Установка и закрепление деформационных реперов

При строительстве тоннелей всех назначений имеют место осадки земной поверхности, вызываемые горными работами. Величины осадок зависят от глубины залегания тоннелей, геологических условий, размеров горных выработок, скорости и способов ведения горных работ, своевременности заполнения пустот за обделкой сооружения и ряда других факторов.

В целях выявления величин осадок необходимо постоянно наблюдать за поверхностными сооружениями в зоне возможной деформации. Наблюдения состоят в периодическом нивелировании установленных на сооружениях деформационных реперов.

Ширина возможной зоны деформации устанавливается от полуторной до двойной глубины залегания тоннеля (по каждую сторону от него), в зависимости от геологических и гидрогеологических условий.

Проект расположения деформационных реперов составляется на имеющихся планах поверхности, на которых показаны проектируемые подземные сооружения.

Деформационные реперы намечаются на зданиях вблизи основных углов, а на больших зданиях - на расстояниях 20 - 25 м друг от друга.

После составления проекта расположения реперов производится рекогносцировка в натуре. Места закладки реперов отмечаются масляной краской, на стенах подписываются их порядковые номера. Возрастание номеров дается сообразно возрастанию пикетажа трассы.

На зданиях с облицовкой из гранита или мрамора реперами могут служить цоколи указанных облицовок. Места постановки нивелирной рейки окрашиваются краской, при этом выполняются зарисовка и линейные привязки мест, служащих реперами, к ближайшим характерным элементам ситуации - углам домов, аркам, пилястрам и т.д. (рис. 7.1).

 

 

Рис. 4 План расположения деформационных реперов на цоколях зданий:

1 - номера домов; 2 - характеристики зданий; 3 - деформационные реперы. Размеры указаны в метрах

 

Рис. 5. Стенной деформационный репер:

1 - деформационный репер; 2 - цоколь здания. Размеры указаны в миллиметрах

 

При производстве рекогносцировки ведется описание деформационных реперов по форме, приведенной в приложении 7-1.

Одновременно с рекогносцировкой производится обследование основной застройки, уточняются характеристики и адреса зданий. Все изменения и дополнения наносятся на планы поверхности.

В качестве реперов применяются костыли, изготовленные из арматурного железа, толщиною не менее 15 мм или готовые железнодорожные. Реперы закладываются в цоколи зданий на цементном растворе.

При строительстве внегородских тоннелей наблюдения за деформацией поверхности производится в случаях:

а) наличия на трассе наземных сооружений;

б) расположения тоннеля в неустойчивых (оползневых) породах.

Первичное нивелирование

До производства горнопроходческих работ сеть исходных реперов в районе трассы сгущается. Сгущение производится прокладкой опорных ходов III класса.

Дополнительными реперами могут служить удаленные от трассы нивелирные реперы, ранее не вошедшие в опорные ходы III класса, деформационные костыли и характерные точки наземных сооружений.

Для получения первичных отметок деформационных реперов между реперами II класса и реперами опорных ходов III класса прокладываются ходы III класса.

При выверке нивелира особое внимание уделяется соблюдению условия параллельности осей трубы и уровня.

Первичное нивелирование деформационных реперов производится по черной и красной сторонам реек дважды, желательно разными исполнителями и инструментами.

Максимальное расстояние от нивелира до реек не должно превышать 50 м.

Длины ходов между узловыми точками не должны быть более 400 м. Висячие ходы более трех станций не допускаются.

Для первичного и повторного нивелирования по деформационным реперам установлены следующие допуски:

а) расхождения в превышениях, определенных по черной и красной сторонам реек, не должны превышать ± 3 мм;

б) невязки в полигонах и замкнутых ходах не должны превышать  где п - число станций.

При величинах невязок в ходах, превышающих указанный допуск, производится уточнение отметок исходных реперов путем контрольного нивелирования опорными ходами III класса.

Расхождения в отметках деформационных реперов, получаемые из двух начальных нивелирований, не должны превышать 5 мм.

Повторное нивелирование

По мере производства горнопроходческих работ периодически ведется нивелирование деформационных реперов, по результатам которого выявляются величины осадок.

Отсчеты на связующие точки ходов производятся по черной и красной сторонам реек, на промежуточные - только по черной.

При всех повторных нивелированиях соблюдаются требования пп. 7.15 и 7.16.

Периодичность повторных нивелирований определяется степенью интенсивности осадок, но не реже одного раза в 1,5 месяца.

Повторное нивелирование продолжается до полного затухания осадок и в любом случае - не менее 3 месяцев после окончания горнопроходческих работ.

Для выявления деформации исходных реперов в районах производства горностроительных работ производится контрольное нивелирование этих реперов опорными ходами III класса. Периодичность его зависит от интенсивности осадок, но не должна быть реже двух раз в год.

Следует иметь в виду, что при большом притоке воды в подземных выработках зона осадок поверхности может достигать пятикратной глубины сооружения (по каждую сторону от него). Это обстоятельство может потребовать значительного расширения зоны контрольного нивелирования.

Оформление материалов

На все реперы II класса и реперы опорных ходов III класса, расположенные в районе наблюдения за деформацией, составляется каталог исходных отметок по форме, приведенной в приложении 7-2.

Первичные значения отметок, а также описание деформационных реперов заносятся в специальную книгу-каталог. Первичные отметки выписываются красной тушью. В эту же книгу-каталог записываются величины осадок деформационных реперов по форме, приведенной в приложении 7-3.

Помимо записей в каталогах, деформация отражается графически на планах штриховкой в условных знаках (см. приложение 7-4).

По результатам повторных нивелирований ежемесячно составляется сводная ведомость осадок по форме, приведенной в приложении 7-5.

В особых случаях, когда осадки достигают значительных размеров, составляются промежуточные сводки непосредственно после получения полевых данных.

 

5. Маркшейдерские работы в подземных выработках и сооружениях. Подземная полигонометрия

 

Схема развития подземной полигонометрии; полигонометрические знаки

Подземная полигонометрия вместе с сетью подземного нивелирования является основой для точного перенесения в натуру проекта всех тоннельных сооружений.

Развитие подземной полигонометрии осуществляется или от станов, полученных из ориентирований через вертикальную шахту, или путем непосредственного примыкания к пунктам наземной геодезической основы через порталы, штольни и наклонные выработки.

После каждого очередного ориентирования (или передачи от наземной геодезической основы) все измерения по подземной полигонометрии повторяются вновь и производятся необходимые вычисления.

При отсутствии значительных расхождений берутся средние значения дирекционных углов и координат пунктов. При обнаружении значительных расхождений между результатами первого и второго измерений необходимо произвести их третий раз.

В условиях возможной деформации знаков необходимо производить повторные измерения.

Схема подземной полигонометрии и принятая методика угловых и линейных измерений должны обеспечивать необходимую точность сбоек встречных выработок или тоннелей.

При проходке тоннелей средней протяженности (длина односторонней проходки до 1 км) следует прокладывать полигонометрию двух видов:

а) рабочую подземную полигонометрию со сторонами от 25 до 50 м;

б) основную подземную полигонометрию со сторонами от 50 до 100 м.

При такой системе каждая вторая точка рабочей опоры включается в ход основной полигонометрии.

При длине односторонней проходки более 1 км целесообразно дополнительно прокладывать главные ходы с более длинными сторонами (150, 200 м и больше), используя, как правило, при этом знаки основной подземной полигонометрии. При длинах плеч односторонней проходки (на сбойку) порядка 4 - 6 км необходимо добиваться прокладки главного хода со сторонами 600 - 800 м. На прямых участках трассы, с целью уменьшения влияния боковой рефракции на результаты угловых измерений, смежные знаки должны располагаться на разных сторонах тоннеля или по оси его.

 

 

Рис. 6. Определение длин сторон главного хода по сторонам основной полигонометрии:

1 - тоннель; 10, 11, 12,..., 21, 22 - знаки основной полигонометрии; 10, 13, 16, 19 ^bis, 22 - знаки главного хода. При измерениях на станции 19 ^bis, наблюдается (двумя приемами) направление на знак 19 и измеряется короткий отрезок 19 ^bis - 19

 

При длинах сторон главного хода до 400 м измерение углов производится теодолитами типа Т-2 шестью-девятью приемами. При сторонах более 400 м для измерения углов необходимо применять теодолиты типа Т-1. Измерение производится шестью-девятью приемами.

Во всех случаях прокладки главных ходов в тоннелях угловые измерения должны производиться многократно (не менее двух раз), разновременно и в максимально благоприятных условиях.

Длины сторон главных ходов, как правило, определяются путем проектирования измеренных сторон основной полигонометрии (рис. 9.1).

В подходных выработках, где длины сторон могут доходить в отдельных случаях до 10 м, в целях обеспечения необходимой точности применяют метод одновременной постановки двух или трех теодолитов (см. п. 9.32).

Схема основной подземной полигонометрии, как правило, должна предусматривать создание непрерывной цепи треугольников (рис. 9.2).

Деформация знаков полигонометрии, к которым производится привязка вновь заложенного пункта, обнаруживается при повторных угловых измерениях на этих знаках.

 

Рис. 7. Передача дирекционного угла и координат на полигонометрические знаки у забоя:

1 - ствол; 2 - подходная штольня; 3 - выработки по трассе; 1, 2, 3 - знаки полигонометрии у ствола; А, В, С, D, Е - знаки основной полигонометрии

 

При наличии параллельных тоннелей ходы подземной полигонометрии связываются между собой через поперечные соединительные выработки.

При сооружении тоннелей небольшой протяженности можно ограничиваться прокладкой только рабочего полигонометрического хода.

Во всех случаях определения координат знаков висячим ходом угловые и линейные измерения должны быть произведены дважды - независимо и разновременно.

Знаки основной полигонометрии закрепляются:

а) на кривых участках трассы - с внешней стороны кривой, т.е. со стороны возвышенного рельса;

б) на прямых участках: в тоннелях метрополитена - с внешней стороны относительно оси междупутья, в одиночных тоннелях - с любой стороны.

Знаки подземной полигонометрии, как правило, должны одновременно являться и реперами подземной высотной основы.

В зависимости от характера выработки или вида тоннельной обделки знаки могут быть следующих типов:

а) стержень металлический в бетонном монолите, в кровле выработки, в своде сооружения или в стене тоннеля;

б) точка, высверленная и зачеканенная медью на площадке, запиленной на ребре жесткости или борте тюбинга.

Знаки подземной полигонометрии закладываются в тоннелях с чугунной обделкой на уровне головки рельсов, а с железобетонной - на уровне путевого бетона.

Нумерация знаков для всей сооружаемой трассы должна быть единой и не иметь повторений.

Для каждого строительного объекта выделяется группа номеров. Знакам левого тоннеля даются нечетные номера, правого - четные.

Нумерация знаков должна возрастать по ходу пикетажа.

На каждый закрепленный знак должно быть составлено описание. В тюбинговых тоннелях рекомендуется форма описания, приведенная в приложении 9-1.

В необходимых случаях производятся привязки знаков к характерным точкам сооружения.

У каждого знака должен быть надписан масляной краской его номер. Подписи номеров периодически должны восстанавливаться. Маркшейдеры объектов обязаны следить за сохранностью знаков и видимостью между ними.

Линейные измерения и точность их

Измерение длин сторон в подземной полигонометрии производится стальными компарированными рулетками или проволоками, при постоянном натяжении с учетом температуры и превышений концов мерного прибора. При наличии возможности измерение производят по створным отвесам на одном горизонте, фиксируемом на нитях отвесов с помощью нивелира.

Каждый пролет измеряется при трех положениях мерного прибора. Расхождения разностей (П-З) не должны превышать: 2 мм - для рулетки, 0,8 мм - для проволоки. Измерение производится в прямом и обратном направлениях.

Разности между значениями измерений рулеткой по прямому и обратному ходу не должны превышать:

мм - для линий короче 25 м;

мм - для линий от 25 до 50 м;

мм - для линий от 50 до 80 м.

При длинах линий свыше 80 м относительная разность между значениями измерений в прямом и обратном направлениях не должна превышать 1: 20000.

Для проволоки относительная разность измерений туда и обратно не должна превышать 1: 30000.

При невозможности непосредственного промера линии между полигонометрическими знаками применяются косвенные методы измерений.

геодезический маркшейдерский выработка сооружение

Рис. 8. Определение длины линии ПЗ 7 - ПЗ 9 по известным отрезкам b и c:

1 - препятствие; a - отрезки, перпендикулярные к определяемой линии; d - определяемая линия; b, с - линии, измеряемые в натуре;  величины а не должны превышать 0,5 м.

 

Рис. 9. Косвенное определение длины стороны полигонометрии:

1 - препятствие; d ² = b ² + c ² - 2 bc × cos b; b и с - линии, измеряемые в натуре

 

Рис. 10. Схема контроля измерения длин сторон полигонометрии:

АС = АВ со s b + ВС соs g

 

АС - определяемая сторона; AВ и ВС - измеряемые для контроля стороны

Для контроля линейных измерений, производимых по сторонам треугольников подземной полигонометрии, пользуются формулой, приведенной на рис. 9.5.

В криволинейных тоннелях, когда ошибки линейных измерений оказывают существенное влияние на поперечный сдвиг хода, следует применять два мерных прибора и производить их компарирование не реже одного раза в месяц.

Угловые измерения и точность их; внецентренное измерение углов

При измерении углов в ходах подземной полигонометрии руководствуются указаниями табл. 2.

 

При работе способом повторений в первом полуприеме измеряют угол левый по ходу, во втором - по ходу правый. Отклонение суммы углов от 360° не должно превышать ± 12 ².

 

Таблица 2

Вид полигонометрии	Тип теодолита	Количество повторений	Количество приемов	Количество круговых приемов	Расхождения отсчетов на нач. направл. при замыкании	Колебания направл., привед, к нулю
Рабочая	30-секундный	-	-	3	1 ¢	1 ¢
	Т-2 (ОТС, ТБ-1) и ему равноточные	-	-	2	10 ²	15 ²
Основная со сторонами 50 м	30-секундный	4	2	-	-	-
	Т-2 (ОТС, ТБ-1) и ему равноточные	-	-	3 - 4	8 ²	10 ²
Основная со сторонами 100 м	Т-2 (ОТС, ТБ-1) и ему равноточные	-	-	4 - 6	8 ²	10 ²
Главные ходы со сторонами 150 - 400 м	Т-2 (ОТС, ТБ-1) и ему равноточные	-	-	6 - 9	8 ²	10 ²
Главные ходы со сторонами более 400 м	Т-1 (ОТ-02) и ему равноточные	-	-	6 - 9	5 ²	7 ²

 

Примечание. Допуски для колебания направлений, приведенных к нулю, относятся к измерениям, произведенным при одном положении центрира.

Инструмент при угловых измерениях устанавливается на консоли или штативе. Центрирование производится с помощью отвеса на центрировочный штифт трубы теодолита или с помощью оптического центрира.

При отсутствии на трубе теодолита центрировочного штифта на ней должна быть тщательно накернена специальная точка. Центрирование производится при горизонтальном положении трубы теодолита.

По окончании первой половины программы измерений на станции производится проверка правильности центрирования инструмента и визирных целей.

При пользовании оптическим отвесом измерение углов производится или четырьмя приемами (с перецентрировкой инструмента по окончании первой половины программы наблюдений на 180°), или тремя приемами (при трех независимых центрировках с поворотами теодолита на 120°). Оптический отвес перед работой должен быть тщательно выверен.

Расхождения между значениями направлений, измеренными при разных центрировках, не должны превышать:

12 ² - при длинах сторон свыше 50 м;

20 ² - при длинах сторон от 25 до 50 м;

30 ² - при длинах сторон от 15 до 25 м.

Визирование производится на нити отвесов, отцентрированные над знаками.

Выноска центра должна производиться при помощи выверенного отвеса с отверстием, диаметр которого соответствует толщине нити. Нить не должна иметь узлов или надвязок.

Выносимая с помощью отвеса точка должна обеспечивать постоянное (однообразное) положение на ней нити отвеса; длина последней не должна превышать 1,5 м.

При значительных длинах сторон рекомендуется применять в качестве объектов визирования световые цели, устроенные в виде щитков с вертикальной прорезью, освещаемой источником света.

Во всех случаях, когда это возможно, следует визировать на тонкую шпильку, установленную непосредственно в центре знака.

При отсутствии видимости между знаками применяют внецентренный способ измерения углов. При этом следует руководствоваться основными указаниями для этого способа, данными в п. 2.21.

Внецентренный способ может быть применен для повышения точности угловых измерений в следующих случаях:

а) при коротких сторонах хода, закрепленного знаками в сводовой части тоннеля или в кровле выработки (рис. 9.6); визирование в этом случае производится на нити отвесов;

б) при коротких сторонах хода, когда имеется возможность визировать на шпильки, установленные в центрах знаков (рис. 9.6);

в) при смещении инструмента от стены тоннеля в сторону, чем ослабляется действие боковой рефракции.

Внецентренный способ применяется также:

а) на крестах выработок, где он обеспечивает возможность надежного закрепления знаков и удобной постановки инструмента;

 

Рис. 11. Внецентренное измерение углов полигонометрии при коротких сторонах хода

 

 

Рис. 12. Внецентренное измерение углов на кресте выработок:

1 - перегонные тоннели; 2 - поперечная выработка;  a + b + Q = 180°00 ¢ 00 ²;   Q и Q ₁ - измеряемые углы; a, b, d - вычисляемые углы; a, b, c, d - измеряемые линии; е - линейный элемент центрировки

 

б) при связке полигонометрии в передовой штольне и в сооружаемом тоннеле.

Пример вычисления поправок за центрировку приводится в приложении 9-2.

При наличии короткой стороны в ходе, помимо внецентренного способа, применяют метод передачи дирекционного угла путем одновременной постановки двух теодолитов на концах этой стороны.

На знаках, расположенных на концах короткой стороны, взаимное визирование производится на центрировочные штифты инструментов (при горизонтальном положении трубы). Для исключения погрешности от несовпадения штифта с вертикальной осью вращения теодолита трубу наблюдаемого инструмента необходимо после второго приема повернуть (по азимуту) примерно на 180°.

 

 

Рис. 13. Внецентренное измерение углов при связке полигонометрии в передовой штольне и сооружаемом тоннеле

 

Взаимное визирование также производят на подсвеченную сетку нитей второго инструмента, наведенного на первый и обратно.

Этот способ может применяться и при наличии двух смежных коротких сторон. В этом случае одновременно устанавливаются три теодолита.

Расхождения двукратных разновременных измерений углов не должны превышать:

15 ² - при сторонах короче 25 м;

10 ² - при сторонах от 25 до 50 м;

7 ² - при сторонах от 50 до 100 м;

5 ² - при сторонах свыше 100 м.

Допуски для углов главных ходов устанавливаются специальным расчетом.

Угловые невязки в треугольниках основной полигонометрии не должны превышать:

± 8 ² - при однократно измеренных углах;

46 ² - при двукратном измерении.

Вычисление подземной полигонометрии

Журналы угловых и линейных измерений проверяются в две руки.

Все результаты измерений выписываются на схему (рис. 9.9); выписка проверяется во вторую руку.

В целях удобства пользования схемой рекомендуется применять для осей тоннелей и пикетов красный цвет, №№ знаков - синий, значений, углов, линий и дат измерений - черный Невязки выписывают карандашом.

Перед вычислением каждого последующего знака подземной полигонометрии необходимо убедиться в отсутствии деформации предыдущих (исходных) знаков.

Вычисление углов поворота и дирекционных углов в рабочей и основной полигонометрии ведется с удержанием целых секунд. В главных ходах при измерениях углов теодолитами Т-2 средние результаты округляются до 0,5 ², а при измерении теодолитами типа Т-1 удерживаются десятые доли секунды.

В длинах линий, приращениях и координатах удерживаются целые миллиметры.

Если подземная полигонометрия строится треугольниками, то вычисление вновь определяемого знака производится ходом между ранее определенными (исходными) знаками через короткую и длинную стороны треугольника.

После каждого последующего ориентирования шахты от уточненного исходного подземного стана производится передача дирекционного угла и координат в забой.

При построении подземной полигонометрии в виде цепочки треугольников передача осуществляется через различные 100-метровые линии двумя ходами. При наличии главного хода основная передача производится через него.

 

Рис. 14. Схема подземной полигонометрии. Результаты измерений

 

По этим двум-трем независимым передачам, произведенным от уточненных данных (с учетом их весов), определяются координаты и дирекционный угол в забое.

При соединении через поперечные выработки ходов, проложенных в двух смежных тоннелях, угловая невязка в полигоне не должна превышать:

 - при однократно измеренных углах;

 - при двукратном измерении;

здесь п' - число углов в полигоне.

Относительная линейная ошибка в этих полигонах не должна превышать 1: 25000. При периметре менее 250 м абсолютная ошибка не должна превышать 10 мм.

Вычисления подземной полигонометрии ведутся в две руки, в специальных книгах для каждого строительного управления. Новые результаты, связанные с повторными измерениями или с изменениями в исходных дирекционных углах и в координатах, тщательно сверяются с ранее произведенными вычислениями.

Использованию вновь полученных значений должен предшествовать глубокий анализ всех имеющихся вычислительных материалов.

При соединении подземной полигонометрии между двумя шахтами или порталами руководствуются допусками, установленными в п.8.60.

Уравновешивание подземной полигонометрии после сбойки

При уравновешивании подземной полигонометрии в тоннелях необходимо учитывать положение фактических осей на пройденных участках.

При проходке тоннеля встречными забоями на месте сбойки выбирается узловой знак. Координаты узлового знака принимают равными промежуточным значениям координат, при которых отклонения тоннеля не превосходят допустимых. В качестве дирекционного угла узловой линии принимают его среднее значение, полученное по данным ориентирования, выполненного по каждой из двух шахт, а также из ориентирования, выполненного по методу двух шахт.

При проходке тоннеля догоняющим забоем узловым знаком может служить один из знаков полигонометрии в середине хода, где отклонения тоннеля от рабочей оси максимальные.

Дальнейшее уравновешивание ходов, проложенных между приствольными знаками и узловым, можно выполнить упрощенным способом.

В тоннелях, предназначенных для укладки железнодорожных путей, относительная невязка каждого из ходов полигонометрии не должна превышать 1: 10000.

Все маркшейдерские работы по определению путейских реперов в метрополитенах и железнодорожных тоннелях могут выполняться только от окончательно уравновешенных координат знаков подземной полигонометрии.

По окончании работ по строительству данного тоннеля или участка метрополитена должен быть составлен каталог подземной маркшейдерской основы для всех постоянных знаков (см. приложение 25-3).

Подземная высотная основа