Инженерно-геодезические опорные сети

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ  ОПОРНЫЕ СЕТИ

1.1 Назначение, виды и особенности построения опорных сетей

Для обеспечения практически всех видов инженерно-геодезических работ создаются опорные сети, пункты которых хранят на территории работ плановые и высотные координаты. Эти сети служат основой: для производства топографических съемок при изысканиях; выполнения различных работ на территории городов; выполнения разбивочных работ при строительстве зданий и сооружений; наблюдений за осадками и деформациями оснований сооружений и самих сооружений; при составлении исполнительной документации. Такое широкое использование опорных геодезических сетей определяет различные схемы и методы их построения.

Инженерно-геодезические плановые и высотные опорные сети представляют собой систему геометрических фигур, вершины которых закреплены на местности специальными знаками. Плановые и высотные опорные сети создают в соответствии с заранее разработанным проектом производства геодезических работ (ППГР). При составлении этого проекта собирают сведения, относящиеся к опорным геодезическим сетям во всех организациях, производящих работы на территории города или поселка в районе строительства; в территориальных инспекциях Федеральной службы геодезии и картографии России, управлениях (отделах) по делам строительства и архитектуры; краевых, областных и городских администрациях; изыскательских и проектно-изыскательских организациях. По собранным материалам составляют схему расположения пунктов ранее выполненных опорных геодезических сетей всех классов и разрядов в пределах территории предстоящих работ. В инженерно-геодезической практике достаточно часто встречаются случаи, когда сеть создается заново, даже при наличии близкорасположенных пунктов ранее созданных сетей. Это делается для обеспечения повышенной точности определения взаимного положения пунктов.

Инженерно-геодезические  сети обладают следующими характерными особенностями:

сети  часто создаются в условной системе  координат с привязкой к государственной системе координат;

форма сети определяется обслуживаемой территорией  или формой объектов, группы объектов;

имеют ограниченные размеры, часто с незначительным числом фигур или полигонов;

длины сторон, как правило, короткие;

условия наблюдений, как правило, неблагоприятные;

к пунктам  сети предъявляются повышенные требования по стабильности положения в сложных условиях их эксплуатации.

Необходимо отметить особенности, связанные с целевым назначением сети. Такие особенности свойственны сетям, создаваемым для гидротехнического строительства, строительства мостов, тоннелей различного назначения, прецизионных сооружений. Например, при строительстве плотин значительной высоты в узких речных долинах возникает необходимость в построении многоярусной сети, позволяющей осуществлять поярусную разбивку строящегося объекта. При построении сети для строительства мостового перехода затруднительно проводить измерения вдоль берегов. При строительстве тоннелей и некоторых видов специальных сооружений повышенные требования предъявляются к точности построений лишь по одному определенному направлению.

Приведенные требования определяют значительное разнообразие опорных сетей как по конфигурации, так и по точности их создания.

Выбор вида построения зависит от многих причин: типа объекта, его формы и  занимаемой площади, назначения сети, физико-географических условий, требуемой  точности, наличия измерительных средств у исполнителя работ. Например, триангуляцию применяют в качестве исходного построения на значительных по площади или протяженности объектах в открытой пересеченной местности; полигонометрию — на закрытой местности или застроенной территории (полигонометрия — наиболее маневренный вид построения); линейно-угловые построения — при необходимости создания сетей повышенной точности; трилатерацию — обычно на небольших объектах, где требуется высокая точность; строительные сетки — на промышленных площадках.

В зависимости от площади, занимаемой будущим объектом, и технологии строительства  инженерно-геодезические сети могут  строиться в несколько последовательных стадий (ступеней). При этом возможно сочетание различных видов построений. Например, для съемочных и разбивочных работ триангуляция или линейно-угловые сети могут служить основой для дальнейшего сгущения полигонометрическими и теодолитными ходами. Развитие

измерительных средств во многом определяет выбор метода построения опорных сетей. Широкое внедрение в производство электронных тахеометров привело к тому, что линейно-угловые сети и полигонометрия используются наиболее часто.

Высотные опорные сети создают, как правило, методом геометрического нивелирования в виде одиночных ходов или систем ходов и полигонов, проложенных между исходными реперами. Использование электронных тахеометров позволяет заменять в отдельных случаях метод геометрического нивелирования методом тригонометрического.

1.2Триангуляционные сети

Триангуляционные  сети в инженерно-геодезических  работах используются в качестве основы для топографических съемок и раз-бивочных работ, а также для наблюдений за деформациями сооружений.

Для съемочных работ триангуляционная сеть позволяет сократить длины развиваемых на ее основе сетей сгущения и способствует уменьшению погрешностей в сетях низших разрядов и съемочных сетях. Выбор класса сети для этой цели определяется в основном площадью съемки. Так, для крупнейших городов применяется триангуляция до 2-го класса включительно. В большинстве случаев исходным обоснованием для съемочных работ служит триангуляция 4-го класса. Триангуляция используется и для построения сетей сгущения 1-го и 2-го разрядов.

Приведем основные характеристики триангуляции для инженерно-геодезических работ широкого назначения (табл. 12.1).

Для разбивочных работ триангуляция может служить непосредственной основой, с пунктов которой производится разбивка сооружений, или опорой для развития сетей низших разрядов, в свою очередь используемых для разбивки. Примером может слу-

измерительных средств во многом определяет выбор метода построения опорных сетей. Широкое внедрение в производство электронных тахеометров привело к тому, что линейно-угловые сети и полигонометрия используются наиболее часто.

Высотные опорные сети создают, как правило, методом геометрического нивелирования в виде одиночных ходов или систем ходов и полигонов, проложенных между исходными реперами. Использование электронных тахеометров позволяет заменять в отдельных случаях метод геометрического нивелирования методом тригонометрического.

Триангуляционные  сети в инженерно-геодезических  работах используются в качестве основы для топографических съемок и раз-бивочных работ, а также для наблюдений за деформациями сооружений.

Для съемочных работ триангуляционная сеть позволяет сократить длины развиваемых на ее основе сетей сгущения и способствует уменьшению погрешностей в сетях низших разрядов и съемочных сетях. Выбор класса сети для этой цели определяется в основном площадью съемки. Так, для крупнейших городов применяется триангуляция до 2-го класса включительно. В большинстве случаев исходным обоснованием для съемочных работ служит триангуляция 4-го класса. Триангуляция используется и для построения сетей сгущения 1-го и 2-го разрядов.

Приведем основные характеристики триангуляции для инженерно-геодезических работ широкого назначения (табл. 12.1).

Для разбивочных работ триангуляция может служить непосредственной основой, с пунктов которой производится разбивка сооружений, или опорой для развития сетей низших разрядов, в свою очередь используемых для разбивки. Примером может слу-

Таблица12.1

Таблица12.2

жить триангуляция для строительства  гидротехнических сооружений, тоннелей, мостов.

Приведем основные характеристики тоннельной (табл. 12.2) и гидротехнической (табл. 12.3) триангуляции.

Из приведенных таблиц следует, что характеристики специальных триангуляции отличаются от государственных в основном длинами сторон, причем в сторону уменьшения. Это обстоятельство неизбежно приводит к повышению требований к отдельным измерительным операциям, таким как центрирование теодолита и визирных целей при угловых измерениях и т. п.

Особенностью разбивочной триангуляции является необходимость соблюдения точностных требований во взаимном положении смежных пунктов или пунктов, разделенных двумя-тремя сторонами. Это требование обусловлено тем, что с пунктов сети требуется вынести в натуру систему точек, как правило, принадлежащих единому сооружению или единому комплексу сооружений, связанных конструктивно или технологически.

Таблица 12.3

Триангуляционные  сети, предназначенные для наблюдений за плановыми смещениями сооружений, чаще всего применяются на крупных  гидротехнических объектах. В основном они используются для измерения смещений недоступных точек и контроля устойчивости исходных опорных пунктов других построений. Характерной особенностью триангуляционных сетей для этого вида работ являются высокие требования к точности определения координат пунктов (2...5 мм) при небольших длинах сторон.

При развитии инженерно-геодезических  сетей методом триангуляции наиболее типичными построениями являются (рис. 12.1): цепи треугольников (для линейно протяженных объектов), центральные системы (для городских и промышленных территорий), геодезические четырехугольники (для мостовых и гидротехнических сооружений), вставки пунктов в треугольники и небольшие сети из этих фигур. Возможны и комбинированные построения.

В сетях триангуляции треугольники стараются проектировать близкими к равносторонним; в особых случаях острые углы допускают до 20°, а тупые — до 140°. В свободных сетях для контроля масштаба сети необходимо иметь не менее двух непосредственно измеренных базисных сторон.

Уравнивание результатов измерений  выполняют строгими способами.

При разработке проектов триангуляционных сетей расчет ожидаемой точности производят, как правило, на ЭВМ, используя различные программы.

1.3 Трилатерационные сети

Метод трилатерации применяют для построения инженерно-геодезических сетей 3-го и 4-го классов, а также сетей

1-го и 2-го разрядов различного  назначения. Приведем наиболее распространенные  требования к сетям (табл. 12.4).

Сети трилатерации, создаваемые для решения инженерно-геодезических задач, часто строят в виде свободных сетей, состоящих из отдельных типовых фигур: геодезических четырехугольников, центральных систем или их комбинаций с треугольниками.

Типовой фигурой трилатерации является треугольник с измеренными сторонами а, Ь и с (рис. 12.2).

Одним из недостатков трилатерационных сетей из треугольников является отсутствие полевого контроля качества измерений для каждой фигуры, так как сумма вычисленных углов треугольника всегда равна 180° при любых погрешностях измерений длин сторон, даже при грубых промахах. В связи с этим на практике часто используют сети из геодезических четырехугольников.

В каждом геодезическом четырехугольнике измеряют шесть сторон, причем одна из них (любая) является избыточной и может быть вычислена при использовании результатов измерений других сторон. Это может служить полевым контролем качества измерений длин линий. Кроме того, геодезический четырехугольник является более жесткой фигурой и ряд, составленный из таких фигур, обладает более высокой точностью.

Широкое распространение в практике инженерно-геодезических работ сети трилатерации получили при строительстве высокоэтажных зданий, дымовых труб, градирен, атомных электростанций, а также при монтаже сложного технологического оборудования. В таких сетях высокую точность измерения длин сторон (до десятых долей миллиметра) обеспечивают, используя высокоточные светодальномеры, инварные проволоки, а в некоторых случаях и жезлы специальной конструкции. Сети трилатерации с короткими сторонами принято называть сетями микротрилатера-ции. Иногда сети микротрилатерации являются единственно возможным методом создания геодезического обоснования для производства разбивочных работ.

1.4Линейно-угловые сети

Широкое внедрение в практику геодезических  работ светодаль-номерной техники привело к распространению линейно-угловых построений. В линейно-угловых сетях измеряются все или часть углов и сторон. По сравнению с триангуляцией и трилатерацией сеть, в которой удачно сочетаются угловые и линейные измерения, в меньшей степени зависит от геометрии фигуры, существенно уменьшается зависимость между продольным и поперечным сдвигами, обеспечивается жесткий контроль угловых и линейных измерений. Линейно-угловая сеть позволяет вычислить координаты пунктов точнее, чем в сетях триангуляции и трилатерации, примерно в 1,5 раза.

При уравнивании линейно-угловых  сетей возникает вопрос о соотношении  погрешностей угловых и линейных измерений.

1.5Полигонометрические сети

Полигонометрия  является наиболее распространенным видом  инженерно-геодезических опорных  сетей. Применяется она для всех видов инженерно-геодезических работ, включая наблюдения за плановыми  смещениями сооружений.

В зависимости от площади объекта, его формы, обеспеченности исходными пунктами полигонометрию проектируют в виде одиночных ходов, опирающихся на исходные пункты высшего класса (разряда), систем ходов с узловыми точками или систем замкнутых полигонов.

Наиболее широко применяемые в  практике инженерно-геодезических работ полигонометрические сети состоят из ходов 4-го класса, 1-го и 2-го разрядов. При этом полигонометрия 4-го класса существенно отличается от той же полигонометрии, создаваемой для построения государственной геодезической сети, допустимыми длинами ходов и погрешностями измерения углов. Приведем основные характеристики полигонометрии (табл. 12.5).

В настоящее время разрешены  некоторые отклонения от требований, приведенных в табл. 12.5. При измерении сторон свето-дальномерами в отдельных случаях разрешается увеличивать длины привязочных сторон до 30 %. В порядке исключения допускается абсолютная невязка 10 см в коротких ходах полигонометрии 1-го разряда длиной до 1 км и 2-го разряда — до 0,5 км. Если в ходах полигонометрии 1-го и 2-го разрядов не реже чем через 15 сторон или 3 км хода дополнительно определены дирекционные углы сторон с погрешностью менее 7", то длины этих ходов могут быть увеличены до 30 %.

При проектировании полигонометрии стремятся  не допускать близкого расположения пунктов, принадлежащих разным ходам, так как в этом случае погрешность  их взаимного положения может значительно превосходить погрешности соединяющего их хода, что затруднит их использование в качестве исходных данных для сетей более низкого класса точности. Лишь при построении городской полигонометрии возможно параллельное прокладывание ходов одного класса или разряда на расстоянии 2,5 км друг от друга для 4-го класса и 1,5 км для 1-го разряда.

При создании полигонометрии наиболее трудоемким считается процесс линейных измерений. Различают два основных метода: непосредственных и косвенных измерений. В методе непосредственных измерений длины сторон измеряют светодальномерами или подвесными мерными приборами, а в методе косвенных определений

длины сторон вычисляют по измеренным вспомогательным  величинам. В связи с этим по методу линейных измерений полигонометрию подразделяют: на светодальномерную, короткобазисную, створно-короткобазисную, параллактическую и траверсную (линии измеряются подвесными мерными приборами). В современных условиях наибольшее распространение получила светодаль-номерная полигонометрия.

Поскольку значительную долю инженерно-геодезических  работ приходится выполнять на застроенной территории, то при производстве угловых измерений в ходах полигонометрии возникают особенности организационного и точностного порядка, связанные с влиянием внешних условий. Из-за застройки приходится проектировать ходы со сравнительно короткими длинами сторон, что приводит к необходимости более тщательного центрирования теодолита и визирных целей. Сочетание каменной застройки, асфальтированных поверхностей с зелеными насаждениями создает на застроенных территориях устойчивые температурные поля; в результате измеряемые углы искажаются под влиянием боковой рефракции. Кроме того, на нагретом асфальте штативы становятся неустойчивыми. Все это приводит к необходимости

выбирать наиболее благоприятное  время для измерений, например утренние и вечерние часы, пасмурную погоду и т.п. Интенсивное движение на городских улицах создает организационные трудности при производстве геодезических работ вообще и для полигонометрии в частности.

Оценка проектов полигонометрических  сетей заключается в определении ожидаемых погрешностей координат узловых пунктов, относительных погрешностей ходов и сравнении их с допустимыми. Выполняется она строгими и приближенными способами.

Строгая оценка, как правило, выполняется  на ЭВМ по специальным программам, а приближенная — по соответствующим формулам.

1.6Геодезическая строительная  сетка

Строительная  сетка создается главным образом  на промышленных площадках и служит основой для разбивочных работ, монтажа технологического оборудования и производства исполнительных съемок.

Характерной особенностью строительной сетки как инженерно-геодезической сети является расположение пунктов, образующих сетку квадратов или реже прямоугольников, стороны которых параллельны осям проектируемых сооружений или осям расположения технологического оборудования. Таким образом, строительная сетка представляет собой закрепленную на местности систему прямоугольных координат, облегчающую привязку осей сооружений и производство разбивочных работ.

В отличие от других видов опорных  сетей точную конфигурацию и расположение пунктов строительной сетки проектируют заранее. Проектирование выполняют на генеральном плане будущего сооружения. При этом места расположения пунктов строительной сетки намечают таким образом, чтобы обеспечить сохранность наибольшего их числа в процессе производства строительных работ на площадке.

В зависимости от назначения строительной сетки и типа строящегося объекта длину стороны квадрата сетки принимают от 100 до 400 м. Наибольшее распространение получила сетка со стороной 200 м. В цеховых условиях для расстановки технологического оборудования сетку проектируют со стороной 10...20 м.

При создании строительной сетки используют частную прямоугольную систему координат. Начало этой системы выбирают таким образом, чтобы все пункты строительной сетки имели положительные значения абсцисс и ординат. Координатные оси в большинстве случаев обозначают буквами А и В. Для обозначения номера пункта к буквам добавляют индекс, указывающий число

сотен метров по оси абсцисс или  ординат. Так, например, номер пункта, обозначенный АЗ/В5, будет указывать, что этот пункт имеет следующие координаты: А = 300 м, В = 500 м. Для точек, координаты которых не кратны 100 м, запись их обозначений производят подобно пикетажным. Например, запись А\4 + 25,65/58 + + 30,50 будет означать, что точка имеет координаты А = 1425,65 м, В= 830,50 м.

Требования  к точности построения строительной сетки определяют исходя из ее назначения. Опыт строительства крупных промышленных комплексов показывает, что в большинстве случаев для выполнения основных разбивочных работ и исполнительных топографических съемок в масштабе 1:500 погрешности во взаимном положении смежных пунктов строительной сетки в среднем должны составлять 1:10000 или 2 см для расстояний между ними в 200 м. Прямые углы сетки должны быть построены со средней квадратической погрешностью 20".

Вынос в натуру строительной сетки с  соблюдением (в пределах заданной точности) намеченных мест расположения ее вершин производят в несколько этапов.

Первоначально выносят в натуру исходные направления. На одном из них  выбирают две точки А и В (рис. 12.4), координаты которых определяют графически и, используя координаты пунктов плановой основы, как правило имеющихся в районе строительства, решают обратные геодезические задачи и вычисляют полярные координаты 5| и S₂, Pi и pY Для исключения грубых ошибок целесообразно вынести в натуру третью точку С по элементам S_b р₃. После закрепления точек А, В и С на местности измеряют угол ВАС, по отклонению которого от 90° можно судить о точности выполненных работ.

Так как координаты точек А, В, С определялись по генеральному плану графически, то точность их выноса в натуру составит около 0,2...0,3 мм на плане. Но это не играет существенной роли, так как на эту величину сместится весь комплекс проектируемых сооружений.

Однако таким способом нельзя выносить в натуру строительную сетку при реконструкции или расширении строящегося предприятия. В этом случае новую строительную сетку следует развивать как продолжение существующей. Если знаки построенной (старой) сетки не сохранились, следует восстановить на местности основные оси существующих цехов или установок, с которыми технологически связаны вновь создаваемые сооружения, и уже от них (как от исходных направлений) разбивать новую строительную сетку.

От вынесенного и закрепленного  в натуре исходного направления выполняют детальную разбивку строительной сетки осевым способом и способом редуцирования.

По пунктам строительной сетки  прокладывают ходы нивелирования III и IV классов. В этом случае строительная сетка служит высотной основой.

Содержание

Инженерно-геодезические  опорные сети

1.1 Назначение, виды и особенности построения опорных сетей

1.2 Триангуляционные сети

1.3 Трилатерационные сети

1.4 Линейно-угловые сети

1.5 Полигонометрические сети

1.6 Геодезическая строительная сетка