Ворошилов А.П. Спутниковые системы и электронные тахеометры в обеспечении строительных работ

Подождите немного. Документ загружается.

ных величин осадок, уникальности

времени эксплуатации

зданий

сооружений

[8].

Высокие требования

точности

достигались ранее геометрическим нивелированием

приме-

нением высокоточных нивелиров

инварных реек. Широкое

распространение

инженерно-геодезических работах элект-

ронных тахеометров, обеспечивающих быстроту, автоматиза-

цию

достаточную точность измерений, расширяет возмож-

ности тригонометрического нивелирования. Применению три-

гонометрического нивелирования

контроле

за

осадками спо-

собствует появление безотражательных тахеометров

погреш-

ностями

= 1...3",m

= 1...4 мм и

меньше.

Для измерения осадок электронными тахеометрами необ-

ходим расчет точности

анализ технологии таких работ,

так

как метод тригонометрического нивелирования,

в том

числе

электронными тахеометрами, может обеспечить высокую

точность лишь

при

определенных условиях. Точность опре-

деления осадок

в 1 и 2 мм

обеспечивается таким нивелирова-

нием способом

«из

середины» короткими лучами

[27]. По-

этому ограничимся рассмотрением этого способа.

Превышение

h..

между двумя осадочными марками объекта

определяется

способе

«из

середины»

по

формуле

(Sj

coszj

-S

cos£/)+

(lj -/,)+

- uj)+

2xRsin

J?sin

где

S. —

измеренное

со

станции наклонное расстояние

до марок

номерами

j и г; г., z. —

измеренные зенитные

расстояния, соответствующие значениям

S., 5.; /, I.

— высо-

та прибора

при

визировании

на

марки

j и г; v., v.

— высоты

наведения

на эти

марки;

к.

{

—

коэффициенты вертикаль-

ной рефракции.

Обеспечение точности

в 1 и 2 мм

требует высокоточных

измерений

не

только вертикальных углов

z и

расстояний

но

высот прибора,

что

существенно осложняет методику

наблюдений.

Но при

стабильности высотного положения

а-

хеометра

на

станции измерения

/ не

требуются,

так как бу-

дет выполнено условие

/. = /.. Для

этого достаточна надеж

ная установка штатива

тахеометра

на

станции,

а при

изме-

рениях рекомендуется применять выносную клавиатуру,

что

исключит подвижки прибора

при

нажатии

его

клавиш.

В формуле

(4.9)

обеспечивается

v. = v.,

если визирование

проводить непосредственно

на

марку

или на

один

и тот же

штрих установленной

на ней

рейки. Кроме того, расчеты

показывают,

что при

малых расстояниях можно принять

к.

- к.. Так, в

самых неблагоприятных условиях, характери-

зующихся изменением коэффициента вертикальной рефрак-

ции

максимальных пределах

(0,14...0,20) и

неравенстве

плеч

в 20 м,

влияние вертикальной рефракции

на

превыше-

ние

Л.

не

превысит

0,03 мм.

При обеспечении указанных условий

( /.= l

v. = v. ,

к. =

к)

формулу

(4.9)

можно записать

виде

Sj coszj - S

cosZi , (4.10)

тогда

СКП

превышения между марками

на

станции опреде-

ляется выражением

т\

= 2mj cos

2(S/psinzfml, (4.11)

где

измеренное тахеометром расстояние

до

марки;

—

средняя квадратическая погрешность

(СКП)

этого рас-

стояния;

z —

измеренный зенитный угол;

— его СКП;

= 206265".

Измерение каждой осадки выполняется

в два

цикла

при п

стоянках прибора, поэтому

СКП

определения осадки можно

оценить

по

формуле

y[2n

, (4.12)

где

— СКП

превышения между марками,

п —

число

станций

нивелирном ходе.

В соответствии

указанными требованиями

точности

определения осадок вычислены ограничения

на

средние квад-

ратические погрешности измерения превышений

между

марками

на

каждой станции тахеометра, представленные

табл.

4.4.

Таблица

4.4

Таблица

4.5

Ограничения Погрешности

на погрешности тахеометров

мм

1 °£| 1

2 5 10

0,71 1,41 3,54 7,1

5 0,32 0,63 1,58 3,2

10 0,22 0,44 1,12 2,2

В табл.

4.5.

приведены

СКП

измерений превышения

осадки конкретными типами тахеометров

SET,

которые

они

обеспечивают

при

малых расстояниях

малых углах накло-

на.

соответствии

полученными данными измерение осад-

ки

в 1 мм

возможно лишь тахеометром

SET 230R.

Измере-

ние осадки

в 2 мм

может быть выполнено любым

из

рас-

смотренных приборов,

но при

количестве станций

ходах,

не превышающих указанных

табл.

4.5.

Следует отметить,

что наибольшую точность измерения осадки обеспечивает

тахеометр SOKKIA

NET1200. Для

него

при

аналогичных

условиях

СКП

превышений составит

0,2 мм.

При использовании безотражательных тахеометров

для

измерений осадок рекомендуется новый

тип

марок. Такая

марка должна иметь четкое изображение геометрической

фигуры (ромба, треугольника, концентрических окружнос-

тей)

для

однозначного наведения

на них

центра сетки нитей

прибора

во

всех циклах наблюдений. Кроме того,

она

долж-

на быть достаточно рефлекторной,

без

шероховатостей

для

отражения дальномерного сигнала.

качестве таких марок

можно использовать замаркированные детали строительных

конструкций

или

специальные металлические марки, жест-

ко закрепленные

на

наблюдаемом объекте,

на них

должна

быть нанесена четкая геометрическая фигура

со

светлым

центром, обеспечивающим отражение сигнала.

Предлагаемые осадочные марки

не

выступают

из

строи-

тельных конструкций, поэтому

их

сохранность ожидается

выше,

чем

традиционных, используемых

при

геометрическом

нивелировании

для

установки

на них

инварных реек.

Высоту закладки марок

стены здания определяет угол

при

их

наблюдении. Учитывая,

что

высокую точность изме-

Тахеометр

СКП,

мм

Доп.

Тахеометр

ос

Доп.

SET 230R 0,41

0,6

SET 330R

0,56

0,8

SET 530R

0,88

1,2

рений превышений на станции можно обеспечить лишь при

углах z, близких к 90°, следует ограничить высоту закладки

марок. Допустимое превышение марки над станцией можно

оценить по формуле:

=/ +

Ssinv

, (4Лз(

где / — высота прибора; S — расстояние от станции до

марки; v

—

угол наклона при визировании на марку.

Так, для электронных тахеометров точность измерения

осадки в 1 мм можно получить, если h

не превысит 2 м.

Используя отметки станций и отмостки возле здания, вы-

числяется высота закладки марок в стены. При этом следует

учитывать, что высокое расположение марок дополнительно

снизит точность расстояний, измеренных безотражательным

дальномером, так как визирование будет проводиться под

острым углом к марке.

Допустимые длины плеч тригонометрического нивелиро-

вания из середины можно оценить по формулам (4.7) и

(4.8).

Фрагмент такой оценки приведен в табл. 4.5 для СКП изме-

рения осадок (т^) в 1; 2 и 5 мм при условии m

- 3 мм; п = 5.

Таблица 4.6

Допустимые длины плеч, м

Z т

ос

, мм

1 2 5

88° 2"

20,7 44,7

115

13,8 29,8

5 8,2

17,9 46

87°

17,2

43,2 114

3 11,5

28,8 76

6,9 17,3 46

85° 2 —

37,3

112

3 —

24,8 75

—

14,9 45

Данные табл. 4.6 свидетельствуют, что при проектирова-

нии измерения осадок на длины плеч и углы z необходимо

наложить существенные ограничения, особенно при требо-

ваниях т

ос

в 1 и 2 мм. При близком расположении станций

от плоскости закрепления марок увеличится количество стан-

ций в ходах, а визирование будет проводиться под острым

углом в горизонтальном направлении, что также может при-

вести к снижению точности измерения осадок.

Для обеспечения высокой точности измерения зенитных

расстояний необходимо регулярно контролировать у тахео-

метра значение m

а измерения на каждой станции прово-

дить несколькими приемами. При измерении расстояний до

марок следует учитывать в циклах поправки за метеоусло-

вия и не применять визирование под острым углом.

Обработка измерений в каждом цикле включает: вычис-

ления превышений по формуле

(4.10)

между связующими

марками, вычисление средних превышений по приемам, кон-

троль по невязкам, уравнивание, вычисление отметок связу-

ющих и промежуточных точек. Для обеспечения миллимет-

ровой точности в вычислениях должны сохраняться знаки

до 0,1 мм. Если в тахеометре при вычислении превышений и

на дисплее сохраняются только миллиметры, то в память

прибора необходимо записать измеренные S и Z, а в постоб-

работке на ПК сохранить требуемое число знаков.

Измерения осадок электронными тахеометрами по срав-

нению с геометрическим нивелированием будут иметь ряд

преимуществ:

— не требуется установки рейки на осадочные марки, что

часто опасно или невозможно в условиях строительной пло-

щадки и действующего промышленного производства;

— измерения выполняются одним исполнителем;

— процесс измерений и обработки автоматизирован;

— марки для установок рейки обычно выступают из стро-

ительных конструкций, поэтому "часто уничтожаются или

повреждаются, в результате информативность контроля за

осадками ухудшается; безотражательный электронный тахео-

метр не требует таких марок, обеспечивая измерение осадок

по замаркированным точкам объекта.

Если осадочные марки на объекте закреплены традици-

онно и их конструкция предназначена под установку рейки,

то измерение осадки рекомендуется проводить по инварной

рейке, которая устанавливается на такие марки. Тахеомет-

ром центр сетки нитей при измерении Z наводится на один и

тот же штрих рейки на всех марках.

При традиционном закреплении осадочных марок на зда-

нии можно комбинировать измерения осадок геометрическим

и тригонометрическим нивелированием. Применение элект-

ронного тахеометра в этом случае позволяет сократить коли-

чество станций, особенно при больших перепадах высот меж-

ду осадочными марками.

Применение электронного тахеометра в контроле за осад-

ками дает новые возможности для качественного проведе-

ния таких работ.

4.6. Измерение крена зданий электронным

тахеометром

Методика измерения крена традиционными геодезичес-

кими приборами основана на способе проектирования теодо-

литом и способе горизонтальных направлений. Для тахео-

метра эти способы также применимы, однако в современных

тахеометрах появляются новые возможности, основанные на

автоматизации линейно-угловых измерений. Рассмотрим спо-

соб,

который можно реализовать электронным тахеометром,

и назовем его линейно-угловым.

Аналогично теодолиту измерения тахеометром необходи-

мо выполнить с двух станций во взаимно перпендикуляр-

ных плоскостях. На каждой станции прибор тщательно го-

ризонтируют. В верхнем и нижнем сечении контролируемо-

го угла здания выбирают точки, по которым будет опреде-

ляться вектор крена / в данной плоскости. Визируя на эти

точки, измеряются в безотражательном режиме наклонные

расстояния (5

и S

), вертикальные углы и горизонтальный

угол

(рис.

4.11).

Встроенное программное обеспечение та-

хеометра вычисляет по ним горизонтальные проложения D.

Рис.

4.11.

Измерение крена электронным тахеометром

Длину вектора крена

предлагается определять

по

фор-

муле:

+D]-2D

xcosp

, (4.14)

где

и D

—

горизонтальные проложения расстояний

от

прибора

до

точек визирования;

/3 —

горизонтальный угол

между направлениями визирования.

Направление вектора

определяет угол

fl: I

будет поло-

жительным

для

угла, возрастающего вправо

от

точки

1 и

отрицательным

- для

угла, возрастающего влево.

Вычисления

по

формуле

(4.14)

будут выполнены тахео-

метром автоматически, если измерения проводить

режиме

ОНР.

разделе

3.3

было рассмотрено применение этого

ре-

жима

для

дистанционного обмера зданий. Здесь используем

его

для

определения вектора

/. В

этом режиме

(в

тахеомет-

рах

SET)

необходимо после визирования

на

начальную точ-

ку

нажать клавишу РАССТ,

после визирования

на

конт-

ролируемую точку

—

программную клавишу

ОНР. На эк-

ран прибора после этого будут выданы значения: S — на-

клонное расстояние между точками 1 и 2; D — его горизон-

тальное проложение; h — превышение между точками 1 и 2.

Значение D является длиной определяемого вектора /.

Его направление соответствует направлению поворота али-

дады прибора при наведении на контролируемую точку.

Величина h будет полезна при оформлении отчета по выпол-

ненным измерениям.

В режиме ОНР можно определить отклонения от верти-

кали целого массива точек, для этого достаточно после визи-

рования на каждую точку нажимать клавишу ОНР. Все оп-

ределения векторов будут выполнены относительно точки 1.

Полученные результаты измерений выдаются на экран, их

можно записать в память прибора и передать на компьютер.

Для определения вектора крена / предлагаемым способом

оценим его среднюю квадратическую погрешность (СКП) т

на основе дифференцирования формулы

(4.14).

Для значе-

ний /, не равных нулю, можно записать:

т\

(D, - D

cos pf

о,

- Д cos pf

(DiD

sinpf

(4.15)

где

^D^

— СКП соответствующих горизонтальных про-

ложений;

trip

— СКП горизонтального угла; р-

206265

с.

Выражение

(4.15)

при оценке можно упростить, считая

a D

= D

, тогда получим:

= 2D

(l - cospft^]

sin pf

[lp

(4.16)

У тахеометров значения СКП составляют в безотража-

тельном режиме m

± 3 мм, однако в условиях строительной

площадки из-за фонового излучения и состояния отражаю-

щих поверхностей в измеряемых точках они могут возрасти.

Вместе

с тем, в

выражении

(4.16)

влияние

на т

погрешно-

стей линейных измерений слабое. Даже

при m

в 20 мм оно

не превысит

1...2 мм.

Погрешности

тахеометров составляют

5...6 с и

мень-

ше.

При

определении крена обычным теодолитом

они

могут

существенно возрасти из-за влияния наклона

оси

прибора

коллимационной ошибки.

тахеометрах

эти

погрешности

автоматически компенсируются

за

счет двухосевого датчика

наклона, цена деления которого соответствует точности

уг-

ловых отсчетов.

При

работе

тахеометром наклон

оси от-

слеживается

и его

влияние,

как и

влияние коллимационной

ошибки, исключается

при

обработке благодаря встроенному

программному обеспечению прибора. Поэтому точность

из-

мерений угла

р при

определении крена выверенным тахео-

метром будет выше аналогичного

по

точности теодолита.

Оценка, выполненная

по

формуле

(4.16),

показывает,

что

даже

при

трехкратном увеличении погрешностей, указанных

в паспорте электронного тахеометра,

СКП

вектора

/ не

пре-

высит

3...5 мм. Это

свидетельствует

высокой точности кон-

троля вертикальности

крена такими приборами.

Рассмотренный линейно-угловой способ

был

апробирован

при контроле вертикальности строящего 24-этажного здания

по

ул.

Кирова

в г.

Челябинске. Измерения выполнялись

электронным тахеометром

SET630R.

Время, затраченное

на

измерения

каждой станции прибора, составляло

не

более

минут, включая

его

установку, выбор точек

визирование

на

них. Все

измерения выполнены дистанционно одним

ис-

полнителем, сразу

на

объекте получены

режиме реального

времени вектора отклонений

Таким образом, применение

электронного тахеометра

при

определении крена зданий

сооружений является эффективным

может заменить тра-

диционные методы геодезических измерений.

4.7. Съемка электронным тахеометром

планового

высотного положения

подкрановых путей

Геодезический контроль подкрановых путей необходим

процессе

их

возведения

регулярно

- при

эксплуатации

кранов. Наибольшую сложность представляют съемки

пу-

тей мостовых кранов, особенно

металлургических, прокат-

ных

других цехах

непрерывным производством. Мето-

дика таких работ разработана

для

традиционных геодези-

ческих приборов.

При

этом проводится раздельная съемка

планового

высотного положения: измерениями относительно

створа определяют прямолинейность рельсов,

непосред-

ственными промерами

расстояния между

их

осями. Раз-

ность отметок головок рельсов снимается нивелированием.

Все

это

требует многократных перемещений

по

путям,

что в

цехах осложняется непрерывным технологическим процес-

сом. Поэтому

для

съемки путей мостовых кранов

цехах

большой протяженности разрабатывались сложные способы

измерений

обработки данных

системой частных створов,

что

не

всегда гарантировало сохранение требуемой точности

работ.

Применение электронных тахеометров позволит существен-

но упростить технологию съемки подкрановых путей,

при

этом плановое

высотное положение могут определяться

одновременно, сократится

количество опасных перемеще-

ний

по

путям. Вместе

с тем

проведение такой съемки тахео-

метром имеет

ряд

особенностей.

Правилами безопасной эксплуатации мостовых кранов

оп-

ределены допустимые отклонения

от

проекта положения рель-

сов:

10...15 мм в

плане

и 10...20 мм по

высоте.

Они

будут

выявлены

вероятностью

0,95,

если средняя квадратичес-

кая погрешность

(СКП)

определения

не

превысит значе-

ний

у, где Д

—

допустимые отклонения (разности). Учиты-

вая,

что СКП

разности

определяется соотношением

где

т — СКП

измерения положения снимаемых точек

путей-

Значит,

для

надежного определения отклойений (разно-

стей положения), близких

допустимым, необходимо

вы-

полнять измерения

погрешностями:

3,3...5,0 мм в

плане

V2m<|.

(4.17)

получим

(4.18)