Передача высот в подземные выработки

СЪЕМКА И СЪЕМОЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Топографическая съемка — этот комплекс геодезических работ, выполняемых на местности для составления топографических карт и планов. Различают съемки для составления топографических планов крупных масштабов (1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000) и мелких (1:10000, 1:25000 и мельче). В инженерной геодезии выполняют в основном съемки крупных масштабов.

Съемке и отображению на топографических планах подлежат все элементы ситуации местности, существующей застройки, благоустройства, подземных и наземных коммуникаций, а также рельеф местности.

Точки, определяющие на плане положение контуров ситуации, условно делят на твердые и нетвердые. К твердым относят четко определяемые контуры сооружений, построенных из долговременных материалов (кирпича, бетона), например, углы капитальных зданий. Контуры, не имеющие четких границ, например луга, леса, пашни, относят к нетвердым.

На топографические планы наносят пункты плановых и высотных геодезических сетей, а также все точки, с которых производят съемку, если они закреплены постоянными знаками. На специализированных планах допускается отображение не всей ситуации местности, а только тех объектов, которые необходимы: применение нестандартных высот сечений рельефа, снижение или повышение точности изображения контуров и съемки рельефа.

Топографическую съемку выполняют с точек местности, положение которых в принятой системе координат известно. Такими точками служат пункты опорных государственных и инженерно-геодезических сетей. Однако их количества, приходящегося на площадь снимаемого участка, большей частью бывает недостаточно, поэтому геодезическая основа сгущается обоснованием, называемым съемочным.

Съемочное обоснование развивается от пунктов плановых и высотных опорных сетей. На участках съемки площадью до 1 км2 съемочное обоснование может быть создано в виде самостоятельной геодезической опорной сети.

При построении съемочного обоснования одновременно определяют положение точек в плане и по высоте. Плановое положение точек съемочного обоснования определяют проложением теодолитных и тахеометрических ходов, построением аналитических сетей из треугольников и различного рода засечками. Высоты точек съемочного обоснования чаще всего определяют геометрическим и тригонометрическим нивелированием.

Самый распространенный вид съемочного планового обоснования — теодолитные ходы, опирающиеся на один или два исходных пункта, или системы ходов, опирающихся не менее чем на два исходных пункта. В системе ходов, в местах их пересечений, образуются узловые точки, в которых могут сходиться несколько ходов. Длины теодолитных ходов зависят от масштаба съемки и условий снимаемой местности. Например, для съемки застроенной территории в масштабе 1:5000 длина хода не должна превышать 4,0 км; в масштабе 1:500 — 0,8 км; на незастроенной территории — соответственно 6,0 и 1,2 км. Длины линий в съемочных теодолитных ходах должны быть не более 350 м и не менее 20 м. Относительные линейные невязки в ходах не должны превышать 1:2000, а при неблагоприятных условиях измерений (заросли, болото) — 1:1000.

Углы поворота на точках ходов измеряют теодолитами со средней квадратической ошибкой 0,5’ одним приемом. Расхождение значений углов в полуприемах допускают не более 0,8’. Длину линий в ходах измеряют оптическими или светодальномерами, мерными лентами и рулетками. Каждую сторону измеряют дважды — в прямом и обратном направлениях. Расхождение в измеренных значениях допускается в пределах 1:2000 от измеряемой длины линии.

При определении высот точек съемочного обоснования геометрическим нивелированием невязка в ходе не должна превышать

5√L см, тригонометрическим нивелированием — 20√L см, где L — длина хода, км.

Точки съемочного обоснования, как правило, закрепляют на местности временными знаками: деревянными кольями, столбами, металлическими штырями, трубами. Если эти точки предполагается использовать в дальнейшем для других целей, их закрепляют постоянными знаками.

Для составления топографических планов применяют аналитический, мензульный, тахеометрический, аэрофототопографический, фототеодолитный методы съемок, съемку нивелированием поверхности и с помощью спутниковых приемников. Применение того или иного метода зависит в основном от условий и масштаба съемки.

ПЕРЕДАЧА ОТМЕТОК В ПОДЗЕМНЫЕ ВЫРАБОТКИ

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. 1).

Рис. 1. Схема передачи отметки в подземные выработки

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.

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.

ПОДЗЕМНОЕ СЬЕМОЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Оси и контуры туннеля и подземных сооружений в процессе строительства разбивают от пунктов подземного полигонометрического хода, прокладываемого в выработках вслед за забоем. Для выхода от ствола на трассу в подходных выработках, которые в большинстве случаев представляют штольни шириной в основании около 3 м и высотой около 2 м, прокладывают ходы подходной подземной полигонометрии. Сравнительно небольшая ширина подходной штольни и малый радиус круговой кривой вынуждают включать в ходы подходной подземной полигонометрии стороны длиной менее 10 м.

Полигонометрические ходы, прокладываемые по трассе туннеля, делятся на два вида: рабочие подземные полигонометрические ходы со сторонами 25—50 м и основные полигонометрические ходы со сторонами 50—100 м. При удалении забоя от ствола более чем на 1 км по пунктам основного подземного полигонометрического хода прокладывают главные ходы, измеряют углы между диагоналями, соединяющими возможно дальше расположенные между собой пункты основного полигонометрического хода.

Значения координат пунктов и дирекционных углов линий, на которые опираются ходы подземной полигонометрии, получаются в результате ориентирования через ствол. Ходы подземной полигонометрии могут опираться на пункты геодезического обоснования, созданного на поверхности путем непосредственного примыкания через порталы, штольни или наклонные выработки.

Основные полигонометрические ходы прокладывают в виде цепочек вытянутых треугольников (рис. 2). Часть точек рабочего полигонометрического хода включают в схему основного полигонометрического хода.

Рисунок 2 — Схема подземной полигонометрии в виде цепочки вытянутых треугольников

Пункты рабочих и основных полигонометрических ходов в штольнях закрепляют бетонными монолитами с металлическим стержнем (рис. 2, а), а в бетонной обделке туннеля — отрезками узкоколейных рельсов длиной около 10 см, забетонированными в обделку туннеля (рис. 3, б). Центр знака фиксируют отверстием диаметром 1—2 мм, зачеканенным медью. В своде туннеля при скальных породах или бетонной обделке полигонометрические знаки закрепляют специальными штырями (рис. 2, в). В туннелях с металлической тюбинговой обделкой полигонометрические знаки закрепляют на ребре жесткости обделки, при этом запиливают площадку на уровне головки рельсов (УГР) размером 2—3 см и в середине ее просверливают отверстие, которое зачеканивают медью (рис. 3, г)

Рисунок 3 — Знаки крепления пунктов подземной полигонометрии

Знаки основной полигонометрии в туннелях закладывают примерно на 10 см выше уровня головки рельсов. На каждый закрепленный знак составляют описание.

Линии в подземном полигонометрическом ходе измеряют подвесными стальными прокомпарированными рулетками или проволоками в прямом и обратном направлениях. Широко используют светодальномеры. Наиболее приспособленным для измерения линий в подземных условиях является светодальномер МСД-1М, разработанный Всесоюзным научно-исследовательским маркшейдерским институтом (ВНИМИ), или МСД-2, сконструированный во взрывобезопасном варианте. В рабочей полигонометрии иногда применяют короткобазисный метод.

При измерении линий подвесными мерными приборами для натяжения их используют динамометры или блочные штативы с гирями. Отсчеты при измерении длин пролетов производят по нитям отвесов, подвешенных в створе измеряемой линии через 20 или 24 м. Перед измерением линий нивелиром отмечают один и тот же горизонт на нитях всех или нескольких соседних отвесов, что исключает необходимость введения поправок за наклон мерного прибора.

Углы в ходах рабочей полигонометрии измеряют теодолитом типа Т5 двумя приемами. В ходах подходной и основной полигонометрии со сторонами 50 м углы измеряют приборами Т2 тремя-четырьмя круговыми приемами. При длинах сторон ходов основной полигонометрии 100 м углы измеряют теодолитами Т1 четырьмя круговыми приемами. Главные ходы прокладывают для обеспечения требуемой точности сбоек при односторонних проходках большой протяженности со сторонами длиной до 1 км, поэтому углы в главных подземных полигонометрических ходах измеряют шестью приемами.

Для уменьшения влияния ошибок центрирования рекомендуется через один-два приема заново центрировать теодолит, изменяя при этом установку центрира на 180°. Расхождения между значениями направлений, измеренных при различных центрировках, не допускают более 12″.

При наличии коротких линий для измерения углов применяют косвенный способ, имеющий широкое применение на крестах выработок (рис. 4, а); при передаче дирекционного угла с линии, закрепленной в штольне, на линию, закрепленную в туннеле (рис. 4, б); при связке полигонометрических ходов через поперечные соединительные выработки (рис. 4, в). Во всех случаях, указанных на рис. 4, в вытянутых треугольниках измеряют стороны I и углы О, а острые углы т вычисляют. В ходах подходной полигонометрии на участках с короткими линиями для исключения ошибки центрирования при измерении углов на концах коротких линий одновременно устанавливают два теодолита и визируют непосредственно на штифты зрительных труб.

Рисунок 4 — Косвенный способ угловых измерений при передаче дирекционного угла в выработки

Учитывая высокую значимость и ответственность в обеспечении сбойки подземных выработок с необходимой точностью, угловые измерения в ходах подземной полигонометрии производят не менее чем два раза в различное время. Угловые невязки в треугольниках основной полигонометрии со сторонами 50 и 100 м не допускаются более: 8″ — при однократном измерении углов, 6″ — при подсчете невязки по средним значениям углов, полученных в разновременных измерениях.

Относительную линейную невязку в этих полигонах не допускают более 1:25 000. При периметре менее 250 м абсолютная невязка не должна превышать 10 мм.

Координаты точек ходов основной полигонометрии вычисляют по мере продвижения забоя вперед. Перед вычислением координат угловые невязки в треугольниках распределяют поровну на все углы, а результаты линейных измерений уравнивают так же, как и в соединительных треугольниках при ориентировании. После сбойки между стволами ходы подземной полигонометрии ориентируют по способу двух шахт. Это уравнивание выполняется для уточнения дирекционных углов околоствольных линий подземной полигонометрии, необходимых в дальнейшем при проходке в другие стороны от стволов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Левчук Г.П., Новак В.Е., Конусов В.Г. Прикладная геодезия. М. Недра, 1981, 438 с.

2. Левчук Г.П., Новак В.Е., Конусов В.Г. — Прикладная геодезия: Основные методы и принципы инженерно-геодезических работ

.