АО «ПРИН» Высокоточное геометрическое нивелирование как метод геодезического мониторинга

Высокоточное геометрическое нивелирование как метод геодезического мониторинга

20.11.2016

Высокоточное геометрическое нивелирование как метод геодезического мониторинга

В наш век активного строительства широкое применение получили работы по проведению геодезического мониторинга – наблюдению за деформациями зданий и сооружений, как построенных, так и строящихся, подземных и наземных коммуникаций, грунтового массива и т.д.

Геодезический мониторинг целесообразно проводить на всех этапах строительно-монтажных работ, а также после ввода сооружения в эксплуатацию. Целью мониторинга является определение величин деформаций для оценки устойчивости сооружений и принятия своевременных мер по укреплению объекта наблюдений. Для получения полной информации о состоянии объекта мониторинга необходимо принимать во внимание не только результаты геодезических наблюдений, но также и обследований конструкций, исследования грунтов и т.п.
Геодезические методы позволяют с высокой точностью (0.1 мм и менее) определять положения деформационных марок.
Различают такие виды деформаций как: осадка, крен, прогиб, выгиб, перекос, кручение, горизонтальные перемещения.

Для оснований и фундаментов определяют следующие показатели:

Абсолютная осадка – это разность отметок, полученных на текущий и начальный этапы наблюдений, т.е. S=H_тек-H_нач
Средняя осадка всего сооружения или его частей вычисляется как среднее арифметическое из осадок всех деформационных марок, т.е.
Неравномерная осадка (разность осадок) вычисляется как разность осадок пар деформационных марок, т.е. ΔS=S_i-S_j
Крен фундамента или здания в целом – разность осадок крайних точек фундамента (здания) вдоль выбранной оси. Наклон в направлении продольной оси – завал, в направлении поперечной оси – перекос.
Относительный крен – величина крена, отнесённая к расстоянию между крайними точками, т. е. K=(S_m-S_k)/l
Средняя скорость осадки – изменение величины осадки за выбранный интервал времени, т. е. ν_ср=(S_j-S_i)/t , где i и j – циклы измерений, а t – интервал времени (часы, дни, месяцы, годы и т. п.)

Поскольку, осадка – это разность отметок, то для её определения целесообразно использовать данные, полученные методом геометрического нивелирования. В зависимости от требований к точности выполнения работ, применяют разные методики измерений и нивелиры. В настоящее время для геодезического мониторинга различных объектов широко используются цифровые нивелиры, позволяющие значительно ускорить процесс измерений за счёт автоматизации взятия отсчётов по рейкам, сохранения данных во внутреннюю память, а также передачи результатов измерений на персональный компьютер для дальнейшей обработки. Наиболее распространенными нивелирами, применяемыми в мониторинге, являются нивелиры Trimble DiNi, характеризующиеся высокой точностью измерений и простым, понятным интерфейсом.

Первым этапом работ по мониторингу можно назвать рекогносцировку. После получения Технического задания (ТЗ) или Проекта производства геодезических работ (ППГР) необходимо ознакомиться с расположением объекта мониторинга и определить границу зоны влияния строительно-монтажных работ, если таковые ведутся. Это нужно для выбора пунктов высотной деформационной основы.

Поскольку, в условиях городской застройки и наличия большого числа подземных коммуникаций, проводить закладку новых глубинных реперов – дело нелёгкое, то необходимо использовать существующие репера: глубинные либо стенные, расположенные вне зоны влияния.

Высотная геодезическая деформационная основа содержит внешнюю исходную и внутреннюю деформационную основу. Для создания внешней исходной основы целесообразно использовать глубинные или стенные репера, расположенные на зданиях и сооружениях, осадки которых можно считать незначительными. За исходные принимается куст реперов (обычно 3), расположенных на расстояния не более 15 метров друг от друга.

Внутреннюю деформационную основу составляют осадочные марки, закреплённые в конструктивных элементах объекта мониторинга, на расстоянии 6-8 м, если иное не указано в ТЗ или ППГР.

Работы можно выполнять в условной или в местной системе высот (в зависимости от требований ТЗ и ППГР). Однако, следует учесть, что при утере или уничтожении исходных пунктов, восстановить внешнюю основу будет довольно трудно, если работать в условной системе высот и не связать куст реперов с дополнительными пунктами. Поэтому, перед началом мониторинга, рекомендуется проложить магистральный нивелирный ход между реперами сети высшего порядка по реперам внешней исходной основы для увязки всех отметок. Это позволит при утере или деформации исходных реперов определить новые отметки исходных реперов. Таким образом, будет соблюден основной принцип мониторинга – неизменность основы.

После того, как отметки исходных реперов определены, можно приступать к следующему этапу – нивелирование по деформационным маркам. Как правило, используют метод высокоточного нивелирования коротким лучом.

Высокоточное геометрическое нивелирование короткими визирным лучам выполняется из середины, величина угла i должна быть не более 5".
Геометрическое нивелирование во всех циклах измерений выполняются по одной и той же схеме. Для этого места установки нивелира маркируют краской.

В каждом цикле измерений соблюдают следующие требования:

при нивелировании применяются одни и те же инструменты и рейки;
рейки должны быть пронумерованы и устанавливаться на те же марки или реперы, на которые они устанавливались в предыдущих циклах измерений.

Высокоточное геометрическое нивелирование короткими визирными лучами выполняют как оптическими, так и цифровыми нивелирами, обеспечивающими требуемую точность измерений.

Измерения выполняют по следующей программе:

на кусте реперов (внешняя исходная основа) берут отсчеты последовательно на каждый из реперов. Заканчивается прием измерений повторным отсчетом на начальный репер, который выполняется для контроля устойчивости инструмента в процессе измерений и в обработку не включается. Измерения повторяют при другом горизонте инструмента.

Привязочный ход от куста реперов до ближайшей осадочной марки, а также нивелирование по осадочным маркам выполняют при двух горизонтах инструмента по программе: нечётная станция – ЗППЗ, чётная станция – ПЗЗП. Допускается нивелирование веером по осадочным маркам при небольших расстояниях между ними. При этом нивелир должен быть поверен за главное геометрическое условие, во избежание, влияния разности плеч на точность измерений.

Требования к точности измерений определяются ТЗ или ППГР.

Обработку результатов измерений выполняют в следующем порядке:

Уравнивание результатов измерений на реперах исходной основы – контроль стабильности высотной основы;
Обработка привязочного хода и хода по осадочным маркам;
Вычисление осадок, составление таблиц и графиков вертикальных перемещений.

Анализ устойчивости пунктов высотной основы производится по следующему алгоритму:

Поочередно за исходный принимается один из трёх реперов, для которого вычисляется коэффициент устойчивости:

где h_i^k – превышение между i-ым репером и исходным в k-ом цикле измерений;
h_i⁰ – превышение между i-ым репером и исходным в нулевом цикле измерений;
n – количество пунктов внешней исходной основы.

Репер с наименьшим значением коэффициента устойчивости принимается за исходный и считается самым стабильным. Его отметка остаётся неизменной, а для двух других отметки вычисляются из уравнивания нивелирного полигона.

После этого можно приступать к уравниванию результатов нивелирования привязочного хода, если таковой имеется, и хода по осадочным (деформационным) маркам. Уравнивание результатов нивелирования можно выполнять в программе CREDO НИВЕЛИР, которая распознаёт файлы данных большинства цифровых нивелиров. На данный момент программа CREDO НИВЕЛИР является единственной сертифицированной программой, выполняющей расчеты в соответствии с требованиями ГКИНП (ГНТА)-03-010-02( Инструкция по нивелированию I,II, III и IV классов).

Для совместной обработки данных контроля стабильности исходных пунктов и нивелирования по осадочным (деформационным) маркам, результаты измерений можно импортировать в программу CREDO РАСЧЕТ ДЕФОРМАЦИЙ. Результатом обработки будут являться графики перемещений деформационных марок, сводные таблицы величин осадок. Если предварительно определить плановые координаты закоординировать марки, то можно создать трёхмерную модель, позволяющую в режиме анимации наблюдать результаты смещений деформационных марок. Также, с учётом скорости деформации, можно спрогнозировать развитие деформационных процессов.

Рекомендуемые комплекты оборудования для выполнения геодезического мониторинга геометрическим нивелированием:

	Цифровой нивелир Trimble DiNi
	Штатив
	Рейка инварная LD11, LD12, LD13
	Башмак нивелирный
	Кейс транспортировочный для 2-х реек