Проект производства инженерно-геодезических работ при создании системы контроля железнодорожного пути в профиле и в плане

Тип работы:
Дипломная
Предмет:
Геология


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Тема

Проект производства инженерно-геодезических работ при создании системы контроля железнодорожного пути в профиле и в плане

ОГЛАВЛЕНИЕ

  • Введение 4
  • 1. Физико-географические и экономические условия района работ 6
    • 1. 1 Административная принадлежность 6
    • 1. 2 Рельеф 6
    • 1. 3 Грунты и почвы 6
    • 1. 4 Климат 7
    • 1. 5 Гидрография 8
    • 1. 6 Растительность 9
    • 1. 7 Населенные пункты 9
    • 1. 8 Дорожная сеть 9
    • 1. 9 Экономическая характеристика 10
  • 2. Топографо-геодезическая обеспеченность района работ 11
    • 2. 1 Плановые сети 11
    • 2. 2 Высотные сети 15
    • 2. 3 Топографические съемки 17
  • 3. Специальная часть 18
    • 3. 1 Требования к точности специальной реперной системы 20
    • 3. 2 Методы измерений и условия их производства 21
      • 3.2. 1 Метод триангуляции 22
      • 3.2. 2 Метод полигонометрии 24
      • 3.2. 3 Метод трилатерации 26
      • 3.2. 4 Метод спутниковых определений 27
    • 3. 3 Определение объемов производимых работ 29
    • 3. 4 Предрасчет точности 29
    • 3. 5 Закладка центров рабочих реперов 30
    • 3. 6 Линейно-угловые измерения 36
    • 3. 7 Нивелирование iii класса 38
  • 4. Организационно-сметная часть 41
    • 4. 1 Расчет комплексных норм выработки 41
    • 4. 2 Построение графика производства геодезических работ и его оптимиз. 42
    • 4. 3 Определение потребности в материалах 44
    • 4. 4 Составление сметы на проектируемые работы по сборнику цен 45
  • 5. Безопасность жизнедеятельности 46
    • 5. 1 Характеристика условий и анализ потенциальных опасностей 46
    • 5. 2 Обеспечение безопасности при проектируемых работах 47
      • 5.2. 1 Полевые работы 47
      • 5.2. 2 Камеральные работы 52
    • 5. 3 Обеспечение безопасности при чрезвычайных ситуациях 52
  • 6. Охрана окружающей среды 55
  • Заключение 58
  • Список используемой литературы 59

Введение

инженерный геодезия деформация железнодорожный

Геодезия, как наука, разделяется на ряд самостоятельных научных дисциплин — высшую геодезию, геодезию, инженерную геодезию, картографию, фототопографию и космическую геодезию.

Инженерная геодезия призвана решать геодезические задачи, связанные с построением опорной геодезической основы для проведения съемочных и разбивочных работ; составлением крупномасштабных планов и профилей для проектирования инженерных сооружений; текущим обслуживанием строительно-монтажных операций; составление исполнительных чертежей возведенных объектов и исследованием их деформаций в процессе строительства и эксплуатации.

Вследствие конструктивных особенностей, природных условий и деятельности человека сооружения в целом и их отдельные элементы испытывают различные виды деформации.

В общем случае под термином деформация понимают изменение формы объекта наблюдений. В геодезической же практике принято рассматривать деформацию как изменение положения объекта относительно какого-либо первоначального.

При постоянном движении железнодорожного транспорта по полотну железной дороги грунты в его основании постепенно сжимаются (уплотняются) и происходит смещение в вертикальной плоскости или осадка сооружения. При неравномерной осадке (когда один рельс полотна оседает больше другого) возникает угроза схода состава с пути.

Еще один вид деформации, который может привести к катастрофическим последствиям — это горизонтальное смещение. Применительно к железнодорожному полотну это выражается в следующем: так как поезд движется по рельсам, то расстояние между рельсами должно быть строго определенное и если рельс подвержен неконтролируемому горизонтальному смещению, расстояние между рельсами изменяется, что неизбежно приводит к очень серьезным последствиям.

Для контролирования состояния железнодорожного полотна создается специальная система контроля.

Специальная реперная система — это система геодезических пунктов с известными координатами и высотами, закрепленных в полосе отвода и на земляном полотне железнодорожной линии, состоящая из пунктов опорной геодезической сети (ОГС) и рабочей сети (РС).

Опорная геодезическая сеть состоит из каркасных (на расстоянии 20−50 км друг от друга пунктов ОГС, совмещенных с близлежащими пунктами ГГС и ГНС, плановое положение которых определено с помощью GPS-технологий с максимально высокой точностью относительно исходных пунктов), главных (попарно расположенные пункты ОГС на расстоянии 500−1000 м, при расстоянии между парами пунктов 5−10 км, плановое положение которых определяется с повышенной точностью) и промежуточных (пункты ОГС, расположенные между главными пунктами на расстоянии друг от друга 250−750 м) пунктов.

Рабочая сеть — это система геодезических пунктов, расположенных в непосредственной близости от железнодорожного пути, являющаяся основой для контроля планово-высотного положения пути, контактной сети и других устройств железнодорожной линии.

Специальная реперная система предназначена для использования дистанциями пути, путевыми машинными станциями, инженерно-геологическими базами и путеобследовательскими станциями, другими службами и их подразделениями, проектными и строительными организациями при изысканиях, проектировании, содержании, ремонтах, реконструкции объектов, новом строительстве.

В основной части проекта рассматриваются вопросы проектирования рабочей реперной сети от пунктов опорной геодезической сети. Работы проектируются на участке железной дороги Санкт-Петербург — Москва от Санкт-Петербурга до Чудово (11 км — 74км).

1. Физико-географические и экономические условия района работ

Район проектируемых работ находится в Ленинградской области, для которой представлены нижеследующие физико-географические условия.

1.1 Административная принадлежность

В целом район работ можно охарактеризовать как средне заселенный. Исследуемый участок трассы Санкт-Петербург — Москва проходит как через небольшие деревни и поселки, так и через крупные населенные пункты, такие как Тосно, Любань, Чудово.

Административными центрами являются непосредственно Санкт-Петербург, Любань, Чудово.

1.2 Рельеф

Территория представляет собой равнинную, местами, всхолмленную, залесенную и заболоченную равнину. Абсолютные отметки колеблются в пределах от 4 до 90 метров. На общем фоне плоской равнины встречаются отдельные холмы и возвышения. Форма холмов овальная, реже вытянутая, вершины плоские или слабовыпуклые. Высота холмов 5−20 метров.

1.3 Грунты и почвы

Преобладают суглинистые и супесчаные (местами с валунами и галькой), песчаные и торфяные грунты мощностью свыше 6 метров. Грунтовые воды залегают преимущественно на глубине 0,3−2,6 метра, на склонах холмов — до 14 метров.

1.4 Климат

Климат территории умеренно-континентальный с чертами морского влияния. Зима (середина ноября — март) умеренно-морозная, с пасмурной погодой, частыми осадками в виде снега (до 19 дней в месяц).

Оттепели бывают 5−7 дней в месяц, температура в эти дни выше 0С, часто они сменяются гололедицей, обычно дневные температуры −4… −14С, ночные −6… −16С. Сильные морозы (больше -25С) бывают редко. В феврале часты метели (4 — 6 дней в месяц). Снежный покров устанавливается в конце ноября и наибольшей толщины (49 см) достигает в марте. Санный путь начинается в начале декабря и прекращается в конце марта — начале апреля.

Туманы обычно наблюдаются в начале зимы. Весна (март — июнь) прохладная, неустойчивая, часто с пасмурной погодой. Первая половина обычно холодная, часто с мокрым снегом и дождем (до 15 дней в месяц); вторая — более теплая с ясной погодой. Дневные температуры обычно выше 0С, но ночные заморозки бывают до конца мая. Снег начинает таять в конце марта и сходит окончательно к середине апреля. Весенняя распутица начинается с начала апреля и продолжается до конца мая. Лето (июнь — август) умеренно-теплое, дождливое, до 17 дней в месяц с осадками. Днем температура от 16 до 20С, ночью от 8 до 14С.

Осадки выпадают обычно в виде ливневых дождей, иногда с грозами, затяжные дожди бывают редко. Туманы (1 — 4 дня в месяц) наблюдаются в ночные и утренние часы. В июне появляются комары, в июле — мошка и овод, которые исчезают в середине сентября с первыми заморозками. Осень (август — середина ноября) холодная неустойчивая.

Теплая ясная погода часто сменяется пасмурной с затяжными, моросящими дождями, во второй половине осени — с мокрым снегом (18 — 19 дней в месяц с осадками). Учащаются туманы, которые наблюдаются и в дневные часы. В начале ноября возможны первые снегопады. Ветры в течение всего года переменных направлений с преобладанием южных и юго-западных со средней скоростью 3 метра в секунду.

1.5 Гидрография

Река Нева — судоходная. Ширина реки 300 — 708 метров, глубина 6 — 18 метров, скорость течения 0,3 — 0,9 метров в секунду. Дно песчаное. Берега преимущественно обрывистые без пляжа. В дельте реки большое количество островов, образованных рукавами Невы и прочими реками и каналами.

Река Тосна в устьевой части достигает ширины 84 метра, глубины 3,0 метра. Дно реки — песчано-галечниковое; скорость течения 0,2−0,3 метра в секунду. В русле Тосны на участках, пересекающихся глинт, встречаются пороги и водопады.

Река Волхов судоходная для судов с осадкой до 2 метров. Ширина 185−355 метров, глубина 5−17 метров, скорость течения 0,2−0,3 метров в секунду. Грунт дна суглинистый, местами заиленный. Долина неясно выраженная, реже трапецеидальная. Пойма односторонняя, переходящая с берега на берег, луговая, часто заболоченная или заросшая кустами ивняка. Русловые берега крутые, местами обрывистые.

Реки замерзают в конце ноября — начале декабря. Толщина льда в марте достигает 0,4−0,9 метра. Вскрываются реки в середине апреля. В период весеннего половодья наивысшие уровни воды наблюдаются в конце апреля — начале мая.

Болота преимущественно моховые с ровной поверхностью, глубиной 0,5 метров и более. Летом болота, как правило, проходимы, за исключением районов бывших торфоразработок, обводненных и недоступных для пешеходов. Замерзают болота в конце декабря. Глубина промерзания достигает 0,3 метра.

1.6 Растительность

Леса на территории преимущественно смешанные (береза, ель, осина, ольха, сосна) с преобладанием лиственных пород, отдельными массивами встречаются лиственные (береза, осина) и хвойные (сосна, ель) леса. Высота деревьев 7−27 метров, толщина стволов 0,10−0,32 метра, расстояние между деревьями 3−5 метров. Подлесок густой из рябины, черемухи и ивы высотой 2−3 метра. Леса, как правило, захламлены, просеки (шириной 2−6 метров) заросшие, движение транспорта по ним невозможно. Лес строевой: ведутся разработки, вырубки зарастают березовой и осиновой порослью.

1.7 Населенные пункты

Исследуемый участок железнодорожной трассы проходит через следующие наиболее крупные населенные пункты (в скобках указано число жителей в тысячах):

Санкт Петербург (4700) — город федерального значения, крупнейший промышленный, научно-технический и культурный центр, узел железных и автомобильных дорог, торговый морской и речной порт.

Металлострой (23,9), Колпино (140,4), Ульяновка, Тосно, Рябово (3,5), Любань (4,0), Чудово (11,4) — крупный железнодорожный центр.

1.8 Дорожная сеть

Дорожная сеть развита хорошо. Так как работы будут вестись на территории железной дороги, не возникает проблем с доставкой грузов и оборудования в любую часть участка работ железнодорожным транспортом. Так же существует возможность практически без ограничений использовать автомобильный транспорт благодаря развитой сети асфальтовых и грунтовых дорог.

Железная дорога Санкт-Петербург — Чудово электрифицированная двухпутная (на участке от Колпино до Тосно трехпутная), наибольшие уклоны 0,6%, наименьшие радиусы кривых 590 метров. Шпалы железобетонные, рельсы типа Р-65 (вес одного погонного метра 64 килограмма). Вид тяги — электровозы и тепловозы. Ширина колеи 1520 миллиметров.

По территории проходит федеральная автомобильная трасса М-10 (европейский номер Е-105), отдельные участки которой имеют по две проезжие части (ширина 7,5−15 метров), разделенные полосой, покрытие асфальтобетонное.

Автомобильные дороги с усовершенствованным (асфальт, асфальтобетон, битумоминеральные смеси) покрытием имеют ширину проезжей части 7−16 метров, ширину земляного полотна 9−23 метра. Автомобильные дороги с покрытием (асфальт, цементобетон, гравий) имеют ширину проезжей части 4−8 метров, ширину земляного полотна 7−12 метров. Автомобильные дороги без покрытия шириной 3−10 метров усилены добавками песка, гравия, щебня. Движение автомобильного транспорта по дорогам без покрытия затруднено зимой, в периоды дождей и распутицы. Движение транспорта по грунтовым дорогам возможно в основном в сухое время года.

1.9 Экономическая характеристика

Практически все крупные города, через которые проходит исследуемый участок трассы Санкт-Петербург — Москва являются развитыми промышленными центрами. В связи с этим появляется возможность размещения базы практически в любом удобном месте, так же не вызывает затруднений найм дополнительной рабочей силы, если таковая необходима, перемещения по территории объекта, закупки дополнительного оборудования, продуктов питания и так далее.

2. Топографо-геодезическая обеспеченность района работ

На всей территории объекта имеются пункты ГГС, координаты которых определены в системах координат 1942 и 1995 годов. Сведения о пунктах ГГС помещены в «Каталогах координат геодезических пунктов на лист карты масштаба 1: 200 000: О-36-I, -II, -VIII». Последний год издания.

Сведения о нивелирных знаках помещены в «Сводных каталогах высот пунктов нивелирования на лист карты масштаба 1: 200 000: О-36-I, -II, -VIII». Последний год издания.

2.1 Плановые сети

На участке работ в сентябре, октябре 2005 года ФГУП «Аэрогеодезия» было выполнено обследование пунктов каркасной и опорной геодезических сетей, которое заключалось в отыскании пунктов на местности и установлении их пригодности для использования в качестве исходных при создании рабочей реперной сети. В результате обследования на местности были обнаружены 40 пунктов.

Определение планового положения пунктов каркасной сети спутниковым методом было выполнено Московским Аэрогеодезическим предприятием (МАГП) в 1997 году.

Определение планового положения пунктов ОГС спутниковым методом было выполнено Московским Аэрогеодезическим предприятием (МАГП), Производственным Геодезическим Центром (ПГЦ) «АСТРОВЕГА» в 2000 — 2001 годах.

Определение координат пунктов каркасной сети выполнено ФГУП «Аэрогеодезия», подразделением АССО (аэросъемка и спутниковые определения) в 2005 году.

Исходными для определения планового положения пунктов ОГС служили пункты каркасной сети и пункты ОГС 1841, 2241, 2542, 3041, 4042, 4141, 5141, 7342 (рисунок 1), координаты которых определены в 1999 — 2000 годах спутниковым методом и методом полигонометрии.

При производстве измерений использовался метод статической съемки, которая является самым надежным и самым точным методом, определяющим приращение координат с миллиметровой точностью.

При измерениях использовались приемники 4000SSE и 4000SE фирмы «Trimble», технические характеристики которых представлены ниже.

Точность измерений при статическом методе:

4000SSE 4000SE

— в плане 5 мм + 1мм/км 1 см + 2мм/км

— по высоте 10 мм + 1мм/км 2 см + 2мм/км

— по азимуту 1″ + 5мм/км 1″ + 5мм/км

В статической съемке используется, как минимум, два стационарных GPS-приемника, которые одновременно измеряют псевдодальности и фазы несущих от нескольких спутников за конкретный период времени. Одна из антенн устанавливается на пункте с известными координатами, другие — на определяемых пунктах.

Уравнивание выполнялось на эллипсоиде WGS-84, с последующим преобразованием в прямоугольную систему координат СК-42. С целью упрощения обработки геодезических измерений по привязке точек железнодорожного полотна к опорной геодезической сети целесообразно все работы выполнять в «условной» (местной) прямоугольной системе координат. Эта система должна позволять все выполненные измерения считать отнесенными к поверхности референц-эллипсоида.

Для наилучшего решения поставленной задачи необходимо выполнить следующие условия:

— Ось абсцисс «условной» системы координат должна являться осью симметрии всего объекта. Это позволит свести к минимуму расхождение длин линий на эллипсоиде и плоскости проекции Гаусса-Крюгера (не более 1: 50 000);

— Изменить длину большой полуоси референц-эллипсоида с таким расчетом, чтобы эллипсоид пересекался с земной поверхностью на среднем уровне объекта. Это позволит свести к минимуму влияние редукций горизонтальных проложений на поверхность референц-эллипсоида на передачу координат (не более 1: 50 000).

Принятая методика реализуется следующим образом:

1. Проводится ось симметрии объекта (конечные точки имеют координаты: В1 = 55?48', L1 = 37?40', В2 = 59?56', L2 = 30?11').

2. По средней высоте профиля Hm = 130 м вычисляется поправка в вычисляемую длину полуоси референц-эллипсоида Красовского. Она составляет 129. 84 м и добавляется к a = 6 378 245. Все дальнейшие вычисления выполняются на этом условном референц-эллипсоиде.

3. По геодезическим координатам концов оси симметрии решается обратная геодезическая задача (расстояние S1−2 = 638 974. 106 м, геодезический азимут A1−2 = 319?09'03. 450?)

4. Долгота отсчетного меридиана проектируемой системы координат L0 приравнивается к долготе южной точки оси симметрии. Эта же точка служит началом «условной» системы координат.

5. Для исключения отрицательных значений «условных» координат к ним добавляется 15 км.

Все дальнейшие геодезические построения обрабатываются в «условной» системе прямоугольных координат, используя в качестве исходных пункты опорной сети и не вводя никаких редукционных поправок в измеренные элементы, поскольку «условный» референц-эллипсоид практически совмещен с земной поверхностью.

В качестве плановой геодезической основы для создания рабочей реперной сети будут служить пункты опорной геодезической сети, сохранившиеся на местности по результатам обследования, координаты которых получены спутниковыми методами в местной железнодорожной системе координат (табл. 1).

Таблица 1

Координаты пунктов ОГС

№ или название

X, м

Y, м

1742

630 428,265

17 296,038

1841

629 693,150

17 126,108

2241

626 017,729

16 361,004

2242

625 352,047

16 235,698

2542

622 466,598

16 656,871

3041

618 453,512

15 590,741

3042

617 993,008

15 447,228

3341

614 616,765

14 584,665

3441

613 748,539

14 385,354

4041

608 699,711

13 091,923

4042

608 027,585

12 918,156

4141

607 151,316

12 680,262

4241

606 433,929

12 512,074

4724

601 532,958

11 253,876

4741

601 954,373

11 361,915

5132

597 419,364

10 372,627

5141

597 250,292

10 351,881

5441

594 705,701

10 266,317

5541

593 854,995

10 220,545

5641

592 662,803

10 174,954

5741

591 858,176

10 156,093

5941

589 872,337

10 063,918

6142

587 292,557

9965,879

6241

586 865,347

9960,576

6441

584 472,822

9850,084

6642

582 294,103

9782,456

6941

580 035,025

9682,502

6942

579 511,906

9673,515

7241

577 051,650

9564,971

7342

575 195,864

9487,460

7441

574 265,687

9468,733

600

637 056,293

18 630,893

601

636 883,195

18 620,315

KOLP

622 144,980

16 591,804

BP45

589 645,806

10 057,652

BP59

584 238,339

9841,734

BP66

582 414,392

9776,253

BP78

577 247,538

9583,562

SLV1

630 886,567

17 378,571

SLV2

630 674,307

17 345,151

2.2 Высотные сети

Повторное нивелирование I класса Волховстрой — Чудово — Бологое было выполнено ФГУП «Аэрогеодезия», экспедиция № 187 в 1991 — 1993 годах.

В качестве высотной геодезической основы для создания рабочей реперной сети будут служить нивелирные знаки I, II класса сохранившиеся на местности по результатам обследования (табл. 2).

Таблица 2

Высоты нивелирных реперов

Номер знака

Класс

Высота над уровнем Балтийского моря (м)

1360

I

233,302

4108

I

223,302

6436

I

201,595

4145

II

197,573

4292

I

171,362

6623

II

192,938

6715

II

186,003

На рисунке 1 представлена схема пунктов опорной геодезической сети и нивелирных реперов.

Масштаб 1: 300 000

Рис. 1: Схема пунктов ОГС и нивелирных реперов

Согласно техническим требованиям «Специальная реперная система контроля состояния железнодорожного пути в профиле и плане» [14] определение высот всех пунктов реперной системы (ОГС и РС) должно выполняться по программе нивелирования III класса от пунктов более высокого I и II классов.

2.3 Топографические съемки

На данную территорию имеются листы карты масштаба 1: 200 000: О-36-I, -II, -VIII.

О-36-I — составлен по карте масштаба 1: 1 000 000 Федеральной Службой Геодезии и Картографии России в 2004 году. Состояние местности на 1998 год. Система координат 1942 года.

О-36-II — составлен по карте масштаба 1: 1 000 000 Федеральной Службой Геодезии и Картографии России в 2003 году. Состояние местности на 1999 год. Система координат 1942 года.

О-36-VIII — составлен по материалам съемки 1954 года (обновлено в 1967 году) Генеральным штабом. Издание 1969 года. Система координат 1942 года.

3. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В этой части проекта приведены сведения об инженерно-геодезических работах по созданию рабочей реперной сети на участке железной дороги Санкт-Петербург — Москва от Санкт-Петербурга до Чудово (11 км — 74 км).

Все плановые координаты определяются в местной железнодорожной системе координат, высоты — в Балтийской системе высот.

Цель работ: создание системы контроля состояния железнодорожного пути в профиле и в плане. Эта система включает в себя создание рабочей реперной сети (РРС), а РРС в свою очередь включает в себя:

— Сеть рабочих реперов, закладываемых через 100 — 140 метров на прямых участках и через 50 — 70 метров на поворотных участках железной дороги;

— Пункты для наблюдения за состоянием и деформациями земляного полотна, искусственных сооружений, других объектов и устройств (создаются по необходимости);

— Створные пункты (при расположении рабочих реперов только на одной стороне пути), образующие совместно с рабочими реперами контрольные створы.

Согласно «Инструкции по текущему содержанию железнодорожного пути» [6], путь в плане должен соответствовать проектному положению. Положение пути в плане нормируется и оценивается в зависимости от установленных скоростей движения поездов по разности смежных стрел изгиба рельсовых нитей, измеряемых от середины хорды длиной 20 метров (рисунок 2). Допуски при текущем содержании пути в плане не должны превышать при скоростях до 15 км/ч -- 30 мм, от 16 до 40 км/ч -- 25 мм, от 41 до 60 км/ч -- 20 мм, от 61 до 70 км/ч -- 15 мм, от 71 до 90 км/ч и более -- 10 мм.

Согласно указаниям МПС России № А-224У от 27. 02. 97 г. и № С-493У от 27. 04. 98 г. на путях первого и второго класса, а также на внеклассных скоростных путях создается специальная реперная система (СРС) контроля положения пути в профиле и плане. По техническим требованиям, согласованным с Федеральной службой геодезии и картографии России от 20. 03. 98 г. и утвержденным МПС РФ 26. 03. 98 г., СРС -- система геодезических пунктов с известными координатами в плане для данной железной дороги и высотами в Балтийской системе высот. На участках с такой системой работы, связанные с ремонтом и выправкой пути, должны выполняться на основе данных о его проектном положении, закрепленном относительно реперов.

Рис. 2: Схема определения положения пути по реперным точкам 1 -- проектное положение оси пути; 2 -- фактическое положение оси пути; 3 -- хорда между створами реперов по оси пути; di -- расстояние от репера до оси пути; Si -- размер шага; fпр -- проектная стрела изгиба; fизм -- измеренная стрела изгиба; qi -- разница стрел изгиба (fпр — fизм); L -- длина хорды

Как видно из рисунка 2, для определения положения пути не используются координаты рабочих реперов. На Западе же используют как раз координаты реперов. То есть на каком-то участке железной дороги устанавливается тахеометр, из наблюдений на несколько пар рабочих реперов определяются координаты точки стояния. Далее по пути пускается специальная тележка, на которой установлен отражатель и через некоторые интервалы определяются ее координаты. Таким образом, происходит сравнение фактических координат с проектными и соответствующая выправка пути.

В нашей стране такой способ только начинает развиваться и не имеет широкого применения, хотя и достаточно перспективен.

Рабочие реперы устанавливают при изготовлении опор или фундаментов контактной сети в заводских условиях, что значительно улучшает качество и удешевляет стоимость устройства реперной системы.

Всю работу по созданию рабочей реперной сети предполагается разделить на три этапа:

1. Закладка рабочих реперов, их маркировка и линейные промеры;

2. Определение плановых координат реперов рабочей сети и рельсов с необходимой точностью;

3. Определение высотных отметок рабочих реперов и рельсов с необходимой точностью.

3.1 Требования к точности специальной реперной системы

Согласно техническим требованиям «Специальная реперная система контроля состояния железнодорожного пути в профиле и плане» [14] положение пунктов опорной геодезической сети должно быть определено со средними квадратическими погрешностями не более:

— Плановые координаты через 10 км по линии — ± 30 мм;

— Взаимное положение соседних пунктов — ± 5 мм;

— Дирекционный угол между соседними (парными) пунктами в принятой системе координат — ± 5?.

Положение пунктов рабочей реперной сети должно быть определено со средними квадратическими погрешностями не более:

— Взаимное положение соседних пунктов — ± 5 мм;

— Превышение соседних пунктов — ± 3 мм;

— Случайная составляющая погрешности нивелирования на 1 км хода — 4 мм;

— Длины сторон между реперами: наибольшая — 150 м, наименьшая — 50 м, средняя — 100 м;

— Измерение угла — 10?;

— Допустимая угловая невязка — 20, где n — количество углов.

При определении плановых координат пунктов рабочей сети должны применяться электронные тахеометры, обеспечивающие измерение горизонтальных углов и длин линий со средними квадратическими погрешностями соответственно не более ±5 и ± (5мм+5ммL), где L — длина линии в км. При отсутствии электронных тахеометров необходимо использовать оптические теодолиты и светодальномеры, обеспечивающие измерения углов и расстояний с указанной точностью.

3.2 Методы измерений и условия их производства

Для обеспечения надежности и воспроизводимости результатов геодезических измерений на пунктах специальной реперной системы измерения должны начинаться после стабилизации их в плане и по высоте не ранее, чем через 20 дней после закладки центров в незамерзшие грунты и через 20 дней после оттаивания при закладке центров в замерзшие грунты.

Плановое положение пунктов рабочей реперной сети может определяться и контролироваться с ближайших пунктов опорной геодезической сети любым известным из инженерной геодезии методом. Рассмотрим основные из них:

3.2.1 Метод триангуляции

Как метод определения плановых координат точек местности триангуляция предполагает построение вытянутых цепочек треугольников, в которых измеряются все углы. В большинстве случаев исходным обоснованием для съемочных работ служит триангуляция 4-го класса. Так же триангуляция используется и для построения сетей сгущения 1-го и 2-го разрядов. Ниже приведены характеристики триангуляции для инженерно-геодезических работ широкого назначения (табл. 3)

Таблица 3

Характеристики сетей триангуляции

Класс (разряд)

сети

Длина стороны,

км

Средняя квадратическая ошибка измеренного угла,

Относительная средняя квадратическая ошибка

исходной стороны

Относительная средняя квадратическая ошибка

слабой стороны

Предельно допустимая невязка в треугольнике,

4 кл.

1 р-д.

2 р-д.

2 -5

0,5 — 5

0,25 — 3

2,0

5,0

10,0

1: 200 000

1: 50 000

1: 20 000

1: 70 000

1: 20 000

1: 10 000

10

20

40

Согласно «Инструкции по топографической съемке в масштабах 1: 5000, 1: 2000, 1: 1000 и 1: 500» [7], триангуляция 1-го и 2-го разрядов развивается с целью сгущения геодезических сетей до плотности, обеспечивающей развитие съемочного обоснования крупномасштабных съемок, как правило, в открытой и горной местности, или в случаях, если по каким-либо причинам применение метода полигонометрии невозможно или нецелесообразно.

В зависимости от расположения и густоты исходных пунктов на объекте съемки триангуляция 1 разряда развивается в виде сетей, цепочек треугольников и вставок отдельных пунктов в треугольники, образованные пунктами сетей 2 — 4 классов. Триангуляция 2 разряда развивается в виде сетей, отдельных пунктов или групп пунктов между пунктами сетей 2 — 4 классов, а также 1 разряда.

Сплошная сеть триангуляции должна опираться не менее чем на три исходных геодезических пункта и не менее чем на две исходные стороны.

Цепочка треугольников должна опираться на два исходных геодезических пункта и примыкающие к ним две исходные стороны.

Углы в триангуляции 1 и 2 разрядов измеряют круговыми приемами теодолитами Т2, Т5 и другими им равноточными приборами числом приемов и с соблюдением допусков, приведенных в табл. 4.

Таблица 4

Число приемов и допуски при измерении углов в триангуляции

Показатели

Т2 и ему

равноточные

Т5 и ему

равноточные

1 разряд

2 разряд

1 разряд

2 разряд

Число приемов

Расхождение между результатами наблюдений на начальное направление в начале и конце полуприема

Колебание значений направлений, приведенных к общему нулю, в отдельных приемах

3

8

8

2

8

8

4

12

12

3

12

12

Теодолит, установленный на штативе, центрируется над центром пункта триангуляции с точностью не ниже 2 мм.

При развитии инженерно-геодезических сетей методом триангуляции наиболее типичными построениями являются цепи треугольников, центральные системы, геодезические четырехугольники, 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?. Уравнивание результатов измерений производится строгими способами.

3.2.2 Метод полигонометрии

В полигонометрии сеть строится в виде замкнутых или разомкнутых полигонов, в которых измеряют все расстояния между смежными точками и все углы между смежными сторонами.

Полигонометрия является наиболее распространенным видом инженерно-геодезических опорных сетей, который применяется при всех видах инженерно-геодезических работ.

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 класса, 1-го и 2-го разрядов. Основные характеристики ходов полигонометрии представлены в табл. 5

Таблица 5

Основные требования при построении сетей полигонометрии 4 класса, 1 и 2 разрядов

Показатели

4 класс

1 разряд

2 разряд

Предельная длина хода, км:

отдельного

между исходной и узловой точкой

между узловыми точками

Предельный периметр полигона, км:

Длины сторон хода, км:

наибольшая

наименьшая

средняя расчетная

Число сторон в ходе, не более

Относительная погрешность хода, не более

Средняя квадратическая погрешность измерения угла (по невязкам в ходах и полигонах), не более

Угловая невязка хода или полигона (n — число углов в ходе), не более

15

10

7

30

2,0

0,25

0,50

15

1: 25 000

3

5

5

3

2

15

0,80

0,12

0,30

15

1: 10 000

5

10

3

2

1,5

9

0,35

0,08

0,20

15

1: 5000

10

20

При проектировании полигонометрии стремятся не допускать близкого расположения пунктов, принадлежащих разным ходам, так как в этом случае ошибка их взаимного положения может значительно превосходить ошибки соединяющего их хода, что затруднит их использование в качестве исходных данных для сетей более низкого класса точности.

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 разделяют на светодальномерную, короткобазисную, створно-короткобазисную, параллактическую и траверсную (длины измеряются подвесными мерными приборами). В современных условиях наибольшее распространение получила светодальномерная полигонометрия.

Измерение углов на пунктах полигонометрии производится способом измерения отдельного угла или способом круговых приемов, как правило, по трехштативной системе электронными тахеометрами, оптическими теодолитами Т1, Т2, Т5 и другими, им равноточными, с точностью центрирования 1 мм.

Способ круговых приемов применяется, когда число наблюдаемых направлений на пункте более двух.

Число приемов, в зависимости от класса (разряда) полигонометрии и типа применяемого прибора, приведено в табл. 6

Таблица 6

Число приемов в способе круговых приемов

Типы приборов

Число приемов

4 класс

1 разряд

2 разряд

Т1 и ему равноточные

Т2 и ему равноточные

Т5 и ему равноточные

4

6

-

-

2

3

-

2

2

3.2.3 Метод трилатерации

В трилатерации измеряют все расстояния между смежными вершинами треугольников.

Метод трилатерации применяют для построения инженерно-геодезических сетей 3-го и 4-го классов, а так же сетей сгущения 1-го и 2-го разрядов различного назначения. Основные требования к сетям приведены в табл. 7

Таблица 7

Основные требования к сетям трилатерации

Основные показатели

4 класс

1 разряд

2 разряд

Длина стороны, км

Предельная относительная ошибка определения длин сторон

Минимальный угол в треугольнике, ?

Минимальный угол в четырехугольнике, ?

Число треугольников между исходными пунктами

1 — 5

1: 50 000

20

25

6

0,5 — 6

1: 20 000

20

25

8

0,25 — 3

1: 10 000

20

25

10

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 a, b и c.

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 ошибках измерений длин сторон, даже при грубых промахах. В связи с этим на практике используются сети из геодезических четырехугольников.

В каждом геодезическом четырехугольнике измерено шесть сторон, причем одна из них (любая) является избыточной и может быть вычислена, используя результаты измерения 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.

3.2.4 Метод спутниковых определений

Определение местоположения на поверхности Земли с помощью спутников основано на измерении расстояний (дальностей) от спутников до приемника по скорости и времени распространения радиоволн. Если измерить дальности до трех спутников, то, зная их координаты, методом линейной засечки можно определить координаты точки стояния приемника. В силу разных по точности «часов» на спутнике и в приемнике и некоторых других причин определенное до спутника расстояние будет содержать ошибки. Такое ошибочное расстояние получило название «псевдодальности». Чтобы правильно вычислить координаты спутника по псевдодальностям, надо их измерять не до трех спутников, а, как минимум, — до четырех.

Методы определения местоположений с помощью GPS можно разделить на абсолютные и относительные. В результате применения абсолютного метода координаты пользователя определяются в общеземной системе координат в лучшем случае с ошибкой 1 метр.

Для геодезических работ, включая и топографическую съемку, применяют относительный метод, для которого необходимо иметь не менее двух спутниковых приемников. Один из них устанавливается на пункте с известными координатами (базовая станция), другой (или другие) — на точках, координаты которых определяются. Наблюдая в течение некоторого времени одновременно с двух станций одни и те же спутники, можно получить приращения координат относительно базовой станции с ошибкой 0,5 — 2,0 сантиметра.

Точность относительных наблюдений зависит в основном от времени наблюдений, поэтому различают три основные методики: статическую, кинематическую и динамическую.

Интервалы времени наблюдений не поддаются точному определению, так как зависят от длины базовой линии, количества наблюдаемых спутников, геометрии засечки, состояния атмосферы и так далее. В табл. 8 приведены интервалы времени для усредненных условий.

Таблица 8

Интервалы времени наблюдений

Методика

Длина базовой

линии

Время наблюдений

Статика

до 5 км

до 10 км

до 20 км

более 20 км

15 — 30 мин

20 — 60 мин

1 — 2 часа

более 2 часов

Кинематика

1 эпоха (примерно 15 сек)

Stop and Go

2 эпохи на 1 точку

Как видно из табл. 8, для получения удовлетворительных результатов необходимо затратить достаточно большое количество времени, что является недостатком спутникового метода определения координат. Так же к недостаткам этого метода можно отнести и достаточно большую стоимость комплекта оборудования.

Анализируя все достоинства и недостатки вышеперечисленных методов определения плановых координат, я считаю, что наиболее целесообразным в данном случае будет использование метода полигонометрии, так как этот метод наиболее подходит для открытой местности с хорошей видимостью, имеет меньшую, по сравнению с GPS определениями, стоимость работ, не требует больших временных затрат и не требует постройки дополнительных наружных знаков.

Определение высот пунктов рабочей сети в соответствии техническими требованиями «Специальная реперная система контроля состояния железнодорожного пути в профиле и плане» [14] необходимо осуществлять методом нивелирования III класса от пунктов I и II класса.

3.3 Определение объемов производимых работ

Общая протяженность участка трассы, на котором производится проектирование работ 63 км, из них 21,8 км — на участках поворота, 41,2 км — на прямолинейных участках. Исходя из требований закладки реперов рабочей сети через 100 — 140 м на прямых участках и через 50 — 70 м на криволинейных, получаем, что на прямых участках необходимо заложить 343 репера, на участках поворота — 363 репера. Учитывая, что реперы закладываются попарно, общее количество закладываемых на участке проектирования работ реперов рабочей сети составит 1412.

Таким образом, объемы проектируемых работ составят:

1. Закладка реперов рабочей сети — 1412

2. Определение плановых координат реперов рабочей сети — 1412

3. Определение высот пунктов ОГС и реперов рабочей сети — 1452.

3.4 Предрасчет точности

Исходными пунктами для определения плановых координат реперов рабочей сети являются пункты опорной геодезической сети, между которыми будут прокладываться хода полигонометрии. Плановые координаты пунктов ОГС определены спутниковым методом с ошибкой 1 см + 2мм/км (для приемника 4000SE). Таким образом, в самом слабом месте сети (при наибольшем расстоянии между исходными пунктами 5141 и 7342 в 23 км) ошибка положения пункта ОГС относительно исходных составит 33 мм, что удовлетворяет техническим требованиям «Специальная реперная система контроля состояния железнодорожного пути в профиле и плане» [14].

Пункты ОГС расположены равномерно вдоль трассы и среднее расстояние между ними составляет 1,5 — 1,6 км, то есть между ними будут располагаться примерно 13 — 14 реперов рабочей сети на прямых участках и 26 — 28 реперов на участках поворота.

Требованиям к точности положения пунктов рабочей сети, изложенным выше, удовлетворяет метод полигонометрии 2-го разряда. Но, так как рабочие реперы закладываются в опоры контактной сети, то возникают некоторые сложности с проложением полигонометрического хода через все пункты рабочей сети. Для решения этой проблемы я считаю целесообразным повысить точность полигонометрического хода до 1-го разряда и прокладывать его не через пункты рабочей сети, а просто по полотну железной дороги (см. рисунок 10). Координирование же самих реперов рабочей сети осуществлять методом полярной засечки минимум с двух пунктов полигонометрии 1-го разряда (для избыточности измерений). Повышение точности проложения полигонометрического хода компенсирует ее потерю при использовании полярного способа.

3.5 Закладка центров рабочих реперов

Для создания рабочей реперной сети будут применены новые типы центров, разработанные ФГУП «Аэрогеодезия» по требованию службы пути Октябрьской железной дороги. Закладка центров предполагается в различных местах (в грунт, в опоры контактной сети, в фундаменты и опоры платформ), поэтому было разработано несколько типов центров. Так же типы центров разрабатывались с учетом возможности быстрого крепления к ним отражателей.

Разработаны следующие типы центров:

Тип центра № 1: представляет собой металлический уголок с бетонным якорем, заложенный на глубину 1,2 метра и выступающий над поверхностью земли на 15 сантиметров (рисунок 3).

Закладывается на перегонах в створе с опорой контактной сети, в почву с помощью буровых устройств по согласованию с соответствующими службами.

Рис. 3: Тип центра № 1

Тип центра № 3: представляет собой стандартный электрооцинкованный анкер S-KA 10/10 фирмы SORMAT, покрытый антикоррозийным покрытием (тектил), с удаленной разжимной муфтой.

Втулка, в которую он крепится, представляет собой анкер MSA фирмы SORMAT длиной 30 или 33 миллиметра, диаметром 12 миллиметров из латуни с внутренней резьбой.

Рис 4: Тип центра № 3

Тип центра № 3 устанавливается в железобетонные опоры контактной сети, в фундаменты платформы с помощью перфоратора. Втулка закрепляется в просверленном отверстии с помощью «холодной» сварки, анкер с нанесенной графитовой смазкой вворачивается в нее ключом.

Тип центра № 4: представляет собой стандартный анкер S-KA фирмы SORMAT, аналогичный типу № 3, однако втулка, в которую он крепится, представляет собой заклепку — гайка диаметром М10, длиной 20 миллиметров из стали с плоской головкой, рифленая с гальванической оцинковкой или желтым хромированным покрытием, защищенным от коррозии.

Закладывается в отверстия в металлических опорах контактной сети с помощью перфоратора, зажимного устройства и ключей.

На станциях и остановочных пунктах, оборудованных высокими платформами, имеющими ленточные или стаканные фундаменты, закладывается центр типа № 3 в опоры платформ и в тело платформ.

На мостах, не оборудованных опорами контактной сети, реперы не закладываются. Ближайшие реперы устанавливаются на опорах перед и за мостом.

Реперы рабочей сети закладываются попарно. На прямых участках — через опору (100 — 140 метров), на кривых — в каждой опоре (50 — 70 метров). Один репер закладывается в опоре контактной сети, преимущественно с правой стороны от железной дороги по ходу от Санкт-Петербурга, а второй — по перпендикуляру к железной дороге на противоположной стороне. Если на противоположной стороне на расстоянии не более 2,5 метров в любую сторону от перпендикуляра была опора контактной сети, то парный (створный) репер закладывается в опору (рисунок 5).

2

Рис. 5: Закладка парного (створного) репера в опору контактной сети

Если расстояние между опорой и перпендикуляром больше 2,5 метров, то закладывается грунтовый репер типа № 1 (рисунок 6).

2

Рис. 6: Закладка грунтового створного репера

Также грунтовый репер закладывается, если отсутствует парная (створная) опора. Репер закладывается на перпендикуляре от опоры к рельсам на расстоянии не ближе 3,3 метров от оси ближайшего железнодорожного пути для обеспечения промера рулеткой между репером и головкой рельса (рисунок 7).

2

Рис. 7: Закладка грунтового створного репера при отсутствии парной опоры

Тип репера (тип № 3 или тип № 4) выбирается в зависимости от типа опоры (металлическая или железобетонная) и от того, как была расположена эта опора по отношению к рельсам. Так же должна быть обеспечена возможность промера от репера до ближайшего рабочего рельса. Закладка рабочего репера должна производиться выше головки рабочего рельса на величину 40 5 сантиметров, а в отдельных случаях на высоту до 1,5 метров (в опорах контактной сети на платформе, насыпи и так далее). Основание — письмо ОАО «РЖД» от 21. 10. 05 № ЦТП-45/8 (рисунок 8).

2

Рис. 8: Закладка рабочего репера в опору контактной сети

Маркировка реперов в виде номера репера должна выполняться яркой красной или желтой краской в квадрате со сторонами 10×10 сантиметров на всех бетонных конструкциях с помощью трафарета. На створных реперах, заложенных в грунт, яркой краской должна окрашиваться выступающая над поверхностью земли часть репера.

Номер репера подписывается на опоре контактной сети и на внутренней поверхности шейки ближайшего к реперу (рисунок 9).

2

Рис. 9: Маркировка реперов

Номер репера состоит из номера километра, на котором находится опора, и порядкового номера репера. Номер репера подписывается в две строки. С правой стороны по ходу от Санкт-Петербурга на каждый километр реперам даются номера от 01 до 20, с левой стороны — от 21 до 40 (например, 75. 01 и 75. 21 или 147. 15 и 147. 35). На рисунке 10 показан пример написания номера репера.

Рис. 10: Пример написания номера репера

В створе между реперами на внешней стороне головки ближайшего к реперу рельса наносится краской вертикальная черта, на которой после высыхания краски прорезается вертикальный штрих, относительно которого будут определены координаты рельсов.

3.6 Линейно-угловые измерения

Координирование реперов рабочей сети в плане осуществляется с точек хода полигонометрии 1 разряда, проложенного между пунктами опорной геодезической сети. Все работы выполняются в соответствии с требованиями «Инструкции по топографической съемке в масштабах 1: 5000, 1: 2000, 1: 1000, 1: 500» [7]. Основные требования к проложению ходов полигонометрии 1-го разряда представлены в табл. 5.

Координирование реперов рабочей сети осуществлять минимум с двух точек хода полигонометрии 1 разряда (рисунок 11).

2

Рис. 11: Схема координирования реперов рабочей сети

Ходы полигонометрии и координирование реперов рабочей сети выполнить электронным тахеометром типа Set 510 фирмы «SOKKIA», или ему равноточным.

Технические характеристики тахеометра Set 510 представлены в табл. 9.

Углы в ходах полигонометрии измерять по трехштативной системе двумя приемами способом измерения отдельного угла или способом круговых приемов (при числе направлений более двух). Колебание значений угла, полученных из разных приемов, не должно превышать 8.

Для передачи координат с точек хода полигонометрии на реперы рабочей сети, рельсы и створные грунтовые реперы используется полярный метод с контролем с другой точки хода. Для определения координат реперов рабочей сети и рельсов с точек хода полигонометрии используются те же приборы, что и при проложении хода полигонометрии 1 разряда. Угол и расстояние измеряются полным приемом на отражатель, установленный непосредственно на рабочем рельсе по шаблону, репере рабочей сети, с двух точек хода. Для центрирования над рельсом использовать шаблон, изготовленный в ОМЭП.

Таблица 9

Технические характеристики тахеометра Set 510 фирмы «SOKKIA»

Увеличение зрительной трубы

30х

Угловые измерения

Минимальная цена деления отсчетов

1

Точность

5

Компенсатор

Двухосевой жидкостной датчик с рабочим диапазоном 3

Диапазон измерения расстояния при благоприятных условиях

На одну призму AP

2000 м

На три призмы AP

2200 м

Точность с призмами AP

(3+2×10-6 х D) мм

Точность с отражающими пленками

(4+3×10-6 х D) мм

Водозащищенность

Соответствует стандарту IP66

Клавиатура

15-ти клавишная с обеих сторон прибора

Хранение данных

Внутренняя память на 10 000 точек

Вес без батареи питания

5,2 кг

Рабочая температура

от -20С до +50С

3.7 Нивелирование III класса

Нивелирование должно выполняться по методике и при соблюдении всех требований, изложенных в «Инструкции по нивелированию I, II, III и IV классов» [5].

Нивелирование III класса выполняется по всем реперам рабочей сети, в том числе створным грунтовым и существующим реперам опорной геодезической сети, от реперов Государственной Геодезической Сети (ГГС) I и II классов, расположенных вдоль железной дороги или вблизи ее. Помимо реперов выполняется нивелирование головок рельсов в створе между реперами рабочей сети и створными рабочими реперами.

Нивелирование выполняется в прямом и обратном направлении. На прямых участках железной дороги нивелируются головки рельсов, ближайших к реперам рабочей сети, на кривых — головки ближнего и дальнего от репера рабочей сети рельса (рисунок 12).

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой