Разработка методики наблюдений за деформациями сооружений

 

Расположение  объектов: Балашихинский район Московской области.

Грунт на участке работ: супесь и песок.

Климат: умеренный.

Средний уклон рельефа: около 2°.

     ТЭС представляет собой сложный технологический  комплекс предназначенный для выработки тепловой и электрической энергии. Длина здания составляет 432 метра, ширина – 102 метра. Примерно через 100 м расположены температурные и осадочные швы. Колонны расположены через 12 м.

     Сборный цех №3 – длина 240 м, ширина 120 м; фундамент  ленточный, несущие элементы – стены. В здании имеется температурно-осадочный шов.

     Административный  корпус №2 – длина здания 120 м, ширина 60 м; фундамент ленточный, несущие  элементы – стены. Имеется температурно-осадочный  шов. 

     Схема размещения осадочных марок в  главном корпусе ТЭС-1, схемы размещения марок и проложения ходов нивелирования для зданий административного корпуса №2 и сборного цеха №3, а также схема нивелирных ходов на объекте приведены в Приложении. 

6. Выбор методики  наблюдений и оценка проекта схемы нивелирного хода 

     Основным  методом наблюдений за осадками зданий и сооружений является геометрическое нивелирование, метод удобный для наблюдений промышленных объектов.  Учитывая практику геодезических работ, а также особенности компоновки наблюдаемых сооружений и схему размещения осадочных марок можно прийти к выводу, что геометрическое нивелирование будет наиболее рациональным способом наблюдения за деформацией объектов и позволит полно, своевременно и точно отразить состояние наблюдаемых объектов. 

      Оценка  проекта схемы измерений производилась в программе PGN. Результат оценки приведён в Приложении. Средняя квадратическая ошибка единицы веса принята мм. Максимальный обратный вес (вес отметки наиболее слабо определяемой точки) составил по результатам оценки . С учётом полученной величины Q имеем: 

      Производя оценку для функции взаимного  положения точек 1 и 2, закреплённых на ТГ2, получаем: , а следовательно:

 

      Сравнивая вычисленные величины со средними квадратическими  ошибками определения превышения на станции для различных методик  геометрического нивелирования (см. таблицу 6.1) приходим к выводу, что  необходимо разработать специальную методику высокоточного нивелирования, так как методика для I класса, удовлетворяющая результатам вычислений, нецелесообразна. 

      Таблица 6.1.

 
 

      Для того, чтобы использовать нивелирование II класса, необходимо производить нивелирование от реперов до наблюдаемых зданий прямо и обратно при одном горизонте прибора, а при производстве нивелирования осадочных марок, закреплённых на стенах административного корпуса и сборного цеха, а также внутри и снаружи главного корпуса ТЭС1 выполнять измерения при двух горизонтах прибора. Это позволит уменьшить величину обратного веса определяемых точек в 2 раза. Результат оценки схемы нивелирных ходов с уменьшенными в 2 раза обратными весами приведён в таблице 6.2. 

                              Таблица 6.2. 

 

      При этом, повторно вычисляя , получим: 

 

      А для точек 1 и 2: 

 

что удовлетворяет  методике II класса нивелирования. 

     7. Обоснование методики  измерений 

     Под методикой высокоточных инженерно-геодезических  измерений понимается совокупность действий, из которых состоит процесс  измерения одной величины, вес которой равен единице, и технических правил, соблюдение которых при измерениях и обработке результатов приведёт к целенаправленному ослаблению влияний источников ошибок.

     Следовательно, для разработки методики наблюдений за осадками необходимо на основе предвычисленной главной характеристики  точности обосновать:

1. основные допуски на влияние отдельных источников ошибок;
2. практические рекомендации, направленные на ослабление влияний основных источников погрешностей на отклонение Δ или m_e;
3. рабочие (служебные) допуски на разности, расхождения и невязки сумм измерений.

      Под основными допусками  понимают величины ничтожно малых погрешностей:

 

Коэффициент К выбирается в зависимости от жёсткости предъявляемых требований к точности (чем они выше, тем выше коэффициент К) и чувствительности исследуемого сооружения к деформациям.

      Принимая  , а также учитывая, что мм (см. "Выбор методики наблюдений и оценка проекта схемы нивелирного хода") получим:

 

 мм

      Для того, чтобы обеспечить главную характеристику методики нивелирования, необходимо рассмотреть  те источники ошибок, которые в  процессе измерения и обработки  оказывают влияние на непосредственно измеренный "взгляд" или на вычисленное превышение, вес которого принят равным единице.

      По  природе происхождения ошибки измерений  при геометрическом нивелировании  подразделяют на три группы: личные, инструментальные и ошибки, вызванные влиянием внешней среды. Все перечисленные группы ошибок разделяют на систематические и случайные. При высокоточном нивелировании необходимо с особой тщательностью выявлять источники систематических ошибок, а также предусмотреть меры по существенному ослаблению их влияния на измеряемые превышения, потому как систематические ошибки представляют наибольшую опасность для достоверности результатов. Также следует свести к минимуму влияние и случайных ошибок. 

      7.1. Ошибки, обусловленные несовершенством приборов 

      К данной группе ошибок относят ошибки, обусловленные недостатками изготовления, сборки и юстировки нивелира, а  также погрешностями работы отдельных  его узлов и нивелира в целом.

      1. Среднее квадратическое отклонение из-за неточного совмещения изображений концов пузырька уровня (или неточной установки визирной линии компенсатором) не должно превышать основной допуск, т.е.

     Учитывая, что: получим . Цена деления уровня (на 2 мм) определится из формулы:

     

      Для будем иметь: .

      На  основании полученного результата рекомендуется прибор с  . Например, нивелир Н-05К, снабжённый компенсатором, он заметно снизит трудоёмкость работ.

      2. Среднее квадратическое отклонение m_виз измерения превышения из-за неточного введения (визирования) изображения штриха шкалы рейки в клиновидный биссектор сетки нитей должно быть в интервале основного допуска

Откуда: 

     3. Отклонение превышения, возникающее от несоблюдения главного условия нивелира и из-за неравенства плеч на станции, не должно выходить за пределы основного допуска, т.е.

     

     Если  угол , то неравенство плеч .

     4. Ошибки из-за мёртвого хода наводящего винта оптического микрометра. При наличии мёртвого хода отсчёты по шкале микрометра (при наведении биссектора на один и тот же штрих рейки ввинчиванием и вывинчиванием головки оптического микрометра) не равны друг другу. Для исключения влияния этой ошибки необходимо наведение заканчивать на ввинчивание. 

     5. Отклонение взгляда из-за перефокусирования зрительной трубы должно быть в пределах основного допуска , т.е.

      Так как D=25 м, получим .  Рекомендуется не перефокусировать трубу при наблюдениях на заднюю и переднюю рейки. 

      7.2. Ошибки, обусловленные  несовершенством  конструкции реек  и ошибками их  установки на точку 

      1. Отклонение  "взгляда" из-за неточного нанесения делений шкал рейки состоит из случайной и систематической частей, каждая из которых не должна выходить за пределы основного допуска мм, а именно:

      Следовательно, для обеспечения допуска  мм необходимо использовать рейки, случайная погрешность штрихов шкал которых не выходит за пределы . Для инварных реек находится в пределах 0,07-0,1 мм, что удовлетворяет установленному требованию. В случае использования реек с большим, чем мм, возможно вводить поправку в соответствующие отсчёты.

      Влияние  погрешности превышения штрихов шкалы рейки на определяемую осадку можно свести к минимуму, при соблюдении условия: . Необходимо применять один и тот же комплект реек в каждом цикле наблюдений. Устанавливать рейки необходимо на те же марки, что и в предыдущих циклах. 

      2. Среднее квадратическое отклонение  "взгляда" из-за случайного наклона и внецентренной установки рейки определяется так:

где b – высота луча визирования над точкой, на которой установлена рейка, – средний угол наклона рейки от её отвесного положения в момент отсчёта. Исследуемое отклонение состоит из двух частей, каждая из которых не должна превышать основного допуска , т.е.

При будем иметь:

 

     Из  произведённых вычислений можно  сделать вывод, что при нивелировании  по всем ходам нельзя превышать допустимую высоту луча визирования b. 

      3. Ошибки из-за неравенства высот  нулей реек и несовпадения  нулей основных шкал с плоскостью  пяток можно устранить, если  при нивелировании применять  чётное число станций.  

      7.3. Ошибки, обусловленные влиянием внешней среды 

     Геометрическое  нивелирование производится в самом  нижнем слое атмосферы, где наблюдается  резкое изменение температуры, по сравнению  с более высокими слоями. Под действием  вертикальной рефракции визирный луч  искривляется и вместо отсчета по шкале рейки "а" будем иметь отсчёт "а'". Для уменьшения влияния рефракции необходимо, чтобы марки, снимаемые со станции,  находились примерно в равных условиях. Также необходимо производит работы в утренние и вечерние часы, прекращая производство нивелирования сразу после ухудшения условий.