АСК), автоматизированные ф о ­ тограмметрические системы (АФС), земельные информационные систе­ мы ,(ЗИС), автоматизированные кадастровые системы ( А К С ) и т. д.; систему, использующую базы данных, характеризуемую широким на­ бором данных, собираемых с п о м о щ ь ю различных методов и технологий, и о б ъ е д и н я ю щ и е в себе как базы данных обычной (цифровой) информа­ ции, так и графические базы данных. При этом особую роль здесь приоб­ ретают экспертные системы; систему моделирования, использующую в максимальном объеме ме­ тоды и процессы математического моделирования, разработанные и при­ меняемые в рамках других автоматизированных систем; систему получения проектных решений, использующие методы авто­ матизированного проектирования в С А П Р , но и р е ш а ю щ у ю ряд других специфических задач, например согласования принципиальных проект­ ных решений с землепользователями, заинтересованными ведомствами и организациями; систему представления информации, являющуюся развитием авто­ матизированных систем документационного обеспечения ( А С Д О ) и предназначенную, прежде всего, для получения картографической ин­ формации с различными нагрузками и в различных масштабах; интегрированную систему, объединяющую в единый комплекс м н о ­ гообразный набор методов и технологий на базе единой географической информации; прикладную систему, не и м е ю щ у ю себе равных по широте примене­ ния, в частности, на транспорте, навигации, военном деле, топографии, географии, геологии, экономике, экологии, демографии и т. д.; систему массового пользования, позволяющую применять картогра­ фическую и н ф о р м а ц и ю на уровне деловой графики для широкого круга пользователей, когда используют картографические данные, далеко не всегда создавая для этой цели топографические карты.

Одним из основных принципов организации пространственной ин­ формации в Г И С является послойный принцип (рис. 5.1). Концепция послойного представ­ ления графической информации была заимствована из систем С А П Р , одна­ ко в Г И С она получила новое качест­ венное развитие, так, например: тематические слои в Г И С пред­ ставляются не только в векторной форме (как в С А П Р ) , но и в растровой форме; векторные д а н н ы е в Г И С обяза­ тельно являются объектными, т. е. не­ сут и н ф о р м а ц и ю об объектах, а не об отдельных их элементах, как в С А П Р ; . тематические слои в Г И С являют­ Р и с . 5.1. Пример совокупности ся определенными типами цифровых тематических слоев как интегрирован­ картографических моделей, постро­ ной основы графической части ГИС енными на основе объединения про­ странственных объектов, и м е ю щ и х общие свойства или функциональ­ ные признаки. Совокупность тематических слоев образует интегрированную основу графической части Г И С , в которых объединяющей основой (подложкой) являются цифровые и электронные карты.

5.2. ЦИФРОВЫЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ КАРТЫ

Цифровая карта (ЦК) — цифровая модель местности, записанная на машинном носителе информации в установленных структурах и кодах, сформированная на базе законов картографии в принятых для карт проек­ ции, разграфке, системе координат и высот, по точности и содержанию соответствующая карте определенного масштаба. Электронная карта (ЭК) — векторная или растровая топографо-тематическая карта, сформированная на машинном носителе информации в принятой проекции, системе координат и высот, условных знаков, пред­ назначенная для отображения, анализа и моделирования, а также для ре45

Карта

Цифро­ вание

ЦК метри ка

I

ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ВЕКТОРНАЯ КАРТА графопос троитель семан­ тика дисплей

ЭЛЕКТРОННАЯ] КАРТА

а) визуализация

векторная плот-1 карта тер

Карта

[скани РКЦ \рование\

распозна-

\вкц\-

мрин \тер дисп­ лей

б)

Р и с . 5.2. Технология полуавтоматического цифрования (а) и сканерная технология (б) подготовки электронных карт в ГИС

шения расчетных и информационных задач по данным о местности и об­ становке. 1

Векторное представление графической информации (векторная м о ­ дель данных) — цифровое представление точечных, линейных и полиго­ нальных пространственных объектов в виде набора координатных пар с описанием только геометрии объекта. Растровое представление графической информации (растровая мо­ дель данных) — это цифровое представление пространственных объек­ тов в виде совокупности ячеек растра (пикселей). Пиксель — это недели­ мый двухмерный элемент изображения, наименьшая из его составляю­ щих, получаемая в результате сканирования изображения или электрон­ ного фотографирования и характеризуемая прямоугольной формой и размерами, определяющими пространственное разрешение изображе­ ния. При растровом представлении графической информации разрешение получаемого графического изображения характеризуется минимальным л и н е й н ы м размером наименьшего участка пространства (поверхности), отображаемым одним пикселем или числом пикселей на единицу длины изображения (например, dpi — число пикселей на д ю й м ) . Шайтура СВ. Геоинформационные системы и методы их создания. Калуга: Изд-во Н.Бочкаревой, 1998.

С у щ е с т в у ю т способы и технологии перехода от одних представлений графической информации в Г И С к другим, например векторно-растровое или растрово-векторное. Традиционные технологии подготовки цифровых и электронных карт в ГИС с использованием для этой цели топографических карт на бумаж­ ных носителях представлены на рис. 5.2. Д а н н ы е космических съемок, аэросъемок и наземных фототеодолит­ ных съемок, осуществляемые с использованием специальной электрон­ ной съемочной аппаратуры в цифровом виде (электронная фотография), вводят непосредственно в память компьютера, минуя бумажную стадию при подготовке графических данных в Г И С . В отличие от цифровых карт, точечные, линейные и площадные объ­ екты которых характеризуются пространственными координатами и ко­ д о в ы м и обозначениями, электронные карты (ЭК), наряду с указанными параметрами цифровых карт, имеют систему условных знаков (со своими размерами, шрифтом и цветом) и пространственно-логические связи между объектами и элементами изображения. Представление и хранение картографической информации в виде ЭК имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с традиционным хранением и использованием топографических карт на б у м а ж н ы х носи­ телях (твердой основе): возможность постоянного внесения изменений и корректировок (об­ новления карт); возможность объединения в единой системе картографической и не­ картографической информации и различных взаимосвязей между ними; возможность оперативного обращения к Э К как путем ввода запросов через клавиатуру, так и путем непосредственного указания на экране мо­ нитора интересующих пользователя картографических объектов; возможность за счет целостности модели проведения различных ана­ лизов и обобщений, отслеживания динамики изменения различных пара­ метров с формированием необходимых справок, таблиц, диаграмм и т. д.; возможность создания по требованию пользователя л ю б ы х нужных ему карт, требуемой тематики, масштабов и степени детализации как в электронном виде, так и на твердых носителях; возможность постоянного изменения работающих с моделью про­ грамм; возможность трехмерной визуализации цифровых моделей, не види­ мых для человеческого глаза, включая перемещение над поверхностью (режим «Полет») с визуальным эффектом полета в трехмерном простран­ стве; возможность получения экспертных решений в режиме реального времени.

Принципиальные особенности ЭК как картографической основы Г И С является ее многослойная организация с гибким механизмом управ­ ления слоями, позволяющая не только отобразить существенно большее количество разнообразной информации, чем на обычной топографиче­ ской карте, но существенно упростить ее анализ путем селекции карто­ графических данных, необходимых для текущего рассмотрения с приме­ нением механизма «прозрачности» электронной карты и р е ж и м а реаль­ ного масштаба времени. Электронные карты классифицируют: по форме представления (векторные, растровые, векторно-растровые); по назначению (ГИС, А С У , навигация); по тематике, видам и масштабам (тематические карты разных масш­ табов, Э К городов, электронные топографические карты, электронные кадастровые карты и т. д.); по способам представления пространственной информации: двухмерные модели (X, Y); трехмерные модели (X, Y, Н); пространственно-временные модели (Х Y, Н, t). Пространственно-временные модели Э К являются картографической основой современных Г И С . 9

5.3. ПОНЯТИЕ О СИСТЕМАХ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ (САПР)

Системой автоматизированного проектирования (САПР) называют комплекс методических, организационных и технических мероприятий, выполняемых инженером-проектировщиком при широком использова­ нии средств автоматизации и компьютерной техники для получения наи­ л у ч ш и х проектных решений и подготовки проектно-сметной документа­ ции в фиксированные сроки и с м и н и м а л ь н ы м и трудозатратами. С А П Р — принципиально новая организационно-техническая систе­ ма, основу которой составляют компоненты методического, программно­ го, информационного, технического и организационного обеспечения. Проектирование на уровне С А П Р предполагает перестройку всего проектно-изыскательского дела: радикальное изменение состава и зна­ ний инженерно-технического персонала, изменение существующей структуры проектно-изыскательских институтов и фирм, технологии и методов изысканий и проектирования. Функциями САПР являются разработка и выпуск проектно-сметной документации, обладающей уровнем качества, н е д о с т и ж и м ы м средства­ ми традиционного (неавтоматизированного) проектирования.

Коренное отличие системного проектирования от эпизодического применения компьютерной техники при традиционном проектировании заключается в том, что все подсистемы С А П Р взаимосвязаны и результа­ ты проектных разработок по одной из систем непосредственно использу­ ются в виде исходной информации для последующего проектирования без промежуточной переподготовки данных. Эти результаты, кроме того, могут выдаваться на экран монитора в виде цифровой или графической информации, которая при необходимости непосредственно корректиру­ ется инженером-проектировщиком. Таким образом осуществляется диа­ лог инженера с компьютером. Целью создания САПР являются: повышение качества объектов проектирования. Например, разработ­ ка проектов автомобильных дорог с обеспечением зрительной плавности и ясности трассы, органически вписывающейся в о к р у ж а ю щ и й л а н д ш а ф т и обеспечивающей наилучшие транспортно-эксплуатационные показате­ ли (уровни удобства и безопасность движения, скорости и время сообще­ ния, пропускная способность и т. д.); снижение стоимости строительства объектов и их материалоемкости. Стоимость автомобильных дорог и материалоемкость проектных реше­ ний при системном автоматизированном проектировании оказывается на 10—15% (а иногда и более) ниже соответствующих показателей при ис­ пользовании традиционных технологий; сокращение сроков проектирования, трудовых затрат, повышение ка­ чества проектно-сметной документации. При системном проектировании сроки проектно-изыскательского цикла (с соответствующим ростом про­ изводительности труда) сокращаются в среднем на 20—25% и более. Подготовка проектно-сметной документации с использованием совре­ менных плоттеров и принтеров обеспечивает оформление проектов (по­ яснительных записок, смет и чертежей) с качеством, недостижимым при традиционной технологии. При проектировании на уровне С А П Р наибольший экономический эффект достигается в связи с повышением качества объектов проектиро­ вания и снижения сметной стоимости и материалоемкости строительст­ ва. В меньшей степени этот экономический эффект связан с сокращением сроков проектирования и повышением производительности проектно-изыскательских работ. Экономический эффект при проектировании на уровне С А П Р дости­ гается за счет: системного использования средств автоматизации и компьютерной техники; создания принципиально новой технологии производства проектно-изыскательских работ;

повышения специализации труда; совершенствования методов управления процессами изысканий и проектирования; внедрения новых математических методов проектирования, обеспе­ ч и в а ю щ и х оптимизацию проектных решений по различным критериям и, прежде всего, экономическим; внедрения новых методов математического моделирования проекти­ руемых объектов и особенностей их ожидаемого функционирования; многовариантности проработки проектных решений, эвристическим путем приближающей к наилучшим решениям. О д н а из принципиальных отличительных особенностей системного автоматизированного проектирования состоит в том, что исходная изы­ скательская информация для проектирования представляется в виде крупномасштабных топографических планов на ш и р о к у ю полосу воз­ можного размещения конкурентоспособных вариантов трассы (полосу варьирования) и цифровых моделей рельефа, ситуационных особенно­ стей и инженерно-геологического и гидрогеологического строения мест­ ности ( Ц М М ) на ту ж е полосу и в той же системе координат. В ходе проектирования по топографическим планам инженеры-про­ ектировщики эскизно прорабатывают принципиальные инженерные ре­ шения (например, основные варианты возможных направлений трассы), поручая компьютеру расчетное сопровождение этих решений и снятие исходных д а н н ы х с Ц М М для последующего проектирования (продоль­ ные профили земли по оси вариантов трассы, почвенно-грунтовые, инже­ нерно-геологические разрезы, поперечные профили земли, стоимости от­ вода земель и т. д.). 5.4. ЦИФРОВОЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕСТНОСТИ

Цифровой моделью местности (ЦММ) называют совокупность точек местности с известными трехмерными координатами и различными ко­ довыми обозначениями, предназначенную для аппроксимации местности с ее природными характеристиками, условиями и объектами. Кодовые обозначения характеризуют связи между соответствующи­ ми точками Ц М М . Общая Ц М М — это многослойная модель, которая в зависимости от назначения может быть представлена сочетанием частных цифровых мо­ делей (слоев): рельефа, ситуационных особенностей, почвенно-грунтовых, гидрогеологических, инженерно-геологических, гидрометеорологи­ ческих условий, технико-экономических показателей и других характе­ ристик местности. 50

Математической моделью местности (МММ) называют математи­ ческую интерпретацию цифровых моделей для компьютерного решения конкретных инженерных задач. В зависимости от инженерного назначения математической модели для одной и той же Ц М М может быть использовано несколько различных МММ. В рамках системного автоматизированного проектирования рацио­ нальным образом распределяются функции между инженером-проекти­ ровщиком, компьютером и другими средствами автоматизации. Поэтому при решении ряда инженерных задач строительства инженер работает с доступными ему топографическими картами и планами, поручая компь­ ютеру работу с доступными ему цифровыми и математическими моделя­ ми тех же участков местности. Конечным результатом инженерных изысканий при проектировании на уровне С А П Р по этой причине является получение крупномасштаб­ ных топографических планов и Ц М М на одни и те же участки местности в единой системе координат. Однако нужно иметь в виду, что информа­ ционная емкость общей Ц М М при этом существенно больше информаци­ онной емкости самых подробных крупномасштабных топографических планов. Ц М М и М М М используют прежде всего для получения необходимой исходной информации для автоматизированного проектирования (про­ дольные профили земли по оси трассы, поперечные профили, инженер­ но-геологические разрезы и т. д.). Возможности цифрового и математического моделирования позволи­ ли, в частности, в корне изменить технологию проектирования инженер­ ных объектов и потребовали изменения технологии и методов сбора, ре­ гистрации и представления исходных данных при изысканиях. 5.5. ВИДЫ ЦИФРОВЫХ МОДЕЛЕЙ МЕСТНОСТИ

Конечной целью изысканий для строительства линейных инженер­ ных объектов (автомобильных, лесовозных дорог, каналов, коммуника­ ций и т. д.) является получение топографического плана местности в пре­ делах широкой полосы варьирования конкурентных вариантов трассы и цифровой модели рельефа и геологического строения того же участка местности ( Ц М М ) в единой системе координат. По Ц М М и получаемым на их основе математическим моделям местности ( М М М ) в* конечном итоге осуществляют системное, автоматизированное проектирование всех конкурентных вариантов трассы линейных сооружений. Трудовые затраты на получение с Ц М М необходимой для проектирования инфор­ мации (профили земли по оси трассы, поперечные профили земли, геоло-

гические разрезы и т. д.) сокращаются в несколько десятков раз по срав­ нению с получением той же информации при использовании топографи­ ческих планов и стереоскопических моделей по традиционной техноло­ гии. При цифровом моделировании рельефа и геологического строения местности в зависимости от сложности рельефа, ситуационных особен­ ностей местности, способа производства изысканий, задач проектирова­ ния, наличия парка современных геодезических приборов, приборов спутниковой навигации, средств геофизической подповерхностной раз­ ведки, средств автоматизации и вычислительной техники могут быть сформированы ЦММ с использованием самых разнообразных принци­ пов. Вопросам разработки различных видов ЦММ было посвящено боль­ шое количество исследований. При этом все известные ЦММ м о ж н о раз­ бить на три большие группы: регулярные, нерегулярные и статистиче­ ские. Регулярные ЦММсоздают путем размещения точек в узлах геометри­ ческих сеток различной ф о р м ы (треугольных, прямоугольных, шести­ угольных), накладываемых на аппроксимируемую поверхность с задан­ ным шагом. Наиболее часто применяют ЦММ с размещением исходных точек в узлах сеток квадратов (рис. 5.3,а) или равносторонних треуголь­ ников (рис. 5.3, б). Регулярные ЦММ в узлах правильных шестиугольных сеток (рис. 5.3, в) нашли применение при проектировании нефтепромыс­ ловых дорог в условиях равнинного рельефа Западной Сибири. Массив исходных д а н н ы х для регулярных ЦММ (рис. 5.3, а—в) м о ­ жет быть представлен в следующем виде: F, т, п, Хо, Уо, Н\и

#im,

•

Дт,

(5-1)

где F— шаг сетки; т — число точек по горизонтали; п — число строк по вертикали; # ц , #i , #nm — высоты точек в узлах сетки. Регулярные модели весьма эффективно использовать при проектиро­ вании вертикальной планировки городских улиц, площадей, аэродромов и других инженерных объектов на участках местности с р а в н и н н ы м рель­ ефом. Однако опыт использования ЦММ с регулярным массивом исход­ ных данных показал, что требуемая точность аппроксимации рельефа д о ­ стигается л и ш ь при очень высокой плотности точек местности, которая в зависимости от категории рельефа д о л ж н а быть в 5—20 раз в ы ш е по срав­ нению с нерегулярными ЦММ. Появление высокопроизводительных д и ­ гитайзеров и коордиметров с автоматической регистрацией информации по заданному интервалу длины или времени, тем не менее, делает исполь­ зование регулярных моделей (5.1) весьма перспективным. m

б)

и)

*к + Еуъ + F; }

2

к

Я„ = Ах

2

k

2

+ Д х ^ + Су

2

п

+ Dx„ + £>„ + F,

где Л, Д, С, Д £ и F — неизвестные коэффициенты уравнения аппрокси­ мирующей поверхности; Щ JCJ, >>j,. . ., Я„, jt„, >>„ — известные координаты точек модели, попавших в пределы круга или квадрата. Поскольку число неизвестных в системе (5.10) меньше числа уравне­ ний (которых не менее 10), то система решается методом «наименьших квадратов». Таким образом определяют неизвестные коэффициенты ап­ проксимирующего уравнения (5.9), подставив в которое известные про­ ектные координаты Xи Уточки трассы (например, П К 20), определяют ее высоту Я . Далее круг или квадрат перемещают в центр очередной точки трассы (например, на ПК 21) и процедура повторяется. При этом если плотность исходных точек модели в районе очередной определяемой точки трассы уменьшилась, то размеры круга или квадрата автоматически возрастут, а если плотность возросла — то наоборот уменьшатся. Для математического описания с и т у а ц и о н н ы х , п о ч в е н н о - г р у н т о вых, гидрогеологических и других условий местности и с п о л ь з у ю т кон­ т у р н у ю и н д е к с а ц и ю объектов местности с перечнем н о м е р о в точек вдоль каждого такого контура (граница пашни, лес, река, Л Э П , газопро­ вод и т. д.), н а п р и м е р : Кз; 3; 2 1 ; 43; 24; 26. Для з а м к н у т ы х к о н т у р о в (зда­ ние, сад, огород, пруд и т. д.) точки замыкания повторяются, н а п р и м е р : С ; 13; 15; 52; 16; 13. 7

5.8. ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦИФРОВЫХ И МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

В рамках системного автоматизированного проектирования ( С А П Р ) объектов строительства с п о м о щ ь ю цифровых и математических моделей решается широкий круг инженерных задач, которые ранее частично на­ ходили решение другими методами и средствами: оптимальное пространственное трассирование автомобильных дорог, лесовозных дорог и каналов. Решение этой актуальной задачи с привле­ чением математического аппарата оптимизации проектных решений ста­ ло возможным благодаря развитию методов цифрового и математическо­ го моделирования местности; 60

получение продольных профилей Земли по оси вариантов трассы, за­ проектированных с использованием крупномасштабных топографиче­ ских планов. В рамках изысканий при традиционном проектировании продольный профиль по оси трассы получали в результате выполнения трудоемкого комплекса полевых геодезических работ, как правило, сред­ ствами традиционной наземной геодезии (трассирование, закрепление трассы, разбивка пикетажа, двойное геометрическое нивелирование и т.д.); получение поперечных профилей Земли. Эта работа при традицион­ ных изысканиях выполнялась, как правило, методом тригонометрическо­ го нивелирования; получение продольных по оси трассы и поперечных инженерно-гео­ логических разрезов. П р и традиционных изысканиях эту совершенно н е ­ о б х о д и м у ю для проектирования информацию получали в результате в ы ­ полнения комплекса чрезвычайно трудоемких и дорогих инженерно-гео­ логических работ путем механического бурения, шурфования, устройст­ ва расчисток и т. д.; получение исходной инженерно-гидрологической информации д л я проектирования водопропускных сооружений и системы поверхностного водоотвода (площади водосборов, ж и в ы е сечения, морфостворы и гидро­ створы, уклоны логов и их склонов, математическое моделирование с т о ­ ка ливневых и талых вод и т . д . ) ; проектирование системы дорожного поверхностного водоотвода (кюветы, быстротоки, нагорные и водоотводные канавы и т. д.); решения задачи распределения земляных масс и подсчеты о б ъ е м о в земляных работ; решение задач вертикальной планировки при проектировании п л о щ а ­ дей, городских улиц и дорог и аэродромов; пространственное моделирование полотна автомобильных д о р о г и прилегающего ландшафта. Решение этой задачи широко используют при ландшафтном проектировании автомобильных дорог для обеспече­ ния зрительной плавности и ясности трассы и обеспечения гармоничного вписывания полотна автомобильных дорог в прилегающий л а н д ш а ф т с обеспечением высоких уровней удобства и безопасности движения; проектирование транспортных развязок автомобильных дорог в о д ­ ном и разных уровнях. Развитие и совершенствование методов цифрового и математическо­ го моделирования местности во многом предопределили и повлияли н а изменение технологии и методов изысканий и проектирования объектов инженерного строительства, и дальнейший прогресс проектно-изыска-

тельского дела невозможен без широкого использования в ходе выработ­ ки проектных решений, их оценки и корректировки цифровых и матема­ тических моделей местности.

Глава 6. Э Л Е М Е Н Т Ы Т Е О Р И И П О Г Р Е Ш Н О С Т Е Й ИЗМЕРЕНИЙ 6.1, ВИДЫ ИЗМЕРЕНИЙ. РАВНОТОЧНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ. СВОЙСТВА СЛУЧАЙНЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ

Измерением называют процесс сравнения измеряемой величины с другой, принятой за единицу измерения известной величиной. Измерения различают: прямые, косвенные и дистанционные. Прямые измерения являются простейшими и в историческом плане первыми видами измерений, например, измерение длин л и н и й землемер­ ной лентой или рулеткой. Косвенные измерения основываются на использовании некоторых математических зависимостей между искомыми и непосредственно из­ меряемыми величинами. Например площадь прямоугольника на местно­ сти определяют, измерив длины его сторон. Дистанционные измерения основываются на использовании ряда фи­ зических процессов и явлений и, как правило, связаны с использованием современных технических средств: светодальномеров, электронных та­ хеометров, фототеодолитов и т. д. Н а точность проводимых измерений влияют ряд факторов и условий: сам объект измерений, используемые единицы измерений, технические средства, технология и методы производства работ, состояние о к р у ж а ю ­ щей среды, опыт производителей работ и т. д. В связи с этим измерения, производимые в условиях, при которых все получаемые результаты мож­ но считать одинаково надежными, называют равноточными и, наоборот, когда результаты нельзя считать одинаково надежными — неравноточ­ ными. Поскольку геодезические работы предполагают прежде всего измере­ ния, то последние производятся с неизбежными погрешностями. При многократном измерении одной и той ж е величины каждый раз получают несколько отличающиеся результаты как по абсолютной величине, так и по знакам, каким б ы опытом не обладал исполнитель и какими б ы высо­ коточными приборами он не пользовался. Погрешности различают: грубые, систематические и случайные. Появление грубых погрешностей связано с серьезными ошибками и промахами при производстве измерительных работ. Поскольку обяза-

тельным принципом производства геодезических работ является конт­ роль основных геодезических дейст­ вий, то грубые погрешности сравни­ тельно легко выявляются и устраня­ ются. Заранее определимы и могут быть +дпр сведены к необходимому минимуму путем введения соответствующих по­ правок и систематические погреш­ Р и с . 6.1. Кривая нормального распре­ деления случайных погрешностей Га­ ности. Например, заранее может усса быть учтено влияние кривизны Земли на точность определения вертикаль­ ных расстояний, влияние температуры воздуха и атмосферного давления при определении длин линий светодальномерами или электронными та­ хеометрами, заранее м о ж н о учесть влияние рефракции атмосферы и т. д. Если не допускать грубых погрешностей и устранять систематиче­ ские, то качество измерений будет определяться только случайными по­ грешностями, к о т о р ы е неустранимы, однако их поведение подчиняется законам б о л ь ш и х чисел, поэтому их можно анализировать, контролиро­ вать и сводить к необходимому минимуму. Для уменьшения влияния случайных погрешностей на результаты из­ мерений прибегают к многократным измерениям, к у л у ч ш е н и ю условий работы, выбирают более совершенные приборы, методы измерений и осуществляют тщательное их производство. Сопоставляя ряды случайных погрешностей равноточных измерений можно обнаружить, что они обладают следующими свойствами: а) для данного вида и условий измерений случайные погрешности не могут превышать по абсолютной величине некоторого предела; б) малые по абсолютной величине погрешности появляются чаще больших; в) положительные погрешности появляются так же часто, как и рав­ ные им по абсолютной величине отрицательные; г) среднее арифметическое из случайных погрешностей одной и той же величины стремится к нулю при неограниченном увеличении числа измерений. Поведение случайных погрешностей в ряду равноточных измерений (их свойства) подчиняется закону нормального распределения Гаусса, графическое изображение которого представлено на рис. 6.1. Если обозначить точное значение какой-либо величины через X, а ее измеренное значение через /, то абсолютная величина случайной погреш­ ности и ее знак определятся разностью:

(6.1)

X.

Д = / —

Разность между результатом измерения некоторой величины / и ее ис­ т и н н ы м значением ^ н а з ы в а ю т абсолютной (истинной) погрешностью. Абсолютная погрешность не является,однако,исчерпывающе полным показателем точности выполненных работ. Например, если некоторая ли­ ния, фактическая длина которой составляет 1000 м, измерена землемер­ ной лентой с ошибкой 0,50 м, а отрезок д л и н о ю 200 м — с ошибкой 0,20 м, то, несмотря на то, что абсолютная погрешность первого измерения больше второго, все же первое измерение было выполнено с точностью в два раза более высокой. Поэтому необходимо ввести понятие относи­ тельной погрешности:

/

"

О т н о ш е н и е абсолютной погрешности измеряемой величины А к са­ мой этой величине / называют относительной погрешностью. Относительные погрешности е всегда выражаются д р о б ь ю с числите­ лем, равным единице. Так, в приведенном в ы ш е примере относительная погрешность первого измерения составляет 1/2000, а в т о р о г о — 1 / 1 0 0 0 . 6.2. АРИФМЕТИЧЕСКОЕ СРЕДНЕЕ

Если выполнен ряд равноточных измерений одной и той ж е величины ( / / 2 , / ) и нет оснований для того, чтобы отдавать предпочтение одно­ му из них, то, согласно последнему свойству случайных погрешностей, за окончательное значение измеренной величины следует принять среднее арифметическое результатов всех измерений: ь

п

- _ ' i H + - 4 п

(6.3)

.М п

В формуле (6.3) сумма в числителе обозначена квадратными скобка­ ми, как это принято в теории погрешностей по Гауссу. , Поскольку X есть истинное значение измеряемой величины, м о ж н о вычислить ряд соответствующих абсолютных погрешностей измерений: А,=Х^1 ; }

А =Х-1 ;...; 2

А =Х-1 .

2

П

п

С л о ж и в правые и левые части уравнений (6.4), получим [А) =

пХ-[1],

(6.4)

откуда (6.5)

X п

п

Как следует из формулы (6.5), с увеличением числа измерений — п будет стремиться к нулю и, следовательно, при бесконечно большом ч и с ­ ле измерений средняя арифметическая величина — будет равна истинно-

нее арифметическое х будет несколько отличаться от истинного значения измеряемой величины X, однако при всяком п арифметическое среднее х считают более надежным значением измеряемой величины. 6.3. СРЕДНЯЯ КВАДРАТИЧЕСКАЯ ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ. ПРЕДЕЛЬНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ

Для оценки степени точности ряда измерений одной и той же величи­ ны недостаточно знать арифметическое среднее погрешностей измере­ ний, которое не является исчерпывающим показателем качества измери­ тельных работ. Это связано прежде всего с тем, что при определении арифметического среднего в ряде измерений может быть не отражено на­ личие сравнительно крупных погрешностей разных знаков, поскольку последние взаимно компенсируются. В связи с этим Гаусс предложил критерий оценки точности измере­ ний, не зависящий от знаков отдельных сравнительно крупных погреш­ ностей ряда — с р е д н ю ю квадратическую погрешность измерений. Сред­ няя квадратическая погрешность измерений—это корень квадратный из арифметического среднего квадратов истинных погрешностей: (6.6) Поскольку истинное значение измеряемой величины X не известно, то с р е д н ю ю квадратическую погрешность т вычисляют по уклонениям о, отдельных результатов измерений /, от арифметического среднего х: о, = / , - * . Через уклонения арифметического среднего с р е д н ю ю квадратиче­ скую погрешность определяют по формуле Бесселя: Зэ-з

65

Этой формулой и пользуются на практике для вычисления величины средней квадратической погрешности измерений. Анализ кривой нормального распределения Гаусса (см. рис. 6.1) по­ казывает, что при достаточно большом числе измерений одной и т о й же величины случайная погрешность измерения может быть: больше средней квадратической т в 32 случаях из 100; больше удвоенной средней квадратической 2т в 5 случаях из 100; больше утроенной средней квадратической Зт в 3 случаях из 1000. Маловероятно, чтобы случайная погрешность измерения оказалась больше утроенной средней квадратической, поэтому утроенную сред­ нюю квадратическую погрешность считают предельной: А р = Зт. П

(6.8)

В качестве предельной часто принимают с р е д н ю ю квадратическую погрешность, равную А = 2 , 5 т , с вероятностью ошибки,равной порядка 1%. п р

6.4. СРЕДНЯЯ КВАДРАТИЧЕСКАЯ ПОГРЕШНОСТЬ СУММЫ ИЗМЕРЕННЫХ ВЕЛИЧИН

Рассмотрим функцию, представляющую собой алгебраическую сум­ му двух величин: z = х ±у

9

(6.9)

где х и у — независимые слагаемые. Случайные погрешности слагаемых и их суммы при однократном из­ мерении обозначим соответственно Ах, Ау и Az, тогда

z + Az = (х + Ах) ± (у + Ау), откуда Az = Ах ± Ау.

(6.10)

Если каждое слагаемое было измерено п раз, то, написав п соотноше­ ний типа (6.10) и возведя каждое в квадрат, получим п выражений: Azj

2

= Ах

2

+ Ay? ± 2Ах, Ау,

(6.11)

С л о ж и в левые и правые части п таких уравнений и разделив затем обе части равенства на п, получим: 2

2

[Az ]_[Ax ] п

[А/]

{

п

± 2

[АхАу]

п

)

(6.12)

п

где [ДхАу] есть сумма произведений случайных погрешностей, которая согласно четвертому свойству случайных погрешностей стремится к ну­ лю при значительном числе измерений. Тогда, отбросив последнее слага­ емое равенства (6.12), окончательно получим: № j A S } п

+

[tf]

п

(6.13)

п

В соответствии с формулой (6.6) можно написать: 2

т

= т

2

2

+ т,

(6.14)

где /w , / я , ту — средние квадратические погрешности функции и аргу­ ментов. z

х

По аналогии для алгебраической суммы п независимых величин z = х± }

х±

... ±*„,

2

± ...±т ,

2

можно записать 2

т

2

= тп + т

2

2

(6.15)

т. е. квадрат средней квадратической погрешности алгебраической сум­ мы аргумента равен сумме квадратов средних квадратических погрешно­ стей слагаемых. В частном случае, когда т\ = т = ... = т = т, формула (6.15) примет вид: 2

m

z

= т у/п,

п

(6.16)

т. е. средняя квадратическая погрешность алгебраической суммы равно­ точных измерении в раз больше средней квадратической погрешности одного слагаемого. Например, если измерено 9 углов 30-секундным теодолитом, то сред­ няя квадратическая погрешность угловых измерений составит w =30"V9=±1,5'. p

6.5. СРЕДНЯЯ КВАДРАТИЧЕСКАЯ ПОГРЕШНОСТЬ АРИФМЕТИЧЕСКОГО СРЕДНЕГО

Арифметическое среднее определятся выражением (6.3), которое можно представить как:

П

П

П

где - — некоторое постоянное число. Если среднюю квадратическую поп грешность арифметического среднего обозначить через М, а с р е д н ю ю квадратическую погрешность одного измерения через т, то согласно (6.15) можно записать: I 2 2

п

I 2 2

п

I 2

2

п

откуда (6.17)

т. е. средняя квадратическая погрешность арифметического среднего в Vw раз меньше средней квадратической погрешности одного измерения. Это свойство средней квадратической погрешности арифметического среднего позволяет повысить точность измерений путем увеличения чис­ ла измерений. Например, требуется определить величину угла с точно­ стью ± 15" при наличии 30-секундного теодолита. Очевидно, что если из­ мерить угол 4 раза и определить арифметическое среднее, то его средняя квадратическая погрешность согласно (6.17) составит ± 15". Средняя квадратическая погрешность арифметического среднего М показывает, в какой мере снижается влияние случайных погрешностей при многократных измерениях. 6.6. ВЕСА РЕЗУЛЬТАТОВ НЕРАВНОТОЧНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

При неравноточных измерениях, когда результаты каждого измере­ ния нельзя считать одинаково надежными, у ж е нельзя обойтись опреде­ лением простого арифметического среднего. В таких случаях учитывают достоинство (или надежность) каждого результата измерений. Достоинство результатов измерений выражают некоторым числом, называемым весом этого измерения. Очевидно, что арифметическое среднее будет иметь больший вес по сравнению с единичным измерени68

ем, а измерения, выполненные при использовании более совершенного и точного прибора, будут иметь большую степень доверия, чем те ж е из­ мерения, выполненные прибором менее точным. П о с к о л ь к у . условия измерений определяют различную величину средней квадратической погрешности, то последнюю и принято прини­ мать в качестве основы оценки весовых значений проводимых измере­ ний. При этом веса результатов измерений принимают обратно пропор­ циональными квадратам соответствующих им средних квадратических погрешностей. Так, если обозначить через р и Р веса измерений, имею­ щие средние квадратические погрешности соответственно т и М, т о мож­ но записать соотношение пропорциональности: 2

Р _т

(6.18)

р ~ М

2

Например, если Мсредняя квадратическая погрешность арифметиче­ ского среднего, am — соответственно, одного измерения, то, как следует из (6.17), можно записать: Р

т

Р

( /я

2

у

V

т. е. вес арифметического среднего в п раз больше веса единичного изме­ рения. Аналогичным образом можно установить, что вес углового измере­ ния, выполненного 15-секундным теодолитом, в четыре раза в ы ш е веса углового измерения, выполненного 30-секундным прибором. При практических вычислениях обычно вес одной какой-либо вели­ чины принимают за единицу и при этом условии вычисляют веса осталь­ ных измерений. Так, в последнем примере если принять вес результата углового измерения 30-секундным теодолитом з а р = 1, т о весовое значе­ ние результата измерения 15-секундным теодолитом составит Р = 4. 6.7. ОБЩЕЕ АРИФМЕТИЧЕСКОЕ СРЕДНЕЕ И ЕГО СРЕДНЯЯ КВАДРАТИЧЕСКАЯ ПОГРЕШНОСТЬ

О б щ е е арифметическое среднее для неравноточных измерений м о ­ жет быть определено по выражению: -_l p+l p +-+l p l

2

2

n

n

_[lp] [Р\

(6.19)

Это выражение для определения значения измеренной величины, по­ лученное из неравноточных измерений по весам, называют весовым сред­ ним или общим арифметическим средним. Таким образом, общее арифметическое среднее неравноточных из­ мерений равно сумме произведений каждого измерения на его вес, разде­ ленной на сумму весов. Из формулы (6.19) легко установить, что п р и р \ =р2 =... =р , т. е. ког­ да измерения равноточные, последняя превращается в простое арифмети­ ческое среднее (6.3). При сравнении между собой рядов неравноточных измерений для каждого ряда определяют среднюю квадратическую погрешность изме­ рения, вес которого приводят к единице \х: п

откуда (6.20) Если / ] , / ,..., 1 — результаты неравноточных измерений к а к о й - л и б о величины с весами, соответственно — р\ ръ—

+3°27 -Г-3°29' 1 ^ =+3°28'; 2

+

J

z

/

Z y ;

#

v = - 0 ° 0 1 ' - (-3°29 ) = + 3°28'. В современных номограммных, электронных тахеометрах (Та5, ТаЗ, ТаЗм) и кипрегелях нулевой штрих отсчетного устройства близок к 90°. При работе с этими приборами для определения места зенита MZ и углов наклона v используют следующие формулы: А/Г7

П+Л

MZ = z -Л 4 э-з

Л-Л ;

2 - MZ\

z= z =

; 2 MZ-n.

(8.8) 97

Критерием качества измерения вертикальных углов служит постоян­ ство места нуля МО или места зенита MZ. Колебание их величин не д о л ж ­ но превышать двойной точности отсчетного устройства теодолита. Зна­ чения МО и MZ не оказывают влияния на конечные результаты измере­ ний, но удобнее, когда их значения близки к 0°. Исправление места нуля у теодолитов, не и м е ю щ и х отдельного уров­ ня при вертикальном круге (Т30, 2Т30, 2Т30П, 4Т30П), а также у прибо­ ров с компенсаторами вертикального круга (Т15К, 2Т5К, З Т 5 К П ) осуще­ ствляют с л е д у ю щ и м образом. Установив прибор в рабочее положение, наводят перекрестье нитей на высокую, четко обозначенную точку мест­ ности, берут отсчет по вертикальному кругу при положении (КП) и (КЛ), в ы ч и с л я ю т и с п р а в л е н н ы е значения отсчетов Л = Л—МО (или Я = = П - МО) и устанавливают это значение на соответствующих кругах. В поле зрения т р у б ы перекрестье нитей сместится с наблюдаемой точки. Действуя вертикальными исправительными винтами при сетке нитей (см. рис. 8.15), добиваются совмещения изображения точки с перекрестьем сетки нитей. Если теодолит имеет цилиндрический уровень при алидаде верти­ кального круга (Т15, ТН), т о зрительную трубу наводящим винтом верти­ кального круга устанавливают в горизонтальное положение (т. е. уста­ навливают отсчет по вертикальному кругу, равный МО). Действуя уста­ новочным винтом алидады вертикального круга, устанавливают отсчет, равный 0°00', при этом пузырек цилиндрического уровня вертикального круга сместится с ноль-пункта. Действуя исправительными винтами при уровне вертикального круга, выводят пузырек уровня в ноль-пункт. исп

и с п

8.10. ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ

На точность измерения горизонтальных углов влияют как возможные ошибки прибора (ошибки отсчетного устройства, градуировки лимбов, фокусировки трубы, расположения отдельных частей прибора), так и ус­ ловия производства работ (квалификация исполнителя, погодно-климатические условия, растительность, рельеф и т. д.). Точность измерения угла способом приемов определяется как (8.9)

где t — точность взятия отсчета. Как следует из теории погрешностей измерений (см. гл. 6), одна и та же величина, измеренная п раз, будет в -Jn раз точнее одного измерения.

Поэтому средняя квадратическая ошибка измерения горизонтального уг­ ла способом приемов будет равна: (8.10)

Из формулы (8.10) следует, что увеличение числа повторений приво­ дит к получению более точного результата измерения горизонтального угла. Точность измерения вертикальных углов в основном зависит от точ­ ности установки прибора, ошибки взятия отсчета и рефракции атмосфе­ ры. Для технических теодолитов точность измерения вертикальных уг­ лов в 1,5 раза ниже точности измерения горизонтальных углов.

Глава 9. Г И Р О Т Е О Д О Л И Т Ы , Л А З Е Р Н Ы Е И ТАХЕОМЕТРЫ

ТЕОДОЛИТЫ

9.1. ГИРОТЕОДОЛИТЫ, УСТРОЙСТВО И НАЗНАЧЕНИЕ

Гиротеодолит — сложный оптико-механический прибор, представ­ ляющий собой комбинацию из высокоточного гирокомпаса и оптическо­ го теодолита, предназначенный для автономного определения истинных (астрономических) азимутов направлений. Гиротеодолиты используют при строительстве транспортных тонне­ лей, особенно для определения направлений на участках промежуточных шахт и штолен, когда разработка встречных забоев ведется с четырех и более направлений, а также на протяженных участках трасс автомо­ бильных дорог при изысканиях, когда нет возможности определения ази­ мутов промежуточных направлений трассы привязкой к пунктам госу­ дарственной геодезической сети. Гиротеодолиты позволяют определять с высокой точностью (5-60") истинные азимуты направлений при л ю б ы х метеорологических услови­ ях, в любое время суток и года. Под гироскопом понимают твердое тело (ротор), быстро вращающее­ ся вокруг оси симметрии, положение которой может меняться в про­ странстве. Среди различных конструкций гиротеодолитов наибольшее распространение получили гироскопы маятникового типа (рис. 9.1, а), в которых свобода вращения вокруг оси Y частично ограничена грузом Q. В результате маятниковый гироскоп приобретает способность указывать направление истинного меридиана.

Р и с . 9.1. Устройство гиротеодолита: а — схема трехступенчатого маятникового гироскопа; б — принципиальная схема гиротеодолита: 1 — гироблок; 2 — терсион; 3 — теодолит; 4 — зеркало; 5 — шкала; 6 — гиромотор; 7 — гирокамера; 8 — арретир

Р и с . 9.2. Гироскопическая автоматическая станция AGP1 фирмы «SOKKIA» (Япония)

Гиротеодолит — сложный оптико-механический и электронный гео­ дезический прибор, состоящий из гироблока, угломерной части, блока питания и источника энергии. Принципиальная схема гиротеодолита представлена на рис. 9.1, б. Гироблок состоит из чувствительного маятникового гироскопа, включающего гиромотор в гирокамере, устройство арретирования, сис­ тему подвода тока и систему магнитной защиты гироблока. Для у м е н ь ш е ­ ния нагревания гиромотора гирокамеру вакуумируют либо заполняют ге­ лием или водородом. Угломерная часть представляет собой серийно в ы ­ пускаемый теодолит со штативом, в конструкцию которого внесены не­ которые изменения для крепления гироблока и устройства слежения за маятниковым гироскопом. Источниками питания служат аккумулятор­ ные батареи. Блок питания преобразует постоянный ток в переменный трехфазный. В России нашли применение гиротеодолиты венгерского производст­ ва, которые делят по точности на 5 классов. В соответствии с этой класси­ фикацией высокоточные гиротеодолиты (литер Л) обеспечивают опреде­ ление азимутов одним пуском со среднеквадратической ошибкой не б о ­ лее 5", точные (литер В) — 20", средней точности (литер С) — 40", малой точности (литер D) — Г и низкой точности (литер Е) — У. Время опреде-

ления азимута при одном пуске по полной программе 20—40 мин. М а с с а прибора без упаковки 30—50 кг. Слежение за чувствительным маятнико­ вым гироскопом может быть ручное или автоматическое. В настоящее время применяют следующие модели гиротеодолитов: G i - B l , Gi-B2, Gi-ВЗ, М В Т - 2 , МТ-1 и т. д. Кроме того, применяют конст­ рукции гиротеодолитов с лазерными дальномерами, а также с безротор­ ными гироскопами (вибрационными, лазерными, атомными). Гироскоп дает возможность определения гироскопического азимута направления а зная который можно вычислить истинный (астрономиче­ ский) азимут: Г |

А = а

г

+ А,

(9.1)

где Д — постоянная гиротеодолита, получаемая по результатам эталони­ рования. В настоящее время в практике инженерных геодезических работ ста­ ли находить применение автоматические гироскопические станции, с о ­ четающие в себе возможности гиротеодолита и электронного (компью­ терного) тахеометра (рис. 9.2). Станция позволяет определять истинные азимуты с точностью ±20". Время о п р е д е л е н и я а з и м у т а п р и п у с к е п о п о л н о й п р о г р а м м е п о р я д к а 20 минут. 9.2. ЛАЗЕРНЫЕ ТЕОДОЛИТЫ И ЛАЗЕРНЫЕ НАСАДКИ. УСТРОЙСТВО И НАЗНАЧЕНИЕ

Лазерный теодолит — специальный геодезический прибор, пред­ ставляющий собой комбинацию оптического теодолита и оптического квантового генератора (ОКГ), создающий в пространстве ориентирован­ ную видимую световую л и н и ю и предназначенный для геодезического сопровождения строительно-монтажных работ и управления работой строительных машин и механизмов. Лазерные теодолиты применяют при прокладке тоннелей, строитель­ стве дорог, аэродромов, мостов и путепроводов, монтаже конструкций. Конструктивно лазерные теодолиты характеризуются т е м , что в обычном теодолите зрительная труба заменена оптическим квантовым генератором (ОКГ) — лазером. При этом в лазерных приборах луч лазера может идти вдоль визирной оси либо параллельно ей на небольшом рас­ стоянии (до 10 см). Используемые в конструкциях лазерных теодолитов гелий-неоновые излучатели имеют высокую монохроматичность, узкую направленность, б о л ь ш у ю спектральную плотность и б о л ь ш у ю даль­ ность распространения. Выходящий из О К Г световой луч с длиной волны в красной области спектра проходит через систему формирования излу­ ки

чения, состоящую в общем случае из телескопической системы и устрой­ ства развертки или сканирования луча. В гелий-неоновых О К Г , применя­ емых в геодезических приборах, световой пучок на выходе имеет угло­ вую расходимость от Г д о 10'. Формирование луча с п о м о щ ь ю телеско­ пической системы повышает дальность действия и точность прибора. Так, О К Г без телескопической системы с угловой расходимостью луча порядка 10' создает на расстоянии 500 м световое пятно диаметром около 1,5 м. Если световой пучок пропустить через оптическую систему зри­ тельной трубы теодолита (телескопическую систему) с увеличением 2 5 , то диаметр светового пятна на расстоянии 500 м составит всего 6 см. Угловая расходимость лазерного пучка обратно пропорциональна увеличению телескопической системы. Качество и точность производства инженерно-геодезических работ с использованием лазерных приборов во многом зависит от способа инди­ кации светового пятна О К Г , которая может быть как визуальной (по рей­ ке, марке или марке-экрану с координатной сеткой), так и полуавтомати­ ческой и автоматической с использованием фотоэлектрических элемен­ тов и матричных фотоэлектрических систем. Дальность действия лазер­ ных приборов при использовании фотоприемных устройств возрастает почти в 5 раз. При работе с лазерными приборами отпадает необходимость в рей­ ках, отвесах и створных проволоках. Лазер существенно повышает каче­ ство строительно-монтажных работ и производительность труда. В отечественной практике производства строительно-монтажных ра­ бот все е щ е находят применение лазерные теодоли­ ты типа ЛТ-56 и Л Т - 7 5 . В настоящее время в практике строительно-мон­ т а ж н ы х работ получили наибольшее распростране­ ние серийные оптические теодолиты с компактными лазерными насадками, и м е ю щ и м и автономное пита­ ние (встроенные батареи). Лазерные насадки создают видимый в простран­ стве луч и могут использоваться без приемника из­ лучения на расстоянии д о 100 м и с фотоэлектриче­ ским приемником — до 500 м. Применение оптиче­ ских теодолитов с лазерными насадками в строи­ тельном процессе делает работу с геодезическими приборами простой и понятной, а для работ в усло­ LDTSO виях слабой освещенности они просто незаменимы. Р и с . 9.3. Лазерный Приборы могут комплектоваться поворотной электронный теодо­ пентапризмой, позволяющей строить лазерные лит LDT50 фирмы «SOKKIA» опорные плоскости. х

В последние годы в практике строительно-монтажных работ стали находить применение лазерные электронные теодолиты, с о в м е щ а ю щ и е в себе достоинства лазерного теодолита и электронного тахеометра. Н а рис. 9.3 представлен общий вил лазерного электронного теодолита LDT50 производства ф и р м ы « S O K K I A » (Япония). Теодолит 5" точности имеет долговечный встроенный лазер, создаю­ щий видимый опорный л у ч в пространстве. Диапазон действия лазера д о 400 м. Для повышения точности угловых измерений снабжен двухосевым компенсатором с звуковой сигнализацией при выходе за пределы ком­ пенсации. П р и б о р дает возможность переключения числового значения вертикальных углов в проценты наклона линий (уклоны). 9.3. НОМОГРАММНЫЕ ТАХЕОМЕТРЫ

С середины 60-х годов в отечественной практике изысканий автомо­ бильных дорог стали находить широкое применение номограммные тахе­ ометры, в частности Daltha-020 (Германия) (рис. 9.4) и Т а Н (Россия) (рис. 9.5). Номограммный тахеометр — сложный оптический теодолит, снаб­ женный специальным номограммным кругом и предназначенный для из­ мерения на местности горизонтальных и вертикальных углов, длин линий и их горизонтальных проекций, превышений и магнитных азимутов направлейий. В окуляр зрительной трубы тахеометра Daltha-020, и м е ю щ е й прямое изображение, при положении КЛ одновременно видны сетка нитей, на­ блюдаемый предмет и номограммные кривые, с л у ж а щ и е для отсчета по вертикальной рейке горизонтальных расстояний и превышении. Для определения горизонтальных расстояний d до рейки служат д в а номограммных дальномера с коэффициентами д а л ь н о м е р а соответствен­ но 100 и 200. Для определения превышений служат номограммные кри­ вые превышений с коэффициентами превышений соответственно: ± 10, ±20, ±50, ±100 (рис. 9.6, б). Для определения отсчетов по вертикальному и горизонтальному кру­ гам служит шкаловой микроскоп, окуляр которого расположен рядом с окуляром зрительной трубы (рис. 9.6, а). Разграфка рейки выполнена таким образом, что нулевая марка распо­ ложена на высоте 1,40 м от ее пятки. Поэтому при высоте прибора, отлич­ ной от / = 1,40 м к величине номограммного превышения /?', вводят п о ­ правку за высоту прибора: h = W + / -

1,40.

(9.2) 103

Р и с . 9.4. Номограммный тахеометр Daltha-020: а — вид справа: 1 — зрительная труба; 2 — объектив; 3 — окуляр; 4 — микроскоп отсчетного устройства; 5 — закрепительный рычажок зрительной трубы; 6 — вертикальный круг; 7 — фиксатор лимба горизонтального круга; 8 — наводящий винт зрительной трубы; 9 — круглый уровень; 10 — закрепительный рычажок алидады горизонтального круга; 11 — горизонтальный круг; 12 — подставка с подъемными винтами; 13 — оптический визир; 14 — наводящий винт горизонтального круга; б — вид слева: 15 — фокусирующее кольцо; 16 — контактный уровень отсчетного устройства вертикального круга; 17 — цилиндрический уровень отсчетного устройства вертикального круга; 18 — зеркало подсветки; 19 — устано­ вочный винт отсчетного устройства вертикального круга; 20 — цилиндрический уровень гори­ зонтального круга

Средняя квадратическая ошибка измерения горизонтального расстоя­ ния, равного 100 м, составляет при коэффициенте номограммного даль­ номера K = 100 ± 0 , 1 5 м и при K = 200 ± 0 , 2 5 м. Тахеометр позволяет измерять расстояния д о 250—300 м. Средняя квадратическая ошибка измерения превышений при удале­ номогнии рейки от прибора на расстоянии 100 м при коэффициентах р а м м н ы х кривых превышений соответственно составляет: s

s

K K

h

= ±10

±0,05 м;

h

= ±20

±0,10 м;

h

= ±50

±0,15 м;

h

= ±Ю0

K K

±0,25 м.

Перед взятием отсчета по вертикальному кругу и по номограммным кривым превышений пузырек контактного уровня алидады вертикально­ го уровня необходимо приводить с помощью установочного винта верти­ кального круга в ноль-пункт.

я)

б)

Р и с . 9.5. Номограммный тахеометр ТаН: а — вид справа: 1 — зрительная труба; 2 — фокусирующий винт; 3 — колонка; 4, 7 — за­ крепительные курки; 5, 8 — наводящие винты; б — окуляр оптического центрира; 9 — закре­ пительный винт подставки; 10 — подъемные винты; 11 — подставка; 12 — цилиндрический уровень горизонтального круга; 13 — котировочный винт цилиндрического уровня; 14 — оку­ ляр зрительной трубы; 15 — защитный колпачок; 16 — отсчетный микроскоп; 17 — верти­ кальный круг; 18 — оптический визир; б — вид слева: 1 — боковая крышка; 2 — зеркало подсветки; 3 — рукоятка шторки шкалы вертикального круга; 4 — рукоятка (фиксатор поло­ жения лимба); 5 — иллюминатор круга-искателя; б — круглый уровень

Н о м о г р а м м н ы й тахеометр ТаН (рис. 9.5) имеет с л е д у ю щ и е особенно­ сти. Изображение диаграмм, нанесенных на номограммном стеклянном круге, передается в поле зрительной трубы прямого изображения (9.6, б) Зрительная труба имеет по два нитяных дальномера для измерения на­ клонных расстояний и по два н о м о г р а м м н ы х дальномера с коэфициентами дальномеров соответственно 100 и 200, благодаря чему в пределах од­ ного поля зрения трубы тахеометра одновременно м о ж н о снимать инфор­ мацию о длинах наклонных линий и их горизонтальных проекциях, пре­ вышениях реечных точек, а также производить наведение на цель для измерений направлений визирования и вертикальных углов. Ш к а л о в о й отсчетный микроскоп обеспечивает б ы с т р о е и т о ч н о е с ч и т ы в а н и е отсчетов по горизонтальному и вертикальному кругам (рис. 9.6, а). П р и б о р снабжен компенсатором вертикального круга, обеспечиваю­ щим автоматическое приведение алидады вертикального круга в исход­ ное положение при отклонении вертикальной оси вращения прибора от отвесной линии в пределах ± 3'.

215 6\5

216 4

3 2 1 0\

°)

б) Р и с . 9.6. Поле зрения:

а — трубы (горизонтальное расстояние d = 0,295 х 100 = 29,5 м, превышение h = 0,225 м х (-20) =-4,5 м); б — шкалового микроскопа (вертикальный круг — 79°0,8', горизонтальный круг — 315°56')

Рейка тахеометра с прямой оцифровкой служащая базой для измере­ ния расстояний и превышений, имеет специальную в ы д в и ж н у ю штангу, п о з в о л я ю щ у ю устанавливать начало отсчета — нуля рейки на высоту прибора, что упрощает задачу обработки результатов измерений. 10-мил­ лиметровые деления шашечного типа сгруппированы и оцифрованы та­ ким образом, что обеспечивается простое и безошибочное снятие отсче­ тов как при измерении больших, так и малых расстояний. Для установки рейки в отвесное положение она снабжена круглым уровнем. Для удобст­ ва транспортирования рейка складывается пополам и стягивается ре­ мнем. Средняя квадратическая погрешность измерения углов одним при­ емом: горизонтального

±7"

вертикального

±10"

Средняя квадратическая ошибка измерения горизонтального расстоя­ ния, равного 100 м, составляет при коэффициенте номограммного даль­ номера K = 100 - ±0,15 м и при K = 200 - ±0,25 м. Средняя квадратическая ошибка измерения превышений при удале­ нии рейки от прибора на расстоянии 100 м при коэффициентах K номогр а м м н ы х кривых превышений соответственно составляет: s

s

h

K К

h

ъ

= ±10 = ±20

±0,03 м; ±0,06 м;

K K

h

h

= ±50 = ±100

±0,15 м; ±0,25 м.

По ж е л а н и ю пользователя тахеометр может быть снабжен полуавто­ матическим столиком для картографирования типа «Карти». 9.4. ЭЛЕКТРОННЫЕ ТЕОДОЛИТЫ

Электронные теодолиты — это угломерные геодезические приборы, предназначенные для полуавтоматического производства измерений на местности и представляющих собой различные комбинации приборов: оптических теодолитов, кодовых теодолитов, встроенных светодальномеров и электронных дальномерных насадок. Простейшим видом электронного теодолита являются серийные оп­ тические теодолиты со светодальномерными насадками. Электронные теодолиты простейшего типа в отечественном исполне­ нии могут быть представлены серийными оптическими теодолитами т и ­ па 2Т2, ЗТ2КП, 2Т5К, З Т 5 К П в комбинации со светодальномером Блеск-2 (2СТ-10) (рис. 9.7), который может быть использован в качестве элект­ ронной дальномерной насадки к этим теодолитам. Отечественный электронный теодолит на базе оптических теодоли­ тов серии 2 Т и ЗТ и светодальномера 2СТ-10 обеспечивает измерение на­ клонных расстояний в диапазоне от 2 до 10 000 м с точностью ±(5 + 3 р р т х D ) мм.

Р и с . 9.7. Светодальномер Блеск-2 (2СТ-10)

Р и с . 9.8. Общий вид дальномера RedMiNi-З, установленного на оптический теодолит ЗТ2КП

Кроме того, отечественные теодолиты серии ЗТ могут использовать­ ся в комбинации с электронными дальномерами М М 100 или RedMiNi-3 ф и р м ы «SOKKIA» (Япония) (рис. 9.8). Дальномер может быть установлен на место ручки для переноса тео­ долита, как это показано на рис. 9.8, так и для работы в р е ж и м е электрон­ ного теодолита — на зрительную трубу. Электронные теодолиты кодового типа обеспечивают вывод и н ф о р ­ мации об измеряемых углах непосредственно на дисплей, смонтирован­ ный на горизонтальном круге теодолита. Электронные теодолиты фирмы «SOKKIA» с точностью угловых из­ мерений ± 5 " практически достигают возможностей электронного тахео­ метра при установке на них электронных дальномеров ф и р м ы « S O K K I A » М М 1 0 0 или RedMiNi-3. Электронно-оптический теодолит отечественного производства Та5 представляет к о м б и н а ц и ю приборов из оптического теодолита, встроен­ ного светодальномера и специализированного мини-компьютера. Электронно-оптический теодолит Та5 предназначен для выполнения тахеометрических съемок, определения горизонтальных расстояний, превышений, приращений координат и решения других задач и н ж е н е р ­ ной геодезии. Снятие отсчетов по вертикальному и горизонтальному кру­ гам теодолита осуществляется визуально по шкаловому микроскопу с п о ­ с л е д у ю щ и м введением с помощью клавиатуры в память мини-компьюте­ ра. Результаты измерения расстояния вводятся автоматически. С п о ­ м о щ ь ю набора специализированных программ определяются: горизон­ тальные проекции расстояний, превышения, приращения координат и зе­ нитные расстояния с выдачей результатов на световом табло. Электрон­ ный теодолит Та5 позволяет регистрировать результаты измерений на внешнем накопителе информации для последующей обработки результа­ тов на базовом компьютере. Электронный теодолит Та5 имеет следующие основные технические характеристики: Средняя квадратическая погрешность измерений: горизонтальных углов — 6 вертикальных углов — 11" расстояний — ±(20 + 10 ppm х D) мм Диапазон линейных измерений — от 2 до 2500 м Продолжительность измерения расстояний — до 20 с Масса теодолита — 7,8 кг Диапазон рабочих температур — от -15°С до + 40°С м

Электронные теодолиты, как правило, не обеспечивают записи на магнитные накопители информации (электронные полевые журналы).

9.5. ЭЛЕКТРОННЫЕ ТАХЕОМЕТРЫ

Электронные тахеометры — многофункциональные геодезические приборы, представляющие собой комбинацию кодового теодолита, встроенного светодальномера и специализированного мини-компьютера, обеспечивающие запись результатов измерений во внутренние или в н е ш ­ ние блоки памяти. К настоящему времени в развитых зарубежных странах и в России разработано и производится большое число типов электронных тахео­ метров, различающихся конструктивными особенностями, точностью и назначением. Современные электронные тахеометры, как правило, позволяют р е ­ шать с л е д у ю щ и е инженерные задачи: определение недоступных расстояний; определение высот недоступных объектов; определение дирекционных углов; обратная засечка; определение трехмерных координат реечных точек; вынос в натуру трехмерных координат точек; измерения со смещением по углу; вычисление площадей и т. д. На рис. 9.9 представлен общий вид электронного тахеометра GTS-311 фирмы « T O P C O N » (Япония). Электронный тахеометр GTS-311 имеет следующие основные техни­ ческие характеристики:

Р и с . 9.9. Электронный тахеометр GTS-311 фирмы «ТОРСОЫ»

Р и с . 9.10. Электронный тахеометр ТаЗ (УОМЗ)

Средняя квадратическая погрешность: угловых измерений линейных измерений диапазон линейных измерений. . . . Продолжительность измерений: точный режим нормальный режим режим слежения Масса тахеометра Диапазон рабочих температур

±(2 + 2 ррт х D) мм до 3,6 км 3,0 2,0 0,3 5,9

с с с кг

от -20°С до +50°С

В практике геодезических работ кроме импортных образцов элект­ р о н н ы х тахеометров, весьма совершенных, но очень дорогих, находят широкое применение электронные тахеометры отечественного произ­ водства, такие как Та20, ТаЗ (Агат), Т а З М , 2Та5 и ЗТа5. Электронный тахеометр ТаЗ (ТаЗМ) (рис. 9.10) обеспечивает измере­ ние и определение следующих величин: Z — зенитные расстояния; $(А) — горизонтальные (дирекционные) углы; D — наклонные расстояния; Аф — арифметическое среднее D; 2

Gd — д и с п е р с и ю значений D\ h(H) — превышения (высоты) точек визирования; d — горизонтальные расстояния; АХ(Х), AY(Y) — приращения координат (координаты) точек визирова­ ния. С пульта тахеометра м о ж н о в память компьютера вводить следую­ щую информацию: К _ поправочный коэффициент на изменение температуры и давле­ ния; п

(/ - I) — разность высот тахеометра и отражателя; Но — высота станции. При вводе этой информации тахеометр сразу определяет абсолютные высоты точек визирования Я , по у м о л ч а н и ю — превышения А; Ао — дирекционный угол опорного направления. При вводе этой ин­ формации тахеометр определяет дирекционные углы направлений на точки визирования А по умолчанию — справа по ходу л е ж а щ и е горизон­ тальные углы Р; Хо, Yq — координаты точки стояния прибора. П р и вводе этой инфор­ мации тахеометр сразу определяет координаты точек визирования X, Y, по 9

по у м о л ч а н и ю — п р и р а щ е н и я координат от опорного направления АХ, AY; К — число ц е л ы х километров в измеряемом расстоянии. Э л е к т р о н н ы й тахеометр автоматически у ч и т ы в а е т при и з м е р е н и я х влияние кривизны Земли и рефракции а т м о с ф е р ы . О с н о в н ы е т е х н и ч е с к и е характеристики электронного тахеометра Т а З (ТаЗМ): м

Средняя квадратическая погрешность: горизонтальных углов

4"

вертикальных углов

5"

расстояний Диапазон измерения расстояний Время измерений: горизонтальных углов зенитных расстояний наклонных и горизонтальных расстояний в режиме полного измерения в режиме слежения Масса тахеометра Диапазон рабочих температур.

±(10 + 5ppm х D) мм; ±(5+ + Зррт х D) мм от 2 до 5000 м (до 2500 м) 1с 3 с до 7 с 1,5 с 6,4 кг от - 15°С до +40°С

б)

lis Отражатель однопризменный УОМЗ

Р и с . 9.11. Электронный тахеометр ЗТа5 (УОМЗ)

Отражатель шестипризменный

УОМЗ

Р и с . 9.12. Отражательные системы отечественного производства (УОМЗ): a — однопризменный отражатель на телескопической тахео­ метрической вехе; б — шестипризменный отражатель на штативе

В настоящее время отечественная промышленность ( У О М З ) выпу­ скает электронные тахеометры ЗТа5 (рис. 9.11). Электронные тахеометры серии ЗТа5 предназначены главным обра­ зом для выполнения крупномасштабных топографических съемок, при инвентаризации земель, создании и обновлении земляного кадастра и при решении ряда других инженерных задач. Результаты измерений могут за­ писываться в карту памяти PCMCIA на 1Мб или непосредственно пере­ даваться в память персонального компьютера. Электронный тахеометр ЗТа5 имеет следующие основные техниче­ ские характеристики: Средняя квадратическая погрешность: горизонтальных углов расстояний Диапазон измерения расстояний Масса тахеометра со встроенным источником питания Диапазон рабочих температур

5" ±(5 + Зррт х D) мм до 1600 м 5,6 кг от -20°С до +50°С

Для производства геодезических работ с использованием электрон­ ных тахеометров применяют специальные отражательные системы (рис. 9.12). О д н о п р и з м е н н ы е отражатели используют при измерениях на рассто­ янии д о 800 м. При этом их устанавливают на подставке и штативе при производстве точных измерений либо непосредственно на тахеометриче­ ской телескопической (визирной) вехе (рис. 9.12, а) для производства то­ пографических съемок местности. Телескопическая тахеометрическая веха позволяет устанавливать центр отражателя на высоту прибора. Ш е с т и п р и з м е н н ы е отражатели используют для производства т о ч н ы х измерений при расстояниях свыше 800 м. При этом их устанавливают на подставку с цилиндрическим уровнем и штатив (рис. 9.12, б). Перед про­ изводством измерений отражатель приводят в рабочее положение по ци­ линдрическому уровню. 9.6. КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТАХЕОМЕТРЫ

Компьютерные тахеометры — современные электронные тахеомет­ ры, обеспечивающие прямой обмен информацией с полевыми и базовы­ ми персональными компьютерами, снабженные сервоприводами, дис­ танционным компьютерным управлением, системами автоматического слежения за целью и набором универсальных, полевых геодезических программ. 112

В настоящее время в России используют, главным образом, импорт­ ные компьютерные тахеометры (станции) различных конструктивных особенностей, точности и назначения. Высокоэффективной компьютерный тахеометр «Geodimeter A T S - М С » специально разработан для автоматического управления рабо­ той дорожно-строительных машин и механизмов (бульдозеров, автогрей­ деров, асфальтоукладчиков и т. д.). Компьютерный тахеометр «Geodimeter A T S - М С » имеет с л е д у ю щ и е основные технические характеристики: Средняя квадратическая погрешность: измерения углов: стандартный режим режим слежения

1" 2"

измерения расстояний: стандартный режим

±(1 + 3ppm х D) мм

режим слежения

±(2 + Зррт х D) мм

Диапазон измерения расстояний Масса тахеометра со встроенным источником питания . Диапазон рабочих температур

до 3200 м 8,5 кг от - 20°С до +50°С

Тахеометр для обмена данных имеет интерфейсный последователь­ ный порт RS232 и радиомодем. Компьютерный тахеометр общего назначения «Geodimeter 620S» имеет с л е д у ю щ и е технические характеристики: Средняя квадратическая погрешность: измерения углов: стандартные измерения слежение

1" 2"

измерения расстояний: точные измерения . стандартный режим слежения Диапазон измерения расстояний Масса тахеометра со встроенным источником питания. . Прибор для роботизированной съемки (включая следящую си­ стему и радиомодем) Диапазон рабочих температур

±(2 + 2ppm х D) мм ±(5 + Зррт х D) мм ±(10 + Зррт х D) мм от 0,2 до 3200 м 8,4 кг 7,5 кг от - 20°С до +35°С

Тахеометр имеет полную совместимость с приемниками систем спут­ никовой навигации «GPS».

Компьютерный тахеометр «Geodimeter 468DR», разработанный для производства строительных работ в тоннелях (рис. 9.13), имеет следую­ щие основные технические характеристики: Средняя квадратическая погрешность: измерения углов

2"

измерения расстояний: стандартный режим

±(5 + 5ppm х D) мм

слежения

±(10 + 5ррт х D) мм

Диапазон измерения расстояний: на пленочный отражатель

до 200 м

на одну призму

до 2000 м

Масса тахеометра со встроенным источником. питания . Диапазон рабочих температур

9,7 кг от 0°С до +30°С

Тахеометр снабжен встроенным красным лазером наведения. Позво­ ляет производить измерения расстояний без отражателя д о бетонных, ка­ менных и стальных поверхностей, а также до различных отражателей. Компьютерным тахеометрам (станциям) свойственны, как правило, следующие особенности: наличие сервопривода (повороты тахеометра осуществляются с по­ м о щ ь ю сервомотора); возможность ручного и дистанционного компьютерного управления; наличие систем автоматического слежения в режиме реального времени за движущейся ми­ шенью (отражательной системой); запись результатов измерений (массивов ин­ формации д о 3000 точек) как во внутренние, так и во внешние блоки памяти; наличие

пакетов

универсальных

полевых

программ для обработки результатов измерений и решения разнообразных инженерных задач; наличие интерфейсов оперативного обмена информацией как с полевыми, так и базовыми Р и с . 9.13. Компьютерный тахеометр «Geodimeter 4 6 8 D R » для производства строительных работ в тоннелях 114

компьютерами

(двухканальная

связь Geo I/O,

двухпортовая связь RS-232, радиомодем); п

о

л

н

а

я

совместимость с приемниками систем СПУТНИКОВОЙ навигации «GPS».

Г л а в а 10. В Е Ш Е Н И Е , О Б О З Н А Ч Е Н И Е И И З М Е Р Е Н И Е ДЛИН ЛИНИЙ НА МЕСТНОСТИ 10.1. ВЕШЕНИЕ ЛИНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЕ ТОЧЕК НА МЕСТНОСТИ

В ходе изысканий для проектирования и строительства л и н е й н ы х ин­ женерных объектов (дорог, мостовых переходов, тоннелей, каналов, ком­ муникаций и т. д.) необходимо устанавливать положение отрезков пря­ мых линий с их обозначением и последующим закреплением на местно­ сти. Вешением называют процесс установки вех в вертикальной плоско­ сти между крайними точками прямой. Веха — деревянный или металлический шест с металлическим нако­ нечником д л и н о ю 2,0 м и диаметром 3,5—4,0 см, раскрашенный полоска­ ми красного и белого цветов д л и н о ю по 20 см (рис. 10.1). Различают вешение «на глаз», с п о м о щ ь ю бинокля или зрительной трубы теодолита. Вехи устанавливают с шагом от 40 д о 100 м в зависимо­ сти от категории рельефа, видимости, назначения работ и т. д. Вешение «на глаз» или с помощью бинокля осуществляют между край­ ними точками линии А и 5, находящимися на расстоянии прямой видимо­ сти (рис. 10.2, а). Для этого один исполнитель стано­ вится за вехой А, а второй по его командам устанав­ ливает вехи 1,2,3,4 и т. д. в створе линии А-В. Такой способ вешения от дальней точки к ближней называ­ ют вешением «на себя». При продлении линии А-В (рис. 10.2, б) второй исполнитель по командам пер­ вого последовательно устанавливает вехи 1, 2, 3 и т. д. Такой способ вешения от ближней точки к дальней называют вешением «от себя». О н являет­ ся менее т о ч н ы м , поскольку веха В создает за собой сектор отсутствия видимости (рис. 10.2, в) и каждая последующая веха устанавливается с точностью меньшей, чем предыдущая. а)

Вешение с помощью теодолита используют при изысканиях и строительстве л и н е й н ы х инженерных объектов, когда положение точек прямых на местно­ сти нужно обозначать с высокой точностью. Для этого устанавливают прибор в точке стоянки Ст. А, приводят его в рабочее положение и ориенти­ руют в заданном направлении (рис. 10.3).

б)

Р и с . 10.1. Дорожная визирная фиберглассовая телескопиче­ ская веха SR 102/2 м, 5 секций: а — в рабочем положе­ нии; б — в собранном виде

1

л

4

3

!

I

I

i—)

t

1

I

*—

J

L Ь

1 б)

в) Р и с . 10.2. Способы вешения линий: a — вешение «на себя»; 6 — вешение «от себя»; .* — потеря точности установки вех при вешении способом «от себя»

СтА

СтВ

-СтС

Р и с . 10.3. Схема вешения линии с помощью теодолита

Выносят точку стоянки Ст. ^ р а з м е щ а я ее по возможности на возвы­ шенном месте, откуда обеспечена наибольшая видимость в прямом и об­ ратном направлениях, и выполняют вешение «на себя» от точки Ст. В к точке Ст. А . Точки стоянки прибора размещают с интервалом 200—500 м и обозначают на местности сторожками и точками (рис. 10.4). В точке Ст. А ставят веху и переходят с прибором н а точку Ст. В, где устанавливают прибор и приводят его в рабочее положение. При основ­ ном положении вертикального круга КЛ (или КП) наводят перекрестье нитей на низ вехи, установленной на Ст. А . Переводят трубу через зенит и в первом приближении устанавливают положение точки С\. Открепив алидаду (или лимб), разворачивают прибор на 180° и наводят перекре­ стье нитей на низ вехи на Ст. А . Вновь переводят трубу через зенит и отмечают второе положение точки Сг. Разделив расстояние между точ­ ками С\ и Сг, окончательно устанав­ л и в а ю т п о л о ж е н и е т о ч к и стоянки Ст. С и обозначают ее на местности точкой и сторожком. В ы п о л н и в ве­ шение «на себя» от точки Ст. С к точ­ б) ке Ст. В. Переходят с теодолитом на Р и с . 10.4. Обозначение точек стоянки теодолита (а), надпись на сторожке (б) точку стоянки Ст. С и т. д.

F

Понятно, ч т о вешение переводом трубы через зенит м о ж н о выпол­ нять л и ш ь после устранения либо сведения к минимуму коллимационной погрешности. Иногда продление прямых линий осуществляют отклады­ ванием на лимбе угла 180° при двух кругах теодолита. Поскольку последующие геодезические работы на провешенной л и ­ нии выполняют, как правило, с интервалом в несколько дней, а вехи за­ водского изготовления нельзя оставлять в поле, т о осуществляют следу­ ю щ и е виды закрепления. Вместо вех на местности оставляют колья, дере­ вянные рейки или небольшие шесты, изготовляемые из стволов м о л о д ы х деревьев, называемые заменками. Использование стволов молодых д е ­ ревьев целесообразно при вешении в лесных районах, за счет срубленных молодых деревьев на просеке шириной 1 м вдоль провешенной линии. За­ крепление заменками является временным. С т е м чтобы обеспечить восстановление линии на местности после за­ вершения проектных работ, перед началом строительства объекта о с у щ е ­ ствляют постоянное закрепление провешенной линии стандартными д е ­ ревянными или железобетонными столбами, пнями спиленных деревьев, попавших на створ линии, которые разделывают под осевые столбы и земляными конусами, когда к а ж д у ю точку стоянки прибора окапывают канавкой, грунт набрасывают на сторожок и точку, формируй земляной конус. При вешении линий в населенных пунктах, н а с у щ е с т в у ю щ и х авто­ мобильных дорогах, аэродромах и т. д., где невозможно обозначать л и ­ н и ю точками, сторожками и осевыми столбами, осевые точки обозначают вбитыми вровень с поверхностью покрытий железнодорожными косты­ лями или металлическими штырями, а постоянное закрепление осущест­ вляют привязкой к постоянным местным предметам. Д л я этого с п о ­ м о щ ь ю ленты или рулетки осуществляют промеры д о трех точек на п о ­ стоянных предметах (стена здания, опора Л Э П , скала и т. д.) и делают с о ­ ответствующие надписи. Подробно с у щ е с т в у ю щ и е схемы закрепления оси трассы рассмотре­ ны в § 2 5 . 8 . 10.2. ЗЕМЛЕМЕРНЫЕ ЛЕНТЫ И РУЛЕТКИ

Землемерные ленты и рулетки находят широкое применение в инже­ нерной геодезии для измерения длин линий. Землемерные ленты выпу­ скают д в у х типов — ЛЗ (штриховые) и ЛЗШ (шкаловые) длиной 20, 24 и 50 м. Ленты изготовляют в виде стальных полос шириной 10—20 м м и толщиной 0,4—0,5 мм.

a)

Р и с . 10.5. Землемерная лента типа ЛЗ: а — землемерная лента; б — лента в транспортном положении на кольцевой оправе; в — комплект шпилек

В комплект землемерной ленты типа Л З входят: сама лента (рис. 10.5, а), металлическая кольцевая оправа (рис. 10.5, б) и комплект из 6 или 11 шпилек (рис. 10.5, в). Лента на концах вблизи ручек 1 имеет косые вырезы для шпилек 2 и нарезанные штрихи. За общую длину ленты принимают расстояние между этими штрихами. Каждый метр на ленте отмечен ме­ таллической оцифрованной пластиной 3, полуметры обозначены метал­ лическими заклепками 4, а дециметры — сквозными круглыми отверсти­ ями 5, расположенными по оси ленты. Сантиметры считывают «на глаз». При перевозке и хранении ленту наматывают на металлическую коль­ цевую оправу и закрепляют винтами (см. рис. 10.5,

б).

Землемерные ленты типа Л З позволяют измерять длины линий на ме­ стности с относительной погрешностью 1:2000. Повышение точности измерения длин линий землемерными стальны­ ми лентами может быть осуществлено применением лент шкалового типа ЛЗШ. На концах этих лент имеются шкалы длиной 10—15 см с сантимет­ ровыми и миллиметровыми делениями. Кроме того, для повышения точ­ ности измерений ленты снабжают дополнительным оборудованием: пру­ жинными динамометрами, ножами, булавами или иглами и термометра118

ми. Относительная погрешность из­ мерений землемерными лентами с дополнительным оборудованием может быть снижена д о 1:5000. В практике изысканий и строи­ тельства инженерных сооружений находят широкое применение и ру­ летки различных конструкций: м е ­ Р и с . 10.6. Рулетка травленая из нержа­ веющей стали 50-метровая Р50Т (а); таллические рулетки в закрытом тесьмяная 10-метровая рулетка (б) корпусе типа РЗ длиной 10, 20, 30 и 50 м (рис. 10.6, а); на крестовине т и ­ па РК д л и н о й 50,75 и 100 м; н а вилке типа Р В д л и н о й 20,30 и 50 м; с г р у ­ з о м - л о т о м т и п а Р Л д л и н о й 10, 20, 30 и 50 м; т е с ь м я н ы е рулетки д л и н о й 10 м (рис. 10.6, б) Рулетки изготовляют из нержавеющей стали, а рулетки д л я в ы с о к о ­ точных измерений — из инвара. П р е ж д е ч е м применять мерный прибор, его рабочую длину сравнивают с эталонной (контрольной), длина кото­ рой известна с высокой точностью. Такое сравнение называют компарированием. Компарирование осуществляют н а специальных устройствах компараторах в полевых или стационарных условиях. Полевой компаратор для ленты Л З представляет собой закрепленный на местности базис длиной 120 м, измеренный с высокой точностью. И з ­ мерив проверяемой (рабочей) лентой этот базис 6—8 раз, сравнивают средний результат измерений с эталоном и находят поправку ДА,* за к о м ­ парирование. Тогда фактическая длина рабочей ленты составит: Х = Хо±АХ ,

(ЮЛ)

к

где Хо — номинальная длина контролируемой ленты. Поправку принимают со знаком плюс, если рабочая длина л е н т ы б о л ь ш е эталонной, и со знаком минус, если рабочая д л и н а меньше эта­ лонной. При необходимости учета температуры измеряют температуру к о м парирования t , тогда длина компарированной ленты при температуре производства измерительных работ составит: 0

X = Хо ± АХ + а Д о (t - t ) , К

0

(10.2)

где а = 12 х 10" — коэффициент линейного расширения материала стальной ленты. с

10.3. ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИН ЛИНИЙ ЗЕМЛЕМЕРНОЙ ЛЕНТОЙ

Измерение длины линии АВ осуществляют два исполнителя следую­ щим образом. Задний исполнитель берет одну шпильку из комплекта, представленного 6-ю (11 -ю) шпильками, а остальные передает переднему исполнителю (рис. 10.7). Закрепив шпилькой задний конец ленты в начальной точке А, задний исполнитель ориентирует переднего таким образом, чтобы лента легла строго в створе измеряемой линии. Передний исполнитель, слегка встряхнув ленту, натягивает ее и закрепляет шпилькой передний ее конец в точке 1. При натяжении ленты задний исполнитель прижимает ее ногой к земле, предотвращая возможное смещение. После этого задний испол­ нитель вынимает шпильку, а передний оставляет свою в земле и оба пере­ мещаются вперед на длину ленты. Затем задний исполнитель закрепляет конец ленты за шпильку, оставленную передним исполнителем, и ориен­ тирует его по створу измеряемой линии. Передний исполнитель, встрях­ нув и натянув ленту, закрепляет шпилькой ее передний конец в точке 2 и процесс измерения повторяется. В ходе измерения у заднего исполните­ ля число шпилек увеличивается, а у переднего уменьшается. Следует по­ мнить, что число шпилек в руке заднего исполнителя соответствует ко­ личеству отложенных лент от начала соответствующего 100-или 200-метрового отрезка. Точка установки последней шпильки передним исполнителем соот­ ветствует измеренному 100-метровому (или 200-метровому) отрезку, при этом в руке переднего исполнителя не остается ни одной шпильки. Теперь задний исполнитель, вынув последнюю шпильку из земли и оставив ленту на месте, идет к переднему исполнителю и передает ему соответственно 5 (или 10) шпилек. Каждая такая пере­ дача фиксируется производи­ телем работ. Число передач шпилек задним исполнителем переднему соответствует

Рис. 10.7. Схема измерения длины линии землемерной лентой

количеству отложенных 100- или 200-метровых от­ резков от начала измеряемой прямой. Поскольку расстояние между измеряемыми точка-

ми, как правило, не кратно числу уложенных лент, то всегда остается п о ­ следний отрезок от последней шпильки д о конечной точки измеряемой линии. Этот отрезок называют остатком. Его измеряют по метровым и дециметровым меткам ленты. Л и н и ю для контроля измеряют д в а ж д ы и среднее арифметическое двух измерений принимают в качестве окончательного результата. П р и выполнении измерений в благоприятных условиях расхождение между двумя измерениями не д о л ж н о быть больше 1:2000. Для контрольного из­ мерения нередко используют другой мерный прибор. О б щ у ю длину измеренного отрезка при комплекте из 6 шпилек опре­ деляют по формуле: D = 5Хп + Хт + р,

(10.3)

где X — длина ленты; п — число передач шпилек о т заднего исполнителя переднему; т — число шпилек в руке заднего исполнителя* не считая на­ ходящейся в земле; р — длина остатка. Во избежание поломок, деформаций и ржавления при пользовании стальными землемерными лентами следует соблюдать с л е д у ю щ и е обяза­ тельные правила: • при разматывании ленты с кольцевой оправы нельзя допускать о б ­ разования петель; • нельзя складывать ленту восьмеркой или кругами; • при работе на дорогах нельзя допускать проезда транспорта по лен­ те; • при переноске ленты исполнители должны держать ее за ручки, а не волочить по земле; • перед наматыванием ленты на кольцевую оправу ее нужно насухо протереть; • при укладке на продолжительное время хранения ленту необходимо смазать м а ш и н н ы м маслом. 10.4. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ КОЛЕСА

При измерениях длин линий на существующих автомобильных доро­ гах, на городских улицах и дорогах, на аэродромах и т. д., когда измере­ ния ведут по ровным твердым покрытиям, весьма эффективным оказыва­ ется применение измерительных колес (полевых курвиметров), которые обеспечивают измерение длин линий с относительной погрешностью д о 1:1000 (рис. 10.8).

а) б) Р и с . 10.8. Измерительное колесо SK3: а — в рабочем положении; б — в собранном виде

Р и с . 10.9. Электронное измерительное колесо F20

В настоящее время в ряде стран производят электронные измеритель­ ные колеса с магнитными датчиками, и м е ю щ и м и мини-компьютер с дис­ плеем и клавиатурой (рис. 10.9). Измерительные колеса являются легким, у д о б н ы м и сравнительно не­ дорогим средством измерения длин линий. Изготовляются из легкого ни­ келевого сплава в разных модификациях: механические и электронные. Имея один принцип производства измерений, колеса различаются по диа­ пазону и точности измерений. В них предусмотрена возможность измере­ ния вперед и назад, удержания отсчета и сброса на ноль.

10.5. ПРИВЕДЕНИЕ НАКЛОННЫХ ЛИНИЙ К ГОРИЗОНТУ. ЭКЛИМЕТРЫ

При составлении топографических планов, продольных и попереч­ ных профилей необходимо находить горизонтальные проекции каждой измеряемой линии. Если линия на местности АВ (рис. 10.10) наклонена к горизонту под углом v, то д л я о п ­ ределения ее горизонтальной проек­ ции необходимо измерить на мест­ ности землемерной лентой, рулет­ кой или измерительным колесом на­ клонное расстояние D и угол наклона линии АВ к горизонту v. Горизонтальную проекцию d = = АС наклонной линии D=AB мож­ но получить из прямоугольного тре­ Р и с . 1.0.10. Схема к расчету горизон­ угольника ABC по формуле: тальной проекции измеренного наклон­ ного расстояния

d = Dcosv.

(10.4)

Р и с . 10.11. Эклиметр-высотомер ЭВ-1

Р и с . 10.12. Схема измерения угла наклона эклиметром

Величину AD=

2

D - d = D - Dcosv = 2£>sin 2

( 1 0

'

5 )

называют поправкой за наклон линии местности к горизонту. Углы наклона местности к горизонту определяют либо по вертикаль­ ному кругу оптического теодолита (2Т30, 2Т30П, 4Т30П)Улибо с п о ­ м о щ ь ю специального портативного прибора эклиметра-высотомера с маятниковым кругом в прямоугольном корпусе (рис. 10.11). При измерении угла наклона линии местности АВ в точке В устанав­ ливают веху с обозначенной на ней меткой L на уровне глаза наблюдате­ ля. Наблюдатель, стоящий в точке А , осуществляет визирование н а метку и, нажав кнопку, отпускает круг и считывает значение вертикального у г ­ ла в градусах (рис. 10.12). Углы повышения на- цилиндрическом ободке круга имеют знак п л ю с для углов наклона повышения и знак минус — для углов наклона пониже­ ния. Погрешность измерения углов наклона эклиметром составляет ±0,25°. Н а ободе круга эклиметра кроме шкалы углов наклона в градусах имеется также шкала д л я определения превышений в метрах для точек, расположенных на расстояниях соответственно 15 и 20 м. Н а боковой стенке корпуса эклиметра-высотомера ЭВ-1 дана табли­ ца. 10.6. ОПТИЧЕСКИЕ ДАЛЬНОМЕРЫ

Оптические дальномеры разнообразных конструкций все е щ е нахо­ дят применение в практике производства инженерных геодезических р а ­ бот, поскольку позволяют определять расстояния дистанционным спосо­ бом. П о конструктивным особенностям оптические дальномеры подразде­ л я ю т на нитяные и двойного изображения. Принцип измерения расстоя-

ний этими дальномерами основан на реше­ нии прямоугольных или равнобедренных треугольников, которые образуются между глазом наблюдателя и базой дальномера, т. е. реализуется параллактический метод измерения расстояний. Схема определения расстояний оптиче­ Р и с . 10.13. Принцип параллак­ тического треугольника, реа­ скими дальномерами, независимо от их лизуемый в оптических дально­ конструкции, представлена н а рис. 10.13. мерах Угол Р в этом треугольнике весьма мал и его называют параллактическим, а проти­ в о л е ж а щ у ю ему сторону Ъ — базой. Искомое расстояние D определяется по формуле: Ъ В D = -ctgi2 2 ИЛИ

D = N6, 1 где С = -ctg— — коэффициент нитяного дальномера. 2 2 Оптические дальномеры различают: • с постоянным параллактическим углом и переменной базой в виде вертикальной рейки, устанавливаемой вне прибора; • с переменным параллактическим углом и постоянной базой в виде горизонтальной рейки вне или с базой внутри прибора; • с переменными параллактическим углом и базой в виде вертикаль­ ной рейки вне прибора. Первый т и п оптических дальномеров — нитяные дальномеры, полу­ чили широкое распространение в современных оптических теодолитах и других геодезических приборах. изображе­ Второй тип — морально устаревшие дальномеры двойного ния, в настоящее время у ж е мало применяемые. Третий т и п нашел применение во все е щ е используемых на практике номограммных тахеометрах. 10.7. НИТЯНЫЕ ДАЛЬНОМЕРЫ

Нитяные дальномеры используют в большинстве современных опти­ ческих приборов, и м е ю щ и х сетку нитей. Нитяной дальномер состоит из двух дальномерных штрихов (нитей) сетки нитей (аа, ЪЪ) и вертикальной рейки с сантиметровыми делениями, устанавливаемой в точке местности, 124

я

р-

т

Р и с 10.14. Схема измерения расстояний нитяным дальномером при горизонтальном положении оси визирования

до которой измеряют расстояние. Перекрестье нитей т служит точкой ви­ зирования (рис. 10.14). При изучении принципов измерения расстояний нитяным дальноме­ ром целесообразно рассмотреть д в а случая, когда: визирная ось горизон­ тальна и перпендикулярна вертикальной оси рейки (см. рис. 10.14); ви­ зирная ось наклонна и не перпендикулярна вертикальной оси рейки. О ч е ­ видно, что первый случай является частным, а второй — о б щ и м . Из рис. 10.14 следует, что р — это расстояние между верхним и ниж­ ним штрихами нитяного д а л ь н о м е р а , / — фокусное расстояние объекти­ ва, F— передний фокус объектива, ММ— ось вращения прибора, от к о ­ торой измеряют горизонтальное расстояние d д о вертикальной рейки R. При горизонтальном положении визирной оси лучи от дальномерных штрихов определяют соответствующие отсчеты по рейке а и Ь. Из подобия треугольников ABF и аЪ¥ следует, что — =L п р

f

или D = ~ « = - c t g - « = C « , р 2 2

где С = — = - c t g - — коэффициент нитяного дальномера, принимаемый р 2 2 обычно С = 100 или С = 200. Таким образом искомое расстояние d от оси прибора д о рейки состав­ ляет d = D

+ / + 5 = Сп + с,

(10.6)

где с = f + 8 — постоянная нитяного дальномера. У современных приборов, и м е ю щ и х внутреннюю фокусировку тру­ бы, постоянная нитяного дальномера с пренебрежительно мала, поэтому для случая горизонтального положения визирной оси можно окончатель­ но записать d = Сп.

(10.7)

Р и с . 10.15. Определение расстояния по нитяному дальномеру: а = 767 мм; Ъ = 600 мм; d =

Р и с . 10.16. Изменение базы нитяного дальномера для реек, расположенных на разном удалеНИИ ОТ прибора

= 100(767—600) = 16,7 м

Как следует из рис. 10.15, в этом случае при коэффициенте дальноме­ ра С = 100 расстояние д о измеряемой точки определится по формуле: d = С(а — Ь).

(10.8)

Н а рис. 10.16 видно, как меняется база нитяного дальномера п при не­ изменном значении параллактического угла Р для реек, установленных на разном удалении от прибора. Для второго (общего) случая определения расстояний нитяным даль­ номером при наклонном положении визирной оси прибора, представлен­ ного на рис. 10.17, видно, что при угле наклона визирной оси к горизонту v, используя формулу (10.7), м о ж н о получить некоторое условное (дальномерное) расстояние L : L = Сп\

(10.9)

Если б ы рейка была нормальна по от­ н о ш е н и ю к визирной оси, т о по формуле (10.9) м о ж н о было б ы получить физически понятную величину наклонного расстоя­ ния Д но поскольку рейка вертикальна, то она отклонена о т нормали к визирной оси на угол v, следовательно, D = Сп = Cw'cosv. Р и с . 10.17. Схема измерения расстояния нитяным дальноме-

ром при наклонном положении оси визирования

(10.10)

И наконец, зная угол наклона визирной оси к горизонту v, можно определить исковеличину горизонтальной проекции d наклонного расстояния D:

d = Cw'cosV

(10.11)

Очевидно, что между величинами дальномерного расстояния Z,, на­ клонного расстояния D и его горизонтальной проекции d существует с о ­ отношение: L > D > d

(10.12)

Из неравенства (10.12) следует, что величины L , Dnd равны м е ж д у собой л и ш ь в одном частном случае, когда визирная ось прибора горизон­ тальна. В остальных случаях разница между этими величинами будет т е м больше, чем больше угол наклона визирной оси прибора v. Точность измерения расстояний нитяным дальномером относительно невелика и составляет порядка 1: 300 измеряемого расстояния. О д н а к о для многих практических задач инженерной геодезии (прежде всего д л я выполнения теодолитных и топографических съемок) этой точности ока­ зывается достаточно. 10.8. СВЕТОДАЛЫЮМЕРЫ И РАДИОДАЛЬНОМЕРЫ

Измерение расстояний с п о м о щ ь ю светодалъномеров и радиодально­ меров является одним из наиболее точных и высокопроизводительных методов производства геодезических работ при изысканиях, строительст­ ве и эксплуатации инженерных сооружений. О н и относятся к группе электромагнитных дальномеров, основанных на принципе измерения времени прохождения электромагнитными волнами удвоенного измеряе­ мого расстояния (от излучателя д о отражателя и обратно). Если обозначить скорость распространения электромагнитных волн через v, а время их прохождения двойного измеряемого расстояния через то искомое расстояние определится по формуле D = vt/2. Скорость распространения электромагнитных волн известна, и в ва­ кууме она равна 299 792 456 м/с, а в атмосфере может быть определена с учетом показателя преломления воздуха, зависящего от температуры, давления и влажности атмосферы. Для определения времени t существу­ ет д в а метода: импульсный и фазовый. Импульсный метод применяют при измерении больших расстояний, но с малой точностью. В геодезии большее распространение получил фазовый метод, д а ю щ и й существенно б о л ь ш у ю точность измерений. Светодальномеры — оптические приборы для определения расстоя­ ний при помощи светового луча. Принцип действия светодальномера за127

ключается в том, что от источника света через модулятор электромагнитные волны переда­ ются на отражатель, установленный в точке, до которой измеряют расстояние. О т отража­ теля электромагнитные волны возвращаются к приемному устройству, совмещенному с п е ­ редающим. Приемное устройство передает по­ лученные сигналы через усилитель и демоду­ лятор на устройство обработки сигнала, отку­ да идет на табло индикатора, где и высвечива­ ются результаты измерений в конечном виде либо в промежуточных значениях. Источниками излучения в современных светодальномерах, как правило, являются светодиоды или оптические квантовые генерато­ ры — лазеры. Модуляция светового потока осуществляется за счет использования оптиче­ Р и с . 10.18. Свето дальномер ских и электрооптических явлений, возникаю­ Wild DI5S DISTOMAT (Швейцария) в виде насадки щих при прохождении света через жидкости, кристаллы, полупроводниковые д и о д ы и т. д . к серийному электронному теодолиту В качестве приемников используют фотоэлек­ тронные умножители, а т а м , где источником света являются светодиоды, — фотодиоды. Отечественный свето дальномер «Блеск-2» (2СТ-10), представленный на рис. 9.7, имеет основные технические характеристики: Средняя квадратическая погрешность измерений — ±(5 + Зррт х D) мм; Диапазон измеряемых расстояний — от 2 до 5000 м (10 000 м при метеорологической дальности видимости более 40 км и отсутствии колебаний воздушной среды); Диапазон рабочих температур — от -30°С до +40°С; Масса прибора в футляре — 8,5 кг.

На рис. 10.18 представлен один из наиболее распространенных образ­ цов импортной светодальномерной техники W i l d DI5S D I S T O M A T в ви­ де насадки к серийному электронному теодолиту. Основные технические характеристики светодальномера: Средняя квадратическая погрешность измерений — ±(3 + 2 ppm х D) мм; Диапазон измеряемых расстояний — от 1,5 до 7000 м; Время полного измерения — 4 с; Диапазон рабочих температур — от - 20°С до + 50°С; Масса прибора — 1,1 кг.

Радиодальномеры — приборы для определения расстояний по скоро­ сти распространения ультракоротких радиоволн в сантиметровом диапа­ зоне. Преимущество радиодальномеров по сравнению со светодальномерами в том, что они могут работать в л ю б ы х атмосферных условиях, кро­ ме сильных дождей. Используют радиодальномеры, работающие по тому же принципу, что и светодальномеры. В инженерной геодезии радиодальномеры при­ меняют в основном в качестве навигационного оборудования для произ­ водства аэрофотосъемок (радиовысотомеры). В системах спутниковой навигации «GPS» расстояния до навигаци­ онных спутников определяют также по скорости распространения радио­ сигналов, но эти радиодальномеры построены по принципу синхрониза­ ции излучаемых радиосигналов (псевдокодов) искусственными спутни­ ками Земли и в приемниках, размещаемых в точках земной поверхности, координаты которых необходимо определить (см. гл. 21). 10.9. ИЗМЕРЕНИЕ НЕПРИСТУПНЫХ РАССТОЯНИЙ

При выполнении измерительных работ нередко возникают ситуации, когда та или иная линия не может быть измерена непосредственно, на­ пример, землемерной лентой или рулеткой (водные преграды, непрохо­ д и м ы е болота и т. д.). В этих случаях, в зависимости от того, какими тех­ ническими средствами располагает исполнитель (землемерными лента­ ми и рулетками, оптическими теодолитами, светодальномерами, элект­ ронными тахеометрами, приборами спутниковой навигации «GPS» и т. д.), неприступное расстояние может быть определено одним из сле­ д у ю щ и х способов: базисов; равных треугольников; прямого промера по оси; наземно-космическим. Способ базисов состоит в измерении неприступного расстояния с по­ м о щ ь ю прямой угловой засечки (рис. 10.19). На удобных участках местности для произ­ водства линейных измерений с использованием землемерной ленты или рулетки от точки А из­ меряемой линии строят два базиса Ь\ и £ таким образом, чтобы между ними и измеряемой пря­ мой линией образовались два треугольника с уг­ лами при основании не менее 30° и не более 150°. Базисы измеряют землемерной лентой или рулеткой дважды и при допустимых расхожде­ Р и с. 10.19. Схема опреде­ ниях в промерах определяют среднее значение ления неприступного рас­ каждого из них. Полным приемом теодолита из- стояния способом базисов 2

5 э-з

129

Р и с . 10.20. Схема определения неприступного расстояния способом прямого промера оси

Р и с . 10.21. Схема определения неприступного расстояния способом равных треугольников

меряют углы при основаниях полученных треугольников АВС\ и АВС^ соответственно у cti и у , а . П о теореме синусов д в а ж д ы определяют значение искомого неприступного расстояния: ь

2

2

_ft siny * 1ЬФГ _ft siny sin Р 1

1

1 -

2

;

(Ю.13)

2

2

Если относительная погрешность между двумя измерениями не преX

1

— JC

вышает допустимой —


Y

Определив по выражениям (14.2) или (14.3) приращения координат АХ и AY, находят искомые координаты другой точки: X =X +AX,~\ b

Обратная

(14.4)

t

геодезическая

задача

Если на местности известны координаты двух точек А (Х , Y ) и В (Хъ, Уъ), т о можно определить горизонтальную проекцию расстояния между ними d и дирекционный угол этого направления а (см. рис. 14.1). В соответствии с выражением (14.1) имеем: л

AY

, , а =

AY

=

sin а

a

(14.5)

ДАТ АХ

.

cos а

Посредством формул (14.5) решают обратную геодезическую задачу, при этом горизонтальную проекцию расстояния d для контроля вычисля­ ют дважды. В случае необходимости определения только горизонтальной проекции расстояния между двумя точками с известными координатами пользуются формулой: 2

2

d = л/ДЛГ +ДГ ,

(14.6)

При вычислениях направлений с использованием таблиц тригономет­ рических функций по формулам (14.5) сначала определяют румб направ­ ления:

г = arctg

I АУ| |ДДГ|

_ I АЛ _ I ДАЛ

и d =

Sin Y

(14.7)

COS Y

а затем в соответствии с табл. 14.1 переходят от румбов к дирекционным углам. При решении прямой и обратной геодезических задач целесообразно пользоваться микрокалькуляторами, поскольку в этом случае отпадает необходимость вычисления румбов. 14.3. ПЛАНОВЫЕ СЕТИ СГУЩЕНИЯ И СЪЕМОЧНЫЕ СЕТИ

Геодезические сети сгущения создают с целью сопровождения инже­ нерных работ и геодезического обоснования топографических съемок масштабов 1:500 + 1:5000. Сети сгущения подразделяют на триангуляционные и полигонометрические сети 1 и 2 разрядов. Триангуляционные сети сгущения 1 и 2 разрядов прокладывают пре­ имущественно в открытой местности в виде цепочек треугольников и центральных систем, при этом сеть триангуляции сгущения опирается на стороны или пункты государственных геодезических сетей более в ы ­ сокой точности. Полигонометрические сети сгущения 1 и 2 разрядов прокладывают для создания геодезического обоснования в виде одиночных теодолит­ ных ходов или и х систем, наиболее часто в закрытой местности с ограни­ ченной видимостью (населенные пункты, пересеченная, залесенная мест­ ность и т. д.). Полигонометрические сети прокладывают между пунктами государственных геодезических сетей либо строят самостоятельные сети с последующей их привязкой к пунктам государственной геодезической сети. Технические характеристики геодезических сетей сгущения пред­ ставлены в табл. 14.2. Пункты сетей сгущения закрепляют и на них устанавливают наруж­ ные знаки: простые пирамиды, пирамиды-штативы или туры. Съемочные сети служат для крупномасштабных топографических съемок местности и геодезического сопровождения строительства инже­ нерных объектов. С ъ е м о ч н ы е сети создают методом засечек с пунктов геодезических сетей всех классов и разрядов, проложением теодолитных ходов и в п о ­ следнее время — наземно-космическими методами. С ъ е м о ч н ы е сети с о з д а ю т с д о п у с т и м о й с р е д н е к в а д р а т и ч е с к о й п о ­ грешностью угловых измерений 3 0 " — Г и длин сторон порядка 1:3000 -г-1:2000 в зависимости от назначения работ.

Показатели сетей сгущения

Длина сторон, км

Триангуляционная сеть 1 разряд 2 разряд

2—5

Средняя квадратическая по­ Не более 5" грешность измерения угла Угловые невязки в треуголь­ никах Относительная погрешность выходных сторон Относительная погрешность каждой стороны и допустимые невязки полигонометрического хода

Не более 20" Не более 1:50 ООО

Полигономет!жческая сеть 1 разряд 2 разряд

0,5—3 Не более 10" Не более 40" Не более 1:25 000

Не более 5"

Не более 10"

Не более 1:10 000

Не более 1:5000

14.4. ТЕОДОЛИТНЫЕ ХОДЫ ЗАМКНУТЫЕ, РАЗОМКНУТЫЕ И ДИАГОНАЛЬНЫЕ

Теодолитные ходы — геодезические построения в виде л о м а н ы х ли­ ний, в которых углы измеряют полным приемом теодолита, а д л и н ы сто­ рон землемерными лентами, рулетками или дальномерами. Теодолитные ходы, как правило, прокладывают между пунктами го­ сударственных геодезических сетей или сетей сгущения. Различают теодолитные ходы разомкнутые (рис. 14.2, а), замкнутые (рис. 14.2, б), висячие (рис. 14.2, в) и системы ходов (рис. 14.2, г). Теодолитные ходы создают методом полигонометрии, но точность измерений в теодолитном ходе существенно ниже, чем в полигонометрии 2 разряда. Теодолитные ходы в качестве съемочного обоснования неред­ ко используют в закрытой местности для съемок вдоль рек, каналов, д о ­ рог, по просекам и д л я съемок других линейных объектов. При съемках объектов, занимающих относительно большие площади (мостовых переходов, аэродромов, площадок под гражданские и про­ м ы ш л е н н ы е сооружения, здания и другие инженерные объекты), обычно вблизи границ съемки прокладывают замкнутые теодолитные ходы — полигоны (см. рис. 14.2, б). Для работы в общей системе государственных координат полигоны привязывают к пунктам государственной геодези­ ческой сети (рис. 14.2—1). Точки теодолитных ходов и полигонов выби­ рают, как правило, на возвышенных местах таким образом, чтобы между ними была обеспечена прямая видимость и чтобы с них был обеспечен максимальный обзор снимаемой территории. Полигоны могут опираться на стороны геодезических сетей более вы­ соких классов. При съемках мостовых переходов в составе титульной ав166

D Р и с . 14.2. Разновидности теодолитных ходов: а — разомкнутый; б — замкнутый; в — висячий; г — система теодолитных ходов 1 — пункты государственной сети; 2 — диагональный ход; 3 — узловая точка

томобильной дороги полигоны опираются на трассу автомобильной д о ­ роги. Если с точек замкнутого теодолитного хода — полигона не представ­ ляется возможным снять все подробности местности, то внутри него м о ­ гут быть созданы один или несколько диагональных ходов (рис. 14.2—2). Разомкнутые теодолитные ходы используют чаще всего для обосно­ вания съемок л и н е й н ы х инженерных сооружений, при этом они, как пра­ вило, в своих начальных и конечных точках опираются на пункты госу­ дарственной геодезической сети (рис. 14.2, а). Точки разомкнутых теодо­ литных ходов обычно совпадают с вершинами углов поворота трассы л и ­ нейного сооружения. При прокладке теодолитных ходов большой д л и н ы (например, при изысканиях автомобильных дорог), во избежание накоп­ ления ошибки измерений последние периодически привязывают к бли­ ж а й ш и м пунктам геодезических сетей более высокой точности. Если разомкнутый теодолитный ход опирается на более точное обос­ нование только одним своим концом, то его называют висячим (рис. 14.2, в). Такие ходы часто используют при необходимости съемки подробно­ стей или объектов местности, расположенных на некотором удалении от

границ основной съемки. Во избежание накопления недопустимых оши­ бок число сторон висячего хода допускают не более трех. При съемках значительных участков местности иногда создают сиетемы теодолитных ходов (рис. 14.2, г). Точки пересечения теодолитных ходов называют узловыми точками (рис. 14.2—5). В теодолитных ходах обычно измеряют справа по ходу л е ж а щ и е углы Р ь Р2> • • • > Рп с применением технических теодолитов типа 2Т-30П, 4Т-30П и т. д. Длины сторон и з м е р я ю т в прямом и обратном направлениях земле­ мерными лентами или рулетками, оптическими дальномерами, а в по­ следнее время — свето дальномерами. Если углы наклона некоторых сто­ рон теодолитного хода превышают v > 2°, то измеренные наклонные рас­ стояния приводят к горизонту d = D cos v. При создании теодолитных ходов особенно эффективным оказывает­ ся использование электронных тахеометров, а также систем спутниковой навигации «GPS». 14.5. ОБРАБОТКА И УРАВНИВАНИЕ УГЛОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ТЕОДОЛИТНЫХ ХОДОВ

Конечной целью обработки угловых и линейных измерений теодо­ литного хода является вычисление координат его вершин. Если измере­ ния производят электронным тахеометром с записью результатов на маг­ нитные носители информации, то обработку измерений производят на ба­ зовом компьютере в камеральных условиях. Если измерения производят с использованием о б ы ч н ы х геодезиче­ ских приборов, то результаты измерений заносят в полевые ж у р н а л ы . Ка­ меральную обработку результатов измерений начинают с проверки пра­ вильности всех вычислений, выполненных в полевых условиях: вычисля­ ют значения углов в полуприемах, оценивают допустимость их расхож­ дений, вычисляют средние значения углов, оценивают допустимость расхождений длин сторон, измеренных в прямом и обратном направлени­ ях, и вычисляют средние их длины. После проверки и аккуратного исп­ равления вычислений в полевых журналах приступают к увязке угловых измерений в теодолитном ходе. Обработка угловых измерений замкнутого полигона. Теоретическая сумма углов всякого плоского многоугольника равна 180°(и - 2 ) , где п — число углов многоугольника. Если фактическая сумма измеренных углов многоугольника ABCDE (рис. 14.3) равна ZP, то разность /р = ZP -

180°(л - 2)

(14.8)

называют угловой невязкой полигона. Определив по (14.8) величину угловой невязки полигона/р, ее необхо­ димо сопоставить с величиной предельно допустимой невязки /р . При п р

этом если /р > то все угловые измерения необходимо выполнить заново. Если/р /л.

Р и с . 14.3. Схема измерения углов в замкнутом полигоне

Для трасс автомобильных дорог (разомкнутые теодолитные ходы) по д е й с т в у ю щ и м техническим нормам предельная допустимая невязка при­ нята: (14.10)

= ±3'л/й.

Р и с . 14.4. Связь между углами теодолитного хода и дирекционными углами соответствующих направлений

Обработка угловых изме­ рений разомкнутого теодо­ литного хода. Для разомкну­ того теодолитного хода угло­ вую невязку вычисляют ис­ ходя из следующего. Прежде всего необходимо установить соотношения между углами теодолитного хода и дирек­ ционными углами соответ­ ствующих направлений (рис. 14.4).

Из рис. 14.4 следует, что а, = а а

а

2

0

+180° - р ,

= а , +180° - р

2

= а „ . +180° •к

т. е. дирекционный угол каждой последующей му углу предыдущей

(14.11)

линии равен

плюс 180°, минус вправо по ходу лежащий

дирекционноугол.

Если в выражении (14.11) первую формулу для определения си под­ ставить во вторую для определения 012, получим а

2

= оо + 2 - 180° -

Теперь, подставив а а

п

2

в а

3

(Р,

+ р ). 2

и т. д., будем иметь

= оо + п • 180° - ( р , + р + 2

...+ Р„),

окончательно получим оо - а „ = I p

- п • 180°.

(14.12)

Ф о р м у л а (14.12) служит для контроля правильности вычисления д и рекционных углов направлений разомкнутого теодолитного хода. Учи­ тывая, что угловые измерения ведут с определенной погрешностью, из выражения (14.12) можно определить невязку угловых измерений теодо­ литного хода: / р = I P - « 1 8 0 ° - (оо - а ) . л

(14.13)

П о л у ч е н н у ю невязку угловых измерений хода сравнивают с пре­ дельной д о п у с т и м о й ^ „р, определяемой по формулам (14.9) или (14.10). При э т о м е с л и / р > / р , т о у г л о в ы е и з м е р е н и я п о в т о р я ю т з а н о в о . Если h - /рпр» то производят уравнивание угловых измерений. п р

Уравнивание угловых измерений состоит в распределении полученной допустимой угловой невязки/р поровну между всеми углами теодолитно­ го хода с обратным знаком. 14.6. УРАВНИВАНИЕ ПРИРАЩЕНИЙ КООРДИНАТ ТЕОДОЛИТНЫХ ХОДОВ

Обработка результатов измерений замкнутого теодолитного хода (полигона). С у м м а проекций сторон (приращений координат) замкнутого теодо­ литного хода на соответствующие координатные оси должна равняться нулю: IAX

= 0 и 1 Д У = 0.

Однако на практике, в связи с погрешностями линейных измерений, I A A " и 1 А У равны некоторым величинам f и f называемым невязками в приращениях координат: f — по оси абц^сс и/у—по оси о р д и н а т : x

Yt

x

1АХ

= /х*1АГ

= fy.

В результате неизбежных ошибок измерений замкнутый полигон оказыва­ ется как б ы разомкнутым на величину АА'=/ (рис. 14.5), называемую невязкой в периметре полигона. Поскольку проекции отрезка АА* на оси соответствующих координат пред­ ставляют собой невязки в приращениях координатf n fy, то из рис. 14.5 следует:

А

D

Y

с

1

x

Р и с . 14.5. Невязка периметра замкнутого полигона

При измерении длин сторон теодо­ литного хода стальной 20-метровой лентой относительная невязка пери­ метра полигона Р не д о л ж н а быть больше (14.15) 2000'

Р

В случае невыполнения этого условия проверяют записи в журналах и правильность вычислений. Если при этом ошибка не будет обнаружена, то выполняют полевые контрольные измерения. Если относительная невязка периметра полигона не превышает допу­ стимую, производят уравнивание приращений координат. Простейший способ уравнивания заключается в распределении невязок в приращени­ ях координат между соответствующими приращениями пропорциональ­ но длинам сторон со знаком, обратным знаку невязки: (14.16)

После введения поправок по (14.16) к соответствующим приращени­ ям координат с у м м ы исправленных приращений д о л ж н ы равняться н у л ю 1ЛХ = 0 и 1Д7 = 0. т

И С П

Обработка результатов измерений разомкнутого (диагонального) теодолитного хода. Как следует из рис. 14.5, для диагонального хода BFE известны коор­ динаты начальной его точки В(Хь, Уь) и конечной Е(Х , У ) тогда м о ж н о записать е

1ЛХ

= Х - Х е

ъ

и IAY

= Ye

е

9

Y. b

Однако, принимая во внимание неизбежные погрешности измерений, фактически получим

ZAX

- (Х - Хь) = fx и IAY е

- (Y e

Y) = f. b

Y

Тогда no (14.14) и (14.15) определив относительную невязку теодо­ литного хода, сравнивают ее с допустимой и в случае удовлетворения у с ­ л о в и ю (14.15) вводят поправки (14.16) к вычисленным приращениям ко­ ординат со знаком, обратным знаку невязки. По д е й с т в у ю щ и м техническим нормам для трасс проектируемых ав­ томобильных дорог допускается относительная невязка (14.17) Р

1000"

После введения поправок к соответствующим значениям координат суммы исправленных приращений координат д о л ж н ы равняться ZAA^cn = (Х - X ) и 1 Д У = (Y - Гь). =

С

h

ИСП

e

14.7. ПРИВЯЗКА СЕТЕЙ СГУЩЕНИЯ И СЪЕМОЧНЫХ СЕТЕЙ К ПУНКТАМ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ СЕТИ

Для определения координат точек съемочного обоснования н а мест­ ности производят плановую их привязку к пунктам государственной гео­ дезической сети, координаты которых известны. И з всего многообразия случаев привязки разберем несколько основных. 1. Привязка трассы к одному пункту геодезической сети. Привязку трассы осуществляют в такой последовательности (рис. 14.6). Д в а ж д ы в прямом и обратном направлениях измеряют гори­ зонтальную проекцию расстояния d между пунктом геодезической сети Р и точкой М начала трассы. Определяют одним из известных способов географический азимут линии привязки А р и обратный дирекцйонный угол направления РМ- арм. М

После чего, измерив примычный угол у, определяют дирекцйонный угол первого направления самой трассы: P(XpYp) *MN=

O L

P

M

-

180° + у.

(14.18)

И наконец, вычислив приращения коорди­ нат АХр = d cos арм и Д Yp =d sin 2M. Измерив в точке М примычспособом засечек ные углы Р и у, д в а ж д ы определяют направле­ ние линии трассы MN: 2

2

2

Р Р2

OLMN=

-

OLPIM

180° + ( р + у); а ^ = а ™ - 1 8 0 ° + у.

(14.19)

Из треугольника Р\Р М определяют длины е г о сторон d\ и d . Далее вычисляют приращения координат 2

2

= d\ sin

ДА>ш = d\ cos а \

АУ

АХ

АУрщ =

РШ

= d cosa ;

РШ

2

P2M

РШ

а \ РШ

d sina 2

P2Mt

и затем д в а ж д ы определяют координаты точки М трассы: Х

и

= Х

РХ

+ АХ ;

У

РШ

м

= -Y

PX

+ АУ ;

(14.20)

РШ

3. Привязка трассы к двум пунктам геодезической сети способом об­ ратной засечки. Привязка трассы способом обратной засечки состоит в определении координат точки М трассы по известным координатам д в у х пунктов гео­ дезической сети Р\ и Р (рис. 14.7). В данном способе угловые измерения ведут только в точке М трассы, определяя примычные у г л ы Р и у, но п р и этом измеряют горизонтальное расстояние д о одного из пунктов, напри­ мер d\. 2

Решив обратную геодезическую задачу, определяют расстояние меж­ ду пунктами геодезической сети d и дирекционный угол этой линии cipira. тт d Далее из теоремы синусов — • — = l

sin Р о

. ^sinp

куда Р = arcsin —

-.

2

d

2

d

^ sin p

q

устанавливают sin Р = —•

, от-

2

sinP

d

Определив теперь угол Pi = 1 8 0 ° - р - Р, по формулам (14.19) и (14.20) вычисляют искомое направление трассы a u координаты точки М(Х , 2

MN

М

Г ). м

4. Привязка трассы к пунктам геодезической сети наземно-космическим способом. В настоящее время наиболее простым, быстрым и д е ш е в ы м является наземно-космический метод привязки трассы к пунктам геодезической сети. При использовании систем спутниковой навигации « N A V S T A R » ( С Ш А ) или « Г Л О Н А С С » (Россия) привязку трасс к пунктам государст­ венной геодезической сети удается осуществить с необходимой точно­ стью д а ж е при использовании д е ш е в ы х приемников «GPS» сравнительно невысокой точности (например, класса Г И С ) в режиме работы с базовы­ ми станциями «DGPS». Базовую станцию устанавливают в одном из пунктов геодезической сети с известными координатами, которая, получая и н ф о р м а ц и ю с нави­ гационных искусственных спутников, корректирует ее и передает уточ­ н я ю щ и е поправки к координатам приемникам «GPS», установленным в точках трассы. Таким образом определяют координаты точек трассы Х , y nX y n далее, решив обратную геодезическую задачу, находят дирекцйонный угол направления ашС целью исключения накопления ошибок в координатах точек спут­ никовая навигационная привязка легко может быть применена для ряда точек по д л и н е трассы с использованием нескольких пунктов геодезиче­ ской сети в качестве базовых станций «DGPS». м

M

Nt

N

14.8. ВЫСОТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ СЪЕМОК

Сгущение государственных нивелирных сетей I , I I , I I I и I V классов осуществляют для развития высотных сетей сгущения и съемочных се­ тей. В ы с о т н ы е сети сгущения и съемочные сети, как правило, создают ме­ тодами геометрического или тригонометрического нивелирования. Для обеспечения топографических съемок с высотой сечения горизонталей д о 1 м и для инженерных изысканий в качестве высотного обоснования используют х о д ы геометрического нивелирования, а для топографиче­ ских съемок и изысканий на ранних стадиях проектирования допускается использовать ходы тригонометрического нивелирования. О б ы ч н о пункты плановых сетей сгущения и съемочных сетей исполь­ зуют одновременно и в качестве пунктов высотного обоснования. В ы с о т н у ю привязку к реперам и маркам государственной нивелир­ ной сети теодолитных ходов замкнутых (полигонов) и разомкнутых

(трасс) обычно осуществляют двойным нивелированием в прямом и об­ ратном направлениях. При этом замкнутые полигоны, как правило, при­ вязывают к одному пункту государственной нивелирной сети. Д л и н н ы е теодолитные ходы (трассы) обычно привязывают к реперам и маркам в начале и конце, а при очень длинных трассах осуществляют периодиче­ скую привязку и промежуточных точек. Д о п у с т и м у ю невязку двойного хода при привязке к реперам и маркам двойного нивелирного хода, км). принимают ± 50VZ, м м (где L—длина При нивелировании теодолитных ходов всегда возникает задача кон­ троля и уравновешивания нивелирного хода.

Уравновешивание

замкнутого

нивелирного

хода

Теоретическая сумма превышений в замкнутом нивелирном ходу, очевидно, д о л ж н а равняться н у л ю I A = 0. Однако в связи с неизбежной погрешностью измерений сумма превы­ шений оказывается отличной от нуля 1Л=/

А

.

(14.21)

Если величина невязки в превышениях fi, оказывается меньше пре­ дельно допустимой, то выполняют уравнивание нивелирного хода, т. е. распределяют невязку с обратным знаком между соответствующими превышениями пропорционально длинам сторон: n

_d hi-—Jh-

(14.22)

Для уравненного замкнутого нивелирного хода д о л ж н о быть получе­ но: 1Л„сп = 0.

(14.23)

Для разомкнутых теодолитных ходов (трасс), привязанных в начале и конце к пунктам государственной нивелирной сети, высоты которых определены нивелированием соответствующих более высоких классов, можно записать —Н

кон

— Н , н2п

где Я # — соответственно, высоты реперов государственной ниве­ лирной сети в конце и начале трассы. В связи с наличием неизбежной погрешности измерений фактически нужно написать: к о н >

н а ч

#нач)

-

fh-

(14.24)

Если невязка в п р е в ы ш е н и я х о к а з ы в а е т с я меньше допустимой, осу­ ществляют уравнивание разомкнутого нивелирного хода, т а к ж е как и для замкнутого введением поправок (14.22) к соответствующим вели­ чинам превышений, при этом для уравненного разомкнутого нивелирно­ го хода должно быть получено: (14.25) Для высотного обоснования топографических съемок и инженерных изысканий весьма эффективным оказывается использование приемников спутниковой навигации «GPS» геодезического класса точности.

Г л а в а 15. Т Е О Д О Л И Т Н А Я

СЪЕМКА

15.1. СУЩНОСТЬ ТЕОДОЛИТНЫХ СЪЕМОК И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

Теодолитная (горизонтальная) съемка является съемкой ситуацион­ ной, при которой горизонтальные углы измеряют теодолитом, а горизон­ тальные проекции расстояний различными мерными приборами (земле­ мерными лентами и рулетками, оптическими и электронными дальноме­ рами). Превышения между точками местности при этом не определяют, поэтому теодолитная съемка является частным случаем тахеометриче­ ской съемки. Теодолитные съемки используют для подготовки ситуационных пла­ нов местности и цифровых ситуационных моделей местности ( Ц М М ) , а также для обновления (внесение ситуационных изменений) топографи­ ческих карт и электронных карт (ЭК). В практике изысканий объектов строительства теодолитные съемки наиболее часто применяют для получения ситуационных планов и Ц М М в масштабах 1:2000, 1:5000 и в отдельных случаях 1:10 000. В практике изысканий линейных инженерных сооружений (автомо­ бильных, лесовозных дорог, оросительных систем и т. д.) теодолитную съемку применяют при трассировании путем вешения линий, измерения углов поворота трассы, разбивки пикетажа и съемки притрассовой полосы. При изысканиях площадных объектов (мостовых переходов, транс­ портных развязок движения в разных уровнях, строительных площадок, аэродромов и т.д) теодолитные съемки выполняют для получения ситуа­ ционных планов для рассмотрения принципиальных вариантов инженер­ ных решений (выбор створа мостового перехода, рассмотрение возмож­ ных вариантов схем транспортных развязок движения в разных уровнях, вариантов размещения сооружений аэродромов, зданий и сооружений аэродромной службы, строительных площадок и т. д.).

15.2. ПРИБОРЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ТЕОДОЛИТНЫХ СЪЕМОК

При производстве теодолитных съемок в настоящее время наиболее часто используют следующие приборы: оптические теодолиты: ЗТ5КП, 2Т30, 2Т30П, 4Т30П; номограммные тахеометры: Dahlta 020, Dahlta 0 1 0 В ; электронные тахеометры: Та20,Та5, ТаЗ, ТаЗм, 2Та5, 3Ta5,Elta R50, Elta R55; светодальномеры: «Блеск 2», 2СМ-2, М С Д - 1 м , С М - 5 ; землемерные ленты металлические: Л З , Л З Ш ; рулетки металлические: Р50, Р20, Р10, РТ (тесьмяная); измерительные колеса (полевые курвиметры): F20, SK3; приемники спутниковой навигации «GPS» и базовые станции «DGPS». При производстве теодолитных съемок особенно э ф ф е к т и в н ы м и предпочтительным является использование методов электронной тахе­ ометрии. Наиболее распространенные электронные тахеометры отечест­ венного производства типа ТаЗ, ТаЗм, ЗТа5 обеспечивают измерение го­ ризонтальных расстояний от 1,5 д о 5 км с точностью (5мм ± З р р т х D , где D — измеряемое расстояние в км), при средней квадратической погреш­ ности измерения горизонтальных углов 4—5". При такой точности л и ­ нейных и угловых измерений можно снимать чрезвычайно большие пло­ щади с о д н о й или н е с к о л ь к и х с т о я н о к прибора, о с о б е н н о в о т к р ы т о й местности. При использовании приемников систем спутниковой навигации «GPS» теодолитную съемку следует называть горизонтальной, посколь­ ку теодолиты и другие мерные приборы здесь как таковые у ж е не исполь­ зуются. Но из всех видов теодолитных (горизонтальных) съемок назем­ но-космическая горизонтальная съемка является самой производитель­ ной, эффективной и обеспечивает полную автоматизацию обработки р е ­ зультатов измерений и подготовки ситуационных планов и Ц М М . 15.3. РАБОТЫ, ВЫПОЛНЯЕМЫЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ТЕОДОЛИТНЫХ СЪЕМОК

При теодолитных съемках в период производства полевых работ вы­ полняют следующее: рекогносцировку, прокладку теодолитных ходов съемочного обоснования, съемку подробностей ситуации местности. Рекогносцировку подлежащего съемке участка местности производят с целью установления границ съемки, определения положения съемоч­ ных точек (вершин теодолитных ходов), направления теодолитных ходов и выбора метода съемки ситуационных подробностей местности.

Прокладка теодолитных ходов включает в себя вешение линий, из­ мерение горизонтальных углов, измерение горизонтальных проекций длин линий. В е ш е н и е линий осуществляют с п о м о щ ь ю теодолита. П р и д л и н н ы х прямых назначают дополнительные съемочные точки, с которых осуще­ ствляют продление створа. Вынос дополнительных съемочных точек при продлении стороны теодолитного хода для устранения влияния коллима­ ционной погрешности осуществляют переводом трубы через зенит (см. рис. 10.3) при двух положениях круга теодолита (КЛ и К П ) . Горизонтальные углы теодолитных ходов, вправо по ходу лежащие, измеряют полным приемом. Теодолит над съемочной точкой центрируют с точностью ±0,5 см. Предельная допустимая погрешность измерения од­ ного угла съемочного обоснования не должна быть больше ±1,5', а для те­ одолитных ходов вдоль трасс инженерных сооружений (например, авто­ мобильных дорог) - не больше ± 3 ' . Измерение длин линий осуществляют с использованием землемер­ ных лент и рулеток, оптических дальномеров и светодальномеров, а так­ же приемников систем спутниковой навигации «GPS». Стороны съемочного обоснования измеряют д в а ж д ы с относитель­ ной погрешностью 1:2000. Длины теодолитных сторон вдоль трасс л и ­ нейных сооружений измеряют один раз с относительной погрешностью 1:1000. Однако для исключения грубых ошибок второй раз расстояния измеряют е щ е раз нитяным дальномером с относительной погрешностью 1:300 и периодически привязывают трассу к пунктам государственной геодезической сети. При измерениях линий землемерными лентами и ру­ летками и углах наклона измеряемых линий более 2° определяют гори­ зонтальные проекции измеренных расстояний по формуле (10.4) или вво­ дят поправки при измерениях по формуле (10.5), т. е. с м е щ а ю т ленту или рулетку вперед н а величину поправки. Съемку подробностей ситуации осуществляют в зависимости о т тре­ буемого масштаба съемки с шагом снимаемых точек о т 10 д о 100 м, одна­ ко при этом фиксируют все изломы контурных линий (например, углы зданий, домов, изгородей, линий электропередач и т. д.). 15.4. МЕТОДЫ СЪЕМКИ ПОДРОБНОСТЕЙ МЕСТНОСТИ

Съемку характерных подробностей ситуации местности производят в зависимости от конкретных условий местности и имеющихся в наличии приборов одним из следующих способов: прямоугольных координат; п о ­ лярным; прямых угловых засечек; линейных засечек; обхода; створов; наземно-космическим.

Р и с . 15.1. Схема теодолитной съемки методом координат: а — прямоугольных; б — полярных

При съемках методом прямоугольных координат положение к а ж д о й ситуационной точки местности устанавливают по величинам а б ц и с с ы X (расстоянием от ближайшей точки съемочного обоснования по с т о р о н е теодолитного хода или расстоянием от начала трассы) и ординатой Y (расстоянием от соответствующей стороны теодолитного хода или о т трассы) (рис. 15.1, а ) . Определение ординат Y обычно производят с п о ­ м о щ ь ю зеркального эккера и рулетки. М е т о д прямоугольных координат наиболее часто используют п р и съемке притрассовой полосы линейных сооружений в ходе разбивки п и ­ кетажа. Ш и р и н у съемки притрассовой полосы в масштабе 1:2000 п р и н и ­ мают по 100 м в обе стороны от трассы, при этом в пределах о ж и д а е м о й полосы отвода съемку ведут инструментально, а далее глазомерно. Теодолитную съемку методом полярных координат применяют п р е ­ имущественно в открытой местности, при этом положение каждой ситуа­ ционной точки определяют горизонтальным углом Р, измеряемым от с о ­ ответствующей стороны теодолитного хода, и расстоянием S, измеряе­ мым от соответствующей точки съемочного обоснования (рис. 15.1, б ) . Съемку характерных точек местности наиболее часто осуществляют о п ­ тическими теодолитами с измерением расстояний нитяным д а л ь н о м е ­ ром. С ъ е м к а методом полярных координат оказывается особенно э ф ф е к ­ тивной при использовании электронных тахеометров. Метод прямых угловых засечек применяют главным образом в о т к р ы ­ той местности, там, где не представляется возможным производить н е ­ посредственное измерение расстояний до интересуемых точек местно­ сти. Положение каждой снимаемой точки относительно соответствую­ щей стороны теодолитного хода (базиса) определяют измерением д в у х горизонтальных углов Pi и Р2, п р и м ы к а ю щ и х к базису (рис. 15.2, а). В ка­ честве базиса обычно служит одна из сторон съемочного обоснования или ее часть. Съемку методом прямых угловых засечек обычно ведут о п ­ тическими теодолитами и особенно часто используют при производстве

в Р и с . 15.2. Схема теодолитной съемки способом засечек: а — угловых засечек; б — линейных засечек

гидрометрических работ на реках: измерение поверхностных скоростей течения поплавками, траекторий льдин и речных судов, при выполнении подводных съемок дна русел рек и водоемов и т. д. Метод линейных засечек применяют, если условия местности позво­ л я ю т легко и быстро производить линейные измерения д о характерных ситуационных точек местности. Измерения производят лентами или ру­ летками от базисов, расположенных на сторонах съемочного обоснова­ ния. Положение каждой снимаемой точки местности определяют измере­ нием двух горизонтальных расстояний S\ и Si с разных концов базиса (рис. 15.2, б). Метод обхода реализуют проложением теодолитного хода по конту­ ру снимаемого объекта с привязкой этого хода к съемочному обоснова­ нию. Углы рь р 2 ,..., Pw снимают при одном положении круга теодолита, а измерения длин сторон осуществляют землемерной лентой или рулет­ кой, нитяным дальномером или светодальномером электронного тахео­ метра (рис. 15.3, а). Метод обхода используют, как правило, в закрытой местности для обозначения недоступных объектов значительной площади: болота, за­ претные зоны, территории хозяйственных объектов и т. д. Суть метода створов состоит в том, что на прямой между двумя из­ вестными точками, размещенными на сторонах съемочного обоснования

п

2

н

н и н и н

N но

Р и с . 15.3. Схема теодолитной съемки методами: а — обхода; б — створов

(например М и N), с п о м о щ ь ю одного из мерных приборов определяют положение характерных ситуационных точек местности (рис. 15.3, б). М е т о д створов находит применение, главным образом, при изыскани­ ях аэродромов, для установления ситуационных особенностей местности в ходе топографических съемок методом геометрического нивелирова­ ния по квадратам. При производстве изысканий других инженерных объ­ ектов метод створов применяют крайне редко. Наземно-космический метод горизонтальной съемки состоит в том, что для получения плановых координат характерных ситуационных то­ чек местности используют приемники систем спутниковой навигации «GPS». Учитывая высокую стоимость приемников GPS высокого класса точности («геодезическою класса»), можно воспользоваться сравнитель­ но недорогими приемниками среднего класса точности («класса Г И С » ) , но при использовании их в режиме работы с базовыми станциями — «дифференциальными GPS — D G P S » . Принцип горизонтальной съемки наземно-космическим методом в р е ж и м е « D G P S » состоит в получении координат ситуационных точек местности с геодезической точностью посредством корректирующих сигналов приемниками «GPS» среднего класса от базовой станции « D G P S » , установленной на точке местности с известными координатами (например, на пункте государственного геодезической сети). О б ы ч н о одна базовая станция обслуживает съемку приемниками «GPS» в радиусе до 10 км. Число съемщиков на снимаемой территории ограничивается только количеством имеющихся в наличии у исполнителей приемников «GPS».

Угол \Paccm

о'оо' Л/

ai'zif 82.3 SSJ 87/

Р и с. 15.4. Абрис теодолитной съемки: а — территории; б — вдоль трассы линейного сооружения

Поскольку необходимая точность определения плановых координат точек местности (в отличие от высотных) обеспечивается практически при л ю б ы х комбинациях созвездий навигационных спутников н а небосклоне, наземно-космические методы горизонтальных с ъ е м о к являются весьма перспективными. При производстве теодолитных съемок ведут абрис и ж у р н а л измерений. Абрис представляет собой схематический чертеж отдельных сторон съемочного обоснования и контуров ситуации в л ю б о м приемлемом масштабе, но с обязательным указанием величин промеров (рис. 15.4, а). В полевом журнале записывают результаты измерения углов т е о д о ­ литом. При теодолитной съемке вдоль трассы инженерного сооружения ведут угломерный журнал, а абрис изображают в пикетажном ж у р н а л е обычно в масштабе 1:2000 (рис. 15.4, б).

15.5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОДОЛИТНЫХ СЪЕМОК

В ходе камеральных работ осуществляют: проверку журналов и з м е ­ рений и абрисов; обработку и уравнивание угловых измерений теодолит­ ных ходов; уравнивание приращений координат и вычисление координат съемочных точек и составление ведомости координат; построение к о о р ­ динатной сетки на чертежной бумаге; подготовку ситуационного плана местности в заданном масштабе. Перед нанесением на план точек съемочного обоснования и ситуаци­ о н н ы х точек на листе ватмана строят координатную сетку с использова­ нием для этой цели металлической топографической линейки Д р о б ы ш е ва (ЛТ-1) или линейки Л Б Л (рис. 15.5). Схема построения координатной сетки с п о м о щ ь ю топографической линейки представлена на рис. 15.6. В положении линейки I , разместив ее параллельно нижнему краю л и ­ ста ватмайа, отмечают остро отточенным карандашом по вырезам 6 чер­ точек. В положении линейки I I совмещают центр первого выреза с ш е с ­ т ы м штрихом линии, полученной в положении I , и, разместив линейку приблизительно параллельно правому краю листа ватмана, по вырезам отмечают 5 дуг. Затем в положении I I I совмещают центр первого выреза с

ОЕ

УОЕ

20Е

ЗОЕ

40Е

50Е

Р и с . 15.5. Линейка Дробышева (ЛТ-1)

70,711

IV Р и с . 15.6. Схема построения координатной сетки с помощью металлической топографической линейки Дробышева

черточкой в начале прямой, полученной в положении I , и концом линейки засекают п о с л е д н ю ю дугу, полученную в положении I I , и таким образом получают первый прямоугольный треугольник. Далее строят второй пря­ моугольный треугольник (положения I V и V ) и, соединив одноименные точки, расположенные на противоположных сторонах полученного пря­ моугольника, получают координатную сетку ( V I ) . Аналогичным образом строят координатную сетку и с п о м о щ ь ю то­ пографической линейки ЛБЛ, но с размерами сетки квадратов по 8 см. Н а плане вершины квадратов сетки закрепляют зеленой т у ш ь ю кре­ стообразно черточками д л и н о ю по 6 мм. П о л у ч е н н у ю таким образом ко­ ординатную сетку оцифровывают в абсолютной зональной или произ­ вольной системе прямоугольных координат. Далее на план по координатам с п о м о щ ь ю циркуля и поперечного масштаба наносят и закрепляют т у ш ь ю точки съемочного обоснования. Характерные ситуационные точки местности обычно наносят на план с п о м о щ ь ю тахеографа (см. гл. 16). Поскольку теодолитная (горизонтальная) съемка является частным случаем тахеометрической съемки, автоматизированную обработку на Э В М результатов теодолитных съемок с подготовкой планов в требуе­ мом м а с ш т а б е на г р а ф о п о с т р о и т е л я х и ц и ф р о в ы х м о д е л е й с и т у а ц и и местности осуществляют с использованием тех же пакетов прикладных программ, что и для тахеометрической съемки (см. гл. 16).

Глава 16. Т А Х Е О М Е Т Р И Ч Е С К А Я С Ъ Е М К А

МЕСТНОСТИ

16.1. СУЩНОСТЬ ТАХЕОМЕТРИЧЕСКИХ СЪЕМОК И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

Тахеометрическая съемка является самым распространенным видом наземных топографических съемок, применяемых при инженерных изы­ сканиях объектов строительства. Высокая производительность тахеомет­ рических съемок обеспечивается тем, что все измерения, необходимые для определения пространственных координат характерных точек мест­ ности, выполняют комплексно с использованием одного геодезического прибора — теодолита-тахеометра. При этом положение снимаемой точки местности в плане определяют измерением полярных координат: измеря­ ют горизонтальный угол между направлениями на одну из соседних то­ чек съемочного обоснования и снимаемую точку и измеряют расстояние до точки нитяным дальномером или лазерным дальномером электронно­ го тахеометра. Высотное положение снимаемых точек определяют мето­ дом тригонометрического нивелирования: горизонтальная проекция расстояния 2

d = Lcos v;

(16.1)

превышение A = Agv + / - / ,

(16.2)

где L = Сп' — дальномерное расстояние; п' — разность отсчетов по дальномерным штрихам сетки нитей; v — угол наклона; / — высота прибора над съемочной точкой; / — высота наводки (см. рис. 12.1). Тахеометрические съемки используют для подготовки крупномасш­ табных топографических планов и цифровых моделей местности ( Ц М М ) , по которым осуществляется системное автоматизированное проектиро­ вание объектов строительства. Основными масштабами для производства тахеометрических съемок являются: 1:500, 1:1000 и 1:2000. При этом масштаб съемки принимают в зависимости от ее назначения, стадии проектирования, ожидаемых раз­ меров проектируемого объекта в плане, а также от категории рельефа и ситуационных особенностей местности и, в частности: масштаб 1:500 с высотой сечения рельефа 0,25—0,5 м — для состав­ ления планов и Ц М М при проектировании городских улиц и дорог, вре­ менных и гражданских сооружений, малых водопропускных сооружений на дорогах, небольших карьеров и резервов грунта и т. д.; масштаб 1:1000 с высотой сечения рельефа 0,5—1,0 м или масштаб 1:2000 с высотой сечения рельефа через 1,0—2,0 м для составления топо­ графических планов и Ц М М при проектировании системы поверхностно184

го водоотвода, планировки территорий, проектировании транспортных развязок движения в разных уровнях, пересечений и примыканий дорог в одном уровне, соответственно средних и больших мостовых переходов, сложных участков проектирования (овраги, оползни, осыпи, карсты и т. д.), месторождений дорожно-строительных материалов, а также для решения вопросов камерального трассирования линейных объектов. В а ж н ы м достоинством тахеометрической съемки является то, что при высокой производительности полевых работ, существенную д о л ю объема работ по подготовке топографических планов местности и Ц М М удается перенести в камеральные условия, где есть возможность широко­ го применения средств автоматизации и вычислительной техники. 16.2. ПРИБОРЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ТАХЕОМЕТРИЧЕСКИХ СЪЕМОК

При производстве тахеометрических съемок в настоящее время наи­ более часто используют следующие приборы: оптические теодолиты - ЗТ5КП, Т15К, 2Т30, 2Т30П, 4Т30П; номограммные тахеометры: Dahlta 020, Dahlta 010В, Т Н ; электронные тахеометры: Та20, Та5, ТаЗ, ТаЗм, 2Та5, ЗТа5, Elta R50, Eita R55, RECOTA, RETA; рейки нивелирные: РН-3000, РН-4000, рейки телескопические 4-мет­ ровые, рейки Dahlta; вешки геодезические, тахеометрические вехи для электронных тахео­ метров (веха с отражателем телескопическая, позволяющая менять поло­ жение отражателя над поверхностью земли); светодальномеры: «Блеск-2», 2 С М - 2 , М С Д - 1 м , С М - 5 ; землемерные ленты и рулетки: Л З , Л З Ш , Р50, Р20, Р10, РТ; приемники спутниковой навигации «GPS» и базовые станции «DGPS». Применение номограммных и электронных тахеометров позволяет исключить вычисления по формулам (16.1) и (16.2), поскольку горизон­ тальные проекции расстояний d и превышения h считывают непосредст­ венно в ходе съемки либо сразу записывают на магнитные носители ин­ формации. При использовании систем спутниковой навигации «GPS» тахеомет­ рическую съемку следует называть топографической наземно-космической, поскольку тахеометры и другие мерные приборы, как таковые, здесь уже не применяются, однако основные правила съемки подробно­ стей ситуации и рельефа местности сохраняются те же, что и для тахео-

метрических съемок. Топографическая наземно-космическая съемка по сравнению с другими видами топографических съемок является самой производительной и эффективной, обеспечивая при этом полную автома­ тизацию обработки результатов измерений и подготовки топографиче­ ских планов и Ц М М . При производстве тахеометрических съемок особенно эффективным оказывается использование электронных тахеометров, позволяющих фиксировать результаты измерений сразу на магнитные носители, с п о ­ с л е д у ю щ и м или непосредственным вводом информации в память поле­ вого или базового компьютера и ее автоматической обработкой, подго­ товкой Ц М М и топографических планов на графопостроителях. 16.3. ПЛАНОВО-ВЫСОТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТАХЕОМЕТРИЧЕСКИХ СЪЕМОК

Планово-высотное обоснование тахеометрических съемок, со съе­ мочных точек которого осуществляют съемку подробностей рельефа и ситуации местности, обычно создают двумя способами: прокладкой теодолитного хода (разомкнутого или замкнутого) с из­ мерением горизонтальных углов полным приемом оптического теодоли­ та или электронного тахеометра и промерами горизонтальных проекций сторон землемерной лентой или светодальномером. Высоты съемочных точек определяют геометрическим нивелированием; прокладкой теодолитного хода с измерением горизонтальных у г л о в полным приемом теодолита, определением горизонтальных расстояний между съемочными точками нитяным дальномером оптического теодо­ лита или светодальномером электронного тахеометра (если тахеометри­ ческую съемку выполняют электронным тахеометром). Высоты съемоч­ ных точек определяют методом тригонометрического нивелирования. Таким образом, в этом случае планово-высотное обоснование создают используя один прибор — оптический теодолит или электронный тахео­ метр. Съемочное обоснование по первому способу создают при тахеомет­ рических съемках для проектирования объектов строительства, занимаю­ щих большие площади (средние и большие мостовые переходы, транс­ портные развязки движения в разных уровнях, аэропорты и т. д.), а также при съемках в населенных пунктах. Съемочное обоснование по второму способу создают при относи­ тельно небольших площадях тахеометрических съемок (места со слож­ ными инженерно-геологическими условиями, небольшие карьеры и ре186

зервы, пересечения и примыкания автомобильных дорог в одном уровне, малые водопропускные сооружения и т. д.). С ъ е м о ч н ы м обоснованием тахеометрических съемок могут служить: трасса линейного сооружения, замкнутый полигон, сеть микротриангу­ ляции и висячий ход. В ы б о р того или иного типа съемочного обоснования связан со стадией проектирования, рельефом местности, размерами и требуемым масштабом съемок. Ориентирование съемочного обоснования тахеометрических съемок и определение координат съемочных точек обычно осуществляют при­ вязкой к трассе линейного сооружения либо к пунктам государственной геодезической сети. При съемках небольших площадей допускается ори­ ентирование съемочного обоснования по магнитному азимуту с вычисле­ нием условных координат съемочных точек. М и н и м а л ь н о е число съемочных точек в зависимости от масштаба съемки приведено ниже: Масштаб съемки Минимальное число съемочных точек: на 1 км на 1 планшет 2

1:500

1:1000

1:2000

1:5000

142 9

80 20

50 50

22 89

Съемочные точки обоснования размещают, как правило, н а возвы­ шенных участках местности с хорошо обеспеченной видимостью. Рас­ стояния между съемочными точками не д о л ж н ы быть больше 350 м и меньше 50 м. В исключительных случаях минимальное расстояние между точками съемочного обоснования допускают д о 20 м, но с обяза­ тельным центрированием теодолита на карандаш, вставляемый взамен вынутой шпильки, и с визированием не на веху, а на шпильку. Трассу линейного сооружения в качестве съемочного обоснования (рис. 16.1, а) используют в следующих случаях: при съемках притрассовой полосы дорог для проектирования системы поверхностного водоот­ вода; для целей камерального трассирования на сложных участках мест­ ности; на участках местности со сложным инженерно-геологическим строением; при съемках для проектирования малых искусственных соо­ ружений; для проектирования пересечений и примыканий автомобиль­ ных дорог в одном уровне и т. д. Трассу нередко используют и как часть съемочного обоснования другого типа. Съемочное обоснование в виде замкнутого полигона используют при съемках участков местности для проектирования объектов строительст­ ва, з а н и м а ю щ и х большие площади (рис. 16.1, б). В ряде случаев в поли­ гон включают и часть трассы линейного сооружения. При расположении снимаемого участка местности в стороне от трассы осуществляют при-

вязку съемочного обоснования к трассе, либо к б л и ж а й ш и м пунктам го­ сударственной геодезической сети. Для съемки удаленных от основного съемочного обоснования подробностей ситуации и рельефа назначают диагональные или висячие теодолитные ходы, при этом последние могут размещаться как внутри полигона, так и вне его пределов. Увязку угло­ вых измерений, длин линий и превышений осуществляют как для всего полигона в целом, так и для каждой его части в отдельности. Съемочное обоснование по типу микротриангуляции (рис. 16.1, в) со­ здают на местности, не удобной для измерения длин линий землемерной лентой или рулеткой, например, при пересеченном или горном рельефах. По форме треугольники сети д о л ж н ы приближаться по возможности к равносторонним с размещением их вершин на в о з в ы ш е н н ы х точках мест­ ности для обеспечения прямой видимости соседних вершин и большего охвата снимаемой площади. Одну из сторон обоснования размещают на удобном для измерения д л и н ы участке местности и п р и н и м а ю т в качест­ ве базиса. Его промеряют дважды в прямом и обратном направлениях с относительной невязкой не более 1:2000 и в случае необходимости вво­ дят поправки за угол наклона линии. Все углы измеряют п о л н ы м при­ емом теодолита с п о с л е д у ю щ и м аналитическим вычислением остальных длин сторон и координат всех съемочных точек обоснования.

Р и с . 16.1. Виды съемочного обоснования тахеометрических съемок: а — трасса линейного объекта: Р\, Р — пункты геодезической сети; Ст I — Ст VIII — съе­ мочные точки; В 1 — В 3 — вершины углов поворота трассы; б — замкнутый полигон: 1 — трасса линейного объекта; 2 — полигон; 3 — диагональный ход; в — микротриангуля­ ция: / — трасса линейного объекта; 2 — триангуляционная сеть; г — висячий ход: / — трасса линейного объекта; 2 — теодолитный ход 2

уг

уг

При съемках относительно узких полос, вытянутых в поперечном на­ правлении от трассы или от одной из сторон замкнутого полигона, в каче­ стве съемочного обоснования тахеометрической съемки этого участка местности принимают висячий ход (рис. 16.1, г), т. е. теодолитный х о д с числом сторон не более трех, опирающийся в своем начале на основное съемочное обоснование либо на трассу линейного сооружения. За начало висячего хода удобно принимать одну из съемочных точек основного обоснования или трассы линейного сооружения. Привязку висячего хода к основному съемочному обоснованию и из­ мерение его углов осуществляют полным приемом теодолита, а д л и н ы линий лентой или дальномером в прямом и обратном направлениях. Висячий ход размещают по возможности в середине полосы съемки, при этом если ш и р и н а последней превышает двойной предел отсчета по рейке (150x2 = 300 м), т о кроме основного висячего хода прокладывают поперечные ходы. Висячие ходы допускают для съемок масштабов 1:1 ООО и 1:2000. Д л я масштаба 1:500 допускают л и ш ь одну выносную съемочную точку на расстоянии не более 200 м о т основного съемочного обоснования. П р е д е л ь н у ю ошибку измерений углов при создании съемочного обоснования тахеометрических съемок принимают: (16.3)

/ =±l,5'V^, p

где п — число измеренных углов обоснования. Д о п у с т и м у ю невязку в превышениях принимают: мм. где L — длина двойного нивелирного хода, км. Д о п у с т и м у ю невязку в определении расстояний

(16.4)

принимают: (16.5)

где Yjd — общая д л и н а теодолитного хода, м. Закрепление точек съемочного обоснования первоначально осущест­ вляют сторожками и точками, при этом в центр точки вбивают гвоздь, над которым центрируют теодолит с точностью ±0,5 см. При ответственных съемках б о л ь ш и х площадей, когда съемочные точки необходимо сохра­ нить, последние закрепляют стандартными деревянными или железобе­ тонными столбами. Н а лицевой части сторожков и столбов закрепления надписывают сокращенное название организации, выполняющей изы­ скания, номер съемочной точки и год производства съемки.

При создании съемочного обоснования п о типу микротриангуляции закрепление съемочных точек целесообразно делать обрезками газовых труб, вбиваемых в землю, при этом исключается необходимость переста­ новки вех при переходе с одной съемочной точки на другую (вехи встав­ ляют в отверстия труб). 16.4. СЪЕМКА СИТУАЦИИ И РЕЛЬЕФА МЕСТНОСТИ

После создания на местности планово-высотного обоснования тахео­ метрической съемки приступают к съемке подробностей рельефа и ситуа­ ции местности. Съемку производят полярным способом со съемочных т о ­ чек обоснования п о реечным точкам, размещаемым в характерных мес­ тах рельефа и ситуации (с определением направлений измерений гори­ зонтальных углов по лимбу теодолита, расстояний — нитяным дальномером и превышений — методом тригонометрического нивелиро­ вания). Реечные точки не закрепляют, а рейки при этом ставят непосредст­ венно на землю. Число реечных точек, снимаемых с каждой точки съе­ мочного обоснования, зависит от рельефа местности, особенностей ситу­ ации, видимости и масштаба съемки. Реечные точки размещают по воз­ можности равномерно по снимаемой площади таким образом, чтобы рас­ стояния между ними в среднем соответствовали величинам, указанным ниже: Масштаб съемки Средние расстояния между реечными точками, м

1:500 10

1:1000 20

1:2000 50

1:5000 100

Реечные точки выбирают таким образом, чтобы на топографическом плане можно было бы однозначно изобразить рельеф и ситуацию: верши­ ны возвышенностей, водоразделы, перегибы склонов, террасы, подошвы возвышенностей, котловины, тальвеги и овраги, седловины, обрывы, очертания берегов рек, ручьев, прудов, озер, очертания границ угодий, болот, дороги с основными элементами земляного полотна, линии связи и электропередачи, подземные коммуникации (кабели, газопроводы, нефтепродуктопроводы, водоводы), очертания границ населенных пунк­ тов, отдельные здания и сооружения, изгороди и другие подробности ме­ стности. При производстве тахеометрических съемок рейки в характерных точках местности устанавливают рабочие — реечники. О б щ е е число реечников у одного съемщика может быть от одного до четырех в зависимо­ сти от его опыта и степени сложности съемки. Порядок расположения ре-

ечных точек должен быть таким, чтобы обеспечивать удобство и быстро­ ту перехода реечников с одной снимаемой точки на другую. Наиболее ча­ сто применяют способ обхода точек параллельными рядами. На каждой точке съемочного обоснования производят работы в такой последовательности: на съемочной точке устанавливают теодолит или тахеометр, для чего его центрируют, устанавливают с помощью подъемных винтов по уров­ ню в рабочее положение и с п о м о щ ь ю рейки или рулетки измеряют высо­ ту прибора над съемочной точкой обоснования; прибор ориентируют, т. е. устанавливают ноль л и м б а по исходному направлению (обычно на предыдущую съемочную точку обоснования), для чего открепив закрепительный винт алидады, с о в м е щ а ю т ноль лимба с нулевым штрихом алидады, или иначе, устанавливают отсчет по гори­ зонтальному кругу теодолита 0°00' и закрепляют алидаду; открепив закрепительный винт лимба, наводят перекрестье нитей зрительной трубы на низ вехи, установленной на предыдущей съемочной точке обоснования, закрепляют лимб и открепляют алидаду. Ориентиро­ вание осуществляют при основном положении круга теодолита; наведение прибора на реечные точки осуществляют при основном п о ­ ложении круга теодолита, при этом: измеряют расстояние нитяным даль­ номером, наводят горизонтальный штрих сетки нитей на определенный отсчет (на высоту наводки), измеряют угол наклона по вертикальному кругу, по лимбу горизонтального круга считывают горизонтальный угол, т. е. определяют направление на точку и записывают в графу «Примеча­ ния» семантическую информацию (угол дома, опора Л Э П , урез воды и т.д.). При определении расстояния нитяным дальномером отсчеты п о дальномерным нитям можно брать одним из следующих способов (рис. 16.2): с одновременным измерением угла наклона v, когда средний штрих сетки нитей наведен на отсчет, равный высоте прибора /, берут отсчеты по верхнему а и нижнему Ь штрихам нитяного дальномера (рис. 16.2, а ) ; со смещением нижнего штриха дальномера на б л и ж а й ш и й отсчет, кратный целому метру (рис. 16.2, б), при этом для взятия отсчета по вер­ тикальному кругу теодолита средний штрих сетки нитей возвращают в исходное положение. В обоих случаях расстояния находят путем вычитания из большего отсчета меньшего, с последующим умножением полученного результата на коэффициент дальномера С: L = (а - Ъ) С.

(16.6)

Второй способ определения дальномерного расстояния во всех случа­ ях является более предпочтительным, поскольку требуется взятие только

Р и с . 16.2. Способы определения расстояния нитяным дальномером: а — с наведением средней нити на высоту прибора; б — со смещением нижней дальномерной нити на отсчет, кратный целому метру (расстояние 63,0 м)

одного отсчета по верхнему штриху нитяного дальномера, нижний от­ счет, равный кратному значению метра, отбрасывается и, таким образом, исключается арифметическая операция определения разности отсчетов, что очень важно для ускорения съемочного процесса. В виде исключения, если не видна часть рейки, попадающая на один из дальномерных штрихов, допускается определение расстояния по двум штрихам — среднему и дальномерному с удвоением разности отсчетов. 192

При определении угла наклона v средний штрих сетки нитей обычно наводят на отсчет по рейке, равный высоте прибора / = /. Как следует из основной формулы тригонометрического нивелирования (16.2), в этом случае при вычислении превышения И не нужно вводить поправку за вы­ соту наведения (/ - Г). П р и отсутствии видимости на отсчет, равный высо­ те прибора, средний штрих сетки нитей наводят на отсчет, равный высоте прибора плюс 1,0 или 2,0 м (например, при отсутствии видимости на / = / = 1 , 4 3 , наводят на 2,43 или 3,43 м). При измерении угла наклона v, если прибор не имеет компенсатора вертикального круга, перед взятием отсчета пузырек при алидаде верти­ кального круга выводят на середину (теодолит Т15), если прибор не име­ ет уровня при алидаде вертикального круга (теодолиты 2Т30, 2Т30П, 4Т30П), то подводят в ноль-пункт пузырек уровня горизонтального круга одним из подъемных винтов. Завершив съемку с данной съемочной точки, перед тем как перейти на с л е д у ю щ у ю съемочную точку обоснования, вновь визируют прибор на исходную веху, проверяя, не сошел ли в ходе съемки отсчет по лимбу с 0°00'. 16.5. ВЕДЕНИЕ АБРИСА И ПОЛЕВОГО ЖУРНАЛА

В ходе съемки характерных точек местности ведут абрис (рис. 16.3) с нанесением на него всех реечных точек и с зарисовкой рельефа и ситуа­ ции. А б р и с делают в журнале тахеометрической съемки отдельно для каждой съемочной точки, причем направления и расстояния наносят «на глаз» без масштаба. Абрис является важным элементом • /// тахеометрической съемки, поскольку позволяет воспроизводить при каме­ ральной подготовке топографического плана рельеф и ситуацию местности. В связи с этим кроме съемочных и рееч­ ных точек абрис обязательно включает ра в себя изображение ситуации местно­ сти, представляемое условными знака­ ми с краткими поясняющими надпися­ ми, и основные формы рельефа в услов­ ных горизонталях с указанием направ­ лений склонов стрелками. В отличие от абрисов, ведущихся Р и с . 16.3. Абрис тахеометрической при теодолитной съемке, при тахеомет­ съемки 7э-з

193

ас

9HHBhdINIfd]J

о О с с О R

H HXhOJ. BN13W10

—Г

irodu EHdoj

2 ITOJX

EHdoj

OS Ю

о

4

«Г>

71,7 31,5 49,8

«О

— 00 Tt Tf

II

сп

о

•Г) VO

оо

X

^

«О (N

^ (N

m оо

оС

\о

«О

Tf

Tt

SO

о «о ON

о On

О

«О

О 5 мм в масштабе топографического плана. Разбивают и обозначают на местно­ сти с шагом 8 пикеты д-2, д-З, д-4 и т. д.; осуществляют вешение линии и разбивку пикетажа по направлениям 2—2, 3—3, 4—4 и т . д . ; в ходе разбивки съемочного обоснования ведут абрис и съемку ситуа­ ционных особенностей местности. Н а абрисе показывают все пикеты, ха­ рактерные точки рельефа и ситуации, направления склонов и т . д . характерные точки рельефа и ситуации, находящиеся внутри квадра­ тов, снимают методом прямоугольных координат (точка К) или линей­ ных засечек (точка L). Порядок геометрического нивелирования пикетов обоснования и ха­ рактерных точек рельефа во многом зависит от д л и н ы стороны квадрата d. Если стороны квадрата имеют размеры 100 м и более, то каждый квад­ рат нивелируют отдельно с установкой прибора приблизительно в его се­ редине. При м е н ь ш и х размерах сторон квадрата с одной станции обычно нивелируют сразу несколько квадратов. В этом случае некоторые верши­ ны квадратов образуют нивелирные хода технической точности. На рис. 17.3 нивелирный ход образован связующими пикетами в - 1 , д-4, е-5 и а-3. Между связующими пикетами превышения определяют по черным и иИ = а - Ь . При допустимом расхож­ красным сторонам реек: А = а -Ь дении в превышениях до 10 мм вычисляют средние превышения Л . О с ­ тальные пикеты нивелируют как обычные промежуточные точки, при этом отсчеты берут только по основной (черной) стороне реек. Таким же образом нивелируют характерные точки рельефа и ситуации. ч

ч

ч

к

к

к

ср

212

С ъ е м о ч н о е о б о с н о в а н и е т о п о г р а ф и ч е с к о й съемки с п о с о б о м нивели­ рования по квадратам п р и в я з ы в а ю т в плановом и в ы с о т н о м о т н о ш е н и я х к пунктам государственной геодезической сети в о б ы ч н о м порядке (см. гл. 14). 17.3. КАМЕРАЛЬНЫЕ РАБОТЫ

Камеральная обработка результатов нивелирования по квадратам со­ стоит в с л е д у ю щ е м : 1. Обработка прямого и обратного нивелирного хода привязки съе­ мочного обоснования к пункту государственной нивелирной сети. В ы ­ числяют превышения между одной из точек съемочного обоснования (в данном случае в-1) и пунктом государственной нивелирной сети (Рп). Е с ­ ли расхождение между ZAnp и ZA 6 прямого и обратного нивелирного хо­ да не превышает /и < 20 , мм (где L — длина двойного нивелирного хо­ да привязки, км), то вычисляют среднюю сумму превышений Х А и вы­ (в-\): соту точки обоснования 0

P

ср

Н\ ъ

= Нр

П

+

ЕЛ . с р

Если топографическая съемка выполняется в условной системе вы­ сот, то этот этап работы не выполняют. 2. О с у щ е с т в л я ю т уравнивание нивелирного хода (обычно замкнуто­ го) съемочного обоснования. Для этого выполняют проверку д о п у с т и м о ­ сти невязки: Л

=

ХА - 1 Л < 50 V Z , мм, Т

где YJi = 0 — т е о р е т и ч е с к а я сумма превышений для замкнутого нивелир­ ного хода. T

Если полученное значение невязки меньше допустимой для техниче­ ского нивелирования, то невязку в превышениях распределяют между с в я з у ю щ и м и точками съемочного обоснования поровну с обратным зна­ ком: h

= h

-

l±. П

где п — число связующих точек съемочного

обоснования.

3. В ы ч и с л я ю т высоты связующих точек. 4. Высоты промежуточных точек вычисляют через горизонт прибора Я,. Высоты точек определяют с точностью до 1 см.

5. Составляют топографический план. На листе чертежной бумаги в заданном масштабе строят сетку квадратов и наносят характерные точ­ ки рельефа и ситуации. Около каждой вершины квадрата и точки рельефа выписывают соответствующие высоты с точностью д о 1 см. М е т о д о м графической интерполяции высот проводят горизонтали с заданной вы­ сотой сечения. Интерполирование осуществляют по сторонам квадратов, а также по направлениям, указанным на абрисе. Топографический план о ф о р м л я ю т т у ш ь ю в принятых условных обозначениях.

17.4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ НИВЕЛИРНЫХ СЪЕМОК

Процесс автоматизированной

обработки материалов

нивелирных

съемок состоит из следующих этапов: уравнивание нивелирных ходов; вычисление высот связующих и промежуточных точек; интерполирование

горизонталей;

подготовка семантической информации (ситуационных особенно­ стей местности); вычерчивание на графопостроителе топографического плана; подготовка Ц М М . При нивелирной съемке способом

поперечников

к

ходу обычно готовят нерегулярную Ц М М на поперечниках ному ходу

к

магистраль­

(см. гл. 5, рис. 5.3, г).

При нивелирной съемке способом гулярную Ц М М на линиях, рис. 5.3,

магистральному

параллельных линий готовят нере­

параллельных

координатным

осям

(см.

з).

При нивелирной съемке способом Ц М М на структурных

При нивелирной съемке способом Ц М М в узлах

полигонов

линиях (см. рис. 5.3,

правильных

готовят нерегулярную ё).

квадратов

прямоугольных

сеток

готовят регулярную (см. рис. 5.3,

а).

При использовании регистрирующих нивелиров значительный объем работы по обработке данных, включая уравнивание нивелирных ходов, производится непосредственно в поле, а материалы полевых измерений заносятся на магнитные носители для последующего ввода в память базо­ вого компьютера. 214

Г л а в а 18. Ф О Т О Т Е О Д О Л И Т Н А Я

СЪЕМКА

18.1. СУЩНОСТЬ ФОТОТЕОДОЛИТНЫХ СЪЕМОК И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

Фототеодолитная съемка позволяет определять координаты точек местности и составлять топографические планы, а также готовить цифро­ вые модели местности ( Ц М М ) по фотоснимкам, получаемым при фото­ графировании земной поверхности. Фототеодолитная съемка (как и другие виды фотограмметрии) обла­ дает рядом существенных достоинств, особенно ценных на современном этапе перехода на технологию и методы системного автоматизированно­ го проектирования ( С А П Р ) . 1. Высокая точность измерений, обусловливаемая использованием снимков местности, получаемых прецизионными фотокамерами, с после­ д у ю щ е й их обработкой на точных стереофотограмметрических приборах и компьютерах. 2. Небольшой удельный вес полевых работ (25—30%) с выполнением основного объема работ по подготовке топографических планов и Ц М М в камеральных условиях с широким использованием средств автоматиза­ ции и компьютерной техники. 3. Высокая производительность труда, обусловливаемая в частности тем, что измеряются не сами объекты, а их фотографические изображе­ ния. 4. Объективность и достоверность результатов измерений, в связи с тем, что изображения местности получают фотографическим способом. 5. С б о р информации о местности дистанционным способом, что осо­ бенно важно при работах в труднодоступной местности, когда пребыва­ ние в пределах снимаемого участка опасно для жизни человека (напри­ мер, крутые горные склоны, осыпи, обрывы, болота и т . д . ) . 6. Возможность автоматизации процесса сбора, регистрации и обра­ ботки д а н н ы х с автоматической подготовкой топографических планов на графопостроителях и Ц М М . Рельеф и ситуационные особенно­ сти местности м о ж н о установить, если фотографировать ее с двух точек (рис. 18.1). Если Pi и Р есть пара снимков неко­ торого участка местности (стереопара), полученных с точек Si и S , а а\, а и Ъ\ Ь изображение точек А и В местности на соответствующих фотоснимках, то для получения стереоскопической модели Р и с . 18.1. Наземная стереопара 2

2

2

Л

2

местности необходимо придать снимкам то положение, которое они за­ нимали относительно друг друга во время съемки, и восстановить по н и м связки лучей, существовавшие в момент фотографирования. Расстояние между центрами проекций S\ и S называют базисом фо­ тографирования. Изменяя расстояния между центрами проекций, полу­ чают стереоскопические модели разных масштабов, которые затем м о ж ­ но использовать для измерения координат характерных точек местности с целью получения топографических планов и Ц М М . Для производства наземных фототопографических съемок использу­ ют специальные приборы — фототеодолиты и стереофотокамеры. Фототеодолитные съемки наиболее часто применяют при производ­ стве топографических съемок открытой пересеченной местности, при производстве топографических съемок труднодоступной местности, при создании планово-высотного обоснования аэросъемок и при обследова­ ниях с у щ е с т в у ю щ и х искусственных сооружений. Применение фототеодолитных съемок эффективно при изысканиях вновь строящихся и особенно реконструируемых объектов. 2

18.2. ФОТОТЕОДОЛИТЫ И ИХ УСТРОЙСТВО

При производстве фототеодолитных топографических съемок и с ­ пользуют специально сконструированные для этих целей приборы — ф о ­ тотеодолиты. а)

б)

Р и с . 18.2. Фототеодолит Photheo 19/1318: а — общий вид спереди: 1 — фотокамера; 2 — подставка с подъемными винтами; 3 — объ­ ектив «Ортопротар» с фокусным расстоянием / = 190 мм; 4 — ориентирующее устройство; 6 — вид сзади: 5 — прикладная рамка; б — цилиндрические уровни к

Фототеодолит (рис. 18.2) служит для фото­ графирования местности с базисных точек при заданном положении оптической оси относи­ тельно базиса фотографирования. Расстояния от базиса фотографирования д о снимаемых то­ чек местности, как правило, весьма значитель­ ны по сравнению с фокусным расстоянием ка­ меры, поэтому в фототеодолитах прикладную рамку с о в м е щ а ю т с главной фокальной пло­ скостью объектива для получения резкого изо­ бражения удаленных объектов. Объективы ф о ­ тотеодолитов имеют небольшую светосилу (в связи с тем, что при фотографировании мест­ ности камера, устанавливаемая на штативе, н е ­ подвижна), однако обладают исключительно высокой разрешающей способностью. Для и с ­ ключения деформации фотоизображения при фототеодолитных съемках применяют фото­ пластины или фототеодолиты со специальны­ Р и с . 18.3. Фотокамера ми слабо д е ф о р м и р у ю щ и м и с я фотопленками, UMK 10/1318 о б л а д а ю щ и е малой светочувствительностью, но высокой разрешающей способностью (рис. 18.3). В практике фототеодолитных съемочных работ в России наибольшее распространение получили фототеодолитные комплекты Photeo-19/1318. В фототеодолитный комплект входят следующие приборы и принадлеж­ ности: фототеодолит Photeo-19/1318; тахеометр Theo-020; базисная инварная рейка Bala длиной 2,0 м; трегер — 3 шт.; марки — 3 шт.; ш н у р о в ы е отвесы — 3 шт.; штативы — 3 шт.; кассеты — 24 шт.; полевое юстировочное устройство и юстировочный накладной уро­ вень. Все приборы и принадлежности фототеодолитного комплекта Photeo-19/1318 размещаются в семи деревянных укладочных ящиках, снабженных ручками и заплечными ремнями, а штативы и базисная рей­ ка — в брезентовых чехлах, снабженных ремнями д л я удобства перено­ ски.

Фототеодолит представляет собой фото­ камеру, изготовленную из легкого сплава, с укрепленным на ней ориентирующим уст­ > ройством. i Г В задней фокальной плоскости объектива размещена металлическая прикладная рамка, к которой прижимается фотографическая пластинка. Р и с . 18.4. Оси координат На прикладной рамке размещены четыре наземного фотоснимка координатные метки, при этом прямые, сое­ д и н я ю щ и е центры противоположных меток, определяют положение главной точки снимка (рис. 18.4), т. е. положение основания перпендику­ ляра, о п у щ е н н о г о из центра объектива на плоскость прикладной рамки. Главную точку принимают за начало координат снимка. V

0

К нижней стенке камеры жестко прикреплена вертикальная ось вра­ щения теодолита со втулкой и микрометренно-зажимным устройством. При установке фототеодолита в рабочее положение втулку оси вставляют в подставку (трегер) и закрепляют винтом. О б ъ е к т и в к а м е р ы — «Ортопротар» имеет фокусное расстояние / = 190 мм. Для увеличения угла поля изображения в вертикальной пло­ скости объектив установлен в суппорте, перемещающемся в направляю­ щих, при этом величина перемещения отсчитывается по шкале. В задней части камеры укреплены регистратор номеров съемочных точек и указатель вида съемки. Н о м е р и индекс вида съемки устанавлива­ ю т с п о м о щ ь ю барабанчиков регистратора и указателя вида съемки и фиксируют на фотопластинке при фотографировании. Два кольца реги­ стратора позволяют устанавливать номер съемки от 0 до 99. Указатель вида съемки имеет шесть положений: к

нормальное

А

отклонение влево

AL

отклонение вправо

AR

нормальное

В

отклонение влево

BL

отклонение вправо

BR

съемка с левой точки базиса

съемка с правой точки базиса

П р и ж и м н о е устройство представляет собой металлическую рамку с пазами для установки и закрепления кассеты. П р и ж и м н а я рамка отодви­ гается от камеры барабанчиками. Вместо кассеты при этом может быть установлено матовое стекло для определения границ участка съемки мес­ тности.

О р и е н т и р у ю щ е е устройство, предназначенное для установки оптиче­ ской оси камеры в заданное положение относительно базиса фотографи­ рования, состоит из зрительной трубы двадцатикратного увеличения, от­ счетного микроскопа и стеклянного лимба с делениями через 20'. Для точной установки отсчета по лимбу имеются закрепительный и микрометренный винты. Зрительную трубу можно поворачивать только в гори­ зонтальной плоскости. Оптическую ось можно также наклонять в верти­ кальной плоскости вращением барабанчика, при этом угол наклона опти­ ческой оси отсчитывают по барабанчику и вертикальному кругу. Установку фототеодолита в рабочее положение осуществляют с по­ м о щ ь ю подъемных винтов по двум цилиндрическим уровням со взаимно перпендикулярными осями, расположенными на верхней панели камеры. Тахеометр Theo-020, входящий в фототеодолитный комплект, ис­ пользуют для определения геодезическими методами координат одной из точек базиса, его дирекционного угла, д л и н ы базиса и координат опор­ ных (корректурных) точек. Базисная рейка Bala служит совместно с теодолитом Theo-020 для оп­ ределения длин линий параллактическим методом и, в частности, для из­ мерения длин базисов. 18.3. ЭЛЕМЕНТЫ ОРИЕНТИРОВАНИЯ СТЕРЕОПАР

В наземной фотограмметрии положение любой точки местности м о ­ жет быть определено в пространственной прямоугольной системе коор­ динат. Для удобства обработки стереопар используют две системы коор­ динат: фотограмметрическую (правую) и геодезическую (левую). используют для Систему геодезических координат O X Y Z —левую, определения геодезических координат измеряемых точек местности (рис. 18.5, а). Систему координат OXYZ— правую, используемую для определения взаимного положения точек местности, называют фотограмметриче­ ской (рис. 18.5, б). К р о м е того, для определения положения точек на снимке используют плоскую систему прямоугольных координат oxz (см. рис. 18.4). Начало этой системы находится на пересечении прямых, п р о х о д я щ и х через коор­ динатные метки, т. е. совпадают с главной точкой снимка. Если x\Z\ и x Z2 — координаты соответствующих точек а\ и а на сте­ реопаре Pi — Р 2 (рис. 18.6), то разность абсцисс соответствующих точек называют продольным параллаксом р, а разность аппликат — попереч­ ным параллаксом q: r

2

r

T

T

2

б)

а)

Р и с . 18.5. Системы координат снимков стереопары:

Р и с . 18.6. Продольный и поперечный параллаксы точки А

а — геодезическая; б — фотограмметрическая

р = Х Х

х; 2

д - Ъ - ъ

3000 м — на дорогах I категории; при R > 2000 м — на дорогах I I — V категорий.

При меньших радиусах кривых на участках въезда автомобилей на кривую и выезда с нее начинает проявляться несоответствие фактической траектории движения автомобиля и плана трассы автомобильной дороги. Это происходит в связи с тем, что водители, въезжая на кривую с прямого участка трассы, не могут мгновенно поставить передние колеса автомо­ биля под углом, соответствующим радиусу кривизны R и, наоборот, т о ж е самое — при выезде с кривой на прямую. Поэтому при R < 3000 м — на дорогах I категории и при R < 2000 м — на дорогах I I — V категорий прямолинейные участки автомобильных д о ­ рог сопрягают с круговыми кривыми сравнительно короткими переход­ ными кривыми (рис. 24.2, 6). Переходные кривые удовлетворяют принципу постепенного у м е н ь ­ шения радиуса по ее длине о т R = оо в начале и д о R = R в точке сопряже­ ния переходной кривой с круговой радиуса R (см. рис. 24.2, б). Этому принципу отвечают лемниската Бернулли, кубическая парабола, клотои­ д а и разного рода кривые переменной скорости (ПЕРС). В практике про­ ектирования и строительства автомобильных дорог получили распро­ странение д в а последних типа переходных кривых. М и н и м а л ь н ы е д л и н ы / вспомогательных переходных кривых опреде­ л я ю т из условия нормируемой величины нарастания центробежного у с ­ корения: K

K

У

3

(24.5)

где v — расчетная скорость движения автомобиля, км/ч; R — радиус круговой кривой, м; / = 0,5 м / с — нормируемая величина нарастания центробежного ускорения. Д л и н ы вспомогательных переходных кривых традиционной, простой 3

трассы сравнительно невелики и лежат в пределах /=20 -r 120 м. 24.3. ЭЛЕМЕНТЫ ПОПЕРЕЧНЫХ ПРОФИЛЕЙ

Поперечный профиль — это сечение автомобильной дороги верти­ кальной плоскостью, перпендикулярной к ее оси. На верхней части земляного полотна находится проезжая часть, т. е. та полоса, на которой устраивают д о р о ж н у ю одежду и непосредственно по которой происходит движение автотранспорта (рис. 24.3, а). Н а авто­ магистралях проезжую часть устраивают раздельно для обеспечения дви­ жения автомобилей в каждом направлении, предусматривая сооружение между ними разделительной полосы (рис. 24.3, б).

а)

9 8

5 4

7.6

2 1*

-с

Р и с. 24.3. Элементы поперечного профиля автомобильных дорог: а — с одной проезжей частью; б — с двумя проезжими частями и разделительной полосой: / — земляное полотно; 2 — обочина; 3 — проезжая часть; 4 — внутренний откос боковой канавы; 5 — бровка насыпи; 6 — кромка проезжей части; 7 — ось проезжей части; 8 — ось дороги; 9 — укрепленная полоса; 10 — внешний откос боковой канавы; 11 — откос насыпи; 12 —разделительная полоса

П о бокам к проезжей части примыкают обочины — полосы земляного полотна, предназначенные для временной стоянки автомобилей, разме­ щения дорожно-строительных материалов во время д о р о ж н ы х ремонт­ ных работ и способствующие безопасности движения. Вдоль проезжей части на обочинах устраивают укрепленные полосы, предназначенные для предотвращения разрушения кромки проезжей части при случайных съездах колес автомобилей с проезжей части и позволяющие полностью использовать проезжую часть для проезда автомобилей. Для обеспечения стока воды с верхней части земляного полотна, про­ езжей части и обочинам придают поперечные уклоны в обе стороны от оси дороги к бровкам земляного полотна. При устройстве виражей на за­ круглениях верхней части полотна автомобильных дорог придают одно­ сторонний поперечный уклон, направленный в сторону центра закругле­ ния. Проезжая часть и обочины п р и м ы к а ю т к прилегающей местности правильно спланированными плоскостями — откосами, крутизну кото­ рых назначают в зависимости от высоты насыпи или глубины выемки; обеспечения незаносимости дороги снегом; гармоничного сочетания ее с п р и л е г а ю щ и м ландшафтом; обеспечения безопасности движения устой­ чивости откосов и экономических соображений. Обычная крутизна отко­ сов насыпей и выемок лежит в пределах от 1:1,5 до 1:4. П р и разработке земляного полотна в прочных скальных грунтах крутизна откосов может быть увеличена д о 1:0,2, а внешних откосов мелких выемок для обеспече­ ния переноса снега наоборот уменьшена до 1:5 и менее. Поперечные профили земляного полотна автомобильных дорог (кро­ ме случаев индивидуального проектирования) принимают по типовым проектам. Принципиальные типовые проектные решения поперечных профилей насыпей и выемок представлены на рис. 24.4. Все параметры поперечного профиля земляного полотна (число по­ лос движения, ширина полосы движения, ш и р и н ы укрепленных полос и обочин, ширина земляного полотна (в бровках), уклоны элементов по­ перечного профиля и т. д.) нормируются действующими строительными

X/// :

'4IU

г**

/ / ^ У/У

a 4

Р и с . 24.4. Принципиальные схемы поперечных профилей типовых насыпей и выемок: а — насыпь из привозного грунта; б — насыпь высотой до 1.5 м; в — насыпь на косогоре; г — насыпь высотой до 6 м; д — насыпь из боковых резервов; е — насыпь из бокового резерва на косогоре; ж — раскрытая выемка глубиной до 1 м; з — выемка глубиной от 2 до 12 м в слабых грунтах; и — выемка в глинистых грунтах

нормами и правилами. Ширину земляного полотна для автомобильных д о р о г р а з л и ч н ы х к а т е г о р и й п р и н и м а ю т : д л я 4-х п о л о с н ы х д о р о г I к а т е г о ­ р и и — 27,5—28,5 м, д л я д о р о г I I к а т е г о р и и — 15 м, д л я I I I к а т е г о р и и — 12

м, д л я

I V категории

—

10 м

и для

V

категории

—

8

м.

б)

' т t/f /и 0Г «г

я)***

Р и с. 24.5. Схема к определению рабочих отметок земляного полотна: а — в выемке; б — в насыпи

Разницу между высотой (отметкой) поверхности земли по оси дороги и высотой (отметкой) бровки земляного полотна, о п р е д е л я ю щ у ю высоту насыпи или глубину выемки, называют рабочей отметкой (рис. 24.5). Н а участках закруглений в плане при устройстве виражей рабочие от­ метки обычно исчисляют по внутренней бровке земляного полотна. 24.4. ЭЛЕМЕНТЫ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ

Продольный профиль автомобильной дороги — это развернутый в плоскости чертежа продольный разрез по оси дороги (рис. 24.6). Продольный профиль автомобильной дороги изображают в виде спе­ циального чертежа (рис. 24.7), являющегося одним из основных доку­ ментов, по которым осуществляют строительство автомобильной дороги, и представляемого обычно в следующих масштабах: горизонтальный — 1:5000, вертикальный — 1:500, г е о л о г и ч е с к и й — 1:50. Чертеж продольного профиля обязательно содержит с л е д у ю щ и е дан­ ные о местности и проектных решениях: изображение проектной линии продольного профиля по бровке зем­ ляного полотна (красная линия); изображение черного профиля земли по оси дороги, представляемого двойной линией (на расстоянии 20 мм одна от другой); грунтово-геологический разрез по оси дороги; проектные данные о системе поверхностного водоотвода, искусст­ венных сооружениях (трубах, мостах, путепроводах), съездах и переез­ дах; рабочие отметки и точки нулевых работ: рабочие отметки насыпей подписывают над проектной линией, выемок — под ней, а точки нулевых работ обозначают пунктирной ординатой; специальную таблицу, содержащую 14 граф: развернутый план трас­ с ы ; грунты верхней части земляного полотна; тип дорожной одежды; типы поперечных профилей земляного полотна; укрепления, уклоны и высоты (отметки) кюветов; уклоны и вертикальные кривые; проектные высоты (отметки) по бровке земляного полотна; высоты (отметки) земли по оси дороги; расстояния; пике­ т ы , кривые, километры. Проектную л и н и ю продольно­ го профиля при традиционном проектировании представляют с о ­ пряженными между собой элемен­ т а м и В ТОЧКаХ С ОДИНаКОВЫМИ П р О -

71 72

73

74 75

76

77 78

79 во

ДОЛЬНЫМИ у к л о н а м и : п а р а б о л и ч е -

Р и с . 2 4 . 6 . Продольный профиль

СКИМИ КРИВЫМИ И ПРЯМЫМИ. УС-

автомобильной дороги

РПд-219,1Ь7

Отметка броёки эеилямшее полотна, м Отметка земли,и Расстояние,*

Пикет

Я

Прямая и кридая д плане Указатель километроО

Г 1

Z

JJ

7 тЛ 60

514

%7

Р и с . 24.7. Пример оформления продольного профиля вновь проектируемой автомобильной дороги

ловные обозначения и возможные случаи сопряжения между собой элементов продольного профиля представлены на рис. 24.8. Для аналитического расчета проектной линии продольного про­ филя используют следующие соот­ ношения (рис. 24.9): расстояние от начала вертикальной кривой до ее вершины 1 =Ц;

(24.6)

0

а)

>*• б)

g R=6000 е)

(24.7)

^

g R=6000

к=зоо g §

V

>

г)

1g к R=6000

превышение между точкой на­ чала кривой и ее вершиной

0

5

К=300Ъ

К=300

'

'г. уф

д) -wo

9

2R

н=:юоок=150

ъ

превышение h между точкой на произвольном расстоянии / от вер­ Р и с . 24.8. Случаи сопряжения элементов продольного профиля: шины и вершиной вертикальной а — выпуклая вертикальная кривая кривой с восходящей и нисходящей ветвями; б — выпуклая кривая с нисходящей ветвью; в — / (24.8) вогнутая кривая с нисходящей и восходящей h =• ветвями; г — вогнутая кривая с восходящей 2R ветвью; д — сопряжение обратных вертикальных кривых уклон в той же точке 2

(24.9)

i = Rl;

превышение между двумя точками прямой h = li .

Р и с . 24.9. Схема к расчету проектной линии продольного профиля

(24.10) При автоматизированном проектировании проектную ли­ нию продольного профиля представляют в виде плавных кривых переменного радиуса. П а р а м е т р ы элементов пла­ на и продольного профиля, нормируемые действующими строительными н о р м а м и и пра­ вилами, представлены в табл. 24.1.

Расчетная скороср», м/с

Наибольшие продольные уклоны, %0

150 120 100 80 60

30 40 50 60 70

Наименьшие рал[иусы кривых, м В плане основные в горной местности

1200 800 600 300 150

В продольном профиле выпуклые вогнутые

1000 600 400 250 125

30 000 15 000 10 000 5 000 2 500

8000 5000 3000 2000 1500

24.5. КЛОТОИДНАЯ ТРАССА. ТИПЫ ЗАКРУГЛЕНИЙ КЛОТОИДНОЙ ТРАССЫ

Представленные на рис. 24.2 закругления традиционной трассы артомобильных дорог являются «жесткими» типами закруглений, поскольку при заданных величинах угла поворота 0 и радиуса R получают единст­ венное положение трассы н а местности, изменить которое м о ж н о только изменив соответственно угол или радиус. На современном этапе к трассе автомобильных дорог предъявляется ряд обязательных требований (обеспечение зрительной плавности и я с ­ ности, гармоничное вписывание полотна дороги в о к р у ж а ю щ и й ланд­ шафт, обеспечение наилучших уровней удобства и безопасности д в и ж е ­ ния), реализация которых методами традиционного трассирования прак­ тически невозможна. П о э т о м у - п р и проектировании авто­ мобильных дорог как в Р Ф , т а к и за рубе­ жом стали широко применять как само­ стоятельные элементы трассы переход­ ные кривые типа клотоиды, л и н е й н ы й за­ кон изменения кривизны которой по ее длине наилучшим образом отвечает у с ­ ловиям движения по ней автомобилей с постоянными скоростями. В параметри­ ческом виде уравнение клотоиды имеет вид (рис. 24.10): Р и с . 2 4 . 0 . Изменение кривизны

по длине клотоиды: а — схема клотоиды: 1 — клотоида; 2 — отрезок клотоиды; о — диаграмма кривизны

* г

д

е

_

А

~ **«

^

параметр клотоиды, м; R —

р а д и у с КЛОТОИДЫ В ТОЧКе Н а раССТОЯНИИ L

г

J

ОТ ее

Начала.

Р и с 24.11. Типы закруглений клотоидной трассы:

а — биклотоида; б — биклотоида с круговой вставкой; в — коробовая (составная) клотоида; г — комбинированное закругление Радиус кривизны клотоиды меняется по линейному закону о т Л = оо при L = 0 д о R = 0 при L = оо. Теоретически клотоиду для использования ее как элемента трассы автомобильной дороги м о ж н о оборвать в любой ее точке, при этом клотоида д л и н о ю L = L\ будет иметь радиус в конечной точке R = Я \ а клотоида д л и н о ю L = L будет иметь радиус в конечной точке R = R^ причем R \ > R&. Часть переходной кривой, л е ж а щ у ю между точками R \ и R&, также можно использовать как самостоятельный эле­ мент трассирования, это — отрезок клотоиды (см. рис. 24.10). Клотоидной трассой автомобильной дороги называют трассу, пред­ ставленную сопряженными между собой в точках с одинаковой кривиз­ ной, соизмеримыми по длине самостоятельными элементами: клотоида­ ми, отрезками клотоид, круговыми кривыми и прямыми. Точки сопряжения отдельных элементов трассы между собой называ­ ют главными точками трассы. П о сравнению с обычной трассой для клотоидной характерно нали­ чие большего числа типов закруглений (рис. 24.11): биклотоида (симметричная ириА\ = А \ несимметричная п р и Л ] ±Аг) (рис. 24.11, а ) ; биклотоида с круговой вставкой (симметричная при А\= А \ несим­ метричная при А\ Ф А ) (рис. 24.11, б); коробовая или составная клотоида (рис. 24.11, в); комбинированное закругление (рис. 24.11, г). П о сравнению с «жесткими» закруглениями традиционной трассы за­ кругления клотоидной трассы являются исключительно «гибкими», п о ­ скольку при одних и тех ж е значениях угла поворота 9 и радиуса R в точ­ ках сопряжения, меняя соотношения параметров А смежных клотоид к з

2

K

K

2

2

2

можно деформировать закругление в плане, наилучшим образом приспо­ сабливая его к ситуационным особен­ ностям и рельефу местности. Однако следует иметь в виду, что биклотоиду и коробовую клотоиду Рис.24.12. Представление целесообразно использовать л и ш ь тангенциального хода по касательным при относительно больших значеник главным точкам клотоидной трассы: ЯХ Параметров смежных КЛОТОИД И раО — главная точка ДИуСОВ В ТОЧКЭХ СОПрЯЖвНИЯ, ПО­ СКОЛЬКУ при малых их значениях вблизи точек сопряжения возникает несоответствие траектории автомо­ биля и плана трассы, тем большее, чем больше скорость движения и чем меньше радиус кривой в точке сопряжения смежных клотоид. Закругле­ ния типа биклотоиды с круговой вставкой или комбинированного закруг­ ления таким недостатком не страдают. В ы н о с клотоидной трассы в натуру при изысканиях и строительстве автомобильных дорог проще всего производить от тангенциального хода, касательного к главным точкам клотоидной трассы — точкам сопряже­ ния элементов (рис. 24.12). В С А П Р - А Д предусмотрен также случай выноса клотоидной трассы в натуру от произвольного магистрального хода методами прямоугольных координат, полярных координат и способом засечек. Аналитический рас­ чет трассы на компьютере при этом у ж е является обязательным. 24.6. СЕРПАНТИНЫ

При проектировании автомобильных дорог в горной местности с це­ л ь ю смягчения больших продольных уклонов н а затяжных участках кру­ т ы х склонов в некоторых случаях приходится развивать трассу, представ­ ляя ее зигзагообразной линией с острыми углами поворота. В таких слу­ чаях предусматривают сложные закругления с внешней стороны острых углов, называемые серпантинами (рис. 24.13). Серпантины состоят из основной кривой К, огибающей с внешней стороны центральный угол у, двух вспомогательных кривых (как прави­ ло, обратных) К и вставками между основной кривой и вспомогательны­ ми т, необходимыми для размещения переходных кривых (если таковые нужны), отгонов виражей и уширений проезжей части. Для устройства серпантин выбирают наиболее пологие, устойчивые участки местности. Проектирование серпантин заключается в назначе­ нии таких значений ее элементов, при которых обеспечивается размеще­ ние на местности земляного полотна со всеми его элементами с обеспече0

Р и с . 24.13. Серпантины: а — симметричная первого рода; б —- несимметричная второго рода

нием по возможности минимальных объемов строительных работ. Очер­ тание серпантин обязательно приспосабливают к рельефу местности, стремясь, тем не менее, назначать возможно больший радиус основной кривой. Поэтому иногда устраивают не только серпантины со вспомога­ тельными кривыми с выпуклостью во внутрь закругления (рис. 24.13, а) — серпантины первого рода, но и с выпуклостью в одну сторону (рис. 24.13, б) — серпантины второго рода. П р и расчетах элементов серпантин задаются радиусом основной R и вспомогательных кривых г, длиной вставки т и в результате находят углы вспомогательных кривых Р, тангенс вспомогательной кривой Т и п о л н у ю длину серпантины S. У г л ы вспомогательных кривых R

Р = arctg

(24.12)

T +m Тангенс вспомогательной кривой

г

Т =(yjm -R(2r 2r + r 2

+

(24.13)

R)-m).

Д л и н ы основной К и вспомогательной кривой К : 0

* =*J9L; 180°

K =R^-. 180°

(24.14)

0

Полная длина серпантины S = 2(Ko + m) + K.

(24.15)

С е р п а н т и н ы часто характеризуются применением кривых минималь­ ных радиусов R = 15 -ьЗО м, большими углами поворота трассы и сильным ее удлинением, что приводит к существенному с н и ж е н и ю скоростей и безопасности движения. Поэтому, как правило, является более пред317

почтительным тот вариант трассы, который имеет по возможности мень­ шее число серпантин. Детально серпантины проектируют по крупномасштабным топогра­ фическим планам, размещая все элементы в соответствии с особенностя­ ми рельефа местности. Наивыгоднейшее расположение и форму устанав­ ливают в результате вариантной проработки. 24.7. СИСТЕМА ПОВЕРХНОСТНОГО И ПОДЗЕМНОГО ДОРОЖНОГО ВОДООТВОДА

Система дорожного водоотвода состоит из ряда сооружений и от­ дельных конструктивных мероприятий, предназначенных для предотвра­ щения переувлажнения земляного полотна. Поверхностный водоотвод. Для отвода поверхностных вод с верхней части земляного полотна предусматривают следующее: д о р о ж н о м у по­ к р ы т и ю и обочинам придают поперечные уклоны; устраивают боковые водоотводные канавы (кюветы) и резервы; устраивают нагорные канавы, перехватывающие воду, которая стекает по склонам местности к дороге; сооружают водопропускные трубы и мосты для пропуска водотоков и воды из боковых канав (рис. 24.14). а)

б)

Р и с . 24.14. Виды водоотводных канав: а — канавы, совмещенные с боковыми резервами; б —трапецеидальные и треугольные боковые канавы (кюветы); в — нагорные канавы у выемок; / — кювет-резерв; 2 — берма; 3 — резерв; 4 — банкет; 5 — нагорная канава; 6 — отвал

Р и с . 24.15. Конструкция дренирующего слоя дорожных одежд: а — разрез по полотну дороги; б, в — примыкание воронки к дренирующему слою: / — прослойка дерна или мха; 2 — щебень или гравий; 3 — дорожная одежда

Во избежание заиления водоотводным канавам придают продольный уклон не менее 3-^5%о. П р и продольных уклонах более 1096о дно и откосы канав укрепляют от размыва засевом трав, щебневанием, одерновкой, сборными железобетонными плитами, монолитным бетоном, асфальто­ бетоном, а при больших продольных уклонах устраивают железобетон­ ные перепады, быстротоки и т. д. Подземный водоотвод. Д л я предотвращения вредного воздействия грунтовых вод на земляное полотно и д о р о ж н у ю одежду в д о р о ж н ы х кон­ струкциях предусматривают специальные д р е н и р у ю щ и е слои из песка, гравия и других крупнозернистых материалов для сбора и быстрого отво­ да воды, проникающей через обочины, ш в ы и трещины в покрытиях. Вода выводится на откосы через сплошные д р е н а ж н ы е прорези (рис. 24.15, а), либо при благоприятных гидрологических условиях через дренажные воронки (рис. 24.15, б). а)

б)

Р и с . 24.16. Поперечные сечения закрытого дорожного дренажа: а — с каменной (фильтрующей) засыпкой; б — с дренажной трубой; / — утрамбованная глина; 2 — два слоя дерна; 3 — крупнозернистый или среднезернистый песок; 4 — щебень или гравий крупностью 5—10 мм; 5 — щебень или гравий крупностью 40—70 мм; б — щебень, втрамбованный в грунт; 7 — керамическая или асбоцементная труба диаметром 15—20 см; 8 — кривая депрессии; 9 — водоупор

При высоких уровнях грунтовых вод для их снижения под боковыми канавами (кюветами) устраивают подземный дренаж в виде уложенной в грунт дрены — трубы (гончарной, керамической или бетонной) (рис. 24.16, б) или с каменной (фильтрующей) засыпкой (рис. 24.16, а ) . 24.8. МАЛЫЕ МОСТЫ И ТРУБЫ

М а л ы е мосты и трубы устраивают в местах пересечений автомобиль­ ных дорог с логами, ручьями, оврагами и балками, по которым стекает вода от таяния снега и дождей. Количество м а л ы х водопропускных со­ о р у ж е н и й на а в т о м о б и л ь н ы х дорогах зависит г л а в н ы м образом о т р е л ь ­ е ф а местности и о б ы ч н о л е ж и т в пределах 1—2 сооружения н а 1 к м д о ­ роги. Малые мосты (длиной до 25 м) устраивают как правило на постоян­ ных водотоках из унифицированных сборных железобетонных конструк­ ций заводского изготовления (рис. 24.17). В отличие от больших и сред­ них мостов п о д малыми мостами размывов русел не допускают, поэтому их устраивают с обязательно укрепленными подмостовыми русла (сбор­ н ы м и железобетонными плитами или монолитным бетоном) и с капи­ тальным укреплением подводящих и отводящих русел со стороны верх­ него и нижнего бьефов. Водопропускные трубы — основной вид малых искусственных с о ­ оружений на дорогах (более 95%). Трубы на дорогах устраивают при л ю ­ бых сочетаниях плана и продольного профиля, они не стесняют проез­ ж у ю часть и обочины и не требуют изменения типа дорожной одежды. В современном д о р о ж н о м строительстве наибольшее распростране­ ние находят железобетонные круглые либо прямоугольные трубы из сборных элементов стандартных размеров заводского изготовления. Круглые трубы на автомобильных дорогах применяют со с л е д у ю щ и ­ ми диаметрами отверстий: d = 0,75; 1,0; 1,25; 1,50 и 2,0 м. Круглые т р у б ы б ы в а ю т одно-, двух- и трехочковые (рис. 24.18). з

Р и с . 24.17. Малый мост: У — промежуточные опоры; 2 — береговые опоры; 3 — пролетные строения; 4 — укрепленные конуса; 5 — укрепленное подмостовое русло

Р и с . 24.18. Круглая одноочковая железобетонная труба: а — входной оголовок; б — продольный разрез

Р и с . 24.19. Прямоугольная двухочковая железобетонная труба: а — входной оголовок; б — продольный разрез

Прямоугольные трубы, обычно применяют со с л е д у ю щ и м и размера­ ми отверстий: 2,0 х 2,0 м; 2,5 х 2,0 м; 3,0 х 2,5 м и 4,0 х 2,5 м. П р я м о ­ угольные трубы бывают одно- и двухочковые (рис. 24.19). Отверстия д о р о ж н ы х труб и малых мостов определяют по расчету, исходя из о ж и д а е м ы х расходов и объемов стока с водосборов (обычно по­ вторяемость 1 раз в 50 лет). С этой целью для каждого водопропускного сооружения по топографическим картам или материалам аэросъемок проводят водораздельную л и н и ю , оконтуривающую водосбор д о замы­ кающего створа (трассы автомобильной дороги) и определяют необходи­ мые для гидрологических и гидравлических расчетов параметры ( F — площадь водосбора, к м ; L — длину лога, км; / — у к л о н водосбора; 1 — уклон лога у сооружения). 2

Л

24.9. ПЕРЕСЕЧЕНИЯ И ПРИМЫКАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В РАЗНЫХ УРОВНЯХ

Транспортные развязки на пересечениях и примыканиях автомобильных дорог в разных уровнях являются сложнейшими узлами автомобиль­ ных дорог с точки зрения проектирования плана соединительных рамп, llj-з

321

продольного и поперечных профилей, вер­ тикальной планировки, организации по­ верхностного водоотвода. Развязки в раз­ ных уровнях, устраиваемые прежде всего на автомобильных дорогах высоких кате­ горий, призваны для исключения пересече­ ния транспортных потоков разных направ­ лений в одном уровне с соответствующим увеличением пропускной способности д о ­ рог, скоростей движения, уровней удобст­ ва и безопасности движения. Н а примере сложной транспортной развязки, представ­ ленной на рис. 24.20, показаны основные их элементы: пересекающиеся автомагист­ рали, левоповоротные, правоповоротные съезды, директивные левоповоротные Р и с . 24.20. Схема сложной транспортной развязки в разных съезды, путепроводы. уровнях: Тип и принципиальные схемы транс­ / — пересекающиеся портных развязок движения определяются автомагистрали; 2 — множеством факторов: категориями пере­ левоповоротные съезды; 3 — секающихся дорог, перспективной интен­ правоповоротные съезды; 4 — директивные левоповоротные съезды; сивностью транспортных потоков по на­ 5 — путепроводы правлениям; рельефом и ситуационными особенностями местности в районе пересе­ чения или примыкания и т. д. Из всего многообразия разработанных схем транспортных развязок на пересечениях и примыканиях автомобильных дорог на рис. 24.21 представлены некоторые из них, находящие применение в практике транспортного строительства в РФ. Со стороны д е й с т в у ю щ и х строительных норм и правил проектирова­ ния к развязкам движения предъявляют с л е д у ю щ и е требования: схемы развязки движения в разных уровнях на дорогах I — I I катего­ рий не д о л ж н ы допускать пересечений левоповоротного движения с транспортными потоками основных направлений; пересечения и примыкания на дорогах I — I I категорий предусматри­ вают не чаще, чем через 5 км, а на дорогах I I I категории — не чаще, чем через 2 км; выезды с дорог I — I I I категорий и въезды на них осуществляют с уст­ ройством переходно-скоростных полос; на участках ответвлений и примыканий съездов развязок движения используют особые типы переходных кривых, характеризуемых парабо­ лическим либо 5-образным законами изменения кривизны и наилучшим

Г и)

ж)

н

Л

м)

л)

6

^

0 0

Р и с . 24.21. Схемы развязок движения на пересечениях и примыканиях автомобильных дорог в разных уровнях: а — развязка «клеверный лист»; 6, в, г, д — комбинированные клеверообразные развязки с директивными левоповоротными съездами; е — развязка «обжатый клеверный лист»; ж — развязка «обжатый неполный клеверный лист»; з — ромбовидное пересечение; и, к — примыкания с директивными левоповоротными съездами; л — примыкание по типу «трубы»; м — примыкание со смежными левоповоротными петлями

образом отвечающих условиям движения по ним автомобилей с перемен­ ными скоростями, например кривые типа П Е Р С или разного рода тормоз­ ные кривые: Я

3

= R L \

(24.16)

где В — параметр тормозной переходной кривой, м; R — радиус кривизны в точке тормозной кривой на расстоянии L от ее начала; минимальные радиусы кривых в плане на правоповоротных съездах с дорог I — I I категорий принимают равными R = 300 м, а с дорог I I I кате­ гории R = 150 м, на левоповоротных съездах минимальные радиусы при­ нимают соответственно равными 100 и 60 м; ширину проезжей части на всем протяжении левоповоротных съездов принимают равной 5,5 м, а на правоповоротных съездах — 5,0 м. Ш и р и н а 323

обочин с внутренней стороны закруглений на съездах должна быть не ме­ нее 1,5 м, а с внешней стороны — 3,0 м; продольные уклоны на съездах развязок движения в разных уровнях не д о л ж н ы быть более 4096о.

Глава 25. Г Е О Д Е З И Ч Е С К И Е Р А Б О Т Ы П Р И ТРАССИРОВАНИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ 25.1. ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗЫСКАНИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Развивающийся в последние годы стремительный процесс совершен­ ствования вычислительной техники предопределил качественное изме­ нение как технологии проектно-изыскательских работ, так и методов проектирования. Системное автоматизированное проектирование пред­ полагает обязательную многовариантность проработки основных инже­ нерных решений (при автоматизированном проектировании рассматри­ ваемое число вариантов на порядок больше по сравнению с традицион­ ной технологией). Это прежде всего касается плана трассы, положения проектной линии продольного профиля, конструктивных элементов ав­ т о м о б и л ь н ы х дорог и т. д. Объем исходной изыскательской информации в связи с этим значительно возрастает и, учитывая сжатые сроки проекти­ рования, эта информация не может быть получена традиционными мето­ дами производства изыскательских работ с использованием морально у с ­ таревшего геодезического и инженерно-геологического оборудования. При проработке на уровне С А П Р - А Д большого числа возможных на­ правлений трассы автомобильной дороги у ж е недостаточно информации, собираемой на узкой полосе вдоль априори принятого направления авто­ мобильной дороги, а у ж е необходима информация на весьма широкой по­ лосе варьирования, где могут пройти конкурирующие варианты трассы. Эта информация (топографическая, геологическая, почвенно-грунтовая, гидрогеологическая, гидрологическая и т. д.) не может быть получена в сжатые сроки при использовании традиционных методов наземных изысканий. Технология и методы производства изыскательских работ на уровне С А П Р - А Д получили широкое развитие в ряде развитых стран. В послед­ ние годы в России по сути завершился процесс перестройки проектно-изыскательского дела в соответствии с требованиями системного, ав­ томатизированного проектирования автомобильных дорог и сооружений на них.

Отличительными особенностями производства изыскательских ра­ бот при проектировании на уровне С А П Р - А Д являются: получение топографической и другой изыскательской информации в пределах полосы варьирования трассы, ширина которой может быть значительной (до 1/3 длины трассы) на ранних стадиях проектирования, когда рассматриваются принципиальные, конкурирующие направления будущей дороги; широкое использование (до 40—60% от общего объема изыскатель­ ских работ) аэрокосмических методов сбора информации о местности: аэросъемочных, аэрогеодезических, аэрогеологических, аэрогидрологи­ ческих и т. д.; применение методов наземной стереофотограмметрии (фототеодо­ литных съемок); использование в фотограмметрии электронной цифровой фотогра­ фии и автоматизированных систем цифровой фотограмметрии ( А С Ц Ф ) для обработки стереопар (типа «Photomod»); широкое применение методов электронной геодезии (т. е. использо­ вание электронных тахеометров, регистрирующих нивелиров, светодальномеров, автоматически регистрирующих результаты измерений на маг­ нитные носители информации в виде, пригодном для непосредственного ввода в память компьютера); применение систем спутниковой навигации «GPS» во всех видах изы­ скательских работ (топографических, инженерно-геологических, гидро­ логических, экономических и т. д.); подготовка информации в виде, пригодном для оперативного исполь­ зования при автоматизированном проектировании, т. е. получение ц и ф ­ ровых ( Ц М М ) и математических ( М М М ) моделей местности на полосе варьирования трассы; широкое применение геофизических методов при инженерно-геоло­ гических обследованиях (электромагнитных, сейсмических, радиолока­ ционных, геоакустических, магнитометрических, гравиметрических, ядерных и термометрических методов). Перечисленные в ы ш е высокопроизводительные и точные методы сбора информации позволяют получать громадную по объему информа­ цию для автоматизированного проектирования автомобильных дорог в сжатые сроки. 25.2. ОБОСНОВАНИЕ ПОЛОСЫ ВАРЬИРОВАНИЯ ТРАССЫ

Размеры полосы варьирования конкурирующих вариантов трассы в значительной степени определяют как объемы аэро- и наземных изы­ сканий, так и объемы проектных работ по поиску наилучшего положения

трассы. Назначение излишне широкой полосы варьирования приводит к неоправданному увеличению объемов проектно-изыскательских работ и сильно осложняет поиск наилучшего проектного решения. При заниже­ нии ш и р и н ы полосы варьирования возникает опасность, что наилучший вариант трассы может оказаться вне пределов зоны, освещенной мате­ риалами изысканий. В связи с этим обоснованию размеров полосы варьирования трассы д о л ж н о уделяться исключительное внимание. Выбранная полоса варьи­ рования д о л ж н а охватывать все участки местности, где могут пройти конкурирующие варианты автомобильной дороги. Ширину полосы варьирования трассы устанавливают по топографи­ ческим картам (обычно масштабов 1:25 ООО—1:10 ООО), по материалам аэрофотосъемок п р о ш л ы х лет и по результатам воздушных обследований с учетом топографических, ситуационных, инженерно-геологических, гидрогеологических, почвенно-грунтовых, гидрологических и других у с ­ ловий. В настоящее время в проектно-изыскательских институтах России обоснование полосы варьирования, как правило, осуществляют субъек­ тивно, без использования аналитических компьютерных методов. В практике изысканий и проектирования автомобильных дорог за ру­ бежом (например, в С Ш А , Канаде и др.) выбору полосы варьирования трассы на стадии предварительных работ уделяют огромное внимание. И это не случайно, поскольку при обоснованной полосе варьирования трассы в ходе последующего проектирования удается находить проект­ ные решения, строительная стоимость которых до 10% н и ж е стоимости вариантов без детального обоснования полосы варьирования, при одно­ временном снижении стоимости изысканий и проектирования, трудовых затрат и сокращения сроков выполнения проектно-изыскательских ра­ бот. В С Ш А , например, в связи с этим затраты на рекогносцировочные изыскания и обследования полосы варьирования составляют около 50% от суммы затрат на весь комплекс изыскательских работ. В связи с произошедшим в стране переходом на технологию и методы системного, автоматизированного проектирования автомобильных дорог все большее значение начинают приобретать методы аналитического обоснования полосы варьирования трассы с использованием компьютер­ ных программ. Первый аналитический метод обоснования полосы варьи­ рования трассы в нашей стране был разработан Д.Г.Румянцевым. Суть его сводится к следующему. С использованием имеющихся топографических карт, материалов аэ­ рофотосъемок прошлых лет, материалов изысканий, выполненных на предшествующих стадиях проектирования, а также результатов воздуш­ ных обследований строят предварительную цифровую модель местности ( Ц М М ) , которой охватывают заведомо большую территорию, чем это

требуется для установления наилучшего направления трассы. Особенно часто для этой цели используют материалы изысканий предшествующих стадий проектирования, например, материалы изысканий технико-эконо­ мического обоснования (ТЭО) для обоснования полосы варьирования при разработке инженерного проекта (ИП) и т. д. При подготовке предварительной Ц М М и аналитического определе­ ния границ полосы варьирования конкурирующих вариантов трассы из рассмотрения сразу ж е исключают объекты и участки местности, проход трассы автомобильной дороги через которые либо нецелесообразен (цен­ ные сельскохозяйственные угодья, болота, оползни, осыпи, засоленные почвы, закарстованные участки местности и т. д.), либо вовсе невозмо­ жен (территории п р о м ы ш л е н н ы х предприятий, населенные пункты, тер­ ритории оборонных объектов, заповедные зоны и т. д.), а также устанав­ ливают фиксированные точки и направления, проход трассы через кото­ рые обязателен. Рассматривают также участки местности, где в ходе ана­ литического трассирования необходимо решить вопрос возможности их обхода, либо пропуска через них трассы автомобильной дороги. К таким участкам относят отмеченные в ы ш е ценные сельскохозяйственные уго­ дья, болота, оползни, осыпи, засоленные почвы, закарстованные участки и, кроме того, пучинистые участки местности, конусы выноса и т. д. Им придают соответствующие стоимостные значения возведения земляного полотна автомобильной дороги, и появляется возможность автоматиче­ ского альтернативного решения трассы в пользу обхода участка местно­ сти с высокой стоимостью строительных работ либо в пользу прохожде­ ния по этому участку, если его обход связан со значительным удлинением трассы. Г р а н и ц ы полосы варьирования устанавливают путем аналитического предварительного компьютерного трассирования с использованием предварительной Ц М М , на которой отмечают границы участков, прохо­ ждение трассы через которые заведомо нецелесообразно (рис. 25.1, зона а); границы зон с различными стоимостными показателями возведения земляного полотна автомобильной дороги (рис. 25.1, зоны б — д); струк­ турные линии с точками характерных изломов местности. При этом точ­ ки излома контуров и рельефа нумеруют по линиям, располагаемым по­ перек направления воздушной линии. К о м п ь ю т е р н о е определение границ полосы варьирования произво­ дят в следующей последовательности (рис. 25.2): из исходной точки трассы последовательно задают направления на все впередилежащие точки первой (точки 1, 2, 3, 4) поперечной линии; из каждой точки первой поперечной линии задают направления на все впередилежащие точки второй (точки 5, б, 7, 8, 9) поперечной линии (см. рис. 25.2) при условии, что они не пересекают границ зоны а;

® 22,

о 75

Р и с . 25.1. Цифровая модель местности для обоснования границ полосы варьирования трассы

в каждый образованный угол поворота трассы и в каждый перелом продольного профиля вписывают горизонтальные и вертикальные кри­ вые минимальных радиусов. Зоны размещения кривых ограничивают концом предыдущей и началом последующей кривых; все варианты, для которых допустимые радиусы кривых в плане и продольном профиле вписаны быть не могут, а продольные уклоны ока­ зываются больше допустимых, из рассмотрения исключаются; в пределах полученной таким образом зоны осуществляют перебор всех возможных вариантов с сопоставлением их между собой по укруп­ ненным приведенным затратам. К дальнейшему рассмотрению принима­ ют зону, разместившуюся между лучшим вариантом и прилегающими к нему вариантами, приведенные затраты для которых не отличаются бо­ лее чем на 15% от лучшего варианта трассы. При этом могут быть получе­ ны разобщенные зоны, каждая из которых определяет свое принципиаль­ ное направление трассы. Детальный сбор изыскательской информации осуществляют после этого уже только в пределах полосы (или зон) варьирования наилучших вариантов трассы. Н а ранних стадиях проектирования нередко (ТЭО) при­ ходится рассматривать значительное число принципиальных направлений трассы. В связи с необходимостью при проектировании на уровне С А П Р - А Д получения исходной топографиче­ ской, инженерно-геологической, гид­ рогеологической, почвенно-грунтовой, гидрологической и других видов Р и с. 25.2. Вариантный перебор возможных направлений трассы обязательной изыскательской инфор-

мации на полосе варьирования трассы значительной ш и р и н ы самой важ­ ной на стадии производства полевых работ становится проблема исполь­ зования современных, высокопроизводительных и достаточно т о ч н ы х методов автоматизированного сбора, регистрации и обработки исходных данных о местности. Эта задача может быть решена л и ш ь при условии выполнения изыскательских работ силами специализированных органи­ заций, оснащенных парком современного аэросъемочного, электронного геодезического, стереофотограмметрического, навигационно-космического, инженерно-геологического и геофизического оборудования, а так­ же современной вычислительной техникой, укомплектованной развитым парком периферийного оборудования (лазерными и струйными принте­ рами, сканерами, плоттерами и т . д . ) . 25.3. ТЕХНОЛОГИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦИФРОВЫХ И МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ МЕСТНОСТИ

Технология автоматизированного проектирования автомобильнь*х дорог представляет собой совокупность правил, определяющих действия инженерно-технического персонала по высококачественному р е ш е н и ю проектной проблемы в фиксированные сроки и с минимальными затрата­ ми при комплексном использовании всех компонентов обеспечения С А П Р - А Д : методического, программного, информационного, техниче­ ского и организационного. Технология автоматизированного проектирования автомобильных дорог определяется рядом факторов, основные из которых с л е д у ю щ и е : стадия проектирования ( Т Э О - технико-экономическое обоснование; ИП — инженерный проект; Р Д — рабочая документация или Р П — рабо­ чий проект). Проектирование автомобильных дорог на разных стадиях различаются кругом решаемых экономических и проектных проблем; со­ ставом, объемом и точностью исходной изыскательской информации; степенью детализации проектных проработок и их оценки по основным показателям; шириной полосы варьирования и, наконец, конечной целью проектирования. Характерными особенностями проектирования автомо­ бильных дорог на разных стадиях являются постепенное сужение полосы поиска наилучшего положения трассы, возрастание точности исходной изыскательской информации (увеличение масштабов топографических планов, детализация Ц М М и т. д.) и возрастание детализации проектных проработок; категория проектируемой дороги. С категорией дороги связаны пара­ метры плана и продольного профиля, размеры земляного полотна, конст­ рукции д о р о ж н ы х одежд и искусственных сооружений, требования по

обеспечению уровней удобства и безопасности движения, требования по охране о к р у ж а ю щ е й среды и решение других экологических проблем; административно-хозяйственное значение проектируемой дороги (дороги общегосударственного, республиканского, краевого и областно­ го значения, курортные дороги, подъездные пути, городские и сельскохо­ зяйственные дороги) имеет свои специфические особенности, что нахо­ дит отражение в методах и технологии их проектирования; природные условия района проектирования. Н а те или иные проект­ ные решения оказывают существенное влияние: дорожно-климатическая зона района изысканий и проектирования дороги, категория рельефа, ин­ женерно-геологические, гидрогеологические и почвенно-грунтовые и другие условия района проектирования; вид, качество и объем исходной изыскательской информации для проектирования (материалы тахеометрических, фототеодолитных, аэро­ фотосъемок, наземно-космических съемок, материалы инженерно-геоло­ гических и инженерно-гидрологических обследований, д а н н ы е э к о н о м и ­ ческих изысканий и т. д.). Все это во многом определяет различия в тех­ нологии и методах автоматизированного проектирования и прежде всего, на начальных этапах проектного процесса при создании ц и ф р о в ы х и ма­ тематических моделей рельефа и геологического строения местности на полосе варьирования трассы; вид проектируемого объекта и его размеры (протяженность). Круг ре­ ш а е м ы х проектных задач, а также этапная последовательность оказыва­ ются несколько различными при проектировании объектов нового строи­ тельства, при разработке проекта реконструкции, при разработке проекта титульного мостового перехода и т. д. При этом проектирование новой автомобильной дороги принято рассматривать как частный случай ре­ конструкции; состояние средств обеспечения С А П Р - А Д , находящихся в процессе непрерывного развития и совершенствования, влияют на соответствую­ щие изменения технологии и методов автоматизированного проектиро­ вания. Таким образом, технология и методы автоматизированного проекти­ рования автомобильных дорог в каждом конкретном случае определяют­ ся множеством разнообразных факторов. Однако есть и о б щ и е черты ав­ томатизированного проектирования, отличающие его от традиционного и присущие всем известным С А П Р - А Д . Это прежде всего: комплексная автоматизация сбора, регистрации и обработки д а н н ы х изысканий и представление их в виде крупномасштабных топографиче­ ских планов в координатах и Ц М М в той же системе координат на полосу варьирования конкурирующих вариантов трассы автомобильной дороги;

многовариантная проработка принципиальных направлений трассы (в рамка САПР-АД рассматривают, как правило, несколько десятков ва­ риантов и подвариантов трассы) с получением исходных данных для про­ ектирования по каждому варианту (черный продольный профиль, попе­ речные профили земли, почвенно-грунтовые и инженерно-геологические разрезы, данные по размерам поверхностного стока, экономические по­ казатели местности и т. д.) с использованием ЦММ и МММ; автоматизированное проектирование с использованием систем при­ кладных программ всех элементов автомобильной дороги (план трассы, варианты проектной линии продольного профиля, поперечные профили земляного полотна, варианты конструкции дорожных одежд, искусствен­ ные сооружения, система дорожного водоотвода, транспортные развязки движения, обстановка и принадлежности дороги, здания и сооружения автотранспортной службы, подсчеты объемов строительных работ и т.д.); системное использование средств автоматизации и вычислительной техники; проектирование в интерактивном режиме (взаимодействие в ходе вы­ работки проектных решений инженера-проектировщика и компьютера); четкая этапность выполнения основных проектных процедур; широкое использование методов математического моделирования (цифровое и математическое моделирование рельефа и инженерно-гео­ логического строения местности, моделирование полотна автомобиль­ ной дороги в трехмерном пространстве, моделирование стока ливневых и талых вод с малых водосборов, моделирование работы малых водопро­ пускных труб и мостовых переходов, моделирование транспортных пото­ ков и т. д.); использование математических методов оптимизации проектных ре­ шений (проектирование оптимального продольного профиля, оптималь­ ных дорожных одежд, искусственных сооружений и т . д . ) ; многовариантная проработка тех элементов проектируемых дорог, для которых еще не созданы целевые функционалы и математический ап­ парат аналитического поиска их экстремумов; всесторонняя, глубокая оценка проектных решений по каждому из ва­ риантов трассы и их соответствующая корректировка по многим крите­ риям: объемы строительных работ, сметная стоимость, транспортно-эксплуатационные расходы, приведенные затраты, стоимость отчуждения земель, затраты на зимнее содержание дороги, обеспечение видимости, оценка зрительной ясности и плавности трассы и вписывания ее в окру­ жающий ландшафт, время сообщения, уровни удобства и безопасность движения, пропускная способность, степень загрязнения окружающей

среды транспортным шумом, тяжелыми окислами свинца, о т р а б о т а н н ы ­ ми маслами и т. д.; полная автоматизация подготовки, оформления и т и р а ж и р о в а н и я проектно-сметной документации. Н а каждой стадии проектирования выполняют согласования проект­ ных решений с заказчиком, землепользователями, заинтересованными организациями, ведомствами и министерствами. Согласования — э т о весьма трудоемкий и длительный процесс. В связи с этим на с о в р е м е н н о м этапе все чаще согласования проектов автомобильных дорог осуществля­ ют в автоматизированном режиме в рамках геоинформационных с и с т е м (ГИС). 25.4. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПРИ ТРАДИЦИОННЫХ ИЗЫСКАНИЯХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Состав, объемы, точности выполняемых работ, а также число р а с ­ сматриваемых вариантов трассы при проектировании автомобильных д о ­ рог во многом зависят от стадии проектирования: Т Э О — т е х н и к о - э к о н о ­ мическое обоснование; И П — инженерный проект; Р Д — рабочая д о к у ­ ментация или Р П — рабочий проект. Изыскания автомобильных дорог осуществляют в три этапа: п о д г о т о ­ вительный, полевой и камеральный. В соответствии с традиционной технологией изысканий и п р о е к т и р о ­ вания автомобильных дорог и сооружений на них сбор исходной изыска­ тельской информации, необходимой для составления проекта а в т о м о ­ бильной дороги, производят в такой последовательности. Подготовительный период. После получения Генеральной проектной организацией от Заказчика утвержденного задания на производство проектно-изыскательских р а б о т выполняют следующее: получают разрешение на производство проектно-изыскательских р а ­ бот, заказывают топографические карты на район изысканий в м а с ш т а б а х 1:100 ООО, 1:50 ООО, 1:25 ООО и 1:10 ООО и материалы аэросъемок п р о ш л ы х лет. Изучают проектные материалы и материалы изысканий предшест­ в у ю щ и х стадий проектирования; перед выездом в поле осуществляют трассирование вариантов авто­ мобильной дороги по топографическим картам масштабов 1:25 ООО— 1:10 ООО. Иногда для этой цели используют материалы старых аэрофото­ съемок; в зависимости от стадии проектирования ( Т Э О — технико-экономи­ ческое обоснование, И П — инженерный проект, Р Д — рабочая д о к у м е н ­ тация или РП — рабочий проект) рассматривают различное количество

вариантов и подвариантов направления трассы и осуществляют их сопос­ тавление по весьма ограниченному числу показателей (длина трассы, число углов поворота, минимальные радиусы кривых в плане, количество малых водопропускных сооружений, условия пересечения крупных во­ дотоков, ориентировочные объемы земляных работ и т. д.). П р и этом сравнение вариантов вынужденно производят при практическом отсутст­ вии или остром недостатке таких видов информации, как почвенно-грунтовые, инженерно-геологические, гидрогеологические условия проекти­ рования, экономические условия и других видов важнейшей информа­ ции; составляют календарный график и сметы на производство проект­ но-изыскательских работ и заключают договора с Заказчиком и С у б п о д ­ рядными проектными организациями на выполнение отдельных разделов и подразделов проекта; получают разрешение на производство инженерно-геодезических и инженерно-геологических работ; ф о р м и р у ю т и укомплектовывают изыскательские подразделения (экспедицию, изыскательские партии и отряды); осуществляют выезд изыскательских подразделений на место произ­ водства работ. Полевой период. Н а стадии полевых наземных изысканий (аэроизыскания применяют сравнительно редко), как правило, по единственному, выбранному на ста­ дии предварительной камеральной проработки варианту трассы, осуще­ ствляют сбор полевой информации с использованием геодезического, ин­ женерно-геологического и гидрометрического оборудования в с л е д у ю ­ щей последовательности: предварительное согласование трассы с заинтересованными органи­ зациями, ведомствами и землепользователями; полевое трассирование принятого на стадии камеральной проработки варианта (редко подвариантов) трассы; планово-высотное закрепление трассы знаками: притрассовыми р е ­ перами, осевыми и угловыми столбами, земляными конусами и привяз­ кой к постоянным местным предметам; разбивка пикетажа по трассе (в последние годы иногда используют беспикетный метод разбивки трассы с использованием электронных та­ хеометров); двойное продольное геометрическое нивелирование трассы по разби­ тому пикетажу; съемка поперечников; тахеометрические съемки сложных мест (мостовые переходы, транс­ портные развязки, участки сложного поверхностного водоотвода и т. д.);

съемки пересечений коммуникаций (линий связи, Л Э П , нефтепродуктопроводов, водоводов, кабелей связи и т. д.); гидрометеорологические и гидрометрические работы; инженерно-геологические работы по трассе; разведка местных дорожно-строительных материалов; согласования с землепользователями, заинтересованными организа­ циями и ведомствами; сдача комиссии закрепленной трассы и основных материалов изыска­ ний; закрытие изыскательской базы, отправка сотрудников и имущества изыскательских подразделений. Камеральный период. С у щ е с т в е н н у ю часть камеральных работ, касающихся обработки журналов полевых измерений, составления плана трассы, продольного профиля земли по оси дороги, инженерно-геологических разрезов, топо­ графических планов и т. д. выполняют в ходе полевых изысканий. Такая организация камеральных работ способствует более качественному вы­ полнению изыскательских работ и исключению грубых о ш и б о к в процес­ се полевых геодезических измерений. П о завершении полевых изыскательских работ производят оконча­ тельную обработку изыскательских материалов и готовят план трассы ав­ томобильной дороги в масштабе 1:10 ООО, продольный профиль земли по оси трассы с инженерно-геологическим разрезом, поперечные профили, топографические планы и Ц М М и т. д. Составляют исполнительную сме­ ту и отчеты об инженерно-геодезических, инженерно-геологических и гидрометеорологических изысканиях. И н ф о р м а ц и ю о местности при традиционных изысканиях собирают на узкой полосе (60—200 м) вдоль априори выбранного варианта трассы автомобильной дороги. Н а основе полученных в поле материалов разра­ батывают проект автомобильной дороги, как правило, с использованием, традиционной технологии и методов проектирования, где к о м п ь ю т е р н у ю технику используют л и ш ь для решения отдельных с л о ж н ы х проектных задач и процедур в пакетном режиме обработки программ. 25.5. ТРАССИРОВАНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ ПО КАРТАМ, ПЛАНАМ И МАТЕРИАЛАМ АЭРОФОТОСЪЕМОК

Выбор направления трассы является комплексной задачей, при реше­ нии которой детально рассматривают по основным показателям конкури­ р у ю щ и е варианты автомобильной дороги (по строительной стоимости и приведенным затратам, транспортно-эксплуатационным расходам, ма­ териалоемкости, уровням удобства и безопасности движения и т. д.).

О б щ е е направление дороги устанавливают на основе экономических изысканий, в соответствии со схемами развития и размещения сети авто­ мобильных дорог, размещения и развития производственных сил данного региона, схемами районной планировки и землеустройства. При нанесении каждого варианта трассы принимают во внимание с л е д у ю щ и е условия: у ч и т ы в а ю т требования технических нормативов (например, мини­ мально д о п у с т и м ы е радиусы кривых в плане, радиусы вертикальных вы­ пуклых и вогнутых кривых, допустимые предельные уклоны); варианты автомобильной дороги трассируют по возможности по кратчайшим направлениям с целью получения наивыгоднейших проект­ ных решений в части строительной стоимости и последующих транспортно-эксплуатационных расходов; у ч и т ы в а ю т природные условия района проектирования автомобиль­ ной дороги (топографические, геологические, гидрогеологические, почвенно-грунтовые, гидрометеорологические); у ч и т ы в а ю т ситуационные условия района проектирования (напри­ мер, с у щ е с т в у ю щ у ю застройку, коммуникации, ценные пахотные угодья, запретные зоны, участки и территории, непригодные для строительства дороги); рассматривают варианты мест пересечения крупных водотоков; р е ш а ю т вопросы трассирования в районе населенных пунктов с це­ лью наилучшего обслуживания местных транспортных связей и транзит­ ного движения; у ч и т ы в а ю т требования ландшафтного проектирования автомобиль­ ных дорог; у ч и т ы в а ю т требования по обеспечению удобства и безопасности дви­ жения; и наконец, принимают во внимание экологические требования и у с ­ ловия (загрязнение придорожной полосы транспортным шумом, отрабо­ танными газами автомобилей, тяжелыми окислами свинца и т . д . ) . Сложность, высокая стоимость строительства и значительные разме­ ры т е к у щ и х затрат на содержание дороги в большинстве случаев застав­ ляют избегать размещения трассы на участках местности с неблагоприят­ ными геологическими условиями (вечномерзлые грунты, оползни, осы­ пи, болота, засоленные грунты, участки местности с явно выраженными эрозионными процессами, явлениями карстообразования и т. д.). Ежегодные затраты на борьбу со снежными заносами на автомобиль­ ных дорогах страны весьма велики, поэтому при трассировании вариан­ тов дороги учитывают преобладающие направления ветров с тем, чтобы уже на стадии проектирования в максимальной степени предохранить

земляное полотно от заносов снегом, а в пустынных районах — от зано­ сов песком. Учитывая б о л ь ш у ю ценность сельскохозяйственных угодий, дороги трассируют, как правило, по землям несельскохозяйственного назначе­ ния. При трассировании автомобильных дорог в районе населенных пунк­ тов приходится рассматривать два принципиальных решения: в обход с постройкой подъездного пути; прохождения трассы по территории на­ селенного пункта. При проектировании безопасной для автомобильного движения трас­ сы следует избегать кривых малого радиуса в конце затяжных спусков; резких поворотов дороги за переломами продольного профиля; пересече­ ний с дорогами в одном уровне в условиях необеспеченной видимости; участков переплетений и слияний транспортных потоков местного и транзитного движения с различными скоростями; д л и н н ы х п р я м ы х и особенно прямых, сочетающихся в конце с кривы­ ми в плане малого радиуса. Традиционная технология проектирования плана автомобильных д о ­ рог основана на использовании принципа «тангенциального трассирова­ ния», заключающегося в том, что на карту либо топографический план наносят с п о м о щ ь ю линейки ломаный тангенциальный ход, в изломы ко­ торого вписывают круговые кривые или кривые со вспомогательными переходными, минимальные допустимые значения радиусов которых нормированы действующими строительными нормами и правилами. Основной недостаток принципа «тангенциального трассирования» состоит в том, что ломаный тангенциальный ход, укладываемый сообраз­ но рельефу и ситуации, во многом определяет положение самой трассы автомобильной дороги в плане и, в частности, криволинейных ее участ­ ков (рис. 25.3, а). Это обстоятельство почти всегда определяет негибкую пространственную л и н и ю автомобильной дороги, которая характеризу­ ется наличием д л и н н ы х прямых и коротких круговых кривых минималь­ ных радиусов, наличием закруглений за переломами продольного профи­ ля, п о в ы ш е н н ы м и объемами строительных работ, высокой аварийностью и т. д. Принцип «тангенциального трассирования» применим лишь в от­ дельных случаях только на участках трассы, где направления, опреде­ л я ю щ и е углы поворота, фиксированы жесткими ситуационными усло­ виями (например, направлениями улиц населенного пункта, прямолиней­ ными участками реконструируемых дорог и т. д.). В остальных случаях принцип «тангенциального трассирования» при проектировании плана автомобильных дорог применять не следует. 336

Р и с . 25.3. План трассы автомобильной дороги, запроектированной с использованием принципов: а — тангенциального трассирования; б — гибкой линейки

Принцип «гибкой линейки» существенно отличен от технологии «тангенциального трассирования» и является основным при* проектиро­ вании плана автомобильных дорог. Суть принципа «гибкой линейки» со­ стоит в том, что на крупномасштабной карте или плане, сообразуясь с рельефом и ситуацией, вписывают плавную л и н и ю от руки либо с помо­ щью гибкой линейки — сплайна (рис. 25.3, б). П р и этом положение тан­ генциального хода (углы поворота, положение их вершин) и параметры закруглений определяются трассой автомобильной дороги, а не наобо­ рот, как это принято при тангенциальном трассировании. Принцип «гибкой линейки» является основным при автоматизиро­ ванном проектировании клотоидных трасс. При представлении трассы обычными закруглениями по плавной эскизной линии устанавливают по­ ложение тангенциального хода, измеряют транспортиром углы поворота 8 и по масштабу биссектрисы Б на закруглениях. П о известным значени­ ям 0 и Б с использованием таблиц горизонтальных кривых или на микро­ калькуляторе по формуле:

вычисляют радиусы закруглений с последующим округлением до кратных значений. При трассировании всегда стремятся к возможному с н и ж е н и ю объе­ мов земляных работ. Это удается сделать в тех случаях, когда на напря­ ж е н н ы х участках трассу развивают с уклоном, равным предельно допус­ тимому для дороги данной категории (см. гл. 4, § 4.5). П о л у ч е н н у ю таким образом л о м а н у ю л и н и ю сглаживают по принци­ пу «гибкой линейки» с максимальным приближением плавной эскизной линии к этому ломаному ходу. При затяжных уклонах, равных предельно допустимому, через каж­ д ы е 2—3 км предусматривают участки с уклонами не более 20%о или го­ ризонтальные площадки длиной не менее 50 м. При трассировании автомобильных дорог по материалам аэрофото­ съемок используют материалы маршрутных аэросъемок прямолинейны­ ми и криволинейными маршрутами. В отдельных случаях на сложных участках местности используют плановую аэросъемку. Аэросъемочные маршруты и интервалы фотографирования назначают такими, чтобы по­ лучаемые аэрофотоснимки имели взаимное продольное перекрытие не менее 60% и поперечное между параллельными маршрутами от 20 до 60%. Трассирование осуществляют либо по фотопланам, получаемым в ре­ зультате трансформирования аэрофотоснимков (см. гл. 20, § 20.5), либо по стереоскопическим моделям, получаемым на универсальных стерео­ фотограмметрических приборах или на экране монитора компьютера при использовании автоматизированных систем цифровой фотограмметрии ( А С Ц Ф ) , типа «Photomod». 25.6. ПОЛЕВЫЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПРИ ТРАССИРОВАНИИ

Полевые работы при трассировании автомобильных дорог, особенно в сложных, труднодоступных районах проектирования, начинают обыч­ но с аэровизуальных и наземных рекогносцировочных обследований. Аэровизуальные обследования, выполняемые при полете самолета или вертолета на сравнительно малых высотах, позволяют оценить пра­ вильность выбранного направления трассы, выбрать положение створов мостовых переходов, обследовать участки со сложными инженерно-гео­ логическими условиями, изучить на месте различные препятствия и на­ метить пути их обхода, выбрать пункты примыкания дороги к населен-

ным пунктам и объектам. Аэровизуальные обследования оформляют в виде отчета и по его материалам вносят коррективы в ранее намеченные варианты автомобильной дороги. Л и ш ь после этого производят наземные работы. Наземные рекогносцировочные обследования, которые обычно в ы ­ полняет начальник изыскательской партии (отряда) с группой специали­ стов по инженерной геологии и гидрологии. В необходимых случаях при­ влекаются инженеры-геофизики, экономисты и другие специалисты. В ходе наземной рекогносцировки отыскивают и закрепляют на местно­ сти начальную, конечную и промежуточные контрольные точки, прохож­ дение трассы через которые является обязательным. Обследуют на мест­ ности места пересечения водотоков и сложные в инженерно-геологиче­ ском отношении участки. Наземные геодезические работы при трассировании. Трассирование автомобильных дорог н а местности выполняют с п о ­ м о щ ь ю теодолитов типа 2Т30П, 4Т30П, 4Т15П, ЗТ5КП или электронных тахеометров типа Т а З М или ЗТа5. Перед началом полевых геодезических работ по трассированию автомобильных дорог теодолиты тщательно п о ­ веряют и при необходимости юстируют, В частности, обязательно устра­ няют или сводят к минимуму коллимационную ошибку (см. гл. 8, § 8.6). П р и вешении в лесу делают просеки шириной н е более 1 м. Н а этом этапе осуществляют предварительное закрепление трассы. Наземные геодезические работы в местах пересечения трассой суще­ с т в у ю щ и х автомобильных и железных дорог, линий электропередач и связи и других коммуникаций осуществляют с соблюдением действую­ щих для этого специальных требований. После выноса трассы в натуру осуществляют ее привязку к пунктам государственной геодезической сети, обычно прокладкой теодолитных ходов. П р и отсутствии вблизи трассы пунктов государственной геодези­ ческой сети через каждые 15—20 км производят определение истинных азимутов соответствующих направлений трассы с использованием гиротеодолитов (см. гл. 9, § 9.1). Работу звена трассировщиков, возглавляемого начальником партии (отряда) или его заместителем, организуют следующим образом. Теодо­ лит устанавливают в начальной точке трассы и приводят в рабочее поло­ жение. Устанавливают начальное направление трассы п о характерным ориентирам на местности или с п о м о щ ь ю буссоли теодолита по магнит­ ному азимуту (см. гл. 8, § 8.8). Выставляют веху н а возвышенном месте в пределах прямой видимости и производят вешение «на себя», выстав­ ляя вехи через каждые 80—100 м. Затем теодолит переносят на первую станцию, ориентируют на начало трассы и переводом трубы через зенит при двух кругах теодолита выставляют вторую станцию, после чего

вновь осуществляют вешение «на себя» и т. д. д о первого угла поворота трассы. К а ж д у ю станцию закрепляют надежными точками и сторожками, на которых надписывают соответствующие номера станций. Взамен у с ­ тановленных вех, на местности оставляют деревянные «заменки» — о ш ­ куренные в шахматном порядке приблизительно 2-метровые стволики молодых деревьев или используют для этой цели деревянные отходы сто­ л я р н ы х мастерских. Для изготовления заменок специальную рубку моло­ д ы х деревьев не производят, а используют оставшийся материал после прорубки просек в ходе трассирования. Углы поворота трассы измеряют одним полным приемом с записью отсчетов в специальный угломерный журнал. Разница углов в полуприе­ мах не д о л ж н а превышать двойной точности теодолита, а допустимая уг­ ловая невязка по трассе дороги нормируется = ± З'л/w (где п — о б щ е е число теодолитных станций и углов поворота). Здесь ж е назначают ради­ у с круговой кривой, нередко измеряя для этой цели допустимую биссек­ трису. Углы поворота трассы обозначают на местности надежными т о ч ­ ками и сторожками, на которых надписывают номер и величину угла п о ­ ворота, а также назначенную величину радиуса кривой, которые в д а л ь ­ нейшем использует звено пикетажистов для расчета параметров закруг­ ления и определения пикетажных значений главных точек трассы. д о п

25.7. ОБХОД ПРЕПЯТСТВИЙ ПРИ ТРАССИРОВАНИИ

При трассировании автомобильных дорог нередко возникают ситуа­ ции, когда в створ дороги попадают неустранимые в ходе изысканий пре­ пятствия (например, опора Л Э П , реликтовое дерево, стог сена, здание или иное сооружение и т. д.). В таких случаях возникает необходимость в решении двух задач: продление створа через препятствие и измерение д л и н ы недоступного отрезка створа. Обход препятствий при трассирова­ нии осуществляют одним из следующих способов. Способ построения на створе треугольника. Этот способ используют в тех случаях, когда требуется обходить сравнительно небольшие по площади препятствия (столб, реликтовое д е ­ рево, стог сена и т. д.). Задачу решают в следующей последовательности: 1

устанавливают теодолит в точке А перед препятствием и, сориенти­ ровав прибор на п р е д ы д у щ у ю осевую точк>ирассы^(, откладывают неко­ торый острый угол а (рис. 25.4, а); отмерив от точки А' некоторое расстояние Ъ до точки D устанавлива­ ют теодолит и, сориентировав его на точку А\ откладывают некоторый 340

угол Р, таким образом, чтобы явно была обеспечена видимость на предпо­ лагаемое продолжение створа; вычисляют величину угла у в точке В' на продолжении створа: у = (3 - а ;

(25.2)

из теоремы синусов определяют расстояние а до точки продолжения створа В': ftsina а =— ; sin у

(25.3) v

откладывают расстояние а и отмечают точку Я ' н а продлении створа; устанавливают теодолит в точке В' и, сориентировав его на точку D, откладывают угол у и выставляют точку В на продолжении створа; из теоремы синусов вычисляют недоступное расстояние d отрезка А'В' створа: ^_

fcsinp

(25.4)

sin у Вычисленное недоступное расстояние d передают руководителю зве­ на пикетажистов или отмечают на сторожках точек А ' и В'. Часто задача обхода небольшого по площади препятствия решается еще более простым способом построения на створе равностороннего тре­ угольника с п о м о щ ь ю теодолита и ленты. Для этого: в точке А' откладывают угол a = 60° и одну длину землемерной ленты Ъ = 20 м д о точки D (рис. 25.4, б); в точке D откладывают угол Р = 120° и одну длину землемерной ленты а = 20 м до точки 5 ' на продлении створа; в точке В' откладывают угол у = 60° и выставляют точку В на продле­ нии створа.

Р и с . 25.4. Способ обхода препятствия построением на створе треугольника: а — общий случай; б — случай построения равностороннего треугольника

в

•° Р и с . 2 5 . 5 . Способ обхода препятствия параллельным смещением створов

Очевидно, что при использова­ нии такого способа обхода препят­ ствия отпадает необходимость в каких-либо вычислениях, а неприступное расстояние d оказывается равным также 20 м. н

т

Способ р с

т

в

0

параллельного 0

смеще-

в

Этот способ используют при о б ­ ходе значительных по площади препятствий (например, сооружения, группы зданий и т. д.). Как следует из рис. 25.5, в этом случае достаточно: отложить в точке А' угол а = 90° и на расстоянии а, достаточном для обхода препятствия, точку А"; отложить в точке А" угол Р = 90° и на расстоянии d, достаточном для обхода препятствия, точку В"; отложить в точке В" угол у = 90° и на расстоянии а точку В' на продол­ жении створа; отложить в точке В' угол 8 = 90° и точку В, определив тем самым на­ правления створа за препятствием В'В. 25.8. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ТРАССЫ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Между периодами изысканий, проектирования и началом строитель­ ных работ порой проходит несколько лет. За это время заменки и боль­ шинство сторожков и точек пропадают. Поэтому трасса автомобильной дороги д о л ж н а быть надежно закреплена стандартными знаками как в плановом, так и высотном отношениях: стандартными деревянными или железобетонными осевыми столбами, угловыми столбами, земляными конусами с погребенными точками, привязкой к местным постоянным предметам и притрассовыми реперами. Закрепительные знаки, как правило, размещают в местах, на которых не производят сельскохозяйственных работ — на выгонах, на границах полей севооборотов, в кустарниках, в лесу и т. д. Осевыми столбами закрепляют прямолинейные участки трасс авто­ мобильных дорог (рис. 25.6, а—в), размещая их строго по оси трассы на расстоянии (в зависимости от категории рельефа) 0,3—0,5 км друг от дру­ га. На лицевой стороне столба надписывают аббревиатуру организации, выполняющей изыскания; обозначение оси; пикетажное положение осе­ вого столба; год производства изысканий. В полку столба по теодолиту забивают осевой гвоздь, который обводят кружком масляной краской. 342

в)

Г *

2

СДП Ось \ПК87\ +44,6[ 2000\

Р и с . 2 5 . 6 . Осевые закрепительные знаки: а — стандартный деревянный осевой столб, вид спереди; б — вид сбоку; в — пень, разделанный под осевой столб; 1 — осевой гвоздь; 2 — аббревиатура организации ( С Д П — Союздорпроект)

При трассировании автомобильных дорог в залесенной местности, когда по оси трассы оказываются подлежащие рубке деревья, последние иногда спиливают на высоте 0,7—0,8 м от комля, и полученный таким об­ разом высокий пень разделывают под осевой столб (рис. 25.6, в). При трассировании городских улиц и дорог, а также дорог в населен­ ных пунктах чаще всего прибегают к закреплению трассы привязкой к ме­ стным постоянным предметам: стенам домов, опорам линий связи, ска­ лам, оградам и т. д. (рис. 25.7, а). Рулеткой промеряют расстояния с точ­ ностью д о 1 см от осевой точки до, по меньшей мере, трех твердых точек местности. Н а стенах, опорах и т. д., к которым привязывают ось трассы, надписывают: аббревиатуру организации, выполняющей изыскания; обозначение оси; пикетажное положение закрепляемой осевой точки; расстояние до осевой точки; год производства изысканий (рис. 25.7, б). Станции теодолита при вешении д л и н н ы х прямых, обозначаемые на местности сторожками и точками, закрепляют земляными конусами (рис. 25.8). Для этого станцию окапывают канавой, используя грунт для отсыпки земляного конуса и устраивая таким образом погребенную осе-

Р и с. 25.7. Закрепление оси привязкой к местным постоянным предметам: а — план закрепления; б — вид надписи на постоянном предмете местности; 7 — аббревиатура организации (ГДН — Гипродорнии)

Р и с. 25.8. Схема закрепления оси по типу земляного конуса с погребенной осевой точкой: 1 — канава; 2 — земляной конус; 3 — погребенная осевая точка; 4 — заменка

вую точку. К а к показывает практика изысканий автомобильных дорог, закрепление п о типу земляного конуса с погребенной осевой точкой я в ­ ляется одним из наиболее надежных видов закрепления. В е р ш и н ы углов поворота трассы и точки середины кривых закрепля­ ю т деревянными стандартными угловыми столбами, размещаемыми н а биссектрисе угла, лицевую часть которых ориентируют в сторону верши­ ны угла (рис. 25.9). Н а лицевой части каждого столба надписывают: аб­ бревиатуру организации, в ы п о л н я ю щ у ю изыскания; обозначение верши­ ны угла; пикетажное положение вершины угла; расстояние д о в е р ш и н ы угла; обозначение середины кривой; расстояние д о середины кривой; год производства изысканий (рис. 25.9, а). При небольшом значении биссектрисы вершину угла и точку середи­ ны кривой закрепляют двумя угловыми столбами, размещаемыми п о воз­ можности за пределами полосы отвода (рис. 25.9, б). При величине биссектрисы более 20—25 м вершину угла и точку с е ­ редины кривой закрепляют тремя угловыми столбами, причем средний столб делают с двумя лицевыми частями, ориентированными соответст­ венно на вершину угла и середину кривой, на которых делают соответст­ в у ю щ и е надписи (рис. 25.9, в) Собственно вершину угла, обозначенную на местности сторожком и точкой, закрепляют земляным конусом с погребенной точкой в е р ш и н ы угла (см. рис. 25.8). Закрепление трассы в высотном отношении осуществляют деревян­ ными или железобетонными притрассовыми реперами, размещаемыми в зависимости от категории рельефа через 2—3 км, за пределами полосы отвода дороги (на расстоянии 20—30 м в стороне от трассы), с целью и х использования в ходе строительства. Реперы лицевой своей частью о р и -

Р и с . 25.9. Схема закрепления вершины угла и середины кривой: а — деревянный стандартный угловой столб; б — план закрепления при небольшом значении биссектрисы; в — план закрепления при большой биссектрисе; / — угловой столб; 2 — аббревиатура организации (ГКДТ — Гипрокоммундортранс)

б)

77Г77Г

WS /V ///

Р и с . 25.10. Притрассовый репер: а — вид спереди; б — вид сбоку; 1 — гвоздь; 2 — аббревиатура организации (ГТМ — Гипротрансмост)

ентируют в сторону трассы и размещают таким образом, чтобы они были хорошо видны с трассы. Н а лицевой части притрассовых реперов надпи­ сывают аббревиатуру организации, выполняющей изыскания; обозначе­ ние репера; год производства изысканий (рис. 25.10). В ходе работы по закреплению трассы составляют специальную ведо­ мость закреплений, где обязательно приводят схемы закреплений. Все установленные на местности закрепительные знаки по окончании изыскательских работ сдают по акту под охрану местных властей.

25.9. РАЗБИВКА ПИКЕТАЖА ПО ТРАССЕ. ПИКЕТАЖНЫЙ ЖУРНАЛ

Ш с л е завершения работ по трассированию участка автомобильной дороги, измерения углов поворота трассы и назначения радиусов закруг­ лений приступают к разбивке пикетажа по трассе с расчетом и разбивкой на местности горизонтальных кривых. Пикетаж обычно разбивают с использованием землемерной стальной 20-метровой ленты типа Л З . Допустимая точность измерения длин линий по трассе автомобильных дорог нормируется 1:1000, а в трудных услови­ ях пересеченной и горной местности — 1:500. К трассам мостовых пере­ ходов предъявляют более жесткие требования. Т а м допустимая точность измерения длин линий по трассе нормирована равной 1:2000. Результаты измерений заносят в специальный пикетажный журнал, изготовленный из миллиметровой бумаги, вдоль середины каждой стра­ ницы которого проведена красная линия, изображающая у с л о в н у ю в ы ­ прямленную ось трассы. Повороты трассы отмечавэт стрелками с надпи­ сями величин элементов закруглений. Н а трассе в пикетажном журнале также показывают пикеты и их номера, плюсовые точки, номера и пикетажное * * 79, положение вершин углов, притрассовые реперы. Кроме того, отмечают: 111 ^ ^ ^ границы угодий, ручьи, реки, овраги, \ W болота, железные и автомобильные д о ­ \ N4 ппМ°50 Уг.2 роги, пересекаемые коммуникации, здания и сооружения и другие отдель­ T-68J4 woe /Г-Ж,/ ные строения и объекты и т. д. Стрел­ 4* ками показывают направление поверх­ ностного стока (рис. 25.11). +SS — Трассу обычно разбивают н а уча­ N•2 стки длиной по 100 м, называемые пи­ у кшгои кетами. В практике изысканий авто­ , К-168 Я мобильных дорог встречаются отдель­ ные пикеты д л и н о й , несколько отлич­ ной от 100 м. Такие пикеты называют рублеными. Кроме того, при разбивке пикетажа сторожками обозначают е щ е ппо Реп.М и плюсовые точки, которыми отмеча­ ют характерные точки местности: мес­ Р и с. 25.11. Образец оформления пикетажного журнала та перегибов земной поверхности по в в

4

ц

4П

%

оси трассы, не совпадающие с положением пикетов; границы угодий (пащни, выгоны, леса, луга, болота); бровки дорог; урезы воды; места п е ­ ресечений коммуникаций (нефтепродуктопроводы, водоводы, линии свя­ зи, Л Э П и т. д.); в е р ш и н ы углов; главные точки трассы (начала и конца переходных и круговых кривых, середины кривых). Пикеты на местности обозначают вбитыми вровень с землей надеж­ н ы м и колышками — точками и забиваемыми в 15—20 см от точек сто­ рожками — кольями высотой 50—60 см, на лицевой стороне которых, о б р а щ е н н ы х в сторону начала трассы, надписывают соответствующие номера пикетов (например, П К 21). П л ю с о в ы е точки, как правило, о б о ­ значают только сторожками, на которых делают надписи (например, + 43,5), обозначающие расстояния в метрах от ближайшего меньшего п и ­ кета. Главные точки трассы обозначают на местности также, как и пикеты сторожками и точками. Н а сторожках делают соответствующие надписи (например, Н К П К 93+18,7$). Урезы воды обозначают н а д е ж н ы м и колья­ ми, вбитыми вровень с поверхностью воды и сторожками с соответст­ в у ю щ и м и надписями (например, Ур.в. 12.03.99 г. П К 124+51.3). При разбивке пикетажа методом прямоугольных координат ведут съемку притрассовой полосы шириной по 100 м в о б е стороны от трассы, в масштабе 1:2000. П р и этом объекты, попадающие в пределы ожидаемой полосы постоянного отвода автомобильной дороги, с н и м а ю т инструмен­ тально, а за пределами полосы отвода — глазомерно.

25.10. РАСЧЕТ И РАЗБИВКА ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ КРИВЫХ. ВЫНОС ПИКЕТОВ НА КРИВУЮ

При разбивке пикетажа мерной лентой наибольшую трудность пред­ ставляет расчет закруглений и вынос точек трассы н а кривую. Измерения длин производят по тангенциальному (ломаному) ходу, касательному к точкам начала и конца каждого закругления. Установив пикетажное значение соответствующей вершины угла, по известному значению угла поворота трассы 0 и радиуса R, по таблицам или с п о м о щ ь ю микрокаль­ кулятора вычисляют д л и н ы тангенса Г, кривой К, биссектрисы Б и д о м е р а Д с использованием формул (24.1) — (24.4). Далее осуществляют рас­ чет пикетажных значений главных точек закругления в следующей п о ­ следовательности, позволяющей одновременно производить и контроль вычислений, например:

П К 127 + 54,4 321,4

В уг - Т

П К 124 + 33,0

НК +к кк

626,1 П К 130 + 59,1 313,05

-1/2К ск + 1/2 D В уг

П К 127 + 46,05 8,35 + П К 127 54,4

Оставив ленту на вершине угла, возвращаются назад к началу кривой и с п о м о щ ь ю рулетки от ближайшего пикета (в данном случае от П К 124) откладывают 33,0 м и устанавливают на местности положение точки на­ чала кривой (НК), обозначив ее сторожком и точкой. Далее перемещаясь к вершине угла, выносят н а кривую пикеты, обозначенные н а тангенсе (рис. 25.12). Величину L (расстояние от выносимой точки до начала кривой) опре­ д е л я ю т как разницу соответствующих пикетажных значений, например для П К 125: n

L

n

= ( П К 125 + 00) - ( Н К П К 124 + 33,0) = 67,0 м.

Далее с п о м о щ ь ю микрокалькулятора вычисляют: 180°4 Ф „ = - ^ ; 2

Y = 2Rsm ^;

„ _ . Xn = Rsm<M AX =

n

(

2

5

6

)

L -X .

n

n

n

2 Отложив с п о м о щ ь ю рулетки назад от выносимого пикета величину сдвижки АХ , восстанавливают эккером перпендикуляр и откладывают ординату Y с соответствующим обо­ значением пикета на кривой сторож­ ком и точкой. П о известным значениям L и R величину сдвижки АХ„ и ординаты Y можно вычислить п о таблицам. В случае необходимости установле­ ния н а кривой плюсовых точек при больших значениях радиусов произР и с. 25.12. Схема выноса точек на водят промер рулеткой п о хорде межп

n

n

n

кривую при разбивке пикетажа

ду с о о т в е т с т в у ю щ и м и п и к е т а м и . П р и

относительно небольших значениях радиуса можно вынести на к р и в у ю +50 и выполнить промер по хорде между соответствующим пикетом и +50 и т. д. Разбивку кривой продолжают до точки, соответствующей п о ­ л о ж е н и ю середины кривой (СК). Вторую половину кривой разбивают следующим образом. Протяги­ вают ленту вперед на величину д о м е р а Д и идут с пикетажом по тангенсу с обозначением сторожками соответствующих пикетов, д о точки конца кривой (КК), с обозначением последней на местности сторожком и точ­ кой. Оставив ленту на месте, ведут вынос пикетов и плюсовых точек на кривую, возвращаясь о т конца кривой к вершине угла аналогично изло­ женному выше, и завершают разбивку кривой повторным выносом на м е ­ стность ее середины (СК). Практическое совпадение двух точек С К сви­ детельствует о правильности выполненных расчетов и измерений. Величину L„ в этом случае определяют как разницу пикетажных зна­ чений конца кривой и выносимой точки, например для П К 128: L„ = ( К К П К 130 + 59,1) - ( П К 128 + 00) = 259,1 м. Разбивку клотоидных кривых производят точно таким ж е образом, однако вычисления производят на микрокалькуляторе по формулам: /

5

40A

/ 4

9

/

3456Л

8

6A L

"

3

5

40 A

L 2

L A

1

336Л 9

3456Л

L 6

n

44240Л

10

(25.7) 8

'

где A — параметр клотоиды. Д л я разбивки клотоидных кривых можно пользоваться также специ­ альными таблицами. 25.11. РАСЧЕТ И РАЗБИВКА ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ КРИВЫХ БОЛЬШОЙ ДЛИНЫ И ПРИ НЕДОСТУПНОЙ ВЕРШИНЕ УГЛА

При б о л ь ш и х радиусах горизонтальных кривых и углах поворота трассы величины биссектрисы и ординат при выносе пикетов на к р и в у ю оказываются столь значительными, что задача разбивки кривых сильно осложняется и требует больших трудозатрат. В таких случаях оказывает­ ся целесообразным разбить угол поворота на несколько равных частей и выполнить разбивку в виде отдельных кривых одинакового радиуса (рис. 25.13). В этом случае о б щ и й угол поворота 0 делят на несколько равных уг­ лов 9':

Р и с . 25.13. Схема разбивки длинной кривой большого радиуса

Р и с . 25.14. Схема разбивки горизонтальной кривой при недоступной вершине

Q'=i;

(25.8) п

Рассчитывают параметры каждой частной кривой: тангенс Т', кри­ вую К', домер Д' и биссектрису Б'. От начала общей кривой мерной лен­ той ( Н К ) откладывают тангенс Т' и с п о м о щ ь ю теодолита частный угол поворота 0'. Далее в обычном порядке осуществляют разбивку первой ча­ стной кривой. Отложив от конца первой частной кривой тангенс Т' и сле­ д у ю щ и й угол поворота 0', разбивают вторую частную кривую и т. д . Такой способ разбивки горизонтальных кривых используют и при не­ доступной вершине угла поворота трассы. Другой способ разбивки горизонтальных кривых при недоступной вершине сводится к следующему (рис. 25.14). Между сторонами угла в удобном месте прокладывают з а м ы к а ю щ у ю л и н и ю АВ, измеряют ее длину АВ и п р и м ы ч н ы е углы а и р . Очевидно, недоступный угол поворо­ та 0 при этом определится: 0 = а + р.

(25.9)

Отрезки тангенсов кривых на сторонах угла устанавливают с исполь­ зованием теоремы синусов по формулам: ^_

ds'ma sin(ct+p)'

b

_

ds'mfi

(25.10)

sin(ot+P)

При заданном R и определенном по (25.9) 0 определяют величины Т, Б и К. Далее, аналогично (25.5) расчет кривой выполняют в такой последо­ вательности:

Д

А +b

ПК

+

В уг. С -Т НК + К КК

ПК

+

ПК

+

ПК

+

ПК

+

ПК

+

ПК

+

(25.11)

2 СК 2 В уг. С +

ы - т

в

Далее разбивку ведут в обычной

последовательности.

25.12. ВЕДОМОСТЬ УГЛОВ ПОВОРОТА, КРИВЫХ И ПРЯМЫХ. СОСТАВЛЕНИЕ ПЛАНА ТРАССЫ

Результаты измерений и вычислений при трассировании автомобиль­ ных дорог сводятся в специальную ведомость углов поворота, кривых и прямых (табл. 25.1). П о измеренным углам поворота трассы и дирекционному углу на­ чального ее направления по формулам (14.11) — (14.12) вычисляют д и ­ рекционные углы всех последующих направлений трассы. Если вычисле­ ния выполнены правильно, т о разница между суммой углов поворота вправо Z 6 и суммой углов поворота трассы влево Z 6 ' д о л ж н а быть точно равна разности дирекционных углов конечного а„ и начального Оо на­ правлений трассы: 1 9 - 1 6 ' = а „ - ао..

(25.12)

Контроль правильности вычисления длины трассы осуществляют по формулам: L

= I,S-W-

(25.13)

Z ^ E P + Etf,

(25.14)

T p

9

где L — длина трассы; — с у м м а расстояний между вершинами углов поворота трассы; — сумма домеров; — сумма прямых вставок между смежными кривыми; YX — сумма длин кривых. w

Ведомость № угла

нт 1 2 3 4 5 кт

Кри

Углы

Кило­ метры

величина

положение вершины + ПК

0 0 1 1 2 2 3

0,00 83,00 94,94 0,14 10,84 77,44 9,84

0 8 16 19 21 25 33

0

0'

радиус

право

лево

R

—

37°50'

51°58' 28 39 12 20

— — —

—

39 47

100 200 100 150 100

9 = 92°57

элементы кривой танген кривая биссек К триса с Т

домер

34,27 97,47 25,54 16,21 36,18

2,51 13,55 1,07 0,12 2,93

1Г = 209,67

9Г57' 20'=77°37' - 77°37' Х 6 - 1 6 ' = 15°20'

Колхоз

419,34 -399,15

12Т-Ш= 20,19

Контроль

пашня

—\2f\&.zT

13Т.81Я

^

Точки

Положение Румб Элементы кривой Раост. Угол вершины мащцу встав* ифравка угла право лево Я г

к д

ИТ

ПК20+20

Уг.1

ПИ

Уг.2

ПК26+37

ЮВ:64°25'

113.40

1&5V 250

УгТ ШТШ7§910 ПК34+00

Ш1

щ щзз язь 030 ДОШ Ш W

27939

5,71 22,49 3,20 0,87 6,34

Ш = 399,15 I D = 20,18

'Свобода'

m J j J 2(Т

66,03 181,40 50,00 32,29 69,43

Д

e

M:S2 40>

Р и с . 25.15. План трассы автомобильной дороги

ю

1

прямых и кривых Прямые

вые положение начала конца кривой НК кривой КК

ПК

8 15 18 20 25

длины расстояние прямая между вставка Р вершинами углов, S

направления румб, г дирекци онный угол, а

Примеча­ ние

ПК

48,73 97,47 74,60 94,63 41,26

9 17 19 21 26

14,76 78,87 24,60 26,92 10,69

848,73 682,71 095,73 170,03 414,34 699,15

883,00 814,45 218,75 211,77 466,72 735,33

317°30' 279 40 331 38 0 17 12 37 332 50

C3:42°30' C3:80 20 C3:28 22 C B : 0 17 C 3 : 12 37 C3:27 10

2910,69 399,15 3309,84 1P + IX

3330,02 -20,18 3309,84 IS-ID

332 50 317 30 15 20 a„—a

42 30 27 10 15 20 r — r

0

0

n

1) 2B-IQ' = a„-a = 15°20' 2) ИТ-IX = ЩТ- К) = ZD = 20,19 3) I/> + IX = 1S-ID = 3309,84 0

Значения длин трассы, полученные по выражениям (25.13) — (25.14), должны быть равны между собой. Дополнительным контролем правиль­ ности вычисления д л и н ы трассы служит также разница между пикетаж­ ными значениями конца и начала трассы за вычетом поправки за разницу между полными и рублеными пикетами. План трассы является одним из наиболее важных документов проекта автомобильной дороги (рис. 25.15). План трассы обычно составляют в масштабе 1:10 000, в горных районах — 1:5000 и в населенных п у н к т а х — 1:2000. Н а нем, используя данные пикетажного журнала, показывают трассу с разбивкой пикетажа и километража, изображают рельеф и ситуа­ ционные особенности притрассовой полосы. Н а чертеже плана трассы размещают также ведомость углов поворо­ та, кривых и прямых.

Глава 26. Н И В Е Л И Р О В А Н И Е Т Р А С С АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ 26.1. ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ НИВЕЛИРОВАНИЕ ТРАССЫ ПО ПИКЕТАЖУ

К нивелированию трассы автомобильных дорог приступают после за­ крепления трассы (в частности, после высотного закрепления притрассовыми реперами), разбивки пикетов, плюсовых точек, главных точек трас­ сы и выноса пикетов на кривые. Нивелирование трассы автомобильных дорог выполняют обязатель­ но методом из середины. В качестве связующих точек, как правило, ис­ пользуют пикеты. Однако при больших продольных уклонах в качестве связующих точек могут выступать также иксовые точки. Нивелир на станции устанавливают примерно на равных расстояниях от связующих точек и приводят в рабочее положение (рис. 26.1). Перед установкой рей­ ки следят за тем, чтобы ее пятка, а также связующая точка были очищены от земли, грязи, травы и т. д. Привязку трассы к реперам и маркам государственной нивелирной сети обычно производят в начале и конце трассы автомобильной дороги а)

Реп

Р и с . 26.1. Схема геометрического продольного и поперечного нивелирования трассы автомобильных дорог по пикетажу: а — установка прибора между связующими точками в профиле; б — в плане; / —привязка трассы к реперам и маркам государственной нивелирной сети; 2 — поперечник

(а иногда и в промежуточных точках) (рис. 26.1, б). Высотную привязку трассы производят двойным нивелирным ходом либо нивелированием в два нивелира с допускаемой невязкой не более ±50>/Z мм (где L—дли­ на двойного нивелирного хода в км). При привязке трассы к реперам и маркам рейки устанавливают на специальные металлические башмаки, костыли или на твердые местные предметы (камни, корни деревьев и т. д.). Если вблизи трассы нет реперов или марок государственной ниве­ лирной сети, привязку ведут лишь к притрассовым реперам в начале, в конце и вдоль трассы в условных высотах. Привязку к реперам государственной нивелирной сети, обычно разме­ щаемым невысоко над поверхностью земли, осуществляют в обычном порядке. Привязка к маркам, размещаемым на высоте порядка 2—2,5 м над по­ верхностью земли, имеет некоторые специфические особенности. Ее про­ изводят двумя способами. Первый способ состоит в том, что в отверстие марки вставляют сталь­ ной штифт, на который подвешивают специальную подвесную рейку длиной 1,2 м с сантиметровыми делениями. Во втором способе, наиболее часто применяемом на практике, в от­ верстие марки вставляют гвоздь либо котировочную шпильку нивелира и перевернув обычную нивелирную рейку (желательно телескопиче­ скую), прикладывают е е пяткой к гвоздю или шпильке. Далее, установив нивелир приблизительно в середине между маркой и первой связующей точкой нивелирного хода (рис. 26.2) берут «отсчет назад» ( - а ) на марку и «отсчет вперед» Ъ на связующую точку. Высоту первой связующей точки после этого определяют по форму­ ле: Н

ь

= Н

и

+ ( - а ) — Ъ,

(26.1)

где Н — высота марки; а—«взгляд на марку» (вводят в расчет с о знаком минус поскольку марка всегда расположена выше горизонта прибора). Нивелирование трасс автомобильных дорог обычно осуществляют в два нивелира. Первый нивелиров­ щик (как правило, более опытный) берет отсчеты на все связующие и промежуточные точки, а второй — только на связующие. В конце каж* дого рабочего дня вычисляют превы­ шения между связующими точками , (или их высоты) и сравнивают ре­ зультаты между собой. ЕСЛИ между Р и с. 26.2. Привязка трассы к марке некоторыми связующими точками государственной нивелирной сети ы

i

обнаруживают недопустимые расхождения в результатах первого и в т о ­ рого нивелирования, то между этими точками осуществляют третье (кон­ трольное) нивелирование. П р и геометрическом нивелировании трасс автомобильных д о р о г в д в а нивелира отсчеты берут только по черным сторонам реек. Д л я у д о б ­ ства обработки результатов нивелирования и обеспечения достаточно высокой производительности нивелирования отсчеты целесообразно брать с округлением д о 5 мм. Допустимую невязку геометрического н и ­ велирования по трассе автомобильных дорог принимают ± 100 VZ, м м (где L — длина двойного нивелирного хода, км). В населенных пунктах, на пересечениях дорог, н а участках мостовых переходов, а также п р и привязке трассы к пунктам государственной нивелирной сети допускае­ м у ю невязку принимают равной ±50>/Z, м м . В ходе нивелирования трассы ведут полевой журнал нивелирования, куда записывают задние, передние и промежуточные отсчеты. Записи в е ­ дут карандашом, четким почерком, при этом пользоваться резинкой д л я исправления отсчетов не допускается. К а ж д у ю страницу журнала ниве­ лирования всегда начинают задним, а заканчивают передним отсчетом н а очередную с в я з у ю щ у ю точку или на репер. Н а каждой странице полевого журнала делают постраничный контроль (табл. 26.1). Постраничный контроль, в котором участвуют л и ш ь связующие точки, основан н а и с ­ пользовании следующих зависимостей: h =a -b =H -H ; l

l

l

l

0

К =°, -К =#« -н*-\; Н

И

Н

где Ль hi, Л — превышения между связующими точками; а\, а2, а —задние отсчеты; Ь\, Ь —передние отсчеты; Н Но—разность высот начальной и конечной точек. к

к

к

к

Высоты промежуточных точек в постраничном контроле не участву­ ют. Вычисление высот связующих и промежуточных точек, как правило, ведут через горизонт прибора (табл. 26.1). Полученные невязки геометрического нивелирования трасс автомо­ бильных дорог, если они не превышают допустимых значений, распреде­ л я ю т поровну с обратным знаком между пикетами. Завершив обработку журнала нивелирования, производят построение продольного профиля земли по оси дороги, который является одним из

главных исходных документов для последующего проектирования зем­ ляного полотна и искусственных сооружений автомобильных дорог. Таблица № Ст.

Набл. Точки

перед­ ний, Ъ

+h

-h

а

проме­ жуточ­ ный 4

5

6

7 0200

1

2

3

1

Рп. 5 ПКО +20 +65 +80 ПК1 X ПК2

0730 1450

2

3

Гори­ зонт прибо­ ра Н,

Превышения

Отсчеты по рейке задний,

8

Высота точки,

26.1

Приме­ чания

Н 9

10

100,73 101,25

0930 1630 1850 2170

2150 1200 I a = 5530

l a - 2 b = + 0470;

2360 1450 0320

101,04 100,79

0910 0700 0880

£Ь = 5060 + 1580 Eh = +0470;

- 1110

+0470

tf -H K

0

= + 0470

В последние годы стали находить применение при изысканиях реги­ стрирующие (электронные) нивелиры, позволяющие регистрировать ре­ зультаты измерений на магнитные носителя информации и выполнять об­ работку результатов измерений (см. гл. 11, § 11.7). Использование реги­ стрирующих нивелиров в практике отечественных изысканий автомо­ бильных дорог является весьма перспективным, поскольку позволяет автоматизировать процесс регистрации, обработки д а н н ы х геометриче­ ского нивелирования и обеспечивает автоматизированную подготовку продольных и поперечных профилей земли на плоттерах. 26.2. НИВЕЛИРОВАНИЕ КРУТЫХ СКЛОНОВ, ОВРАГОВ, ЗАБОЛОЧЕННЫХ УЧАСТКОВ МЕСТНОСТИ

Н а участках автомобильных дорог с большими продольными уклона­ ми местности при нивелировании трассы приходится решать задачу ни­ велирования крутых склонов. В настоящее время нивелирование крутых склонов осуществляют од­ ним из с л е д у ю щ и х способов. Геометрическим нивелированием. При геометрическом нивелирова­ нии крутых склонов расстояний между прибором и рейками, установлен­ ными на связующих точках, может оказаться недостаточным для получе­ ния резкого изображения реек в поле зрения трубы. Поэтому в таких слу357

чаях используют способ установки нивелира в сто­ роне от трассы (рис. 26.3). ГК20\ Х7\ При нивелировании стремятся выбирать удоб­ ные места для стоянок прибора при обеспечении видимости и приблизи­ тельно равных расстояний б) до снимаемых связующих ГК21 точек. Тригонометрическим нивелированием с исполь­ зованием электронного та­ ГК2

Р и с . 27.5. Схемы разбивки клотоидных кривых способом: прямоугольных координат (а), полярных координат (б)

Способ прямоугольных координат. Длину кривой до заданной точки на кпотоиде определяют (см. рис. 27.5, а) L

n

= In.

(27.8)

Прямоугольные координаты определяют по формулам (25.7). Техни­ ка работы с приборами остается точно такой же, как и при разбивке кру­ говых кривых. Способ полярных координат заключается в отложении от тангенса из точки начала кривой полярных углов 5 и длин радиусов-векторов S (рис. 27.5, б). Задавшись строительным шагом разбивки по формуле (27.8), опреде­ ляют расстояния д о соответствующих точек по клотоиде. П о формулам (25.7) вычисляют прямоугольные координаты х„ и у„ соответствующих точек. Для перехода к полярным координатам вычисляют д л и н ы радиу­ сов-векторов по формуле (27.6) и полярные углы по формуле Л

5„ = arctg — .

n

(27.9)

Для детальной разбивки клотоидных кривых способом полярных ко­ ординат целесообразно использовать электронные тахеометры либо оп­ тические теодолиты со светодальномерными насадками. Техника разбив­ ки остается такой же, как и для круговых кривых. 27.3. ДЕТАЛЬНАЯ РАЗБИВКА ВЕРТИКАЛЬНЫХ КРИВЫХ

Вертикальные кривые продольного профиля автомобильных дорог обычно представляют квадратными параболами, которые при сравни­ тельно небольшом удалении от своей в е р ш и н ы мало отличаются о т кру­ говых кривых — выпуклыми (рис. 27.6, а) или вогнутыми (рис. 27.6, б). В качестве элементов продольного профиля автомобильных дорог ис­ пользуют также восходящие и нисходящие ветви вертикальных выпук-

Р и с. 27.6. Схемы разбивки вертикальных кривых от: тангенсов (а); вершины (б)

лых кривых, а также нисходящие и восходящие ветви вертикальных во­ гнутых кривых. Разбивку вертикальной кривой обычно осуществляют двояким спо­ собом: л и б о от тангенсов, касательных к вертикальной кривой в начале и конце ее (см. рис. 27.6, а), либо о т вершины кривой, т. е. о т касательной в ее вершине, которая горизонтальна (см. рис. 27.6, б). Ш а г разбивки вертикальной кривой принимают равным строительно­ му шагу, который, учитывая б о л ь ш и е значения радиусов вертикальных кривых, как правило, п р и н и м а ю т не менее / = 20 м. П р и такой длине строительного шага разбивки между с м е ж н ы м и точками продольного профиля допускается линейная интерполяция высот, а полученная таким образом ломаная является дискретным аналогом вертикальной кривой. При разбивке вертикальных кривых вычисления ведут по формулам (см. рис. 27.6):

2R

2 2

lm

=

Rim \ h

m

'

(27.10)

2

/ = ±-^- = 2R

Ri ±—^, 2

где х — расстояние от начала (или конца) вертикальной кривой д о искомой точки М\ у — превышение о т тангенса д о искомой точки М\ R — радиус вертикальной кривой; /„ и i — уклоны проектной линии от продольного профиля соответственно в точках N и М\ 1 —расстояние вершины кривой д о искомой уочки М\ h — превышение между вершиной кривой и искомой точкой М. В ы с о т ы точек вертикальной кривой вычисляют: при разбивке о т тан­ генсов т

т

m

т

m

Н

= Я„ + i„x

т

m

(

±

2

7

Л

1

)

при разбивке от в е р ш и н ы кривой if

-

п

-

т

н

по л : —

_

II

(27.12)

По х — - ,

2 2R г д е Н — высота искомой точки М\ Н„—высота точки начала (или конца) вертикальной кривой; Но — высота вершины кривой. В формулу (27.11) уклон тангенса / вводят со своим знаком. В формуле (27.12) знак (+) принимают для вертикальных вогнутых кривых, а знак ( - ) — для вертикальных выпуклых. После выполнения всех разбивочных расчетов точки на местности обозначают колышками или визирками, которые забивают на проектную т

а

высоту и надписывают. При больших величинах рабочих отметок (высот насыпей или глубин выемок) на местности разбивают линии, параллель­ ные проектной и отстоящие от нее на некоторую высоту ДА. По мере возведения земляного полотна высотные колышки или ви­ зирки соответствующим образом перемещают. При автоматизированном проектировании линии продольного про­ филя обычно отказываются от использования жесткого класса функций (параболические кривые и сопрягающие их прямые) и получают проект­ ную линию,представленную или кривыми переменного радиуса («метод граничных итераций»),или сплайн-функциями. В этом случае обязатель­ но получают таблицу с высотами точек проектной линии с интервалом, равным строительному шагу / = 20 м. 27.4. РАЗБИВКА ПОПЕРЕЧНИКОВ НА КРИВОЙ

Направление поперечных створов на трассе необходимо знать для разбивки элементов земляного полотна и осей искусственных сооруже­ ний. Н а прямолинейных участках трассы эта задача решается сравнитель­ но просто. Для этого в точке поперечника на трассе с п о м о щ ь ю оптиче­ ского теодолита или эккера откладывают угол р„ = 90°. На круговой кривой определение поперечных створов, нормальных к трассе осуществляют одним из с л е д у ю щ и х спо­ собов: восстановление пер­ пендикуляра в середине хорды (рис. 27.7, а); построением биссек­ трисы угла между двумя хордами одинаковой д л и ­ ны (рис. 27.7, б);

Р и с. 27.7. Схемы разбивки поперечников на кривых: а — восстановлением перпендикуляра в середине хорды; б — по биссектрисе угла между двумя хордами равной длины; в — по углу между направлением на начало кривой и нормалью; г — по магнитному азимуту нормали

построением угла ц/„ в точке кривой п между хор­ дой, стягивающей точку п и начало кривой Н К , и направлением нормали (рис. 27.7, в). Угол цг„ оп­ ределяют по формуле: о_«Ф i | / = 90< =

w

9 0

(27.13)

где п — порядковый номер точки на кривой или число интервалов / до разбиваемого поперечника;

При наличии поперечного уклона местности разбивка элементов зем­ ляного полотна несколько усложняется. К а к следует из рис. 27.8, б, рас­ стояния 1\ и /2 от оси трассы неодинаковы. Положение точек С\ и С мо­ жет б ы т ь легко найдено, если от точки О отложить наклонные расстоя­ ния СУС\ и 0 ' С . Если обозначить угол поперечного наклона местности 0'С\С\ через v, а угол откоса насыпи через Р, тогда из треугольников и О'СгСг по теореме синусов получим наклонные расстояния 1\ и / (см. рис. 27.8, б): 2

1

2

2

2

sin(p - v ) S i n P

( 2 7 2 1 )

• 1г = '* mh) 2 Jsin(P + v ) +

Учитывая, что tg P = Mm и tg v = \ln м о ж н о в формулах (27.20) — (27.21) заменить синусы на тангенсы, тогда после соответствующих пре­ образований наклонные расстояния /1 и / через заложения откосов т и склона и: 2

ы

» 2

^

^

(

п+т

^VlT7

В + mh f L = — \2 )

2

7

2

2

)

(27.23)

п-т

Очевидно, что положение проекций бровок А\ и А{ м о ж н о опреде­ лить, отложив наклонные расстояния Ъ\ и Ь от оси 0 ' 2

2cos v Представленный в ы ш е способ разбивки элементов земляного полот­ на автомобильных дорог на косогоре дает быстрые и точные результаты при однообразном угле наклона местности, измеряемом непосредственно геодезическим прибором или определяемом по поперечному профилю. При значительной разности в поперечных уклонах местности вправо и влево от оси трассы, при определении расстояний /1 и / в формулы (27.22) и (27.23) вводят соответствующие значения заложений склонов местно­ сти п и при этом оказывается, что Ь\ Ф 6 . Аналогичным образом при наличии поперечного уклона местности осуществляют и разбивку выемок: 2

2

(27.25) ) n+ m

+ b

(27.26) K

+mh J

n-m

Разбивку поперечных профилей земляного полотна обычно осущест­ вляют со строительным шагом 20 м. Разбивку осуществляют н а к л о н н ы е лучом теодолита, либо лазерного визира, а иногда и с помощью створных визирок и откосников. Вдоль отбитых п о д о ш в А В насыпей и бровок в ы е м о к прокладывают борозду, о б о ­ з н а ч а ю щ у ю их положение, ставят створные визирки, показывающие высоту на­ сыпи и откосники, у к а з ы ­ в а ю щ и е направления отко­ насыпей и выемок Р и с . 27.9. Схема планировки земляного полотна сов (рис. 27.8, в). П о мере возве­ по опорным и ходовой визиркам дения земляного полотна в и зирки и откосники перемещают по откосу. Окончательную планировку земляного полотна осуществляют буль­ дозерами и автогрейдерами. И х работу контролируют по кольям разбив­ ки оси и бровок земляного полотна, а также по визиркам, о п о р н ы м Aw В и ходовой С, устанавливаемой на рабочем органе землеройной ма­ ш и н ы (рис. 27.9), либо используют для этой цели лазерные системы полу­ автоматического или автоматического управления работой рабочих орга­ нов землеройных машин и механизмов. Проектные высоты характерных точек поперечного профиля д о р о ж ­ ного полотна вычисляют от проектной высоты бровки Н по проектным уклонам / , U b и ширине отдельных элементов верхней части земляного полотна a, b (рис. 27.10). Например, проектную высоту оси д н а корыта Н для устройства дорожной одежды определяют: 0

к

B+JB

В+Аб В

Р и с . 27.10. Схема разбивки верхней части земляного полотна

Н

к

= Н + ш'о + (6/2)/ — Л , к

(27.27)

где Н — проектная высота бровки земляного полотна; а — ширина обочины; / — п о п е р е ч н ы й у к л о н о б о ч и н ы ; Ь — ш и р и н а п р о е з ж е й части; / — поперечный уклон проезжей части; А — глубина корыта. При возведении земляного полотна отклонения от проекта допуска­ ются не более: а) в высотах бровок земляного полотна с учетом поправок на осадку ± 5 см; б) по ширине корыта ± 5 см; в) по поперечному уклону корыта ± 5%о; г) по продольному уклону кюветов и нагорных канав ± 1 %о. 0

к

27.6. АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫМИ ПРОЦЕССАМИ

Механизированные методы производства строительных работ требу­ ют использования специальных геодезических приборов и устройств, по­ зволяющих производить разбивочные работы и вынос проекта в натуру, элементы которых соединены с управляющими устройствами рабочих органов дорожно-строительных машин и механизмов. Для автоматиза­ ции процессов производства строительных работ используют такие при­ боры и устройства, которые обеспечивают непрерывную установку рабо­ чих органов дорожно-строительных машин и механизмов в такое поло­ жение, при котором они строго следуют по заданному направлению, ук­ лону и на проектной высоте. В настоящее время в практике строительства автомобильных дорог и сооружений на них нашли применение несколько методов управления работой машин и механизмов. Системы копирования. Основная идея использования систем копиро­ вания состоит в том, что параллельно проектной поверхности с использо­ ванием геодезических приборов (нивелиров, теодолитов и т. д.) устанав­ ливают натянутую копирную струну, по которой движется соединенный с дорожно-строительной машиной датчик, преобразующий в электриче­ ские сигналы уклонения рабочего органа м а ш и н ы от заданного положе­ ния. Электрические сигналы воздействуют на механизмы управления ра­ бочими органами машин и механизмов, возвращая их в проектное поло­ жение. Так, для планирования земляного полотна в отечественной практике дорожно-строительных работ по копирной струне используют систему автоматического геодезического управления работой отвала автогрейде­ ра «Профиль-20». Для стабилизации рабочего отвала автогрейдера в про­ дольном направлении используют датчик, устанавливаемый в подъем­ ном устройстве отвала и контролирующий положение отвала по высоте через щуп относительно натянутой в заданном направлении копирной

струны. Система «Профиль-20» имеет также стабилизатор отвала в попе­ речном направлении. Устройство д о р о ж н ы х одежд с асфальтобетонными и цементобетонными покрытиями часто осуществляют с использованием высокопроиз­ водительных комплектов типа Автогрейд (ДС-100, ДС-110), а также дру­ гих рельсовых и безрельсовых бетоноукладочных машин. Укладку кон­ структивных слоев осуществляют полосами шириной по 3—4 м. Безрельсовые бетоноукладочные механизмы создают проектную по­ верхность относительно установленной в заданном направлении копирной струны. При использовании рельсовых бетоноукладочных машин качество строительных работ по сооружению цементобетонных д о р о ж н ы х покры­ тий во многом определяются точностью установки рельс-форм, я в л я ю ­ щихся одновременно и опалубкой. Рельс-формы устанавливают по тео­ долиту параллельно продольной оси полосы на расстояниях, кратных ширине плиты. В высотном отношении рельс-формы устанавливают в проектное положение с помощью нивелира с запасом на 2—3 мм на осадку основания. Одновременно с установкой рельс-форм производят плановую раз­ бивку температурных и усадочных швов (швов расширения и сжатия). После завершения укладки бетона и бетоноотделочных работ о с у щ е ­ ствляют исполнительное нивелирование при установке рейки непосред­ ственно на бетон. Высоты бетонной поверхности не д о л ж н ы отличаться более чем на ± 10 мм от проектных. При обнаружении отклонений более чем на 10 мм бетоноукладочную машину возвращают назад, корректиру­ ют установку рельс-форм и доводят уровень еще не затвердевшего бетона до проектной высоты. При сооружении искусственного покрытия полосы из с б о р н ы х желе­ зобетонных плит производят плановую и высотную разбивку угловых т о ­ чек плит. После укладки плит осуществляют контрольное нивелирование стыков плит, которые не д о л ж н ы иметь уступов высотой более 2 м м . Система продольного уклона имеет лыжу, скользящую по спланиро­ ванной поверхности земляного полотна. Электрические сигналы от дат­ чика уклона фиксируют отклонения рабочего органа м а ш и н ы от заданно­ го положения и, воздействуя на механизмы управления, устанавливают его в проектное положение. Системы сравнения толщины слоя, используемые при планировоч­ ных работах и разработках выемок автомобильных дорог, устроены сле­ д у ю щ и м и образом. На удлиненной базе землеройной м а ш и н ы (бульдозе­ ра, автогрейдера или скрепера) размещены две л ы ж и , одна из которых следует по естественному грунту перед ножом отвала, а другая — по уже спланированной поверхности сзади м а ш и н ы . С п о м о щ ь ю датчиков кор-

Приемная

Р и с . 27.11. Схема планировки земляного корыта с использованием прибора управления лазерным лучом ПУЛ

ректируется положение планирующей части машины и, таким образом, автоматически обеспечивается нужная толщина снимаемого слоя грунта. Лазерные системы управления. Простейшим способом визуального контроля за положением рабочего органа строительной м а ш и н ы является использование опорного светового луча лазерного визираЛВ-5, лазерных визиров (насадок) к серийным отечественн лм теодолитам ЛВТ (см. рис. 9.4) и нивелирам ЛВН(ш. рис. 11.9), отечественных лазерных ниве­ лиров типа НЛ-30 (см. рис. 11.10) или Лимка-Горизонт (см. рис. 11.8) и теодолитов ЛТ (см. рис. 9.5) анализ оператором положения светового пятна относительно центра марки-экрана, устанавливаемого на рабочем органе машины. П о положению пятна оператор с п о м о щ ь ю гидравличе­ ской системы управления корректирует положение рабочего органа строительной машины. При планировке земляного полотна по световому лазерному лучу весьма эффективным является использование прибора управления лазер­ ным лучом ПУЛ, состоящего из двух станций — направляющей и прием­ ной. Н а п р а в л я ю щ е е устройство, устанавливаемое на штативе, создает в пространстве наклонный луч заданного уклона. Луч посредством ин­ фракрасного фильтра и специальной призмы делится по частотам 900—1500 Кц на верхнюю и н и ж н ю ю части с четкой границей между ними в виде равносигнальной зоны РСЗ, которую используют для уста­ новки рабочего органа машины в заданное по высоте положение (рис. 27.11). С помощью сборного красного и зеленого фильтра световому потоку придают разную окраску с разделением по вертикали. Оператор по окра­ ске луча может судить об отклонении строительной м а ш и н ы от заданного направления вправо или влево и соответственно корректировать ее дви­ жение. Приемная станция, устанавливаемая на рабочем органе машины, с по­ м о щ ь ю электромагнитов воздействует на гидравлическую систему управления рабочим органом, обеспечивая автоматическую установку его в заданное положение. При планировке участков местности большой площади (например, городские площади, аэродромы и т. д.) и обеспечения одновременного

контроля и управления рабо­ той многих землеройных ма­ шин и механизмов применя­ ют лазерные системы (ниве­ лиры), создающие опорные световые горизонтальные, вертикальные или наклон­ ные плоскости, например ни­ велир отечественного произ­ водства НЛЗО (см. рис. 11.10), а также импортные лазерные системы (рис. 27.12). Навигационные систе­ Р и с . 27.12. Лазерная система Laserplane-350: мы. Появление систем спут­ а — лазер; б — фотоприемник никовой навигации «GPS» и внедрение их в практику геодезических работ позволило создать новые системы автоматизирован­ ного управления работой дорожно-строительных машин и механизмов, в которых с п о м о щ ь ю многоканальных приемников «GPS», определяющих координаты в режиме реального времени, и бортовых компьютеров осу­ ществляется вычисление поправок при уклонении машин и механизмов от заданного направления и возвращение их в проектное положение.

Глава 28. Г Е О Д Е З И Ч Е С К И Е Р А Б О Т Ы П Р И И З Ы С К А Н И Я Х И СТРОИТЕЛЬСТВЕ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ И ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ 28.1. ЭЛЕМЕНТЫ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

Автомобильные дороги пересекают многочисленные периодические водотоки, ручьи, реки, пруды и водохранилища. Для перехода через водные преграды строят систему инженерных со­ оружений, называемую переходом водотока. Переходы через водотоки классифицируют по типам основного ис­ кусственного сооружения. Для непосредственного пересечения водотока могут быть построены: постоянный мост — сооружение, пропускающее дорогу над водным препятствием (рис.28.1); транспортный тоннель — сооружение, пропускающее дорогу под водным препятствием (рис. 28.2); наплавной мост, пропускающий дорогу по понтонам в течение значи­ тельной части года с положительными температурами; паром — подвиж-

5 / . J

JJ

к

L

P и с. 28.1. Постоянный мост через реку: У — фундамент опоры; 2 — опора моста; 3 — береговой устой; 4 — металлическое пролетное строение с ездой понизу; 5 — железобетонное пролетное строение с ездой поверху

Р и с . 28.2. Транспортный тоннель: а — продольный профиль тоннельного перехода; б — поперечный профиль подводного участка; в — поперечный профиль сухопутного участка; У — шахта; 2 — пионерная шахта и штольня; 3 — пешеходный проход; 4 — тоннель для автотранспорта; 5 — вентиляционные каналы; 6 — вытяжной канал; 7 — проезжая часть; 8 — покрытие

Мостовой переход — это часть автомо­ бильной дороги, представляющая собой комплекс инженерных сооружений (рис. 28.3), состоящий из моста, пересекающего собственно водоток; подходов к мосту — насыпей с укрепленными откосами, перио­ дически подтапливаемых водой в паводки; регуляционных и з а щ и т н ы х сооружений, призванных защищать мост и подходы от Р и с . 28.3. План и продольный вредного воздействия водного потока. профиль мостового перехода: Мост и подходы к нему являются основ­ / — мост; 2 — подходы к мосту; 3 — струенаправляющие дамбы; ными сооружениями транспортного назна­ 4 — струеотбойные траверсы; I — чения, по которым осуществляется д в и ж е ­ III — характерные участки продольного профиля ние транспортных потоков. Регуляционные и защитные вспомогательные сооружения являются неотъемлемой частью мостового перехода, без которых в боль­ шинстве случаев невозможно обеспечить сохранность и нормальную ра­ боту основных сооружений перехода. На реках с большой шириной разлива нередко кроме основного мос­ та, перекрывающего русло реки, дополнительно устраивают один или не­ сколько мостов на пойме. Для обеспечения круглогодичного проезда транспортных потоков мосты и подходы к ним устраивают, как правило, незатопляемыми (см. рис. 28.3). Опоры мостов сооружают обычно из сборного или сборно-монолит­ ного железобетона, а пролетные строения с ездой поверху и понизу дела­ ют металлическими, сталежелезобетонными или железобетонными. Опоры мостов фундируют на безопасную глубину с учетом неизбеж­ ных понижений отметок д н а подмостового русла (размывов). Проектные высоты проезда по насыпям подходов и пролетам моста д о л ж н ы обеспе­ чивать мостовой переход от переливов в высокие паводки и обеспечивать беспрепятственный пропуск судов под судоходными

пролетами.

Насыпи подходов и регуляционных сооружений подвержены вредно­ му воздействию водного потока (волнобой, ледоход, продольные тече­ ния) и поэтому их откосы и подошвы укрепляют специальными защитны­ ми сооружениями (плоские сборные железобетонные или монолитные покрытия, каменные призмы — рисбермы и т. д.). 394

28.2. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПРИ ИЗЫСКАНИЯХ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

О д н и м из основных видов информации о местности, необходимой для разработки проектов мостовых переходов, являются материалы ин­ женерно-геодезических изысканий. Состав изыскательских работ, мас­ штабы, точность и объемы топографических съемок во многом зависят от стадии проектирования ( Т Э О — технико-экономическое обоснование, И П — инженерный проект, Р Д — рабочая документация или Р П — рабо­ чий проект). Однако в соответствии с перечнем инженерных задач, решаемых при проектировании мостовых переходов, для любой стадии проектирования в том или ином объеме при изысканиях выполняют следующие виды ос­ новных работ: инженерно-геодезические работы, связанные с трассированием мос­ т о в ы х переходов, созданием планово-высотного обоснования съемок, выполнением теодолитных и топографических съемок, съемками про­ д о л ь н ы х и поперечных профилей и т . д . ; гидрологические обследования, связанные со сбором материалов, ха­ р а к т е р и з у ю щ и х режим водотока, морфометрическими обследованиями речной д о л и н ы ; гидрометрические работы, заключающиеся в съемках речного дна русла, определении скоростей течения, расходов воды, уклонов свобод­ ной поверхности, характеристик руслового процесса и т. д.; инженерно-геологические работы по составлению геолого-литологических разрезов, почвенно-грунтовым, гидрогеологическим обследо­ ваниям, поиску местных дорожно-строительных материалов; прочие работы, связанные с обследованиями для проектирования мостовых переходов в условиях взаимодействия с другими гидротехни­ ческими сооружениями, установлением условий судоходства и лесоспла­ ва и т. д. Н е о б х о д и м о отметить, что все перечисленные основные виды изы­ скательских работ проводят с обязательным использованием методов геодезии. Для выполнения изыскательских работ создают специализиро­ ванные партии (экспедиции), укомплектованные необходимыми геодези­ ческими приборами и другим оборудованием. Изыскания мостовых переходов осуществляют в три этапа: подгото­ вительный, полевой и камеральный. В подготовительный период перед выездом в поле изучают и м е ю ­ щиеся материалы на район изысканий: топографические, гидрометеоро­ логические, геологические, геоморфологические и экономические.

В первую очередь собирают и изучают имеющиеся картографические и аэрофотосъемочные материалы на район изысканий. В подготовительный период осуществляют предварительное трасси­ рование вариантов мостового перехода, устанавливают объемы полевых изыскательских работ, укомплектовывают изыскательскую партию (экс­ педицию) персоналом и оборудованием. Инженерно-геодезические работы в полевой период заключаются прежде всего в производстве топографических съемок с целью получения ситуационных и топографических планов, а также Ц М М в объеме, доста­ точном для обоснования выбора наиболее рационального створа перехо­ да и для проектирования всех его основных сооружений (мост, подходы, регуляционные сооружения). Ситуационный план в масштабе, как правило, не мельче 1:5000 сни­ мают в пределах зоны, охватывающей все принципиальные варианты трассы мостового перехода в тех случаях, когда имеющиеся картографи­ ческие и аэрофотосъемочные материалы по объему недостаточны или у ж е устарели. Ситуационный план снимают на всю ширину разлива реки в паводки с запасом ориентировочно е щ е на 200 м в стороны за линии урезов при расчетном уровне высокой воды (РУВВ). Длину участка съемки по реч­ ной долине принимают не менее 1,5 ширины разлива вверх и вниз от оси каждого варианта трассы. Поэтому при сравнительно близко располо­ ж е н н ы х вариантах трассы мостового перехода снимают общий план, ох­ ватывающий все принципиальные варианты плюс по 1,5 ш и р и н ы разлива вверх и вниз по реке от крайних вариантов трассы мостового перехода. На ситуационных планах фиксируют все варианты трассы мостового перехода, русло реки, староречья, протоки и озера, линии границы разли­ ва реки в паводки, населенные пункты, отдельные здания и сооружения на пойме, существующие автодорожные и железнодорожные мостовые переходы и другие гидротехнические сооружения, воздушные и подзем­ ные коммуникации, морфостворы "и гидростворы, водомерные посты и т.д. Ситуационные планы мостовых переходов снимают малогабаритны­ ми оптическими теодолитами (типа 2Т30, 2Т30П, 4Т30П и т. д.), элек­ тронными тахеометрами, аэрокосмическими методами или наземно-космическими методами с п о м о щ ь ю систем спутниковой навигации «GPS». Использование трех последних современных методов сбора информации о местности является особенно эффективным при изысканиях мостовых переходов. На рис. 28.4 представлен образец ситуационного плана с нанесенны­ ми на него положениями морфостворов и гидростворов, водомерных по-

о

•

та

ник

л*\КУР Р .

Кустарник*: Площадь детальных съемок о1, о2,... об водпосты

Р и с. 28.4. Ситуационный план мостового перехода

стов, а также границ разлива реки. Н а плане выделены участки, подлежа­ щие подробной топографической съемке. Детальную топографическую съемку для составления крупномас­ штабных планов и Ц М М выполняют, как правило, для окончательно у с ­ тановленного направления варианта мостового перехода. Размеры д е ­ тальной топографической съемки устанавливают исходя из необходимо­ сти проектирования моста, подходов к нему, струенаправляющих дамб, струеотбойных траверсов, срезок пойменных берегов, спрямлений русел, берегоукреплений, строительных площадок, цементобетонных ( Ц Б З ) и асфальтобетонных (АБЗ) заводов, площадок В О Х Р и т. д . Размеры под­ водных съемок назначают исходя из необходимости оценки русловой ситуации в районе мостового пере­ хода, типа и количественных характеристик русло­ вого процесса, оценки условий судоходства и спла­ ва. Топографические съемки выполняют обычно в масштабах 1:2000 для больших мостовых перехо­ дов и 1:1 ООО — для средних и малых мостовых переходов. Ситуационным и топографическим съемкам предшествует создание съемочного обоснования. О б ы ч н о съемочное обоснование мостовых перехо­ дов создают в виде замкнутых полигонов с диаго­ нальными и, при необходимости, висячими ходами и микротриангуляцией (рис. 28.5). Измерения горизонтальных углов ведут полным приемом с допустимой угловой невязкой / р = 1,5-v/w. Измерение длин сторон полигона произ-

Р и с. 28.5. Съемочное обоснование мостового перехода: / — замкнутый полигон; 2 — диагональный ход; — висячий ход; 4 микротриангуляция

водят светодальномерами или компарированными лентами, или рулетка­ ми с допустимой относительной невязкой 1:2000. Эффективным является измерение длин линий светодальномерами или электронными тахеомет­ рами, что особенно важно в связи с необходимостью измерения непри­ ступных расстояний через водные преграды. Высоты съемочных точек, как правило, определяют геометрическим нивелированием с допустимой невязкой f = +50 мм V Z , где L — длина двойного нивелирного хода, км. Привязку съемочного обоснования производят к пунктам государствен­ ной геодезической сети или чаще — к трассе мостового перехода, при этом последнюю включают в съемочное обоснование. К р о м е топографической съемки планов, в состав геодезических работ при изысканиях мостовых переходов входят: разбивка вариантов трассы (вешение линий, закрепление трассы, раз­ бивка пикетажа, двойное нивелирование по оси трассы, съемка попереч­ ников); разбивка морфостворов и гидростворов, необходимых для выполне­ ния гидравлических расчетов по морфометрическим характеристикам русла и пойм, а также для производства гидрометрических работ (рис. 28.6). Разбивку морфостворов и гидростворов часто производят ме­ тодом тригонометрического нивелирования; съемка продольного профиля реки, на который наносят профиль дна по фарватеру, профиль свободной поверхности потока при межени и вы­ сокой воде, бровки русла по правому и левому берегам, зафиксированные точки уровней высоких и исторических паводков и т. д. (рис. 28.7); геодезическое обоснование гидрометрических работ (измерение ско­ ростей течения и расходов воды; промеры глубин; измерение траекторий судов, плотовых составов, льдин и поплавков); геодезическое обоснование инженерно-геологических работ (плано­ во-высотная привязка геологических выработок, съемки карьеров и ре­ зервов грунта); геодезические работы по обследованию существующих инженерных сооружений; съемка пересекаемых коммуникаций. При производстве геодезических работ в ходе изысканий мостовых переходов на современном этапе широко применяют аэрофотосъемку (аэротопографические работы, аэроморфометрические и аэрогидромет­ рические работы), наземную фотограмметрию (фототеодолитные съем­ ки, особенно эффективные при морфометрических работах и обследова­ нии с у щ е с т в у ю щ и х инженерных сооружений), электронную тахеомет­ р и ю и наземно-космические съемки с использованием систем спутнико­ вой навигации «GPS». Эти современные методы сбора информации о местности позволяют резко повысить производительность полевых раh

Ш30Й J Ml

1»

г

111 1$

•Hi

бот и максимально автоматизировать процесс камеральной обработки материалов изысканий. В камеральный период ведут обработку данных полевых работ, гото­ вят ситуационные и топографические планы, профили, Ц М М , готовят от­ четы о проведенных полевых работах. Ш и р о к о е использование систем автоматизированного проектирования (САПР-АД), автоматизированных систем цифровой фотограмметрии ( А С Ц Ф ) , например «Photomod», ком­ пьютерной техники и сопутствующих устройств (лазерных принтеров, графопостроителей, сканеров и других средств автоматизации) на совре­ менном этапе в ходе камеральных работ является обязательным. 28.3. РАЗБИВОЧНЫЕ СЕТИ МОСТОВ И ПУТЕПРОВОДОВ

Разбивочные сети служат для обеспечения выноса проектов мостов и путепроводов в натуру. В ы н о с проектов осуществляют в соответствии с основным принципом геодезии — «от общего к частному», т. е. от точ­ ных измерений всей д л и н ы перехода к локальным разбивкам опор и про­ летов. О т пунктов разбивочной сети выносят в натуру и контролируют центры опор, от которых разбивают оси опор, и от осей — конструкции на опоре. При проектировании разбивочной геодезической сети моста или пу­ тепровода учитывают: удобство разбивки и ' контроля центров опор; сохранность пунктов сети в ходе строительства и после его заверше­ ния; технологию строительства и его очередность при создании разбивоч­ ной сети в несколько этапов; необходимость увязки расположения пунктов сети с генеральным планом строительства с целью их сохранности и на период эксплуатации. Геодезические измерения в разбивочных сетях на мостовых перехо­ дах имеют специфические особенности и связаны с необходимостью из­ мерений н а д водной поверхностью и необеспеченной видимостью вдоль берегов из-за застройки или залесенности. По сравнению с государственными геодезическими сетями разбивоч­ ные сети мостов отличаются сравнительно короткими длинами сторон (от 0,2—0,5 до 1—2 км). Однако требуемая точность измерений остается весьма высокой. Средняя квадратическая ошибка угловых измерений не д о л ж н а превышать 1,5—2". Для того чтобы служить основой д л я произ­ водства разбивочных работ, опорные сети д о л ж н ы быть определены с точностью в 2 раза большей, чем разбиваемые с них центры опор. У ч и ­ тывая, что допустимая средняя квадратическая ошибка определения п о ­ ложения центров опор нормируется не более ± 12 мм, положение пунктов 14э-з

401

плановой геодезической сети должно быть определено с допустимой ошибкой не более ± 6 мм. Разбивочные сети мостов и путепроводов создают методами триангу­ ляции, трилатерации, полигонометрии, а также путем создания специаль­ ных построений, у ч и т ы в а ю щ и х специфику местных условий на мосто­ вом переходе и обеспечивающих максимальное удобство разбивочных работ . Мостовая триангуляция. Д о начала широкого использования светодальномерной техники и электронной тахеометрии мостовая триангуля­ ция была основным методом построения базисных сетей. Пункты, закрепляющие ось моста и базисы разбивки, составляют разбивочную сеть. Закрепление пунктов разбивочной сети осуществляют с п о м о щ ь ю капитальных знаков — железобетонных монолитов. В связи с тем, что положение пунктов разбивочных сетей со временем может из­ мениться в результате оползневых явлений, прохода паводков, вследст­ вие морозного пучения, а также в результате строительных работ, необ­ х о д и м ы периодические контрольные измерения. Незыблемость пунктов сети контролируется перед началом строительства, после каждого боль­ шого паводка, а также в ходе строительства не реже д в у х раз в год. В ходе контрольных измерений определяют дополнительные или утраченные пункты, а также включают в сеть центры уже построенных опор и берего­ вых устоев. Основной фигурой мостовой триангуляции является сдвоенный гео­ дезический четырехугольник с двумя измеренными базисами Ь\ и Ь (рис. 28.8, а) и горизонтальными углами Р ь Рг,.--, Pi6- Разбивочная сеть моста включает при этом ось моста АВ и два базиса для разбивки центров опор CD и EG. В силу того, что мост является вытянутым поперек реки сооружением, базисы разбивки принимают приблизительно параллель­ ными оси моста. Учитывая, что разбивка центров опор мостов при использовании раз­ бивочных сетей, построенных по принципу мостовой триангуляции, ве­ дется способом засечек, соотношение короткой стороны геодезического четырехугольника (например, АС) принимают равной приблизительно половине длинной стороны CD (т. е. длины береговых сторон примерно вдвое короче пересекающих реку). Отношение короткой береговой сто­ роны геодезического четырехугольника d к базису разбивки S называют продвигом. Величина продвига обычно лежит в пределах d/S= 0,4ч-0,6. 1

2

1

Методы разбивки мостов/Г.С. Бронштейн, B.B. Грузинов, О.Н. Малковский и др. М.: Транспорт, 1982.

Р и с . 28.8. Разбивочные сети мостов и путепроводов: а — триангуляция; б — трилатерация; в — линейно-угловая сеть из базовых треугольников; г — полигонометрия

Посредством мостовой триангуляции р е ш а ю т в основном две задачи: разбивка центров опор и береговых устоев и определение точной д л и н ы перехода между точками А и В. При построении мостовой триангуляции эту длину находят расчетом как сторону сети. При этом предельная о ш и б к а определения д л и н ы перехода не д о л ж н а превышать:

\U

i

V

(

2 8 Л

)

V «UooooJ где /,• — д л и н а /-го пролета, см; п — число пролетов. П о в ы ш е н и е точности измерений в мостовой триангуляции достигает­ ся организацией работ в пасмурные дни с легким ветром, в утренние, ве­ черние часы и ночное время для уменьшения влияния боковой рефрак­ ции, а также многократными измерениями с повторным центрированием прибора и визирных целей. Мостовая трилатерация. Неблагоприятные для угловых измерений условия на мостовых переходах (угловые измерения производят в неод­ нородном поле боковой рефракции: одно направление — вдоль берега, 403

второе — над водой), а также появление высокоточной светодальномерной техники, привели к тому, что в разбивочных работах на мостовых пе­ реходах стали внедрять линейную триангуляцию — трилатерацию. С в е тодальномерные наблюдения можно организовать и при таких метеоро­ логических условиях, когда проведение угломерных наблюдений крайне затруднительно. При построении трилатерации на мостовых переходах, также, как и в мостовой триангуляции, основной формой сети служит сдвоенный геоде­ зический четырехугольник, в котором измеряют длины всех сторон Ь\,

Ьг,...,

Ь

п

(рис. 28.8,

б).

Для удобства расчетов и организации разбивочных работ часто п р и ­ нимают в качестве основной фигуры геодезический прямоугольник, ф о р ­ ма которого характеризуется продвигом d/S » 0,5., Линейно-угловые сети из базовых треугольников. В результате анали­ за достоинств и недостатков мостовой триангуляции и трилатерации в Гипротрансмосте для мостовых переходов разработан новый метод п о ­ строения разбивочных сетей — линейно-угловые сети из базовых тре­ у г о л ь н и к о в ( р и с . 28.8, в). О с н о в н о й ф и г у р о й сети с л у ж а т д в а б а з о в ы х т р е у г о л ь н и к а , в к о т о р ы х и з м е р я ю т у г л ы А\, Ai>..., А% и с т о р о н ы S\, S ,... Sj. В таких сетях рационально сочетаются угловые и линейные из­ мерения, создавая благоприятные условия разбивочных работ на мосто­ вом переходе. О с н о в н ы м и приборами, используемыми для создания линейно-угло­ вых сетей, являются светодальномеры, высокоточные и точные оптиче­ ские теодолиты и электронные тахеометры. Основная особенность линейно-угловых сетей состоит в том, что из­ мерения базисов вдоль берегов не ведут, поскольку такие измерения с о ­ пряжены с известными трудностями вследствие застройки, залесенности, пересеченного рельефа и т. д. К достоинствам линейно-угловых сетей относят: обеспечение достаточной точности при ограниченном объеме у г л о ­ вых и линейных измерений; отсутствие коротких направлений вдоль берегов, что повышает т о ч ­ ность угловых измерений, которые ведутся при однородном поле рефрак­ ции; не требуется строительства дорогостоящих знаков, так как видимость через реку обеспечивается с земли; большие возможнфсти в выборе базисов разбивки опор, так как отпа­ дает необходимость в обеспечении видимости вдоль берегов. Мостовая полигонометрия. При строительстве эстакад и путепрово­ дов основными методами создания разбивочных сетей является мостовая 2

полигонометрия. Эти сети позволяют предельно упростить разбивочные работы и легко производить их с максимальной точностью и контролем. При создании полигонометрической разбивочной сети базисы раз­ бивки строят в виде строго параллельных дублерных осей (рис. 28.8, г). При разбивке центров опор эстакад и путепроводов засечками дублерные оси целесообразно размещать на половине расстояния между пунктами А и В. При разбивке способом прямоугольных координат (основным в мостовой полигонометрии) дублерные оси нужно располагать по воз­ можности ближе к оси А-В, однако при условии обеспечения сохранности пунктов сети при строительстве. Для этого дублерные оси размещают на расстоянии 80—100 м от оси путепровода. Пункты сети закрепляют капитальными знаками (железобетонными монолитами). Углы измеряют полным приемом теодолитами 77 или 72. Расстояния измеряют 50-метровой компарированной рулеткой, натяги­ ваемой динамометром. К головкам знаков приваривают металлические пластины размером 10 х 10 см. Задавшись положением центров знаков, производят угловые и линейные измерения и вычисляют их точные коор­ динаты. Затем центры перемещают по пластине в проектное положение с обеспечением строгой параллельности дублерных осей оси путепровода. Целесообразна разбивочная сеть, представленная полигонометрией, стороны которой не попадают в зону строительных работ, но максималь­ но приближены к оси путепровода. Это обеспечивает удобство и необхо­ д и м у ю точность разбивки центров опор способом прямоугольных коор­ динат. Дублерные сети при этом являются разбивочной основой. 28.4. РАЗБИВКА ЦЕНТРОВ ОПОР МОСТОВ И ПУТЕПРОВОДОВ

Разбивку центров опор мостов ведут в условной системе координат, где в качестве оси абсцисс п р и н и м а ю т ось моста, а в качестве оси о р д и ­ нат — нормаль к оси абсцисс в точке начала координат, принимаемой в пункте по оси с меньшим пикетажным значением (рис. 28.9). В зависимости от типа разбивочной сети, наличия тех или и н ы х при­ боров и т. д. различают следующие способы разбивки центров опор мос­ тов и путепроводов: способ прямой угловой засечки; способ полярных координат; способ прямого промера по оси; способ прямоугольных координат. Для простоты рассмотрим случай, когда разбивочные базисы (дуб­ лерные оси) строго параллельны оси моста. Очевидно, что координаты пунктов разбивочной сети нам известны. Координаты центров опор берут из проекта. Для обеспечения выноса центров опор мостов и путепроводов нужно произвести некоторые расчеты.

k2 0(x ,Of 0

3(х ,У ) 3

3

Р и с . 28.9. Способы разбивки центров опор: а — прямой угловой засечки; б — полярных координат; в — прямого промера по оси; г — прямоугольных координат

Способ прямой угловой засечки. В ы п о л н и м расчеты для разбивочного базиса 5—6 (рис. 28.9, а). П р и условии параллельности осей Y\ = Y = У > тогда 5

6

Роз = arctg Х

- Х

0

5

(28.2) Роб = arctg х

~х

6

0

Аналогичные расчеты выполняют и для расчетного базиса 3—4, осу­ ществляя таким образом контроль правильности разбивки центров опор. Разбивку центров опор ведут высокоточными и точными теодолитами. Способ полярных координат. П р и условии параллельности разбивоч­ ных базисов оси моста выполняют следующие расчеты (рис. 28.9, б): а

0 5

= arctg Х

^05

~

V(^0

"

(28.3) п

2

Хъ)

~Y\

9

(28.4) So6 -

7(^6

~

X

Q

)

2

- 7,

2

.

Разбивку способом полярных координат ведут с использованием вы­ сокоточного или точного оптического теодолита и светодальномера или электронного тахеометра. Способ прямого промера по оси. Вычисляют расстояния от пункта 1 до центра опоры (рис. 28.9, в). Измерения ведут светодальномером или электронным тахеометром при обеспеченной видимости по оси моста. Х=

(28.5)

Х. 0

Способ прямоугольных координат. Вычисляют расстояния Х\ и Х (рис. 28.9, г). Промеры ведут компарированной рулеткой с натяжением динамометром, светодальномером или электронным тахеометром при необеспеченной видимости по оси моста. 2

Х\ - (Хо -Хз); Х = (Хо - Х ); 2

5

Y\.

(28.6)

Y.

(28.7)

2

28.5. ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРНЫХ ПРИБОРОВ ПРИ РАЗБИВКЕ ОПОР И МОНТАЖЕ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ

Забивка шпунтовых ограждений, свай, погружение свай-оболочек и опускных колодцев при возведении фундаментов опор осуществляют с плавсредств: понтонов, барж, направляющих каркасов. Установку плав­ средств в проектное положение осуществляют с использованием лазер­ ных геодезических приборов, позволяющих с наименьшими затратами средств и времени контролировать положение плавсредств практически в л ю б о е время суток. Наиболее часто при возведении фундаментов опор мостов использу­ ю т направляющие каркасы из инвентарных стальных конструкций в со­ единении с понтонами типа КС. Выведение каркаса осуществляют в не­ сколько этапов: постановка якорей, установка каркаса в проектное поло­ жение, контроль за сохранением стабильного положения каркаса в ходе погружения свай-оболочек. Каркас удерживается в проектном положе­ нии с п о м о щ ь ю якорей, которые устанавливают с плавучих кранов или буксиров с точностью 3—4 м. Наиболее просто это осуществляют по ла­ зерным створам. Каркас в проектное положение выводят с п о м о щ ь ю лазерной засечки (рис. 28.10). Направление створа по оси моста обычно задают лазерным визиром (ЛВ). Лазерный теодолит (ЛТ) устанавливают в одном из пунк-

Рис. 28.10. Схема установки каркаса в проектное положение

тов разбивочной сети и ему задают направ­ ление на центр опоры. Каркас выводят в проектное положение в темное время су­ ток с п о м о щ ь ю лебедок, наблюдая за поло­ жением лазерных пятен на горизонтальных рейках, размещенных на каркасе (см. рис. 28.10). Для изображенного на рис. 28.10 случая каркас нужно передвинуть вдоль оси и раз­ вернуть таким образом, чтобы линия АВ совпала с осью моста. Использование лазерприборов сильно упрощает организа-

н

ы

х

ЦИЮ работы, ПОСКОЛЬКУ производитель ра-

с помощью лазерной засечки

бот, находящийся на каркасе, сам наблюда­ ет за его положением относительно проект­ ных осей, заданных в пространстве лучами лазеров, и контролирует работу лебедок. Применение лазерных приборов кроме того обеспечива­ ет непрерывность контроля за положением каркаса в течение всего п е ­ риода погружения свай оболочек. При погружении опускных колодцев их положение в плане постоян­ но контролируют с п о м о щ ь ю лазерных створов. Наклоны и перекосы к о ­ лодца определяют путем развертки лазерного луча в вертикальную плос­ кость. Главные задачи геодезического контроля при монтаже пролетных строений состоят в определении прямолинейности главных балок и в ы ­ верке строительного подъема. Л у ч лазера весьма удобен в этом случае в качестве опорной линии, так как он н е подвержен влиянию ветра, осад­ ков и не меняет своего положения из-за временного пересечения его ра­ б о т а ю щ и м и л ю д ь м и и механизмами. Известно, что основными способами возведения пролетных строений современных мостов являются: навесная сборка, полунавесная сборка, сборка на берегу с последующей продольной надвижкой, сборка н а ста­ пеле с последующей доставкой плавсредствами. При наиболее экономичной навесной и полунавесной сборке пролет­ ное строение монтируют из отдельных блоков с п о м о щ ь ю кранов н е п о ­ средственно в пролете, наращивая его от одной опоры к другой или от двух соседних опор к середине пролета. Для контроля за прямолинейно­ стью и высотным положением продольных балок до начала монтажа про­ летного строения на опорах моста размечают оси опорных частей. Н а рас­ стоянии а = 0,5 м параллельно главным осям выносят вспомогательные оси. Н а устое или н а опоре над точкой, закрепляющей вспомогательную ось, устанавливают лазерный прибор и направляют луч на марку, уста-

Р и с . 28.11. Контроль лазерными приборами монтажа пролетных строений: а — способом навесной (полунавесной) сборки: 1 — фасад моста; 2 — план; б — способом продольной надвижки: 1 — фасад моста; 2 — план

новленную на той ж е оси на соседней опоре (рис. 28.11, а). В ходе монта­ жа балок положение каждой из них в пространстве устанавливают по от­ н о ш е н и ю к лазерному опорному лучу или плоскости. Положение балок в плане определяют по световому пятну на горизонтальной рейке, при­ кладываемой к блоку балки, и в случае необходимости корректируют по­ ложение монтируемого блока. Высотное положение определяют по све­ товому пятну на вертикально установленной рейке. При продольной надвижке со сборкой пролетного строения н а под­ ходной насыпи лазерные приборы позволяют непрерывно контролиро­ вать положение пролетного строения в ходе надвижки и осуществлять его корректировку. Для этого лазерный прибор устанавливают в проект­ ном центре одной из опор и ориентируют луч по оси моста (рис. 28.11, б). Уклонения пролетного строения от оси определяют по п о л о ж е н и ю свето­ вых пятен на двух горизонтальных рейках, устанавливаемых перпенди­ кулярно оси моста (одна на аванбеке, другая на расстоянии 30—50 м н а пролетном строении). Осадки вспомогательных опор, перекосы накаточных путей, а также прогибы конца консоли определяют по вертикальным рейкам с п о м о щ ь ю лазерногб нивелира с разверткой луча в горизонталь­ ной плоскости. 28.6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕФОРМАЦИЙ МОСТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ

Строящиеся либо у ж е введенные в эксплуатацию инженерные соору­ жения (насыпи автомобильных дорог, мосты, путепроводы, водопропу­ скные трубы, здания и сооружения автотранспортной службы и т. д.), возведенные на слабых грунтах, подвержены деформациям. С тем, чтобы предотвратить повреждения и разрушения инженерных сооружений и их отдельных элементов в ходе строительства и последую-

щей эксплуатации,ведут систематические наблюдения за их деформация­ ми. Периодичность проведения геодезических работ по определению де­ формаций сооружений устанавливают в зависимости от типа сооруже­ ния, характера и интенсивности деформационных процессов. Для этой цели вблизи исследуемого объекта устраивают капитальные реперы и знаки с привязкой их с необходимой точностью к пунктам госу­ дарственной геодезической сети, оборудуют площадки для установки геодезических приборов, устраивают постоянные базисы в случае, если наблюдения за деформациями производятся методами наземной фото­ грамметрии и маркируют сооружения или их элементы, используя для этого специально замаркированные точки, горизонтальные и вертикаль­ ные миллиметровые рейки, а также пленочные отражатели, наклеивае­ мые на боковые поверхности испытуемых объектов. Для оценки вертикальных смещений и осадок используют прецизи­ онное нивелирование с использованием высокоточных нивелиров типа Н-05, Ni-002 и т. д. Определение высот замаркированных точек произво­ дят периодически через определенные промежутки времени и по разно­ сти высот устанавливают темп и абсолютные величины вертикальных осадок. С использованием прецизионного нивелирования производят на­ блюдения за прогибами пролетных строений мостов и путепроводов. Д е ­ формации д о р о ж н ы х покрытий для определения фактических модулей упругости д о р о ж н ы х одежд осуществляют с использованием специаль­ ных приборов — прогибомеров или установок динамического нагружения. Перемещения инженерных сооружений или их отдельных элементов в поперечном направлении определяют по горизонтальному кругу высо­ коточных теодолитов типа Т1 и Т2. Использование фототеодолитных съемок инженерных сооружений с постоянного базиса для определения вертикальных и горизонтальных деформаций, с последующей обработ­ кой стереопар на компьютере с применением автоматизированной систе­ мы цифровой фотограмметрии ( А С Ц Ф ) «Photomod» является весьма пер­ спективным. П о результатам наблюдений составляют ведомости и графики смеще­ ний контрольных марок за период между циклами смежных наблюдений и заносят эти результаты в базу данных. 28.7. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТОННЕЛЕЙ

Целью геодезических работ при строительстве тоннелей являются обеспечение сбойки встречных забоев с минимальной ошибкой; опреде­ ление точной длины тоннеля, основных элементов и главных точек кри­ вых; сооружение обделки тоннеля по габариту; определение положения

Р и с . 28.12. Схемы тоннельной триангуляции

порталов, промежуточных штолен и шахт; разбивка осей тоннелей; пере­ дача высот с дневной поверхности в шахту. Аналогично строительству мостов и путепроводов при строительстве тоннелей также создают геодезические разбивочные сети. В зависимости от рельефа и других местных условий, а также наличия того или иного парка геодезических приборов, разбивочные сети создают методами три­ ангуляции, трилатерации и полигонометрии, у которых д в е точки совпа­ д а ю т с основными исходными точками направлений забоев. Для геодезического обеспечения строительства тоннелей наибольшее распространение получила тоннельная триангуляция, которая обычно разбивается в виде цепочки треугольников (рис. 28.12). Главное назначение плановой основы при разбивке тоннелей — обес­ печение сбойки встречных забоев с необходимой точностью и определе­ ние общей д л и н ы тоннеля. П р и проектировании тоннельной триангуля­ ции в связи с этим необходимо учитывать: точность передачи дирекционного угла от стороны Аа к стороне ВЪ\ поперечную ошибку в определении положения точки В; продольную ошибку точки В. Очевидно, что о ш и б к а дирекционного угла и поперечная о ш и б к а ска­ жутся на точности сбойки, а ошибка продольная — на определении д л и ­ ны тоннеля. С л е д у ю щ и м в а ж н ы м вопросом разбивки тоннелей является передача направлений его оси под землю. Д л я горных тоннелей с двумя забоями с о стороны порталов этот вопрос решается путем непосредственного при­ мыкания подземной полигонометрии к сторонам наземной триангуля­ ции. Однако в д л и н н ы х тоннелях для ускорения процесса строительных работ расстояния между забоями у м е н ь ш а ю т путем строительства про­ м е ж у т о ч н ы х шахт между порталами. Направления подземных выработок в э т и х случаях устанавливают с п о м о щ ь ю гиротеодолитов. Для геодезического обеспечения строительных работ внутри тоннеля создают систему сетей подземной полигонометрии, связанной с назем­ ной тоннельной триангуляцией. При этом в д л и н н ы х тоннелях различают рабочую полигонометрию с длинами сторон 25—50 м с измерением уг­ лов техническими теодолитами типа Т 1 5 , 4Т30П, 2Т30М, основную п о ­ л и г о н о м е т р и ю (для уточнения рабочей полигонометрии) с длинами сто­ рон 100—200 м и с измерением углов теодолитами типа Т 5 , ЗТ5КП

и главный полигонометрический ход (для уточнения основной поли­ гонометрии) с измерением углов высокоточными теодолитами типа Т 1 , ЗТ2КП и расстояний светодальномерами или электронными тахео­ Р и с . 28.13. Схема распределения метрами типа 2Та5 и ЗТа5. Наземная ошибки в сбойках встречных забоев разбивочная сеть, на которую опи­ тоннеля рается система подземных полиго­ нометрических ходов, строится с точностью в д в а раза более высокой. Максимально допустимые поперечные ошибки в сбойках д о л ж н ы обеспечивать их распределение в пределах участков отставания тоннель­ ных обделок от забоев с вписыванием двух обратных кривых (рис. 28.13) без п е р е х о д н ы х к р и в ы х , в и р а ж е й и у ш и р е н и й п р о е з ж е й ч а с т и (R = = 3000 м — для дорог I категории и R = 2000 м — для дорог I I — V катего­ рий). Отсюда предельная поперечная ошибка сбойки при длине предсбоечного участка без тоннельной обделки порядка — » 70 м составляет: 2 для дорог I категории Асб = 0,40 м; для дорог I I — V категорий Ас = 0,60 м. При строительстве тоннелей (особенно при производстве работ мето­ дом щитовой проходки) весьма эффективно использование лазерной тех­ ники. б

28.8. РАЗБИВКА ОСЕЙ ТОННЕЛЕЙ И ПЕРЕДАЧА ВЫСОТ С ДНЕВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ В ШАХТУ

Разбивку осей тоннелей производят с большой точностью, поскольку даже незначительная ошибка в ориентировании тоннеля (особенно при значительной его длине) может привести к таким отклонениям от проек­ та, исправление которых связано с огромными непроизводительными за­ тратами. В прямолинейных, сравнительно коротких тоннелях задача определе­ ния направлений осей со стороны порталов решается вычислением ази­ мутов или дирекционных углов оси и прямой привязкой к нескольким (для контроля) пунктам наземной тоннельной триангуляции (см. рис. 28.12). Эту работу называют ориентированием тоннельной полиго­ нометрии. Высоты также передают в тоннель непосредственно с дневной поверхности через порталы двойным нивелированием с привязкой

к пунктам государственной нивелирной сети или к пунк­ там наземной триангуляции. В д л и н н ы х тоннелях уст­ раивают промежуточные штольни и шахты и разработ­ ку забоев у ж е ведут с четырех направлений. В этом случае решают задачи определения координат вертикальной оси штольни или шахты строго над осью будущего тоннеля, определения направления оси тоннеля в шахте и передачи высот с дневной поверхности под землю. Задача определения поло­ ж е н и я вертикальной ОСИ шах-

Начало счета высот

р с . 28.14. Схема передачи высоты с дневной И

ты решается вычислениями ее поверхности в тоннель координат и прямой привяз­ кой к пунктам наземной триангуляции одним из методов, изложенных в гл. 14. Н а современном этапе определение направления выработок в шах­ тах осуществляют с п о м о щ ь ю гиротеодолитов или электронных гиротеодолитов. Передачу высот с дневной поверхности в шахту осуществляют с п о ­ м о щ ь ю двух тщательно поверенных точных нивелиров и копарированной стальной ленты или рулетки, в зависимости от глубины шахты 20-, 30-, 50- или 100-метровой (рис. 28.14). Как следует из рис. 28.14, высота Hi репера в тоннеле определится #

2

= Я , + а - (с - Ъ) - d,

(28.8)

где Н\ — высота репера на дневной поверхности; and — отсчеты по рейкам на реперах; Ь и с — отсчеты по ленте. Передачу высот в шахту производят, привязываясь к нескольким р е ­ перам на земной поверхности, и создают не менее чем д в а подземных р е ­ пера. Аналогичным образом передают высоты в глубокие котлованы и, на­ оборот, на высокие точки сооружений. В настоящее время для передачи высот на дно тоннельных шахт стали использовать светодальномерную технику.

Г л а в а 29. Г Е О Д Е З И Ч Е С К И Е Р А Б О Т Ы П Р И И З Ы С К А Н И Я Х И СТРОИТЕЛЬСТВЕ АЭРОПОРТОВ 29.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АЭРОПОРТАХ

Аэропорт — сложное инженерное сооружение, в состав которого входят: аэродром, полосы воздушных подходов (ПВП), служебно-техническая территория (СТТ), объекты управления воздушным движением, радионавигации и посадки (рис. 29.1). Вдоль господствующего направления ветров распола­ гают главную летную полосу, состоящую из взлетно-поса­ дочной полосы с искусствен­ ным цементобетонным по­ крытием ( И В П П ) , грунтовой дублерной взлетно-посадоч­ ной полосы ( Г В П П ) , к кото­ рой примыкают боковые (БПБ) и концевые полосы безопасности (КПБ). Для сто­ янки и обслуживания самоле­ тов устраивают особые места стоянки (МС). Параллельно И В П П устраивают магист­ ральные рулежные дорожки Р и с. 29.1. Схема территории аэропорта (МРД) и рулежные дорожки (РД), соединяющиеся с И В П П и местами стоянки М С . Места стоянок и рулежные дорожки имеют ис­ кусственные цементобетонные покрытия. Среди сооружений аэродрома следует выделить также подземные ин­ женерные сети: систему подземного водоотвода, водопроводные сети, кабельные линии. 29.2. ЗАДАЧИ ИЗЫСКАНИЙ АЭРОПОРТОВ

В зависимости от стадии проектирования, в соответствии с перечнем решаемых при проектировании аэропортов задач, в том или ином объеме при изысканиях выполняют следующие виды основных работ: инженерно-геодезические работы, связанные с трассированием на местности главной летной полосы, созданием планово-высотного обос-

нования съемок в виде параллельной главной летной полосе сетки квад­ ратов со сторонами 400 х 400 м, топографическими съемками площадки аэропорта и прилегающей территории, съемками воздушных подходов и определением местоположения и высот препятствий, изысканиями трасс подъездных путей, водопроводов, линий электропередач, систем подземного и поверхностного водоотводов и т. д.; гидрометеорологические работы, связанные со сбором метеорологи­ ческой информации о скоростях и направлениях ветра, осадках, темпера­ туре, влажности, глубинах промерзания почв, туманах, гололедных явле­ ниях и т. д.; инженерно-геологические работы, связанные с инженерно-геологи­ ческими и почвенно-грунтовыми обследованиями, установлением гидро­ геологических и геоморфологических характеристик площадки, развед­ кой местных строительных материалов и т. д.; прочие работы, связанные с изысканиями источников энерго- и водо­ снабжения, решением экологических проблем, согласованиями с земле­ пользователями, заинтересованными организациями и ведомствами и т.д. Изыскания аэропортов осуществляют в три этапа: подготовительный, полевой и камеральный. В подготовительный период на основании задания на проектирова­ ние осуществляют сбор и изучение имеющихся материалов на район изы­ сканий: топографо-геодезических, гидрометеорологических, инженер­ но-геологических, геоморфологических, экономических и др. Особое внимание уделяют при этом сбору и изучению картографических мате­ риалов, топографических планов и материалов аэросъемок прошлых лет. В подготовительный период производят воздушную аэродромную рекогносцировку с вертолета или самолета с целью обследования местно­ сти для уточнения размещения и ориентирования летного поля, а также наземную рекогносцировку с целью оценки почвенно-грунтовых и гид­ рогеологических условий местности и уточнения объемов изыскатель­ ских работ. В подготовительный период составляют проект организации полевых изыскательских работ и в первую очередь составляют проект опорной геодезической сети сгущения для производства топографических съемок. И наконец, в соответствии с проектом организации изысканий составля­ ют техническое задание на изыскания и формируют изыскательское под­ разделение. В полевой период выполняют комплекс инженерно-геодезических, гидрометеорологических, инженерно-геологических и других работ как наземными, так и воздушно-космическими и наземно-космическими ме­ тодами. В частности, в последние годы стали находить применение ком-

бинированные аэросъемки, когда ситуационные подробности местности с н и м а ю т аэрофотограмметрическими методами, а рельеф с использова­ нием обычной или электронной тахеометрической съемки. П р и изыска­ ниях аэропортов все более широкое применение стали находить наземно-космические методы топографических съемок с применением систем спутниковой навигации «GPS». В камеральный период осуществляют обработку данных полевых изыскательских работ, составляют топографические планы, профили, цифровые модели местности и готовят отчеты о проведенных изыска­ тельских работах. Н а этапе камеральных работ широко применяют сред­ ства автоматизации и вычислительную технику для регистрации, редак­ тирования, обработки д а н н ы х изысканий и подготовки топографических планов на графопостроителях и их электронных версий — Ц М М . 29.3. ПЛАНОВО-ВЫСОТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПЛОЩАДОК АЭРОПОРТОВ. ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ СЪЕМКИ

Планово-высотное обоснование, создаваемое для производства т о п о ­ графических съемок при изысканиях аэропортов, одновременно служит и геодезической основой для выноса проекта аэропорта в натуру, т. е. для геодезического сопровождения строительного процесса. Точность пла­ ново-высотного обоснования поэтому д о л ж н а соответствовать требова­ ниям как съемочных, так и разбивочных работ. Основу планово-высотного обоснования аэропортов составляет регу­ лярная сетка продольных и поперечных теодолитно-нивелирных ходов, о б р а з у ю щ и х квадраты с размерами 400 х 400 м (рис. 29.2, а). Для сгущения полученной таким образом сети прокладывают теодо­ литные ходы, образующие сетку квадратов с размерами сторон 200 х 200 м, а иногда применяют микротриангуляцию (рис. 29.2, б) путем разбивки ка­ ждого 400-метрового квадрата диагоналями. а)

б)

Р и с. 29.2. Схема съемочного обоснования территории аэропорта: а — аэродромная полигонометрия; б — микротриангуляция; 1 — полигонометрия и нивелирование; 2 — теодолитные ходы и нивелирование; 3 — базисы; 4 — стороны микротриангуляции

Р и с . 29.3. Схема планово-высотного обоснования аэропорта: / — жилая зона; 2 — контрольная привязка; 3 — главная опорная сеть; 4 — проектируемая ИВПП; 5 — проектируемая служебная зона

О п о р н у ю геодезическую сеть ориентируют параллельно предпола­ гаемому направлению И В П П (рис. 29.3), если оно оказывается установ­ л е н н ы м на стадии подготовительных изыскательских работ. В других случаях о п о р н у ю геодезическую сеть ориентируют по направлению гос­ п о д с т в у ю щ и х ветров, наивыгоднейшему рельефу 'либо по направлению у д о б н ы х воздушных подходов. Главную опорную л и н и ю обоснования вешат с п о м о щ ь ю теодолита параллельно оси И В П П на расстоянии 80—130 м от нее, при этом в ходе полевых изыскательских работ ее в ы н о ­ сят в натуру прежде всего. Выбрав на главной опорной линии геодезиче­ ского обоснования центральную точку, в обе стороны от нее по главной линии отмеряют 400-метровые отрезки на всю намеченную длину пло­ щадки аэропорта. К о н ц ы каждого 400-метрового отрезка закрепляют на­ д е ж н ы м и кольями. Затем с п о м о щ ь ю теодолита разбивают перпендику­ л я р н ы е направления на век? ширину площадки аэропорта. К о н ц ы 400-метровых поперечных отрезков также закрепляют. Разбивку опор­ ной геодезической сети завершают прокладкой полигонометрического хода по замыкающему контуру планово-высотного обоснования (см. рис. 29.3). Высотной основой площадки аэропорта служат сети нивелирования I I I класса, прокладываемые обычно по сторонам сетки квадратов. Внутри полигонов прокладывают нивелирные ходы I V класса. Пункты опорной геодезической сети в вершинах 400-метровых квад­ ратов закрепляют капитальными (бетонными) или временными (деревян­ ными) знаками, которые устраивают закрытыми, не в о з в ы ш а ю щ и м и с я над уровнем земли. Поскольку каждый знак плановой геодезической сети

служит одновременно и знаком высотного обоснования площадки, их за­ кладывают н а глубину 0,5 м ниже максимально возможной глубины се­ зонного промерзания. Н а местности знаки обозначают таким образом, чтобы их можно было легко обнаруживать н е только в ходе производства наземных геодезиче­ ских работ, но при аэроизысканиях, где они у ж е выполняют роль опозна­ ков. Д л я этой цели знаки окапывают канавами и обозначают каменными или щебеночными отсыпками. Созданную на площадке проектируемого аэропорта опорную геоде­ зическую сеть привязывают к пунктам государственной геодезической сети с последующим вычислением координат центров знаков в государ­ ственной системе координат и вычислением абсолютных их высот. П р и отсутствии вблизи проектируемого аэропорта Пунктов государственной геодезической сети планово-высотное обоснование площадок аэропор­ тов создают наземно-космическими методами с применением систем спутниковой навигации «GPS». Для обеспечения необходимой точности топографических съемок и разбивочных работ средние квадратические ошибки положения пунк­ тов опорной геодезической сети не д о л ж н ы превышать ± 10 см, а ошибки в высотах знаков — ± 2 5 мм. Топографическую съемку площадки аэропорта производят с целью получения топографического плана и Ц М М , необходимых для последую­ щей разработки генерального плана аэропорта и проектирования всех его сооружений. Ц М М при этом необходима в случае системного автомати­ зированного проектирования аэропорта, т. е. на уровне С А П Р - А . В ходе топографических съемок, выполняемых в зависимости от ста­ дии проектирования в масштабах 1:5000, 1:2000 и 1:1000, снимают под­ робности рельефа; границы сельскохозяйственных и лесных угодий; на­ селенные пункты; реки и водоемы; автомобильные и железные дороги; отдельные сооружения и объекты; наземные и подземные коммуникации и т. д. В ходе производства топографических съемок обязательно опреде­ л я ю т высоты предметов и объектов, возвышающихся над землей (опоры Л Э П , столбы воздушных линий связи, отдельные здания, трубы п р о м ы ш ­ л е н н ы х предприятий, отдельные деревья и другие воздушные препятст­ вия). Н а топографических планах при этом кроме обычной информации показывают и высоты этих воздушных препятствий. При изысканиях аэропортов применяют семь возможных методов то­ пографических съемок: мензульную, нивелирование по квадратам, тахео­ метрическую, фототеодолитную, аэро- и комбинированную съемку; наземно-космическую. В ы б о р того или иного вида топографических съе­ мок зависит от ряда факторов и прежде всего от стадии проектирования, объемов изыскательских работ, характера местности, сроков проектиро-

вания и оснащенности проектно-изыскательской организации соответст­ в у ю щ и м парком геодезического оборудования. Мензульная съемка все е щ е находит применение при изысканиях а э ­ ропортов. Однако в связи со свойственными ей недостатками (большие затраты труда при производстве полевых работ, ручная подготовка топо­ графических планов, влияние погодных условий и, главное, существен­ ные трудности в автоматизации процесса сбора, регистрации и обработки д а н н ы х и в подготовке Ц М М ) объемы работ, выполняемых н а изыскани­ ях с применением мензульных съемок, год о т года сокращаются. Съемка нивелированием по квадратам — традиционный вид топогра­ фической съемки, широко используемый при изысканиях аэропортов, особенно н а стадиях детального проектирования. Это весьма точный в и д съемки, однако, в то ж е время и наиболее сложный, дорогостоящий и тру­ доемкий. Тем не менее информация, получаемая этим методом, представ­ ляется в виде, удобном для последующего решения проектных задач (в частности, для вертикальной планировки площадок аэропортов) как тра­ д и ц и о н н о п о топографическим планам, т а к и автоматизированно с и с ­ пользованием регулярных Ц М М в узлах правильных прямоугольных се­ ток. Особенно перспективным метод съемки нивелированием п о квадра­ там становится при использовании регистрирующих (электронных) ниве­ лиров, позволяющих автоматизировать процесс сбора, регистрации и обработки д а н н ы х и существенно повысить производительность полевых и камеральных работ при одновременном повышении качества (безоши­ бочность информации) конечных результатов. Техника съемки (см. гл. 17, § 17.2) нивелированием по квадратам при­ менительно к изысканиям аэропортов сводится к следующему. Внутри опорной геодезической сети (сетки квадратов 400 х 400 м и 200 х 200 м) разбивают пикетажную сетку 40 х 40 м для съемки в масшта­ бе 1:2000 и 20 х 20 м — для съемки в масштабе 1:1000 и закрепляют ее точками и сторожками с соответствующими обозначениями. К р о м е вер­ ш и н пикетажной сетки на ее сторонах отмечают сторожками и плюсы, с о ­ ответствующие характерным точкам ситуации и рельефа местности. П о ­ сле этого осуществляют геометрическое (а иногда тригонометрическое) нивелирование поверхности. О б ы ч н о с одной стоянки прибора снимают все точки, размещаемые в 200-метровом квадрате. П о результатам произ­ веденных измерений составляют Ц М М и топографический план местно­ сти (рис. 29.4). Тахеометрическая съемка находит все более широкое применение при изысканиях площадок аэропортов. Это обстоятельство связано преж­ де всего с тем, что она позволяет существенно сократить объемы полевых изыскательских работ и перенести значительную и х часть в камеральные условия с обеспечением автоматизации подготовки топографических

82000

moo

Р и с . 29.4. Фрагмент топографического плана, подготовленного по материалам съемки методом нивелирования по квадратам

планов и Ц М М с использованием компьютеров и графопостроителей. Е щ е более перспективным этот вид съемки становится при использова­ нии электронных тахеометров с автоматической регистрацией результа­ тов измерений на магнитных носителях информации. Наиболее часто та­ хеометрию используют для съемок площадок под ж и л ы е и служебные зоны аэродромов. Фототеодолитную съемку, учитывая равнинный характер местно­ сти, где размещают площадки аэродромов, применяют главным образом при съемках воздушных подходов. Аэросъемка и особенно комбинированная аэросъемка в сочетании с электронной тахеометрией и системами спутниковой навигации «GPS» в скором времени д о л ж н ы заменить другие, используемые в настоящее время виды съемок площадок аэропортов. Это связано с неизбежным пе­ реходом на качественно новые технологии и методы системного автома­ тизированного производства проектно-изыскательских работ, т р е б у ю ­ щ и х максимального увеличения производительности изыскательских ра­ бот при широком привлечении средств автоматизации и вычислительной техники. Отличительной особенностью аэросъемок при изысканиях аэропор­ тов является то, что пункты съемочного обоснования перед залетами мар­ кируют под опознаки, а аэросъемочные маршруты, как правило, прокла­ д ы в а ю т параллельно направлению летной полосы.

Наземно-космические съемки с использованием систем спутниковой навигации «GPS» при изысканиях аэропортов все шире применяют как для планово-высотного обоснования всех видов топографических съе­ мок, так и для непосредственного их выполнения в базовом варианте их производства с применением базовых станций «DGPS». Это один из наи­ более современных и перспективных видов топографических съемок площадок аэропортов. 29.4. СЪЕМКА ВОЗДУШНЫХ ПОДХОДОВ

Для обеспечения безопасности взлетно-посадочных операций и, в ча­ стности, исключения столкновений воздушных судов в условиях плохой видимости с предметами, возвышающимися над поверхностью земли, д е ­ л а ю т съемку воздушных подходов с последующим выполнением ком­ плекса проектных мероприятий. П р и этом в пределах полосы воздушных подходов П В П предусматривают ограничение высоты вертикальных препятствий таким образом, чтобы от конца летного поля по продолже­ н и ю направления его оси можно было провести наклонную плоскость с уклоном 1:200—1:100. В поперечном направлении от П В П плоскости, ограничивающие высоту препятствий, д о л ж н ы иметь уклон не более 1:25. Планы воздушных подходов составляют на основе имеющихся круп­ номасштабных топографических карт, а также фотопланов, построенных по материалам аэросъемок и комбинированных аэросъемок. П л а н ы П В П составляют с нанесением на н и х вертикальных препятствий, высоты к о ­ торых определяют одним из перечисленных ниже способов. 1. Способ тригонометрического нивелирования. Для определения вы­ сот препятствий необходимо измерить расстояние д о препятствия d в ы ­ соту прибора / и вертикальный угол v при наведении перекрестья нитей теодолита на н а и в ы с ш у ю точку препятствия (рис. 29.5, а). Тогда высота препятствия Не определится: 9

Н

с

= Я

А

+ 1 +

rftgv,

А

(29.1)

где Я — высота точки, над которой установлен теодолит. 2. Способ прямой пространственной засечки. Для определения высо­ ты препятствия на местности выбирают базис Ъ таким образом, чтобы с конечных его точек хорошо была видна вершина измеряемого препятст­ вия. Базис в плановом и высотном отношении привязывают к геодезиче­ скому обоснованию площадки аэропорта. Измеряют длину базиса Ь, в ы ­ соты прибора / и / , горизонтальные углы р и р , вертикальные углы v и v при наведении перекрестья сетки нитей теодолита на н а и в ы с ш у ю точку препятствия (рис. 29.5, б). А

А

A

B

в

А

в

Р и с. 29.5. Схемы определения высоты препятствий в зоне воздушных подходов: а — тригонометрическим нивелированием; б — тригонометрическим нивелированием с прямой угловой засечкой расстояний; в — вертикальной засечкой

Высота препятствия определится: с точки базиса А + /А + 4 \ t g v ,

(29.2)

Н = # в + /в + ^etgv ,

(29.3)

Н

= #

с

А

A

с точки базиса В с

B

где Я д и Я в — высоты крайних точек базиса. Расстояния d и d определяют по теореме синусов соответственно: A

B

£sinft

(29.4)

B

sin(P +P ) A

5sinp

B

(29.5)

A

sin(P +P ) A

B

3. Способ вертикальной засечки. Для определения высоты воздушно­ го препятствия выбирают на местности две разные по высоте точки MuN, л е ж а щ и е в одном створе с ним, привязывают их в высотном отно-

шении, т. е. определяют их высоты Нм и Я ^ и измеряют расстояние между и / # и вертикальные углы \ и ними /. Тогда, измерив высоты прибора у ^ п р и наведении перекрестья нитей теодолита на н а и в ы с ш у ю точку пре­ пятствия, определяют его высоту Н (рис. 29.5, в): м

с

t

/sinv^sinv^+c^sinv^cosv^

(29.6)

smO^-vJ где £ — разность высот горизонта прибора, при установке его в точках М и N соответственно: £ = H+ N

i -.H N

M

- i. M

(29.7)

4. Способ наземной фотограмметрии. Для определения высоты пре­ пятствий этот способ является наиболее современным и эффективным, поскольку позволяет, выполнив фототеодолитную съемку П В П с одного базиса, определить высоты многих препятствий, п о п а д а ю щ и х в пределы зоны взаимного перекрытия каждой стереопары. П р и этом с каждого ба­ зиса обычно получают три стереопары для случаев нормальной и ровноотклоненных съемок. Базисы длиной д о 1/20 отстояния от наиболее удаленных препятствий располагают примерно перпендикулярно оси П В П , а при съемке воздуш­ н ы х препятствий в поперечном направлении — параллельно оси П В П . Базисы привязывают в планово-высотном отношении к геодезическому обоснованию площадки аэропорта (либо за концы базиса п р и н и м а ю т д в а пункта этого обоснования). Выполнив фототеодолитную съемку полосы в о з д у ш н ы х подходов с концов каждого базиса и измерив на стереофотограмметрическом приборе параллаксы р и аппликаты z воздушных пре­ пятствий, определяют плановое положение и высоты каждого препятст­ вия в соответствии с изложенным в гл. 18. 29.5. РАЗБИВКА И ЗАКРЕПЛЕНИЕ ОСЕЙ АЭРОДРОМОВ

После завершения проектного цикла перед началом строительства в поле проверяют геодезическую сеть площадки аэропорта, созданную в ходе изысканий. При этом восстанавливают утраченные либо поврежден­ ные знаки пунктов обоснования. В связи с возможным зимним выпучива­ нием знаков тщательно проверяют высотную сеть площадки аэропорта. Проверяют и восстанавливают пикетажную сеть. В ы н о с проекта аэропорта в натуру перед началом строительства на­ чинают с разбивки на местности осей взлетно-посадочных полос И В П П . При этом разбивку осей И В П П производят от пунктов геодезической сети аэропорта в соответствии со схемой привязки путем установления на

Р и с . 29.6. Схема разбивки главных осей аэродрома

местности положения начальных и конечных точек И В П П . П о л о ж е н и е этих точек обычно устанавливают по полярным координатам от ближай­ ш и х пунктов 400-метровой сетки квадратов (рис. 29.6). Пикетаж разбивают от начальной и конечной точек И В П П с помо­ щ ь ю компарированной ленты или рулетки и 15- или 30-секундного теодо­ лита. В настоящее время для разбивки пикетажа по оси И В П П часто при­ меняют светодальномеры и электронные тахеометры. Допустимая средняя квадратическая ошибка разбивки пикетажа И В П П нормирована равной 1:5000. Пикетаж по оси И В П П разбивают от начальной и конечной точек к середине, а полученную при этом невязку распределяют между ближай­ ш и м и пикетами путем перестановки пикетных кольев. Используя свето­ дальномеры или электронные тахеометры, которые обеспечивают точ­ ность измерения длин лин#й на порядок более высокую, чем допустимая средняя квадратическая ошибка измерений, пикетаж при наличии взаим­ ной видимости между начальной и конечными точками м о ж н о разбивать с одной из них без распределения получаемой при этом несущественной невязки. После разбивки пикетажа по оси И В П П временные сторожки и точки заменяют более капитальными знаками, в частности, в главных точках И В П П устанавливают бетонные монолиты, а пикеты закрепляют дере­ вянными столбами с забитыми гвоздями, о т м е ч а ю щ и м и положение цен­ тров. Учитывая, что при выполнении земляных работ по устройству ко­ рыта большая часть знаков закрепляющих пикеты будет сбита, ось И В П П

закрепляют дополнительными знаками, устанавливаемыми попарно на расстоянии 50—75 м в обе стороны от полосы. Размещение закрепительных знаков д о л ж н о обеспечивать продление оси И В П П за ее пределы для разбивки местоположения посадочных ог­ ней и радиотехнических устройств, обслуживающих взлетно-посадоч­ ные операции. Разбивку осей рулежных дорожек и мест стоянки осуществляют от оси И В П П согласно их пикетажным значениям. Разбивку зданий и соору­ жений служебно-технической территории, осей подъездных дорог и подъездов осуществляют от осей мест стоянок и от знаков геодезиче­ ского обоснования аэропорта. После завершения разбивочных работ составляют исполнительный чертеж разбивки и закрепления осей аэродрома в масштабе 1:5000. 29.6. ПОДСЧЕТ ОБЪЕМОВ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ ПРИ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПЛАНИРОВКЕ

Определение объемов земляных работ является одним из наиболее важных этапов разработки проектов вертикальной планировки, который во многом определяет схему перемещения земляных масс, способы про­ изводства земляных работ и, наконец, сметную стоимость строительства аэродрома. Земляные работы н а участках, где рабочие отметки выемок и насыпей п р е в ы ш а ю т 0,1 м, называют предварительной планировкой, а н а участках с рабочими отметками менее 0,1 м — отделкой. О б ъ е м ы земляных работ при предварительной планировке вычисляют в кубических метрах, а при отделке — в квадратных метрах. При проектировании вертикальной планировки объемы земляных ра­ бот наиболее часто определяют одним из следующих способов: горизон­ тальных профилей, изолиний рабочих отметок и квадратов. Способом горизонтальных профилей вычисление объемов земляных работ осуществляют следующим образом. П р и проектировании исправ­ ления рельефа между фактическими и проектными горизонталями обра­ зуются фигуры (рис. 29.7), являющиеся сечениями выемки или насыпи горизонтальными плоскостями. П р и этом каждые д в е соседние плоско­ сти вырезают фигуру с высотой, равной высоте сечения рельефа. Очевидно весь объем грунтового массива будет равен сумме объемов элементарных фигур:

где п — число элементарных массивов; S, — площади горизонтальных сечений элементарных фигур; Л — высота сечения рельефа; й , Л — соответственно высота верхней и нижней элементарной фигуры. Очевидно, что при этом площади So и S„+\ будут равны нулю. П л о щ а д и горизонтальных сечений определяют аналитически при ав­ томатизированном проектировании на уровне С А П Р - А либо с п о м о щ ь ю палетки или планиметра (механического или электронного). Способ го­ ризонтальных профилей применяют при сравнительно небольших значе­ ниях рабочих отметок, когда горизонтальные сечения не перекрывают друг друга или перекрывают л и ш ь частично. Способом изолиний рабочих отметок осуществляют вычисление объемов земляных работ при значительных величинах рабочих отметок, когда горизонтальные сечения накладываются друг на друга, и примене­ ние способа горизонтальных профилей становится затруднительным. Изолиния рабочей отметки представляет собой некоторую замкну­ т у ю л и н и ю , являющуюся геометрическим местом точек, и м е ю щ и х оди­ наковые рабочие отметки (рис. 29.8). О б ы ч н о проводят л и н и ю нулевых работ и изолинии рабочих отметок, кратные высоте сечения Л. Очевидно, что нулевая изолиния проходит че­ рез точки пересечения одноименных горизонталей (проектной — 1 и фак­ тической — 2). При этом в этих точках рабочие отметки равны нулю. Ка­ ждая изолиния 3 представляет собой замкнутую кривую, ограничиваю­ щ у ю поверхность, все точки которой одинаково удалены от проектной поверхности. Изолинии рабочих отметок, кратные А, проходят через точ­ ки пересечения проектных и фактических горизонталей, которые также в

н

16.00 Р и с . 2 9 . 8 . Схема вычисления объемов земляных работ способом изолиний рабочих отметок

образуют замкнутые фигуры, называемые изоповерхностями, между ко­ торыми заключены слои грунта насыпи или выемки толщиной, равной высоте сечения рельефа А. На рис. 29.8 показаны профили фактической поверхности 4 и изоповерхностей 5. Суммарный объем грунтового массива при этом может быть опреде­ лен как (29.9)

з где S

h

/=0

— площади с о о т в е т с т в у ю щ и х

поверхностей;

А

элементарного

массива

в

—

высота

1

верхнего

1

изоповерх­

-п

н о с т е й о с у щ е с т в л я ю т т а к ж е , как и в с п о ­ собе горизонтальных

бот способом

квадратов

основано н а

#vo«.*vpwf##w

v^nv/ounv/

и с п о л ь з о в а н и и р е з у л ь т а т о в ТОПОГрафических съемок нивелированием п о квад-

1 +*9

-h

-ь

s

0 n f t

1s

{3

12

«

+h

A n

12

и

и

1

2/ ' 2

3_

профилей.

Вычисление о б ъ е м о в з е м л я н ы х р а -

1

1

-л*

грунта.

Определение п л о щ а д е й

1

1

0

0

г

Р и с . 29.9. Схема вычисления

объемов земляных работ способом квадратов

ратам. В зависимости от знака рабочих отметок в вершинах квадратов различают полные и неполные квадраты. Полный квадрат размещается полностью в выемке или в насыпи, и все рабочие отметки в его вершинах имеют один и тот ж е соответствую­ щий знак (рис. 29.9). Если объем /-го призматоида представить как

то, переходя к рабочим отметкам в вершинах /'-го полного квадрата, можно вычислить его объем:

у,

+-М

+

к +к, +^XA* + * „ ) ] , 6 где а — длина стороны квадрата; h\ kx, A3/, ha — рабочие отметки в его вершинах. Неполный квадрат может иметь одну, две или три нулевые рабочие отметки в вершинах или отметки с обратным знаком. О б ъ е м ы работ не­ полного квадрата соответственно определяются: при одной вершине с нулевой рабочей отметкой или отметкой с об­ ратным знаком: =^г\к

+

f

h i

(

2

9

Л

1

)

h

Х

Ьы Ъ\

.

\(1л

. и

3i

(29.12)

при двух вершинах с нулевыми рабочими отметками или отметками с обратным знаком: v, = f ( М - „ + А А

(

2

9

Л

З

)

О

при трех вершинах с нулевыми рабочими отметками или отметками с обратными знаками:

к-Ь х,. К

2914

< >

6 О б ъ е м ы насыпей считают положительными, а выемок — отрицатель­ ными. Нередко в процессе проектирования вертикальной планировки со­ ставляют картограмму земляных работ, указывая в пределах каждого полного и неполного квадратов соответствующие им объемы со своими знаками. Картограмма земляных работ облегчает решение задачи разра­ ботки схемы перемещения земляных масс. 428

29.7. РА ОБИВОЧНЫЕ РАБОТЫ ПРИ ПЕРЕМЕЩЕНИИ ЗЕМЛЯНЫХ МАСС И ПЛАНИРОВКЕ АЭРОДРОМОВ

Для разбивочных работ при перемещении земляных масс и планиров­ ке аэродромов используют следующие методы геодезического управле­ ния работой машин и механизмов: метод квадратов, тахеометрический метод и метод управления лазерным лучом. Два первых метода обеспечивают только ручное управление работой машин и механизмов, в то время как третий метод позволяет реализовывать не только ручное, но и полуавтоматическое и автоматическое управ­ ление. Метод квадратов. Земляные работы при этом методе выполняют в два этапа. На первом этапе земляные массы вчерне перемещают из в ы ­ емок в насыпи. Н а втором этапе производят планировочные работы в с о ­ ответствии с рабочими отметками и проектными уклонами. Основная идея метода квадратов заключается в том, что проектную поверхность аэродрома выносят в натуру по высотам точек, закреплен­ ных в вершинах пикетажной сетки 40 х 40 м на грунтовой части летного поля и в вершинах пикетажной сетки 20 х 20 м — в земляном корыте (рис. 29.10). При выносе в натуру проектной поверхности аэродрома перед плани­ ровкой снимают растительный слой грунта толщиной 10—15 с м и вре­ менно складируют, поэтому задаваемые проектные высоты у м е н ь ш а ю т на величину этого слоя. -0,17 +0,20 +0,40 10,35 При выполнении вертикаль­ 10,50 10,60 10,65 10,40 ной планировки в вершинах квад­ 1/а \10,52 1/5 Ъ,51 ' ратов на сторожках подписывают 0,14 -0,35 рабочие отметки, со знаком «+» ^10,55 * 10,70 " 10.52 — для насыпей и со знаком « - » — 2/а 10,60 2/5 10,63^Щ 10,60 г\г 10,56 для выемок. Границы насыпей и 0,17 -0,42 -0,21 \-0,16 10,55 выемок (линию нулевых работ) 10,10 10,25 10,40 .3\г 10,72 оконтуривают вешками, а в необ­ 3/а 10,52 3/5 10,44 ЭЛз х о д и м ы х местах устанавливают визирки. Рабочая отметка Номер\ -0,17 По завершению грубого пере­ Проектная высота точки [10,35 мещения земляных масс разбива­ 1/а 10,52 Высота поверхности Земли ют сетку квадратов для планиро­ вочных работ, после выполнения^ которых производят уплотнение, Р и с . 29.10. Проект вертикальной восстанавливают растительный планировки участка летного поля: слой грунта, удобряют и засевают / — линия нулевых работ; 2 — направление смесью трав. После выполнения перемещения земляных масс 1 / ё

Ю

4

5

1 ] г

ч

1С

планировочных работ производят исполнительную съемку геометриче­ ским нивелированием по сетке квадратов 40 х 40 м размеченных по тросу внутри квадратов 200 х 200 м без забивки кольев. П о результатам этой съемки составляют исполнительный план вертикальной планировки в масштабе 1:2000. Отклонения фактических высот точек поверхности аэродрома от проектных не д о л ж н ы превышать ± 5 см. При механизированном производстве земляных работ метод разбив­ ки по квадратам применять неэффективно, поскольку землеройные ма­ ш и н ы сбивают колья, установленные на проектные высоты в вершинах сетки квадратов, что требует постоянного восстановления разбивочной сети. Тахеометрический метод. При перенесении проекта вертикальной планировки в натуру на местность с п о м о щ ь ю тахеометра выносят плано­ вое и высотное положение проектных горизонталей и по этим данным пе­ р е м е щ а ю т земляные массы. Разбивочные работы тахеометрическим методом осуществляют в следующей последовательности: составляют специальный разбивочный чертеж, на котором выбирают места расположения съемочных точек для установки прибора, выбирают на проектных горизонталях ряд характерных точек (точек нулевых работ, изгибов горизонталей, наибольших объемов земляных работ), соединяют их прямыми с б л и ж а й ш и м и съемочными точками и определяют графиче­ ским способом полярные координаты каждой из них; откладывают горизонтальный угол; по расстоянию и высоте проектной горизонтали и съемочной точки вычисляют и откладывают вертикальный угол; д а ю т команду реечнику опускать или поднимать рейку до совпадения отсчета по горизонтальному штриху сетки нитей с высотой прибора и, та­ ким образом, положение пятки рейки определит на местности высоту проектной горизонтали; полученные точки закрепляют сторожками. Разбивка вертикальной планировки тахеометрическим методом дает возможность устанавливать проектные высоты на местности вдоль на­ правления разработки грунта землеройными машинами, что обеспечива­ ет б о л ь ш у ю сохранность разбивочных точек на местности, по сравнению с методом квадратов. В настоящее время разбивку вертикальной планировки тахеометри­ ческим методом осуществляют, как правило, с использованием электрон­ ных тахеометров. Метод управления лазерным лучом. В связи с тем, что планировочные работы при строительстве аэродромов приходится выполнять на боль­ ших территориях по горизонтальным или наклонным плоскостям геоде-

Фотоприемник

Передатчик

Фотоприемник

Р и с. 29.11. Геодезический контроль планировочных работ с помощью лазерной системы геодезического контроля

зическое управление работой планировочных машин и механизмов пред­ ставляет собой сложную, многодельную задачу. П р и м е н е н и е систем, ис­ п о л ь з у ю щ и х лазерные опорные лучи или плоскости, позволяет в значи­ тельной мере решить эту проблему, обеспечить необходимую точность планировочных работ и значительно повысить производительность пла­ нировочных машин и механизмов. Принцип действия систем для контроля планировочных работ и управления рабочими органами строительных м а ш и н и механизмов со­ стоит в создании на местности световой опорной горизонтальной или на­ клонной линии либо плоскости. Приемное устройство устанавливают на рабочем органе землеройной м а ш и н ы и определяют положение механиз­ ма относительно световой линии или плоскости. Информация, поступаю­ щая от приемного устройства, используется для ручного, полуавтомати­ ческого или автоматического управления рабочим органом землеройной машины. При выполнении планировочных работ используют различные лазер­ ные системы геодезического контроля планировочных работ горизон­ тальных и наклонных участков местности радиусом д о 700 м (рис. 29.11). Например, в качестве передатчика может быть использован ротаци­ онный лазер RL-H1S, создающий лазерные плоскости с наклоном от - 5% до +13% с точностью ± 1 0 " и дальностью действия д о 700 м. Система, позволяющая работать в л ю б о е время суток, состоит из пе­ редатчика и нескольких приемных устройств, устанавливаемых на рабо­ чих органах контролируемых машин и механизмов (бульдозеров, авто­ грейдеров, скреперов). Число землеройных машин и механизмов зависит от характера и объемов выполняемых земляных работ. Передатчик, создающий горизонтальную либо наклонную световую опорную плоскость, устанавливают в центре разрабатываемого участка. Высоту опорной плоскости Я определяют привязкой к б л и ж а й ш е й точ­ ке геодезической опорной сети аэродрома. Приемное устройство, состоя­ щее из фотоприемника, решающего блока и индикатора, позволяет опре­ делять положение механизма относительно световой опорной плоскости. о п

Различное возвышение фотоприемника на рабочих органах землеройных машин и механизмов h\, /22,..., h„ обеспечивает одновременную разработ­ ку нескольких участков с различными проектными высотами Япрь # п р 2 , . . . , Япр (см. рис. 29.11). Использование лазерных систем, позволяющих полуавтоматически либо автоматически управлять рабочими органами строительных м а ш и н , является при строительстве аэродромов весьма перспективным. Л

29.8. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПРИ УСТРОЙСТВЕ ЗЕМЛЯНОГО КОРЫТА И БЕТОНИРОВАНИИ ИСКУССТВЕННЫХ ПОКРЫТИЙ

Для сооружения искусственного (обычно цементобетонного) покры­ тия И В П П , Р Д и М С строят земляное корыто, и м е ю щ е е поперечный ук­ лон, соответствующий уклону покрытия. Для обеспечения поверхност­ ного водоотвода поперечному профилю И В П П придают двухскатное очертание с уклонами 0,006—0,008. Искусственные покрытия рулежных д о р о ж е к и мест стоянок устраивают обычно с односкатным поперечным уклоном. Разбивку земляного корыта осуществляют от продольной оси И В П П поперечными профилями через 20 м. Д л я быстрого восстановления про­ дольной оси последняя дополнительно закрепляется выносными знаками за пределами строительных работ, устраиваемыми параллельно продоль­ ной оси полосы (рис. 29.13). При этом закрепляют каждый пикет, а через к а ж д ы е 3—4 пикета устраивают в ы н о с н ы е знаки капитального типа, за­ кладывая их н а глубину н и ж е средней г л у б и н ы сезонного промерзания грунта. В д а л ь н е й ш е м эти знаки используют к а к рабочие р е п е р ы . Закре­ п л е н н ы е п а р а л л е л ь н ы е оси служат т а к ж е для разбивки п р о д о л ь н ы х осей к о м м у н и к а ц и й . О ш и б к и в положении знаков не д о л ж н ы п р е в ы ш а т ь ± 1 см. При разбивке пикетных и плюсо­ вых точек п о оси полосы в соответст­ вии с проектом н а сторожках надпи­ сывают рабочие отметки соответст­ вующие проектному п о л о ж е н и ю д н а корыта. После производства вчерне земляных работ по сооружению коры­ та вновь осуществляют разбивку по­ перечных профилей полосы и выносят в натуру проектные высоты д н а корыD on 11 с* * Р и с. 29.12. Схема разбивки

та с точностью ± 1 см. П р и оконча-

и закрепления поперечных профилей корыта и в п п

тельной планировке д н а корыта ИСпользуют один из известных способов

г

выноса в натуру проектных плоскостей: наклонным лучом нивелира, по опорному световому лучу лазерного визира, лазерного нивелира или тео­ долита или по установленной на проектном уклоне копирной струне. О б ­ работку корыта производят отдельными рядами шириной п о 7—7,5 м. Простейшим способом визуального контроля за положением рабоче­ го органа строительной м а ш и н ы является использование опорного свето­ вого луча лазерного визира ЛВ-5 либо лазерных визиров (насадок) к с е ­ рийным отечественным теодолитам Л и м к а - Л В Т и нивелирам Л и м ­ ка-ЛВН с анализом оператором положения светового пятна относительно центра марки-экрана, устанавливаемого на рабочем органе м а ш и н ы . П о п о л о ж е н и ю пятна оператор с п о м о щ ь ю гидравлической системы управ­ ления корректирует положение рабочего органа строительной машины. При планировке земляного корыта по копирной струне целесообраз­ но также использовать систему автоматического геодезического управ­ ления работой отвала автогрейдера Профиль-20. Д л я стабилизации рабо­ чего отвала автогрейдера в продольном направлении используют датчик, устанавливаемый в подъемном устройстве отвала, и контролирующий положение отвала по высоте через щуп относительно натянутой в задан­ ном направлении копирной струны. Система Профиль-20 имеет также стабилизатор отвала в поперечном направлении. Как правило, на И В П П и Р Д устраивают цементобетонные покрытия на песчаном, гравийно-песчаном или щебеночном основании. Искусственное основание устраивают в земляном корыте по установ­ л е н н ы м на проектные высоты колышкам, размещаемым в вершинах пря­ моугольно сетки 20 х 15 м или профилирующей машиной по копирной струне. Основание затем подлежит укатке с обеспечением точности ± 1—2 см по оси корыта. Отклонение поперечных уклонов от проектных значений не д о л ж н о превышать ± 0,0001—0,0002. Бетонирование полос осуществляют с использованием высокопроиз­ водительных комплектов типа Автогрейд (ДС-100, ДС-110), а также дру­ гих рельсовых и безрельсовых бетоноукладочных машин. Бетонирование осуществляют полосами шириной по 7—7,5 м. Безрельсовые бетоноукладочные механизмы создают проектную п о ­ верхность относительно установленной в заданном направлении копир­ ной струны. О б ы ч н о струны устанавливают на расстоянии 7—7,5 м по обе стороны от И В П П . Таким образом, с помощью двух копирных струн удается распределить бетон на полосе общей шириной 28—30 м. При использовании рельсовых бетоноукладочных машин качество строительных работ по сооружению искусственных покрытий во многом определяются точностью установки рельс-форм, являющихся одновре­ менно и опалубкой. Рельс-формы устанавливают по теодолиту парал­ лельно продольной оси полосы на расстояниях, кратных ширине плиты 15 э-з

433

(рис. 29.13). В высотном отношении рельс-формы устанавливают в проектное 1 положение с п о м о щ ь ю нивелира с запасом 7,5 на 2—3 мм на осадку основания. 2 III Одновременно с установкой рельс15,0 3 форм производят плановую разбивку тем­ 22,5 пературных и усадочных швов (швов рас­ 4 ширения и сжатия). 30,0 8/1 8Я &3 8/4 8/5 8/6 После завершения укладки бетона и беР и с . 29.13. Схема разбивки тоноотделочных работ осуществляют ис­ профилей для бетонирования полнительное нивелирование при установ­ ИВПП ке рейки непосредственно на бетон. В ы с о ­ ты бетонной поверхности не д о л ж н ы отли­ чаться более чем на ± 10 мм от проектных. П р и обнаружении отклонений более чем на 10 мм бетоноукладочную машину возвращают назад, кор­ ректируют установку рельс-форм и доводят уровень е щ е не затвердевше­ го бетона д о проектной высоты. ПК8

+8

+16

+24

+32

+40

J—

III Hil

ill

При сооружении искусственного покрытия полосы из сборных желе­ зобетонных плит производят плановую и высотную разбивку угловых т о ­ чек плит. После укладки плит осуществляют контрольное нивелирование стыков плит, которые не д о л ж н ы иметь уступов высотой более 2 м м . 29.9. РАЗБИВКА ПОДЗЕМНЫХ КОММУНИКАЦИЙ АЭРОДРОМОВ

Детальную разбивку и строительство коммуникаций всегда произво­ дят д о основных планировочных работ аэродрома. Подземные коммуникации аэродрома (ливневая канализация, водо­ провод, кабели, коллекторы), как правило, располагают параллельно осям полос и разбивают их от этих осей в соответствии с проектом. Коммуникации, размещаемые на значительном удалении от полосы, разбивают от пунктов геодезической опорной сети аэродрома, построен­ ной в ходе изысканий или строительства. Определив положение осевых линий подземных коммуникаций, ус­ танавливают положение центральных точек каждого запроектированно­ го колодца. Определение положения центральных точек колодцев проще всего производить прямыми промерами по оси компарированной лентой или рулеткой от б л и ж а й ш и х пикетов. На колодцах и пикетах устанавливают обноски (рис. 29.14). Для этого перпендикулярно к оси траншеи устанавливают деревянные столбы, к ко434

Р и с . 29.14. Схема обноски для разбивки коммуникаций

торым сбоку прибивают доску так, чтобы верхнее ребро ее было горизон­ тально и возвышалось над поверхностью земли на 0,5—1 м. Н а таких о б ­ носках в процессе разбивки с п о м о щ ь ю теодолита намечают направления осей колодцев. Геометрическим нивелированием о т б л и ж а й ш и х реперов устанавливают высоты обносок и, сопоставляя их с проектными высота­ ми д н а колодцев или траншеи, устанавливают рабочие отметки соответ­ с т в у ю щ и х точек. О т л о ж и в величины рабочих отметок от соответствующих обносок по отвесу вниз траншеи получают возможность устанавливать высотное по­ ложение каждого элемента коммуникаций. Проектное положение эле­ ментов в плане определяют прямым промером расстояний вдоль соответ­ с т в у ю щ и х осей от проекций центральных точек колодцев, спроектиро­ ванных вниз траншеи по отвесу. Детальную разбивку траншей и укладку коммуникаций производят по визиркам между обносками или с п о м о щ ь ю лазерного визира. При устройстве колодцев о б р а щ а ю т внимание на то, чтобы верх кры­ шек колодцев соответствовал проектным высотам спланированной п о ­ верхности аэродрома, а рамы дождеприемников соответствовали проект­ ным высотам бетонного покрытия. После окончания укладки коммуникаций и строительства колодцев производят исполнительную съемку (измеряют расстояния между цен­ трами колодцев, привязывают к пунктам опорной геодезической сети, оп­ ределяют диаметры у л о ж е н н ы х труб, нивелируют лотки и крышки к о ­ лодцев). В результате составляют исполнительный план и профиль ком­ муникаций в масштабе 1:2000.

Глава 30. Г Е О Д Е З И Ч Е С К И Е Р А Б О Т Ы П Р И МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ И ГИДРОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЯХ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА РЕКАХ 30.1. ОРГАНИЗАЦИЯ МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ И ГИДРОМЕТРИЧЕСКИХ РАБОТ

При изысканиях гидротехнических сооружений на реках выполняют, как правило, морфометрические работы, которые в необходимых случаях дополняют гидрометрическими работами . Морфометрическими работами ограничиваются в следующих слу­ чаях: вблизи проектируемого объекта имеются водопосты Гидрометео­ службы, д а н н ы е наблюдений которых обеспечивают надежное определе­ ние гидрологических характеристик водотока; проектируемый объект расположен рядом с существующим сооруже­ нием, опыт эксплуатации которого может служить эталоном для проекти­ руемого; проектируемый объект расположен на участке реки с небольшими поймами; изыскания проектируемого объекта носят срочный характер, и время их производства не совпадает с периодом прохождения паводков на водо­ токе. В о с т а л ь н ы х случаях н е о б х о д и м о проведение г и д р о м е т р и ч е с к и х либо с м е ш а н н ы х г и д р о м о р ф о м е т р и ч е с к и х работ в весенне-летний пе­ риод. Морфометрические работы, выполняемые в беспаводочный период и предназначенные прежде всего для определения количественных соотно­ шений между морфометрическими и гидравлическими характеристика­ ми русел и пойм рек, включают в себя: определение гидрологических характеристик водотока; обследование русла и пойм реки в районе проектируемого объекта с установлением типа и количественных характеристик руслового про­ цесса; выбор, разбивка, закрепление и съемка морфостворов; установление и геодезическая привязка следов исторических павод­ ков; съемка продольного профиля реки по руслу; 1

1

Пособие к СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы» по изысканиям и проектированию железнодорожных и автодорожных мостовых переходов через водотоки (ГТМП-91). М.: «ПКТИтрансстрой», 1992.

обследование существующих гидротехнических сооружений на реке; камеральная обработка материалов морфометрических изысканий. Гидрометрические работы выполняют в два этапа. До начала паводка: выбор, разбивка, закрепление и съемка гидростворов. Устройство в случае необходимости тросовых перетяжек; устройство и геодезическая привязка водомерных постов; сооружение вышек для поплавковых наблюдений и наблюдений за траекториями льдин, судов и плотовых составов; производство подводной съемки меженного русла; измерение т о л щ и н ы льда. В период паводка выполняют: водомерные наблюдения на водомерных постах (наблюдения за изме­ нениями уровней воды); измерения мгновенных уклонов свободной поверхности потока; измерения скоростей течения и вычисление расходов воды; измерения поверхностных скоростей и направлений течения поплав­ ками, наблюдения за траекториями льдин, судов и плотовых составов; промеры глубин (подводную съемку русла); измерения твердого стока (расходов руслоформирующих наносов). Изыскательские партии, выполняющие комплекс морфометрических и гидрометрических работ, должны быть снабжены плавучими средства­ ми: весельными и моторными лодками, а на больших реках — катерами и понтонами. Д о л ж н ы иметь необходимый парк геодезических и гидромет­ рических приборов. При этом по возможности в изыскательской партии целесообразно иметь светодальномеры или электронные тахеометры, приемники спутниковой навигации «GPS», современные фототеодолит­ ные комплекты, эхолоты, электронные скоростемеры, приборы геофизи­ ческой разведки и т. д. 30.2. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПРИ УСТРОЙСТВЕ ВОДОМЕРНЫХ ПОСТОВ И ГИДРОМЕТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

Для изучения гидрологического режима рек проводят регулярные на­ блюдения за изменениями уровней воды, определяют уклоны рек, изме­ ряют скорости и направления скоростей течения, определяют расходы воды и расходы твердого стока (руслоформирующих наносов), измеряют т о л щ и н ы льда и т. д. На участке изысканий гидротехнического сооружения, как правило, устраивают не менее трех водомерных постов. Один из них размещают по оси сооружения, а два других (для определения уклонов свободной по-

верхности) располагают вверх и вниз от оси на расстояниях, в зависимо­ сти от уклона реки, не менее: Уклон, %о Расстояние, км

0,05 0,06 0,08 0,10 0,20 0,30 0,50 0,80 1,5 и более 5,5 4,1 2,7 2,0 0,9 0,5 0,3 0,2 0,1

Указанные расстояния обеспечивают измерение уклона свободной поверхности с точностью до 10% при измерении уровней воды с точно­ стью до 1 см. Если в створе проектируемого сооружения на излучине меандрирующей реки имеет место разность уровней воды на противоположных бере­ гах более 2 см, то устанавливают по три водомерных поста на каждом бе­ регу. На реках со сложной свободной поверхностью воды (горный, блуж­ д а ю щ и е реки, реки с широкими поймами при наличии поперечного укло­ на) количество и размещение водомерных постов определяют в зависи­ мости от местных условий. При этом, если направление течения на пойме отличается от течения в главном русле, по концам обследуемого участка реки на поймах устанавливают водомерные посты реечного типа. Различают водомерные посты: свайные на беспойменных нескальных берегах рек (рис. 30.1); реечные на поймах, в руслах при сравнительно небольшой амплитуде колебания уровней воды или на скальных берегах; свайно-реечные на высоких пойменных берегах. Водомерные посты размещают в местах, не подверженных размывам, навалу льдин, вне заводей, при отсутствии волнобоя, подпоров и обрат­ ных течений и т . д., по возможности на берегах с откосами 1:5—1:2. Водомерные посты устраивают обязательно д о начала паводка. Свайный водомерный пост состоит из ряда свай, забитых в створе, перпендикулярным урезу воды (см. рис. 30.1, а). Для устройства свайных водопостов используют призматические мостовые сваи заводского изго­ товления, обрезки рельсов или деревянные сваи из прочного дерева, кото­ рые забивают в грунт ниже глубины сезонного промерзания. На торцах свай записывают их номера, при этом счет ведут сверху вниз от первой сваи. Последнюю сваю устанавливают ниже уровня наименьшей межени. П р е в ы ш е н и я м е ж д у т о р ц а м и с о с е д н и х свай не д о л ж н ы б ы т ь б о л ь ш е 0,5 м, при этом сами сваи не должны возвышаться над поверхностью зем­ ли более чем на 0,25 м. При измерениях уровней воды на свайных водомерных постах ис­ пользуют переносную рейку с сантиметровыми делениями, которую не­ редко изготавливают ромбического поперечного сечения для лучшего обтекания водой на течении.

Р и с . 30.1. Схема водомерных постов: а — свайный водомерный пост; б — схема промеров; в — определение толщины льда: / — водомерные рейки; 2 — линейка; 3 — уровень; 4 — ледомерная рейка; 5 — лунка; 6 — индекс; 7 — поверхность льда; 8 — нижняя кромка льда

Реечный водомерный пост представляет собой рейку с сантиметро­ выми делениями и прямой оцифровкой длиной 2—3 м, укрепляемую на опоре моста, а на пойменных участках на стволе дерева или на забитой в грунт деревянной свае. Для этой цели часто используют о б ы ч н ы е цель­ ные 3-метровые нивелирные рейки (см. рис. 11.7). Для непрерывной автоматической фиксации колебаний уровней воды иногда применяют специальные приборы — ламниграфы, з а п и с ы в а ю щ и е результаты измерений на магнитные носители информации. При устройстве водомерного поста, для контроля неизменности п о ­ ложения реек или свай, вблизи него устанавливают репер, который закла­ д ы в а ю т по о б щ и м правилам устройства грунтовых реперов, обязательно в месте, не подверженном затоплению в паводки. Реперы водомерных п о ­ стов увязывают между собой и привязывают к пунктам государственной нивелирной сети двойным геометрическим нивелированием I V класса. Невязка разности суммы превышений между прямым и обратным ниве­ л и р н ы м и ходами не должна превышать / = ± 2 0 мм VI, л

(30.1)

где L — длина двойного нивелирного кода, км. Высоты нуля рейки и головок свай устанавливают двойным геомет­ рическим нивелированием технической точности, которое производят д в а ж д ы : д о и после прохода паводков.

Измерения уровней в период межени воды производят 2 раза в сутки (в 8 и 20 часов). Во время паводка количество измерений увеличивают до 4, 6, 12 или 24 раз в сутки в зависимости от скорости подъема или спада уровней. Если наблюдения производят при волнении, то отсчет по рейке берут д в а ж д ы при набеге и откате волны, и за окончательный отсчет принима­ ют среднее значение. Отсчеты заносят в специальный водомерный ж у р ­ нал, и по окончании водомерных наблюдений строят графики изменения у р о в н е й воды (водомерные графики) Н = / (Г) по всем водомерным по­ стам. 30.3. РАЗБИВКА И ЗАКРЕПЛЕНИЕ НА МЕСТНОСТИ МОРФОСТВОРОВ И ГИДРОСТВОРОВ

Н а обследуемом участке реки разбивают морфостворы, которые слу­ жат для: построения профиля свободной поверхности потока при расчетном уровне высокой воды; определения расходов и уровней воды; расчета распределения расхода между руслом и поймами. Морфостворы предварительно намечают по крупномасштабным кар­ там и располагают нормально к направлениям руслового и пойменного потока. Морфостворы в необходимых случаях делают ломаными, разме­ щая стороны ломаного хода нормально к ожидаемым направлениям тече­ ния речного потока в паводки. Главный морфоствор назначают по оси проектируемого сооружения. Н а м е а н д р и р у ю щ и х реках морфостворы располагают в наиболее уз­ ком месте д о л и н ы реки с наименьшим числом стариц и проток, на участ­ ках, где направления руслового и пойменного потоков практически па­ раллельны. На б л у ж д а ю щ и х реках морфостворы назначают в местах наименьшей ш и р и н ы зоны блуждания. На б о л ь ш и х реках со значительной шириной пойм морфостворы сни­ мают геометрическим нивелированием с предварительным вешением л и ­ нии и разбивкой пикетажа. Границами морфоствора являются высоты земли, п р е в ы ш а ю щ и е на 1—2 м расчетные уровни высокой воды ( Р У В В ) на реках с весенними половодьями и на 2—3 м — на реках с ливневыми паводками. На средних и малых водотоках морфостворы снимают тахеометрами методом тригонометрического нивелирования. Морфостворы закрепля­ ют на местности и привязывают в плане к продольному профилю реки.

И, u

№34

Примечание. Гидравлические элементы Выпи­ саны для Уддщъ 4

л участков Характеристика, грунтов Ширина участка 0,м Среднее глубина Н.м~ Площадь сечения ш.м* Уклеи I Коэффициент шлршеВешш я Носика потека сомаГ Среднее скорость у* м/с РасходВ.м'/с % от суммарного О

алылсгреВшитат

Г

1т.в 73" 1ЫТ

Суглинки' 545.0

ТУГ

0.00070

302.0

S7T

JLL. Молодой лес

Ситуация и характеристи­ ка растительности

Молодой лес

Отметка земли

Расстояниям Пикеты и плюсы

V

о

;

35

г

3d

20

US 640

Р и с . 30.2. Профиль морфоствора

При съемке морфостворов фиксируют ситуацию по 100 м в к а ж д у ю сторону, а также описывают ситуационно-морфологические характери­ стики русла и пойм. К последним относят: пойменные озера, староречья, протоки, спрямляющие течения, про­ рывы перешеек излучин меандрирующих рек, постоянно д е й с т в у ю щ и е водотоки; характер и густоту пойменной растительности; характеристики грунтов в русле и на незадернованных участках пойм; границы участков морфоствора, характеризуемые различными гид­ равлическими сопротивлениями; частоту затопления пойм в паводки. По результатам съемки морфоствора и морфометрическим обследо­ ваниям готовят профиль морфоствора (рис. 30.2). По геометрическим и морфометрическим характеристикам различ­ ных участков морфоствора вычисляют их гидравлические показатели: средние глубины, скорости течения, расходы и, главное, распределение расчетного расхода между руслом и поймами.

При необходимости производства гидро­ метрических работ на местности разбивают и закрепляют гидромет­ В.1 рические створы. Гидрометрические В.2 створы н а местности В.З теодоли­ Р и с . 30.3. Схемы закрепления промерных вертикалей: трассируют том, разбивают пике­ а — плавающими вехами; б — створными знаками таж и снимают двой­ ным геометрическим нивелированием. Створы закрепляют вехами по д в е н а каждом берегу, а при широком разливе устанавливают дополнительные вехи на поймах. По результатам съемки гидрометрического створа строят его профиль (см. рис. 28.8). На заросших поймах прорубают просеки шириной 5—6 м для свобод­ ного плавания лодок в ходе производства гидрометрических работ. Н а гидростворах намечают и закрепляют промерные вертикали плавающи­ ми вехами (рис. 30.3, а) или створными знаками (рис. 30.3, б). Число промерных вертикалей в руслах рек устанавливают в зависи­ мости от ширины русла: Ширина русла, м До 100 100—300 300—600 600—1000 Более 1000

Число вертикалей 5 7 9 11 13 (но не реже, чем через 200 м)

Число промерных вертикалей на поймах назначают также в зависимо­ сти от их ширины, но не реже чем через 200 м. 30.4. ИЗМЕРЕНИЕ УКЛОНОВ СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Уклон водной поверхности, который необходимо знать для выполне­ ния гидравлических расчетов — это наиболее трудно определимая вели­ чина, и поэтому его измеряют особенно тщательно. Для измерения продольных уклонов рек используют уровни н а водо­ мерных постах, отнесенные к одному моменту времени, так как уклоны рек непрерывно меняются (см. § 30.2). Для определения уклонов необхо-

д и м о знать расстояния между водомерными постами, которые измеряют на местности мерной лентой, дальномерами, по картам или аэрофото­ снимкам. Для измерения длины реки на карте или плане ее делят на ха­ рактерные участки и измеряют посредством малого раствора измерителя д в а ж д ы в прямом и обратном направлениях при допустимом расхожде­ нии в длинах не более 2%. Е щ е лучше для этой цели использовать меха­ нические или электронные курвиметры. У к л о н ы водной поверхности, особенно на реках со сложной свобод­ ной поверхностью, нередко определяют посредством геометрического нивелирования кольев забиваемых вдоль реки по урезу вровень с уров­ нем воды. Такие колья называют урезными. Урезные колья забивают в безветренную погоду в местах со спокойной поверхностью воды. Рядом с урезным колом для его быстрого нахождения устанавливают веху или сторожок высотой 20—30 см над водой. В связи с изменчивостью уровней воды в реке урезные колья на ис­ следуемом участке русла забивают одновременно по сверенным т о ч н ы м часам, звуковому сигналу (выстрелу) или по сигнальной ракете. Уровни воды в реке, отнесенные к одному моменту времени, называют мгновен­ ными, а работу по определению мгновенных уровней называют одновре­ менной связкой уровней. Затем по урезным кольям вдоль реки проклады­ вают нивелирные ходы, опирающиеся своими концами на пункты госу­ дарственной нивелирной сети. В противном случае делают д в о й н ы е ходы геометрического нивелирования. В зависимости от уклона реки исполь­ зуют ходы технического нивелирования, а также ходы нивелирования I V , I I I и д а ж е I I классов. При этом, чем меньше продольный уклон реки, тем в ы ш е класс геометрического нивелирования используют. В результате нивелирования определяют высоты урезных кольев. Расстояния между соседними урезными кольями измеряют мерной лентой или дальноме­ ром. Уклон участка реки определяют =

Я -Я,

(30.2)

а

d

9

где Я 2 , # i — высоты соседних урезных кольев; d — расстояние между ними. Поскольку на разных фазах паводков реки закономерно имеют раз­ ные продольные уклоны (на подъеме паводки больше, на спаде — мень­ ше), то измерения мгновенных уклонов по урезным кольям следует де­ лать обязательно на подъеме, пике и на спаде паводка. В результате многоразовых измерений продольных уклонов реки строят график зависимости / = fiji).

30.5. СЪЕМКА РУСЕЛ РЕК И КАНАЛОВ

Съемку русел рек, каналов и водохранилищ производят с целью по­ следующего проектирования различных гидротехнических сооружений. Плановое обоснование съемок русел создают методами триангуля­ ции, тралатерации и полгонометрии, высотное — геометрическим ниве­ лированием I I I , I V классов и техническим нивелированием. Вдоль рек и каналов прокладывают теодолитно-нивелирные ходы с разбивкой пикетажа. При ширине реки с в ы ш е 800 м теодолитные ходы прокладывают по обеим берегам. Плановое обоснование съемок водохранилищ разбивают способами триангуляции и трилатерации. Триангуляцию используют также для обоснования съемок рек и каналов, при этом вершины треугольников рас­ полагают по обеим берегам (см. рис. 28.5). Нивелирные ходы закрепляют грунтовыми реперами, устанавливае­ мыми в среднем через 2—3 км. Для составления плана береговой линии рек и водохранилищ выпол­ няют тахеометрическую съемку. При этом съемочные точки размещают таким образом, чтобы с них хорошо просматривалась береговая линия, которую тщательно снимают. На реках снимают также прирусловой вал по бровкам русла. Наиболее производительной и эффективной такая съемка оказывается при использовании электронных тахеометров. Измерение глубин речного русла дает возможность построить план дна реки в горизонталях или изобатах. При наличии плана пойм в гори­ зонталях и плана д н а русла можно составлять поперечные сечения доли­ ны реки по любому интересующему проектировщиков створу. П р о м е р ы глубин, как правило, производят с весельных или моторных лодок. В зависимости от характера реки используют три способа подвод­ ных съемок: по поперечникам при сравнительно небольших скоростях течения (рис. 30.4, а), косыми галсами при средних скоростях течения

Р и с . 30.4. Схемы промеров глубин рек: а — поперечниками; б — косыми галсами; в — продольными галсами

(рис. 30.4, б) и продольными галсами при больших скоростях и глубинах реки (рис. 30.4, в). Первые два способа применяют при небольшой ширине водного зер­ кала, когда лодку можно устанавливать в конкретных створах, а ориенти­ рование ее осуществлять визуально по створным вехам, установленным на берегах. Расстояния между промерами глубин не д о л ж н ы быть более 1/10 ширины русла. Фактически во многих случаях фиксируют значи­ тельно большее число промерных точек. Промеры по поперечникам выполняют прямыми угловыми засечками положения лодки теодолитом со съемочной точки на берегу, положение которой выбирают так, чтобы угол между промерным створом и направ­ лением от лодки на теодолит составлял порядка 3 0 — 5 0 ° . Лодку устанав­ ливают в промерном створе по береговым створным вехам. Наблюдатель в лодке подает сигналы флажком о производимых промерах наблюдате­ л ю у теодолита, который считывает углы по горизонтальному кругу тео­ долита. Расстояния между поперечниками принимают не более полови­ ны ш и р и н ы русла реки (см. рис. 30.4, а). На сравнительно нешироких ре­ ках промеры нередко ведут, передвигая лодку по натянутому поперек реки, размеченному тросу. Промеры по косым галсам выполняют после расстановки на берегах специальных поворотных и створных вех, позволяющих перемещать лод­ ку по практически прямым линиям, ориентируясь по береговым вехам. Промеры при этом ведут непрерывно, а теодолитом фиксируют положе­ ние каждой десятой промерной точки. Промежуточные промерные точки распределяют на равных расстояниях между зафиксированным теодоли­ том (см. рис. 30.4, б). При широком водном зеркале, в частности при промерах во время па­ водков, когда ориентирование лодки по береговым створным вехам ста­ новится невозможным, подводную съемку осуществляют продольными галсами (лодка при этом не управляется, а перемещается только силой те­ чения реки), Для фиксирования положения лодки прямыми угловыми за­ сечками требуется наличие на берегах двух теодолитов (см. рис. 30.4, в). Для всех трех способов подводных съемок русел рек целесообразно использовать электронные тахеометры. На лодке устанавливают отража­ тель, а засечки ведут с одной точки полярным способом в р е ж и м е работы тахеометра — «Слежение». Еще более эффективным является использование для определения положения лодки многоканальных приемников систем спутниковой на­ вигации «GPS», устанавливаемого на лодке и фиксирующего ее положе­ ние в режиме реального времени, с записью координат на магнитные но­ сители информации (дискеты).

Р и с . 30.5. Портативный эхолот «Язь»: / — эхолот; 2 — излучатель; 3 — аккумулятор

При отсутствии ультразвуковой аппаратуры промеры глубин д о 3— 4 м осуществляют наметкой, а свыше 3—4 м — лотом. Наиболее производительно и эффективно можно производить изме­ рения глубин с применением эхолотов, принцип действия которых состо­ ит в определении глубин по времени прохождения ультразвукового им­ пульса от излучателя д о д н а реки и обратно. В последние годы для этой цели используют портативный эхолот «Язь», модернизированный и н ж . Ю . М . М и т р о ф а н о в ы м , п о з в о л я ю щ и й и з м е р я т ь г л у б и н ы о т 0,8 д о 40 м (рис. 30.5). Запись глубин осуществляется на непрерывно п е р е м е щ а ю щ у ю с я ленту в виде продольного профиля д н а реки по маршруту следования лодки — батиграммы (рис. 30.6). Модернизированный эхолот «Язь» обеспечивает фиксацию на батиграмме положения промерных створов в момент теодолитной засечки. Эхолот позволяет производить промеры глубин при ледяном покрове толщиной д о 1 м, но не менее безопасной т о л щ и н ы для производства работ. П р и проме­ рах глубин со льда в месте изме­ / рения на лед наливают немного воды и на смоченную поверх­ ность устанавливают вибратор. Р и с . 30.6. Батиграмма эхолота: 1 — линия записи дна; 2 — линия поверхности Глубины с батиграммы сни­ воды; 3 — отметки промерных точек в момент мают с п о м о щ ь ю палетки в виде теодолитной засечки; 4 — характерные точки дна; круговой кривой с радиусом, 5 и б — толщины льда соответственно 20 и 40 см; 7 — отсутствие отраженного сигнала равным радиусу движения пера (недостаток усиления); 8 — кратный сигнал, эхолота при записи на батиотраженный от дна при неправильной регулировке усиления (избыток усиления) грамме. 7

При обработке материалов промерных работ определяют л и н е й н у ю невязку, которую находят из сравнения общей длины промерного створа и той же длины, полученной суммированием расстояний между промер­ ными точками. Полученную невязку распределяют пропорционально из­ меренным расстояниям. Поскольку промерный процесс занимает определенный отрезок вре­ мени, уровни воды в реке за это время могут измениться, поэтому уровни фиксируют на водомерных постах по меньшей мере дважды — перед на­ чалом и по окончании промерных работ. Если эти уровни различаются более чем на 2 см, то необходимо вводить поправки к результатам изме­ рения глубин с тем, чтобы привести измерения глубин к одному моменту времени. 30.6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСТОРИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ ВЫСОКОЙ ВОДЫ ПО СЛЕДАМ НА МЕСТНОСТИ. ПРОДОЛЬНЫЙ ПРОФИЛЬ РЕКИ

При определении уровней высокой воды (УВВ) наиболее надежными являются данные водомерных постов. Данные о наивысших уровнях воды за ряд лет можно получить по материалам систематических наблю­ дений на водомерных постах Гидрометеослужбы. Однако период непре­ рывных наблюдений на водомерных постах, как правило, ограничен и может не включать в себя прошедшие на реке выдающиеся и историче­ ские паводки. И наконец, на неизученных в гидрологическом отношении водотоках систематические наблюдения за уровнями отсутствуют вооб­ ще. В таких случаях высоты У В В выдающихся и исторических паводков можно установить опросом старожилов или по следам на местности. Све­ дения об У В В получают по возможности в большем числе мест на обеих берегах реки, не ограничивая район обследования. Места показаний уровней выбирают в наиболее надежных местах (стены зданий, ступень­ ки крыльца, колодцы, отдельные объекты на пологих склонах и т. д.). Показания старожилов о выдающихся и исторических паводках и ре­ ж и м е реки оформляют специальным актом опроса. Вне пределов населенных пунктов высоты У В В определяют по сле­ дам на местности, к которым относят: наносник (мелкие сучки, обломки тростника, пучки травы, ил и т. д.) на стволах и ветках деревьев и пологих берегах; отложения наносов или следы нефти на деревьях и скальных берегах; полосы смыва «пустынного загара» на скальных берегах, опорах мос­ тов или стенах зданий и сооружений; следы подмыва крутых берегов;

границы распространения пойменной растительности в з а с у ш л и в ы х районах; линии изменения цвета и состава травяного покрова на пойменной террасе. Высоты точек У В В , показанные старожилами или установленные по следам на местности, определяют геометрическим нивелированием с д о ­ пустимой невязкой не более ±20 м м 4Z (где L—длина двойного нивелир­ ного хода, км), с привязкой к пунктам съемочного обоснования. Н и т я н ы м дальномером нивелира определяют положение снимаемых точек У В В от­ носительно оси проектируемого объекта. П о результатам выполненных работ по устройству водомерных п о ­ стов, разбивке морфостворов и гидростворов, измерению уклонов с в о ­ бодной поверхности и съемке русла составляют продольный п р о ф и л ь реки (см. рис. 28.9). Н а продольный профиль реки наносят морфостворы и гидростворы, водомерные посты, профили свободной поверхности при р а з л и ч н ы х уровнях воды, профили русла реки по фарватеру и по бровкам, оси с у щ е ­ с т в у ю щ и х гидротехнических сооружений (мостов, плотин, водозаборов и т. д.) и наконец, все точки У В В , зафиксированные в результате о п р о с а старожилов и по следам на местности. Продольный профиль реки является одним из важнейших д о к у м е н ­ тов, характеризующий водоток и используется д л я последующих гидрав­ лических расчетов и проектирования гидротехнического сооружения. 30.7. ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТЕЙ И НАПРАВЛЕНИЙ ТЕЧЕНИЯ

При измерениях скоростей течения для последующего вычисления коэффициентов шероховатости, расходов воды и выполнения гидравли­ ческих расчетов, а также направлений течения д л я правильного р а з м е щ е ­ ния оси сооружения нередко используют наиболее простой и д е ш е в ы й одноточечный поплавковый способ измерения скоростей течения. Е г о основным недостатком является зависимость точности измерений от п о ­ годных условий. Определение направлений и измерения поверхностных скоростей т е ­ чения воды в реке одноточечным способом осуществляют с п о м о щ ь ю п о ­ плавков с засечками и х приблизительно через равные интервалы в р е м е н и по вертикальному и горизонтальному кругам теодолита, устанавливаемо­ му на специальной вышке или на высоком крутом берегу (рис. 30.7). О д ­ новременно при производстве засечек берут отсчеты по секундомеру. Поплавки изготавливают из дерева в виде круглого диска д и а м е т р о м около 25 см и толщиной порядка 5 см. В центре диска укрепляют стер­ жень высотой д о 15 см с белым флажком. В ветреную погоду для прида-

ния поплавку большей у с ­ тойчивости к нему прикре­ пляют небольшой груз. При расстояниях от теодолита д о поплавков бо­ лее 1 км применяют по­ плавки треугольной формы при длине каждой из сто­ рон 0,5 м. В вершинах тре­ угольных поплавков уста­ навливают стержни высо­ той 15—20 см с разноцвет­ Р и с . 30.7.' Схема засечек поплавков н ы м и флажками. одноточечным способом При сильном ветре по­ плавковые измерения скоростей течения не производят. Поплавковые измерения производят в количестве: двух во время ледохода с засечками плывущих льдин; двух на подъеме паводка; двух на пике; трех-четырех на спаде паводка д о межени. Длину участка поплавковых наблюдений принимают: при ширине русла до 200 м -«до 500 м -«свыше 500 м

0,5—1 км 1—2 км 2—3 км

Участок наблюдений выбирают таким образом, чтобы 2/3 его протя­ женности располагалось в ы ш е оси сооружения и 1/3 ниже. Число траек­ торий поплавков в русле при одном цикле измерений д о л ж н о быть не м е ­ нее: при ширине русла до 200 м -«до 500 м -«до 1000 м свыше 1000 м

7—9 траекторий 9—11 -«11—13 -«13—15 -«-

Траектории размещают равномерно п о ширине потока. Н а открытых поймах количество траекторий назначают в зависимости от местных у с ­ ловий. М а к с и м а л ь н ы е интервалы времени между засечками поплавков на­ значают в зависимости от принятого масштаба поплавкового планшета и поверхностной скорости течения и лежат в пределах от 120 д о 20 се­ кунд.

Определение положения поплав­ ков производят способом полярных координат п о горизонтальному углу ср, отсчитываемому о т створа засечно­ го пункта (вышки) и расстоянию от центра вышки д о поплавка d (см. рис. 30.7), которое определяют по формуле: Р и с . 30.8. Типы гидрометрических вертушек: ' — штанговая; б — подвесная (тросовая)

Jh d =tga ± / s i n c p

(30.3)

где AT — высота прибора над рабочим уровнем воды в створе вышки; a — вертикальный угол; ф — горизонтальный угол между створом засечного пункта и направлением на поплавок; / — продольный уклон свободной поверхности потока. В формуле (30.3) знак минус применяют для поплавков н и ж е засечно­ го створа, а плюс — в ы ш е створа. Высоту рабочего уровня воды вычисляют как среднее значение высот уровней в начале и конце наблюдений. Измерения скоростей течения гидрометрическими вертушками (рис. 30.8) или электронными скоростемерами производят на строго за­ крепленных промерных вертикалях (см. рис. 30.3) в т е х случаях, когда уровень воды в реке меняется быстро и ширина ее велика. В остальных случаях м о ж н о устанавливать лодку в гидрометрическом створе по бере­ говым створным вехам, не закрепляя определенных вертикалей, а поло­ ж е н и е лодки н а створе определять теодолитом угловой засечкой. Измерения скоростей гидрометрическими вертушками или электрон­ н ы м и скоростемерами ведут шеститочечным или пятиточечным способа­ ми. П р и шеститочечном способе измерения скоростей н а каждой промер­ ной вертикали ведут у поверхности воды, н а 0,2—0,4—0,6—0,8 глубины и у д н а (при пятиточечном способе точку на 0,4 глу­ б и н ы исключают). П р и незначительных глубинах число промерных точек на вертикали уменьшают: так при глубине потока на вертикали от 1 д о 3 м — до трех (поверхность, 0,6 глубины, дно), при глуби­ не менее 1 м — д о одной (0,6 глубины). Вертушку или скоростемер опускают н а тросе с Помощью гид­ Р и с . 30.9. Нормальная рометрической лебедки, а при глубинах до 3 м — на эпюра скоростей на штанге. промерной вертикали

По результатам измерения скоростей на каждой промерной вертика­ ли строят эпюры скоростей (рис. 30.9). По площади такой э п ю р ы со определяют элементарный расход q и с р е д н ю ю скорость течения Vq, на каждой промерной вертикали, ис­ пользуемые в последующих гидравлических расчетах. 30.8. ОБСЛЕДОВАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИИ

При изысканиях и проектировании различных гидротехнических объектов на реках наиболее часто подвергаются морфометрическому об­ следованию такие существующие сооружения, как плотины и автодорож­ н ы е и железнодорожные мостовые переходы. П л о т и н ы (прежде всего некапитального типа) обследуют главным об­ разом на предмет их возможного прорыва в паводки, как правило, с тяже­ л е й ш и м и последствиями для сооружений и объектов, расположенных в н и ж н е м бьефе. П р и обследовании плотин использование фототеодолит­ н ы х съемок является самым эффективным и объективным методом сбора информации о состоянии существующего сооружения. Морфометрические обследования существующих автодорожных и железнодорожных мостовых переходов проводят: при проектировании реконструкции мостового перехода или отдель­ н ы х его элементов ввиду неудовлетворительной их работы; при проектировании железнодорожного моста под вторые пути; при проектировании нового мостового перехода вблизи существую­ щ и х автодорожных или железнодорожных мостовых переходов. При морфометрическом обследовании существующих мостовых пе­ реходов собирают следующие данные в таких организациях, как Гидро­ метеослужба, Г Г И , Гидропроект, Гипроводхоз, Гипроречтранс, Геофонд, с л у ж б ы эксплуатации автомобильных и железных дорог и т. д.: год постройки мостового перехода; годы реконструкции мостового перехода или его элементов; уровни высокой воды У В В , высокого ледохода У В Л , межени под мостом; годы и места переливов через насыпи подходов в высокие паводки, размеры повреждений и длительность перерывов движения; инженерно-геологическое строение по оси мостового перехода по проектным д а н н ы м и исполнительным чертежам; размывы подмостового русла, устанавливаемые по с о в м е щ е н н ы м профилям ж и в ы х сечений;

плановые изменения положения русла вследствие естественного ру­ слового процесса путем совмещения топографических съемок разных л е т и лоцманских карт; продольные и поперечные профили подходов и регуляционных с о ­ оружений и типы укрепления их подошв и откосов, характер и места и х повреждений; существующие условия судоходства и лесосплава. При морфометрическом обследовании существующих мостовых п е ­ реходов следует широко применять фототеодолитные съемки. Для определения схемы моста, разбивки на пролеты, д л и н ы м о с т а и его отверстия, конструкции опор и пролетных строений используют ф о ­ тотеодолитную съемку с базиса приблизительно параллельного оси м о с ­ та, размещенного с верховой его стороны. При этом, при ширине русла д о 100 м, съемочные точки базиса размещают по обеим берегам. П р и б о л ь ­ шей ширине русла фототеодолитные съемки производят с двух базисов, размещаемых на обеих берегах. При этом выполняют, как правило, н о р ­ мальную и равноотклоненную фототеодолитные съемки. При п о с л е д у ю ­ щей стереофотограмметрической обработке нормальные и конвергент­ ные стереопары используют для получения характеристик самого моста, а р а в н о о т к л о н е н н ы е — д л я подходов и регуляционных сооружений. Для определения габаритов моста (ширины проезжей части, полос безопасности и тротуаров) состояния проезжей части, системы п о в е р х н о ­ стного водоотвода, колесоотбойных устройств, мачт освещения, тротуар­ ных блоков и перильных ограждений выполняют нормальную фототео­ д о л и т н у ю съемку с насыпей подходов, размещая базисы фотографирова­ ния перпендикулярно к оси моста, а съемочные точки на обочинах п о д х о ­ дов. Для малых и средних мостов обычно оказывается достаточно о д н о г о базиса. Н а больших мостах фототеодолитную съемку выполняют по меньшей мере с двух базисов на подходах в направлении левобережного и правобережного береговых устоев к середине моста. Камеральную стереофотограмметрическую обработку стереопар ц е ­ лесообразно проводить с использованием автоматизированной с и с т е м ы цифровой фотограмметрии ( А С Ц Ф ) «Photomod», для чего снимки пред­ варительно сканируют. При отсутствии автоматизированной с и с т е м ы стереофотограмметрической обработки стереопар можно использовать серийный стереокомпаратор. Чрезвычайно важной, особенно при проектировании реконструкции мостового перехода, является информация о деформациях подмостового русла за время эксплуатации моста. Для этой цели собирают и н ф о р м а ­ цию о периодических промерах под мостом в организациях службы э к с ­ плуатации, а также производят собственные промеры подмостового р у с -

00 ^

Р5 N Q

(О

О ' Ч »

00

С\| О Q M - 0 0 00 c o c o о



2

Элементарный расход (м /с) на вертикали q = 0,135 L„.

определится: (30.7)

Если соединить кривой точки выхода поплавков на поверхность воды, можно получить эпюру элементарных расходов в масштабе аэро-

Р и с. 30.12. Измерение расходов воды методом поплавков-интеграторов: а — траектория выхода поплавка-интегратора на поверхность; б — эпюра элементарных расходов

фотоснимка (рис. 30.12, б). О б щ и й расход в заданном сечении находят, определив площадь этой эпюры. Летно-съемочные работы при измерении расходов воды производят в следующей последовательности: пролетают над створом наблюдений и сбрасывают сосуды с ж и д к и м индикатором; фотографируют точки падения сосудов на поверхность воды; после набора самолетом заданной высоты через 3—4 минуты после сбрасывания поплавков вновь фотографируют исследуемый участок рус­ ла с тем, чтобы установить точки выхода индикатора. Высоты уровней воды УВ устанавливают относительно репера, в ы ­ бранного вблизи одного из урезов воды. Превышение между ними опре­ деляют на стереофотограмметрическом приборе. Высота уровня в о д ы определится как: УВ = Я

о п

+ А,

(30.8)

где Я — высота репера; й — среднее из нескольких измерений п р е в ы ш е н и е между репером и урезом воды. Глубины в точках вертикалей находят при определении расходов воды поплавками-интеграторами по формуле: р п

с р

h *

где Рпов — поверхностная скорость на вертикали.

(30.9)

ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие

3

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ. ОБЩАЯ ГЕОДЕЗИЯ.

5

ГЛАВА 1. Общие сведения

5

1.1. Геодезия и ее содержание 1.2. Значение инженерной геодезии в народном хозяйстве и обороне страны. . 1.3. Исторический очерк развития геодезии ГЛАВА 2. Общая фигура земли и определение положения точек земной по­ верхности 2.1. 2.2. 2.3. 2.4.

Общая фигура и размеры Земли Метод проекций. Изображение земной поверхности на сфере и плоскости Система географических координат Зональная система прямоугольных координат

ГЛАВА 3. Топографические карты и планы 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5.

Понятие о карте и плане Масштабы карт и планов Номенклатура топографических карт и планов Изображение рельефа на картах и планах Содержание карт и планов

ГЛАВА 4. Решение задач по топографическим картам и планам 4.1. Приборы, используемые при работе с картами и планами 4.2. Ориентирование линий. Понятие об азимутах, румбах и дирекционных уг­ лах. Сближение меридианов 4.3. Магнитное склонение. Ориентирование карт и планов 4.4. Определение по горизонталям высот точек, уклонов линий и крутизны склонов. Графики заложений 4.5. Построение по горизонталям профиля местности и линии заданного укло­ на 4.6. Определение границ водосборного бассейна 4.7. Измерение площадей на картах и планах ГЛАВА 5. Электронные карты, цифровые и математические модели местно­ сти 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5.

Понятие о геоинформационных системах Цифровые и электронные топографические карты Понятие о системах автоматизированного проектирования (САПР) . Цифровое и математическое моделирование местности Виды цифровых моделей местности

5 8 8 10 10 11 12 13 15 15 16 19 22 25 28 28 31 34 35 37 39 39 42 42 45 48 50 51

5.6. Методы построения цифровых моделей местности и их точность . 5.7. Математические модели местности 5.8. Задачи, решаемые с использованием цифровых и математических моделей ГЛАВА 6. Элементы теории погрешностей измерений 6.1. Виды измерений. Равноточные измерения. Свойства случайных погреш­ ностей 6.2. Арифметическое среднее 6.3. Средняя квадратическая погрешность измерений. Предельная погреш­ ность 6.4. Средняя квадратическая погрешность суммы измеренных величин . 6.5. Средняя квадратическая погрешность арифметического среднего . . 6.6. Веса результатов неравноточных измерений 6.7. Общее арифметическое среднее и его средняя квадратическая погреш­ ность 6.8. Принципы оценки точности геодезических работ ГЛАВА 7. Принципы организации и методы геодезических работ . . . . 7.1. 7.2. 7.3. 7.4.

Принципы организации геодезических работ Процессы производства геодезических работ Виды топографических съемок Виды нивелирования

8.1. Принципы измерения горизонтальных и вертикальных углов . . . . 8.2. Оптические теодолиты и их основные части 8.3. Уровни 8.4. Поле зрения трубы оптического теодолита. 8.5. Отсчетные устройства 8.6. Поверки и юстировка теодолита 8.7. Установка теодолита в рабочее положение 8.8. Измерение горизонтальных углов и магнитных азимутов направлений . . 8.9. Вертикальный круг теодолита. Место нуля. Измерение углов наклона . . 8.10. Точность измерения углов

9.1. 9.2. 9.3. 9.4. 9.5. 9.6.

тахеометры.

Гиротеодолиты, устройство и назначение Лазерные теодолиты и лазерные насадки. Устройство и назначение Номограммные тахеометры Электронные теодолиты Электронные тахеометры Компьютерные тахеометры

ГЛАВА 10. Решение, обозначение и измерение длин линий на местности 10.1. 10.2. 10.3. 10.4. 10.5. 10.6. 10.7.

62 62 64 65 66 68 68 69 71 72 72 72 73 76

ГЛАВА 8. Измерение горизонтальных и вертикальных углов

ГЛАВА 9. Гиротеодолиты, лазерные теодолиты и

55 57 60

Вешение линий и обозначение точек на местности Землемерные ленты и рулетки Измерение длин линий землемерной лентой Измерительные колеса Приведение наклонных линий к горизонту. Эклиметры Оптические дальномеры Нитяные дальномеры

77 77 78 83 85 86 88 91 92 95 98 99 99 101 103 107 109 112 115 115 117 120 121 122 123 124

10.8. С ветодальномеры и радиодальномеры 10.9. Измерение неприступных расстояний

127 129

ГЛАВА 11. Геометрическое нивелирование 11.1. 11.2. 11.3. 11.4. 11.5. 11.6. 11.7. 11.8. 11.9.

131

Сущность и способы геометрического нивелирования Виды геометрического нивелирования Классификация и устройство нивелиров Поверки и юстировка нивелиров Нивелирные рейки Лазерные нивелиры Электронные нивелиры Способы контроля нивелирования Точность геометрического нивелирования

ГЛАВА 12. Тригонометрическое нивелирование

148

12.1. Сущность тригонометрического нивелирования 12.2. Преобразование основной формулы тригонометрического нивелирова­ ния 12.3. Точность тригонометрического нивелирования ГЛАВА 13. Государственные геодезические сети Виды геодезических сетей Методы создания геодезических сетей Государственная плановая геодезическая сеть Государственная высотная геодезическая сеть Обозначение пунктов государственных геодезических сетей на местно­ сти 13.6. Каталоги координат и высот пунктов государственных геодезических се­ тей съемок

14.1. 14.2. 14.3. 14.4. 14.5. 14.6. 14.7.

Назначение и виды геодезического обоснования топографических съемок Прямая и обратная геодезические задачи Плановые сети сгущения и съемочные сети Теодолитные ходы замкнутые, разомкнутые и диагональные . . . . Обработка и уравнивание угловых измерений теодолитных ходов. Уравнивание приращений координат теодолитных ходов Привязка сетей сгущения и съемочных сетей к пунктам государственной геодезической сети 14.8. Высотное обоснование топографических съемок

ГЛАВА 15. Теодолитная съемка 15.1. 15.2. 15.3. 15.4. 15.5.

148 149 149 151

13.1. 13.2. 13.3. 13.4. 13.5.

ГЛАВА 14. Геодезическое обоснование топографических

131 133 134 138 140 142 144 146 147

Сущность теодолитных съемок и их назначение Приборы, используемые для теодолитных съемок Работы, выполняемые при производстве теодолитных съемок . . . Методы съемки подробностей местности Обработка результатов теодолитных съемок

151 152 155 156 158 161 161 161 163 165 166 168 170 172 174 176 176 177 177 178 182

ГЛАВА 16. Тахеометрическая съемка местности 16.1. 16.2. 16.3. 16.4. 16.5. 16.6. 16.7. 16.8. 16.9.

Сущность тахеометрических съемок и их назначение Приборы, используемые для тахеометрических съемок Планово-высотное обоснование тахеометрических съемок Съемка ситуации и рельефа местности Ведение абриса и полевого журнала Камеральные работы Электронная тахеометрическая съемка Автоматизация обработки материалов тахеометрических съемок . . Понятие о мензульной съемке. Достоинства и недостатки

ГЛАВА 17. Нивелирная съемка местности 17.1. 17.2. 17.3. 17.4.

Способы нивелирования поверхности Нивелирование поверхности по квадратам Камеральные работы Автоматизация обработки материалов нивелирных съемок

ГЛАВА 18. Фототеодолитная съемка 18.1. 18.2. 18.3. 18.4. 18.5. 18.6. 18.7.

Сущность фототеодолитных съемок и их назначение Фототеодолиты и их устройство Элементы ориентирования стереопар Виды фототеодолитных съемок Определение координат точек местности по стереопарам Полевые работы при выполнении фототеодолитных съемок . . . . Камеральные работы

ГЛАВА 19. Аэрофотосъемка. Полевые работы 19.1. 19.2. 19.3. 19.4. 19.5. 19.6. 19.7.

Сущность аэрофотосъемок и их назначение Виды аэрофотосъемок Аэрофотосъемочное оборудование Планово-высотное обоснование аэрофотосъемок Организация летно-съемочного процесса Фотолабораторные работы. Накидной монтаж Оценка качества летно-съемочных и фотолабораторных работ . . .

ГЛАВА 20. Стереофотограмметрическая обработка материалов аэрофотосъе­ мок 20.1. 20.2. 20.3. 20.4. 20.5. 20.6. 20.7. 20.8.

Аэрофотоснимки и их масштабы Элементы ориентирования аэрофотоснимков Фотосхемы Фототриангуляция Трансформирование аэрофотоснимков. Фотопланы . . Дешифрирование аэрофотоснимков Стереофотограмметрическая обработка аэрофотоснимков Автоматизированная система цифровой фотограмметрии «Photomod» .

ГЛАВА 21. Наземно-космическая съемка местности 21.1. Общее понятие о системах спутниковой навигации «GPS» 21.2. Принципы определения координат точек местности с использованием «GPS» 21.3. Измерение расстояний до навигационных спутников «GPS» . . . .

184 184 185 186 190 193 195 199 201 205 208 208 211 213 214 215 215 216 219 222 223 225 230 233 233 235 240 242 244 245 246 247 247 249 251 252 254 256 259 263 269 269 272 274

21.4. Приемники «GPS» 21.5. Организация геодезических работ с использованием базовых станций «DGPS» 21.6. Использование GPS-технологий при изысканиях автомобильных дорог . 21.7. Использование GPS-технологий при строительстве автомобильных дорог 21.8. Наземно-космическая топографическая съемка местности

278 281 283 284 284

РАЗДЕЛ ВТОРОЙ. ПРИКЛАДНАЯ ГЕОДЕЗИЯ

286

ГЛАВА 22. Особенности геодезических работ при изысканиях и строительстве инженерных объектов

286

22.1. Назначение геодезических работ при изысканиях и строительстве инже­ нерных объектов 22.2. Инженерно-геодезические изыскания 22.3. Геодезические разбивочные работы при строительстве 22.4. Исполнительные съемки

286 288 290 292

ГЛАВА 23. Геодезические работы на строительных площадках 23.1. Разбивка при строительстве зданий и сооружений 23.2. Установка колонн в вертикальное положение 23.3. Высотная разбивка зданий и сооружений. Вынос на обноску строитель­ ного нуля 23.4. Перенос на местность угла, линии, проектной высоты, плоскости с задан­ ным уклоном 23.5. Геодезические работы при вертикальной планировке площадок . . 23.6. Геодезический контроль точности выполнения строительно-монтажных работ ГЛАВА 24. Элементы автомобильных дорог и сооружений на них. . . . 24.1. 24.2. 24.3. 24.4. 24.5. 24.6. 24.7. 24.8. 24.9.

Общие сведения об автомобильных дорогах и их классификация . Элементы плана автомобильных дорог Элементы поперечных профилей Элементы продольного профиля Клотоидная трасса. Типы закруглений клотоидной трассы . . . . . Серпантины Система поверхностного и подземного дорожного водоотвода . . . Малые мосты и трубы Пересечения и примыкания автомобильных дорог в разных уровнях . .

ГЛАВА 25. Геодезические работы при трассировании автомобильных дорог . 25.1. Особенности современной технологии изысканий автомобильных дорог 25.2. Обоснование полосы варьирования трассы 25.3. Технология автоматизированного проектирования автомобильных дорог с использованием цифровых и математических моделей местности 25.4. Геодезические работы при традиционных изысканиях автомобильных дорог 25.5. Трассирование автомобильных дорог по картам, планам и материалам аэ­ рофотосъемок 25.6. Полевые геодезические работы при трассировании . 25.7. Обход препятствий при трассировании 25.8. Закрепление трассы автомобильных дорог 25.9. Разбивка пикетажа по трассе. Пикетажный журнал

293 293 295 296 298 302 303 304 304 306 308 311 314 316 318 320 321 324 324 325 329 332 334 338 340 342 346

25.10. Расчет и разбивка горизонтальных кривых. Вынос пикетов на кривую 25.11. Расчет и разбивка горизонтальных кривых большой длины и при недос­ тупной вершине угла 25.12. Ведомость углов поворота, кривых идфямых. Составление плана трассы ГЛАВА 26. Нивелирование трасс автомобильных дорог 26.1. Геометрическое нивелирование трассы по пикетажу 26.2. Нивелирование крутых склонов, оврагов, заболоченных участков мест­ ности 26.3. Передача высот через водные преграды 26.4. Съемка поперечников 26.5. Съемка уклонов логов 26.6. Съемка пересечений коммуникаций 26.7. Составление продольного и поперечных профилей. 26.8. Нанесение проектной линии продольного профиля. Проектные высоты и рабочие отметки. Точки нулевых работ 26.9. Определение объемов земляных работ 26.10. Беспикетный метод разбивки трассы автомобильных дорог . . . . ГЛАВА 27. Геодезические работы при строительстве автомобильных дорог. .

347 349 351 354 354 357 359 362 364 365 366 369 370 373 376

27.1. Восстановление трассы автомобильных дорог перед началом строитель­ ства 27.2. Детальная разбивка горизонтальных кривых 27.3. Детальная разбивка вертикальных кривых 27.4. Разбивка поперечников на кривой 27.5. Разбивка земляного полотна автомобильных дорог 27.6. Автоматизация управления строительными процессами

376 378 382 384 385 389

ГЛАВА 28. Геодезические работы при изысканиях и строительстве мостовых переходов и транспортных тоннелей

392

28.1. 28.2. 28.3. 28.4. 28.5.

Элементы мостовых переходов Геодезические работы при изысканиях мостовых переходов . . . . Разбивочные сети мостов и путепроводов Разбивка центров опор мостов и путепроводов Применение лазерных приборов при разбивке опор и монтаже пролетных строений 28.6. Определение деформаций мостовых сооружений 28.7. Геодезические работы при строительстве тоннелей 28.8. Разбивка осей тоннелей и передача высот с дневной поверхности в шахту

392 395 401 405 407 409 410 412

ГЛАВА 20. Геодезические работы при изысканиях и строительстве аэропортов

414

29.1. Общие сведения об аэропортах 29.2. Задачи изысканий аэропортов 29.3. Планово-высотное обоснование площадок аэропортов. Топографические съемки 29.4. Съемка воздушных подходов 29.5. Разбивка и закрепление осей аэродромов 29.6. Подсчет объемов земляных работ при вертикальной планировке. . 29.7. Разбивочные работы при перемещении земляных масс и планировке аэродромов

414 414 416 421 423 425 429

29.8.

Геодезические работы при устройстве земляного корыта и бетонирова­ нии искусственных покрытий 29.9. Разбивка подземных коммуникаций аэродромов

432 434

ГЛАВА 30. Геодезические работы при морфометрических и гидрометрических изысканиях инженерных сооружений на реках

436

30.1. Организация морфометрических и гидрометрических работ 30.2. Геодезические работы при устройстве водомерных постов и гидрометри­ ческих станций 30.3. Разбивка и закрепление на местности морфостворов и гидростворов. . . 30.4. Измерение уклонов свободной поверхности. 30.5. Съемка русел рек и каналов 30.6. Определение исторических уровней высокой воды по следам на местно­ сти. Продольный профиль реки 30.7. Измерение скоростей и направлений течения 30.8. Обследование существующих гидротехнических сооружений . . . . 30.9. Аэрогидрометрические работы

436 437 440 442 444 447 448 451 453

Учебное издание Федотов Григорий Афанасьевич ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОДЕЗИЯ Редактор Л.А. Савина Художественный редактор Ю.Э. Иванова Технический редактор И. В. Быкова Компьютерная верстка СИ. Луговая Корректоры И.Е. Жданова, Г.И. Петрова, О.И. Шебашова

Лицензия ИД № 06236 от 09.11.01. Изд. №НП-28. Подп. в печать 13.11.03. Формат 6 0 х 8 8 ' / ] . Бум. газетн. Гарнитура «Тайме». Печать офсетная. Объем 28,42 усл. печ.-л. 28,42 усл. кр.-отт. 27,78 уч.-изд. л Тираж 5000 экз. Заказ Э-3 6

ФГУП «Издательство «Высшая школа», 127994, Москва, ГСП-4, Неглинная ул., д. 29/14. Тел.: (095) 200-04-56 E-mail: [email protected], http://www.v-shkola.ru Отдел реализации: (095) 200-07-69, 200-59-39, факс: (095) 200-03-01. E-mail: [email protected] Отдел «Книга-почтой»: (095) 200-33-36. E-mail: [email protected] Набрано на персональном компьютере издательства. Отпечатано в типографии ГУП ПИК «Идел-Пресс». 420066, г. Казань, ул. Декабристов, 2.

ISBN 5-06-004156-5

9 " 7 8 5 0 6 0 » 0 4 1569

Цена: 316.22 0331ПП

'387^73(30100