Геодезические работы на земной поверхности вдоль трассы проектируемого тоннеля. Главная и подходная полигонометрия: точность, предрасчетные формулы точности, проектирование ходов, закрепление пунктов, проложение ходов.
Главное назначение основной полигонометрии — передача координат от пунктов триангуляции в районы шахтных и строительных площадок, расположенных вдоль строящегося тоннеля.
Основные полигонометрические ходы, прокладываемые при строительстве тоннелей, характеризуются следующими техническими данными: максимальная длина хода между пунктами триангуляции 3,0 км; максимальная длина хода между узловыми точками 1,0 км; средняя длина линии около 250 м, наибольшая 500 м и наименьшая 150 м; средняя квадратическая ошибка измеренного угла не должна превышать ±3"; коэффициент случайного влияния при измерении линии ц не больше 0,0003; коэффициент систематического влияния
Относительная невязка ходов, проложенных для строительства тоннелей метрополитена длиной более 0,5 км, не должна превышать 1 : 30 000. Относительная невязка ходов, проложенных для строительства тоннелей длиной менее 0,5 км, не должна превышать 1 : 20 000; при строительстве перегонных тоннелей с диаметром обделки в свету D — 5,10 м относительная невязка ходов основной полигонометрии не должна превышать 1 : 35 000.
Если в полигонометрическом ходе более 8 линий, рекомендуется на середину хода передать исходный дирекционный угол.
Из приведенных технических характеристик следует, что при проложении ходов основной полигонометрии требуется высокая точность. Однако очень часто приходится измерять углы и линии в весьма сложных топографических условиях (большие углы наклона, густая застройка) и при наличии в ходах весьма коротких линий.
Пункты основной полигонометрии закрепляют грунтовыми или стенными полигонометрическими знаками так же, как и в городской полигонометрии.
Углы измеряют средними оптическими теодолитами (снабженными оптическими центрирами) тремя или четырьмя круговыми приемами. В качестве объектов визирования применяют марки, устанавливаемые над центром знака также при помощи оптических центриров.
При уравновешивании основной полигонометрии следует предусмотреть оценку точности в объеме, необходимом для подсчета влияния ошибок пунктов полигонометрии на сбойку осей встречных выработок между двумя смежными стволами.
Для передачи координат с поверхности в подземные выработки необходимо иметь пункты полигонометрии в непосредственной близости к стволам. Обычно на территориях строительных и шахтных площадок, внутри которых располагают стволы, условия неблагоприятны для проложения полигонометрических ходов. Включение таких ходов в общую сеть основной полигонометрии снижает точность получения координат. Поэтому на территории шахтных и строительных площадок прокладывают подходную полигонометрию, опирающуюся на пункты основной полигонометрии.
По схеме развития подходная полигонометрия представляет собой систему замкнутых полигонов или отдельных ходов, образующих узловые точки.
Перед тем как выполнить рекогносцировку ходов подходной полигонометрии по плану масштаба 1 : 500, определяют зону возможной деформации и намечают точки основной полигонометрии, которые могут быть приняты в качестве исходных для подходной полигонометрии.
Длины отдельных ходов или полигонов в подходной полигонометрии не должны превышать 300 м.
Ходы подходной полигонометрии прокладывают через шахтные площадки. При рекогносцировке трудно достигнуть большой длины линий подходной полигонометрии и расположения их, удобного для измерения углов и расстояний. Практически длины линий подходной полигонометрии иногда допускают даже менее 30 м.
Условия измерений по некоторым сторонам подходной полиго- нометрической сети резко отличаются от условий измерений обычной городской полигонометрической сети. Бывают случаи, когда конечные точки одной и той же линии приходится располагать на разных горизонтах земляных работ. Вследствие этого превышения на линиях длиной 30—50 м достигают 5—10 м.
При детальной рекогносцировке приствольных точек места их закрепления выбирают с учетом возможности передач дирекционного угла к стволу шахты непосредственно с пунктов триангуляции, удаленных не менее чем на 300 м от ствола.
При отсутствии непосредственной видимости от ствола на пункт триангуляции одновременно с выбором приствольной точки рекогносцируют вспомогательную точку на крыше здания, через которую можно произвести надежную передачу дирекционного угла со стороны триангуляции к стволу шахты.
Точность измерения углов и линий в ходах подходной полигонометрии рассчитывают исходя из того, что относительная ошибка не превышает 1 : 20 000.
Точки подходной полигонометрии закрепляют бетонными монолитами размерами 0,40 X 0,40 X 0,60 м. В середине монолитов бетонируют металлические стержни, на верхнем обрезе которых фиксируют центры знаков путем высверливания отверстия диаметром 2—3 мм и глубиной 4—5 мм с последующей расчеканкой этого отверстия медной проволокой.
Во всех случаях, когда в районе расположения ходов подходной полигонометрии имеются удобно расположенные каменные здания» весьма рационально закреплять точки подходной полигонометрии стенными знаками.
Углы подходной полигонометрии измеряют оптическими теодолитами четырьмя полными круговыми приемами.
Передача абсолютной отметки с поверхности земли на дно околоствольной выработки на глубины до 50 м и свыше 100 м. Точность передачи отметки. Учет температуры и удлинения рулетки за счет собственного веса.
Исходными для передачи отметки в подземные выработки являются реперы нивелирования III класса, закрепленные на поверхности и на шахтной площадке.
Для передачи отметки к копру крепят стальную прокомпарированную рулетку нулевым концом вниз. К рулетке подвешивают груз в 10 кг. При этом же натяжении производят и компарирование рулетки. Наверху и в подземных выработках устанавливают нивелиры (рис. 27.12).
На поверхности берут отсчеты по подвешенной рулетке и по рейке, установленной на репер с исходной высотой. В подземных выработках выполняют отсчеты по рулетке и по рейке, расположенной на репере, на который передается высота.
При глубине ствола, большей 150 м, передачу абсолютной отметки рекомендуется осуществлять с помощью стальной проволоки сечением 0,8 -1,5 мм. Проволоку с грузом опускают при помощи лебедки и блока. Передачу выполняют при таком же положении реек и нивелиров, что и при передаче с помощью рулетки. Отсчеты берут только по рейкам, а на проволоке горизонтальный луч нивелира фиксируется специальными запилами. Длину (превышение) между запилами по проволоке определяют компарированной рулеткой на горизонтальной плоскости при соответствующем натяжении.
В процессе передачи высоты сначала линии визирования обоих нивелиров наводят одновременно на рулетку и по команде отсчитывают по ней. Затем нивелиры наводят на рейки, установленные на реперах, и берут по ним отсчеты.
Высоту репера, закрепленного в подземных выработках, вычисляют по формуле
Hт = Hпов + a - {(l1 - l2) + ∆t + ∆к + ∆l} - b,
где Hпов - отметка исходного репера на поверхности; а - отсчет по рейке на поверхности; b - отсчет по рейке в подземных выработках; l1 - отсчет по рулетке на поверхности; l2 - отсчет по рулетке в подземных выработках; ∆t, - поправки в длину рулетки за температуру; ∆к - поправка в длину рулетки за компарирование; ∆l - поправка за удлинение рулетки.
Поправку за температуру рулетки вычисляют по формуле
∆t = α(l1 - l2)(tср - t0)
где t0 - температура, для которой дано уравнение рулетки; величину коэффициента расширения а для стальной рулетки принимают равной 0,0000125.
Для получения tср при передаче высоты измеряют температуру на поверхности, в подземных выработках и в стволе через каждые 5 м высоты. Из результатов измерений температуры в указанных точках берут среднее значение.
При передаче отметки на большую глубину следует учитывать поправку за удлинение рулетки под действием собственной массы, вычисляемую по формуле
∆l = P 2 1 EF
где Р - сообственная масса рулетки; l - длина рулетки; Е - модуль упругости; F - поперечное сечение.
Для стальных рулеток шириной 10 мм и толщиной 0,2 мм F = 0,02 см2; Е = 2·106 кг/см2. При длине рулетки 100 м и удельном весе γ = 8·10-8 Н/м3 масса Р = 0,02·100,8 = 1,6 кг и поправка ∆l = 0,2 см = 2 мм. Для рулетки длиной 50 м поправка ∆l = 0,5 мм.
Расхождения значений высот подземных реперов, полученных при разных горизонтах нивелиров или при различных положениях рулетки, не должны превышать 4 мм, а расхождения в высотах, полученных при разновременных передачах,- 7 мм при отсутствии деформаций подземных реперов за период между передачами.
От ствола в подземные выработки высоты передают по мере продвижения забоя нивелирным ходом в прямом и обратном направлениях. В качестве рабочих реперов используют закрепленные в выработках полигонометрические знаки.
Расчет допустимой средней квадратической погрешности геодезических измерений в положении оси щита в плоскости сбойки с учетом влияния погрешностей изготовления тюбингов, их монтажа и горного давления.
Рассчитаем величину средней квадратической ошибки, которую можно допустить в положении рабочей оси в плоскости сбойки, если для туннеля с тюбинговой обделкой допустимое отклонение, заданное проектом, равно 100 мм. На отклонение точек тюбинговой обделки от проекта влияют:
1 ) ошибки планового геодезического обоснования бг,
2 ) ошибки высотного геодезического обоснования 62;
3) отклонения колец при их укладке от разбивочной оси
(эксцентриситет) аз;
4) отклонения геометрической формы колец от проектной
(эллиптичность) б4;
5) деформация колец под влиянием горного давлениядавления 6 5 .
Можно положить, что влияние ошибок высотного обоснования на общую величину несбойки будет в два раза меньше, чем планового, т.е. τ2=0,5τ1. Примем τ3=τ4=τ5=50мм. Общая величина уклонения обделки тоннеля от проектного положения определяется по формуле 
(1).
Общие сведения о тоннелях, их проектирование
Туннели являются ответственными инженерными сооружениями и строятся на дорожных и водных путях сообщения при возведении гидротехнических и промышленных комплексов; широкое использование имеют туннели в горнорудной и добывающей промышленности, при строительстве метрополитена и различных сооружений инженерного оборудования в городах.
Туннели мелкого заложения обычно сооружают открытым способом. При этом в незастроенной местности туннели строят в котлованах с откосами, а на застроенных территориях — в котлованах со свайным или шпунтовым ограждением. В последнем случае сваи или шпунты 1 погружают по контуру котлована (рис. 106) и производят разработку породы до проектной высоты дна.
Монтаж туннельной отделки из сборного железобетона выполняютв такой последовательности: укладывают подготовку 3 из тощего бетона; устраивают кирпичную защитную стенку 4; производят гидроизоляцию лотка 5; монтируют лотковые 6 и стеновые блоки 7; устраивают перекрытие 8; выполняют гидроизоляцию стен и перекрытия 9; кладут защитную кирпичную стенку 10; устраивают защитную цементную стяжку по перекрытию 8. После окончания монтажа производят обратную засыпку до проектных высот вертикальной планировки. Засыпку ведут равномерно по обе стороны туннеля во избежание его деформаций и смещения в плане.
При строительстве туннеля вблизи зданий часто применяют траншейный способ, в котором разрабатывают узкие траншеи, бетонируемые до отметки перекрытия. В тех местах, где траншеи проходят в непосредственной близости от зданий и в результате земляных работ могут произойти опасные осадки этих
зданий, вместо сплошных траншей роют отдельные колодцы и стены туннеля бетонируют небольшими по протяжению участками. После окончания сооружения стен и затвердения бетона до соответствующей прочности над будущим туннелем выбирают грунт, сооружают опалубку и бетонируют перекрытие туннеля. Затем через отверстия, оставленные в перекрытии, выбирают ядро и бетонируют лоток, а также стенки траншеи.
Туннели глубокого заложения сооружают или через порталы, которыми называют защитные бетонные или бутовые стенки, оформляющие вход в туннель, или через вертикальные стволы шахт и специальные камеры. При сооружении туннеля через порталы дорожное полотно 1 (рис. 107) доводят до горного массива, а затем в выемке возводят защитную стенку 2, предназначенную для предохранения входа в туннель от ливневых вод, обвалов и снежных лавин. Иногда перед порталом строят рампу — длинную, постепенно увеличивающуюся выемку, стенки которой укрепляют бетоном или камнем.
Туннели метрополитена глубокого заложения сооружают
обычно посредством вертикальных стволов. Учитывая удобство их дальнейшей эксплуатации, стволы обычно проектируют смещенными на 20—50 м от трассы туннеля. После проходки и возведения ствола 1 (рис. 108) до проектной глубины под землей строят рудничный двор 2. Для выхода от ствола на трассу туннеля 4 сооружают подходные штольни 3. Если туннель строят щитовым способом, то для монтажа щитов строят щитовые камеры.
Один и тот же туннель можно прокладывать одновременно
и через порталы и через стволы, при этом концы туннеля сооружают
через порталы, а среднюю часть его — через стволы.
По внешнему контуру поперечного сечения туннеля после выемки грунта сооружают постоянное крепление, называмое обделкой туннеля. Обделка бывает металлическая или же лезобетонная, состоящая из отдельных колец шириной 0,75—1,0 м. Каждое кольцо собирается из отдельных сегментов, называемых тюбингами или блоками. Такая обделка преимущественно применяется в туннелях метрополитена и в гидротехнических туннелях. Распространена и обделка из монолитного бетона, а в тех местах, где при сооружении туннеля возникает большое горное давление, применяется железобетонная обделка. При сооружении туннеля в твердых скальных породах и при отсутствии горного давления контур поперечного сечения туннеля оставляют иногда без обделки, с естественным креплением.
Туннели заложения сооружают преимущественно щитовым способом. Щит представляет собой мощное передвижное крепление. Он состоит из ножевой части 1 (рис. 109), опорного кольца 4 и оболочки (хвостовой части) 2. В опорном кольце смонтированы мощные гидравлические домкраты. Щит монтируют в щитовой камере. В смонтированной оболочке щита собирают тюбинговые кольца, необходимые для упора щитовых домкратов 3 при выдвижении щита из камеры. Грунт перед ножевой частью щита выбирают на полное поперечное сечение с глубиной заходки около 1 м и включают гидравлические домкраты, плунжеры которых, упираясь в собранное в оболочке щита тюбинговое кольцо, передвигают опорное кольцо, а следовательно и весь щит, вперед. После передвижения щита и выключения домкратов плунжеры втягиваются обратно в опорное кольцо, а в освободившемся пространстве собирают очередное тюбинговое кольцо туннеля. Сборка осуществляется специальным механизмом, называемым э р е к т о р о м , пли б л о к о у к л а д ч и к о м.
При сооружении туннелей щитовым методом в мягких породах разработка породы перед щитом не производится. При движении щита вперед нож его вдавливается в грунт забоя домкратами. В настоящее время применяют механизированные щиты, которые при помощи специальных механизмов разрабатывают и транспортируют породы.
Габаритом называют предельное геометрическое очертание какого-либо сооружения.
Размеры поперечных сечений туннеля (ширина, высота) определяются его требуемой габаритной пропускной способностью.
При сооружении туннелей на путях сообщения установлено три вида габаритов: подвижного состава, приближения строения и приближения оборудования.
Габарит подвижного состава 1 (рис. 110) определяется контуром, внутри которого должен помещаться подвижной состав со всеми выступающими и висящими частями, при этом рассматривается положение вагонов во время движения поезда с учетом раскачки их на рессорах, а также возможных случаев наклона вагонов при поломке.
Габарит приближения строения 4 определяется контуром очертания обделки туннеля, причем этот контур обычно представляют плавной кривой, проведенной по характерным, наиболее сильно выступающим внутрь туннеля точкам обделки.
Габарит приближения оборудования 2 определяется контуром, соединяющим наиболее выступающие точки различного оборудования, устанавливаемого и монтируемого в туннелях.
К такому оборудованию относятся кабели, уложенные па специальных крючках, светофоры, релейные шкафы, дроссельные ящики, осветительные фонари и др.
Пространство 3 между габаритом подвижного состава и га баритом приближения оборудования называется габаритным запасом и устанавливается проектировщиками. Габаритный запас служит исходной величиной для расчета требуемой точности выполнения геодезических работ при сооружении туннелей.
Способы проектирования трассы туннелей. Проектирование трассы туннеля выполняется либо геометрическим, либо аналитическим способом.
Геометрический способ применяется главным образом при проектировании туннелей на путях сообщения и гидротехнических сооружениях при сравнительно несложных топографических условиях района расположения проектируемой трассы. Ось туннеля при геометрическом методе трассируется непосредственно в натуре. Поэтому ошибки геодезических измерений, оказывают влияние на точность проектирования. Вынесенная и закрепленная в натуре трасса принимается за основу при вынесении оси туннеля при его строительстве. Применение этого способа в трудных топографических условиях связано с большими осложнениями, а в условиях городской застройки при проектировании метрополитена он вообще неприменим.
Аналитическим способом проектируют трассы метрополитена, а также туннели, расположенные в трудных топографических условиях. Сущность этого способа состоит в следующем: по данным технико-экономических и гидрогеологических изысканий трассы проектируемых туннелей наносят на план города масштаба 1:2000 или более мелкого масштаба и графически по плану определяют координаты вершин углов поворота. По найденным таким образом координатам путем решения обратных задач вычисляют азимуты а сторон трассы с округлением до десятых долей секунд и расстояния I между вершинами поворотов с округлением до миллиметров.
Аналитически найденные значения углов поворота, длины линий и круговых кривых принимаются за основу дальнейшего детального проектирования и вынесения оси туннеля в процессе строительства. Таким образом, в этом способе на точность проектных расчетов будут влиять только ошибки округления при определении основных элементов трассы. При аналитическом способе проектирования нет необходимости трассировать ось туннеля на дневной поверхности, поэтому он вполне применим и для проектирования горных туннелей в районах с высокими, труднопроходимыми вершинами, а также при проектировании трасс подводных туннелей.
Геодезические работы на земной поверхности вдоль трассы проектируемого тоннеля. Главная и подходная полигонометрия: точность, предрасчетные формулы точности, проектирование ходов, закрепление пунктов, проложение ходов.
Главное назначение основной полигонометрии — передача координат от пунктов триангуляции в районы шахтных и строительных площадок, расположенных вдоль строящегося тоннеля.
Основные полигонометрические ходы, прокладываемые при строительстве тоннелей, характеризуются следующими техническими данными: максимальная длина хода между пунктами триангуляции 3,0 км; максимальная длина хода между узловыми точками 1,0 км; средняя длина линии около 250 м, наибольшая 500 м и наименьшая 150 м; средняя квадратическая ошибка измеренного угла не должна превышать ±3"; коэффициент случайного влияния при измерении линии ц не больше 0,0003; коэффициент систематического влияния
Относительная невязка ходов, проложенных для строительства тоннелей метрополитена длиной более 0,5 км, не должна превышать 1 : 30 000. Относительная невязка ходов, проложенных для строительства тоннелей длиной менее 0,5 км, не должна превышать 1 : 20 000; при строительстве перегонных тоннелей с диаметром обделки в свету D — 5,10 м относительная невязка ходов основной полигонометрии не должна превышать 1 : 35 000.
Если в полигонометрическом ходе более 8 линий, рекомендуется на середину хода передать исходный дирекционный угол.
Из приведенных технических характеристик следует, что при проложении ходов основной полигонометрии требуется высокая точность. Однако очень часто приходится измерять углы и линии в весьма сложных топографических условиях (большие углы наклона, густая застройка) и при наличии в ходах весьма коротких линий.
Пункты основной полигонометрии закрепляют грунтовыми или стенными полигонометрическими знаками так же, как и в городской полигонометрии.
Углы измеряют средними оптическими теодолитами (снабженными оптическими центрирами) тремя или четырьмя круговыми приемами. В качестве объектов визирования применяют марки, устанавливаемые над центром знака также при помощи оптических центриров.
При уравновешивании основной полигонометрии следует предусмотреть оценку точности в объеме, необходимом для подсчета влияния ошибок пунктов полигонометрии на сбойку осей встречных выработок между двумя смежными стволами.
Для передачи координат с поверхности в подземные выработки необходимо иметь пункты полигонометрии в непосредственной близости к стволам. Обычно на территориях строительных и шахтных площадок, внутри которых располагают стволы, условия неблагоприятны для проложения полигонометрических ходов. Включение таких ходов в общую сеть основной полигонометрии снижает точность получения координат. Поэтому на территории шахтных и строительных площадок прокладывают подходную полигонометрию, опирающуюся на пункты основной полигонометрии.
По схеме развития подходная полигонометрия представляет собой систему замкнутых полигонов или отдельных ходов, образующих узловые точки.
Перед тем как выполнить рекогносцировку ходов подходной полигонометрии по плану масштаба 1 : 500, определяют зону возможной деформации и намечают точки основной полигонометрии, которые могут быть приняты в качестве исходных для подходной полигонометрии.
Длины отдельных ходов или полигонов в подходной полигонометрии не должны превышать 300 м.
Ходы подходной полигонометрии прокладывают через шахтные площадки. При рекогносцировке трудно достигнуть большой длины линий подходной полигонометрии и расположения их, удобного для измерения углов и расстояний. Практически длины линий подходной полигонометрии иногда допускают даже менее 30 м.
Условия измерений по некоторым сторонам подходной полиго- нометрической сети резко отличаются от условий измерений обычной городской полигонометрической сети. Бывают случаи, когда конечные точки одной и той же линии приходится располагать на разных горизонтах земляных работ. Вследствие этого превышения на линиях длиной 30—50 м достигают 5—10 м.
При детальной рекогносцировке приствольных точек места их закрепления выбирают с учетом возможности передач дирекционного угла к стволу шахты непосредственно с пунктов триангуляции, удаленных не менее чем на 300 м от ствола.
При отсутствии непосредственной видимости от ствола на пункт триангуляции одновременно с выбором приствольной точки рекогносцируют вспомогательную точку на крыше здания, через которую можно произвести надежную передачу дирекционного угла со стороны триангуляции к стволу шахты.
Точность измерения углов и линий в ходах подходной полигонометрии рассчитывают исходя из того, что относительная ошибка не превышает 1 : 20 000.
Точки подходной полигонометрии закрепляют бетонными монолитами размерами 0,40 X 0,40 X 0,60 м. В середине монолитов бетонируют металлические стержни, на верхнем обрезе которых фиксируют центры знаков путем высверливания отверстия диаметром 2—3 мм и глубиной 4—5 мм с последующей расчеканкой этого отверстия медной проволокой.
Во всех случаях, когда в районе расположения ходов подходной полигонометрии имеются удобно расположенные каменные здания» весьма рационально закреплять точки подходной полигонометрии стенными знаками.
Углы подходной полигонометрии измеряют оптическими теодолитами четырьмя полными круговыми приемами.
Дата: 2019-07-24, просмотров: 422.
