Разработка программы геодезического мониторинга за деформационным состоянием канатно-кресельной дороги

В статье рассматривается вопрос по составлению проекта геодезического мониторинга линейных опор канатно-кресельной дороги, проводится анализ материалов инженерно-геологических изысканий и нормативно-технической документации, определяются факторы возникновения деформаций, цели проведения мониторинга, контролируемые параметры деформаций, точность измерений, методы и средства наблюдений, предельные значения параметров деформаций, периодичность циклов наблюдений, проводится оценка точности измерений.

Ключевые слова: геодезический мониторинг, деформации, канатная дорога, программа наблюдений.

Целью данной работы является составление проекта наблюдений за развитием негативных процессов на исследуемом объекте, которым является пассажирская канатно-кресельная дорога на территории горного курорта Oi-Qaragai.

Актуальность темы исследования продиктована рядом следующих особенностей:

1. Проявление в районе проведения исследовательских работ сейсмической активности, селевых и оползневых явлений, склоновой эрозии.
2. Круглогодичная эксплуатация объекта, повышенные требования к безопасности пассажироперевозок и неравномерность пассажирского потока приводят к необходимости контроля за деформационным и техническим состоянием исследуемого объекта.
3. Отсутствие в нормативной литературе указаний по методике разработки проекта геодезического контроля за деформационным состоянием сооружений.

Геодезический мониторинг заключается в исследовании кинематических составляющих деформационных процессов путем проведения комплекса систематических наблюдений за конструктивными элементами сооружения в пространстве и времени в соответствии с программой мониторинга.

На рисунке 1 приведены факторы возникновения деформаций.

Рис. 1. Факторы возникновения деформаций

На рисунке 2 показано расположение опор канатной дороги, их нумерация и геолого-литологический разрез площадки, исходя из которого на объекте выделяют три основных инженерно-геологических элемента (ИГЭ): суглинок просадочный полутвердой консистенции, гранит сильнотрещиноватый, сильновыветрелый и гранит слаботрещиноватый, слабовыветрелый.

Рис. 2. Геолого-литологическое строение исследуемой площадки

Цели наблюдений:

1. Своевременное выявление отклонений контролируемых параметров от первоначального положения, превышающих установленный допуск.
2. Обеспечение безопасности на эксплуатируемом объекте.
3. Фиксация величины, направления и скорости протекания деформационных процессов.

Регулярные наблюдения ведутся за грунтовым массивом, фундаментами и металлоконструкциями. При этом контролируются вертикальные и горизонтальные перемещения, крены, относительные прогибы.

Согласно [2] выбран II класс точности измерений, в соответствии с которым допускаемая погрешность измерения вертикальных перемещений принимается 2 мм, горизонтальных — 5 мм.

По результатам анализа методов измерения осадок, сдвигов и кренов сооружения был выбран метод тригонометрического нивелирования короткими лучами визирования (до 100 м) способом из середины для фиксации высотных перемещений и полярный способ определения координат для фиксации плановых перемещений и кренов.

Предельные значения параметров деформацийустановлены нормативно-технической документацией и приведены в источниках [7], [8] и [9].

Периодичность циклов наблюдений установлена 4 раза год в середине каждого квартала.

Для проведения геодезического мониторинга был выбран электронный тахеометр Leica TCR803ultra, обладающий набором технических характеристик, приведенных в таблице 1, где для сравнения приводится пример электронного тахеометра из другой серии.

Таблица 1

Как видно из таблицы 1, технические характеристики электронных тахеометров Leica TCR403ultra и Leica TCR803ultra отличаются только дальностью линейных измерений в безотражательном режиме.

Средняя квадратическая ошибка нахождения превышений тригонометрическим нивелированием рассчитывается по формуле:

(1)

где m _s , m _z , m _i , m _l , m _δ , m _виз — средние квадратические погрешности измерения наклонного расстояния S, зенитного расстояния Z, высоты инструмента i, высоты визирной цели l, ошибка за наклон визирной цели δ и ошибка визирования соответственно.

В случае проведения измерений с одной точки стояния прибора средней квадратической ошибкой определения высоты инструмента можно пренебречь. При использовании в качестве визирной цели мини-призмы из комплекта тахеометра ее высота принимается стандартной и ошибку m _l можно также не учитывать.

Ошибка за наклон визирной цели вычисляется по формуле:

(2)

где l — высота визирования;

α — угол наклона визирного луча;

a — величина несовпадения высотной точки с осью отражателя.

Принимаем l = 100 мм, ε = 900", а = 2мм.

Ошибка визирования находится по формуле:

(3)

где Г ^х — увеличение зрительной трубы.

Средняя квадратическая погрешность определения положения деформационной марки способом полярных координат вычисляется по формуле:

(4)

Таблица 2

Расчет средней квадратической погрешности измерения превышений и планового положения наблюдаемых точек

Иллюстрируем полученные результаты в виде линейного графика, представленного на рисунке 3.

Рис. 3. График средних квадратических погрешностей превышений и планового положения деформационных марок на каждой из опор канатной дороги

Как видно из графика на рисунке 3 и таблицы 2, инструментальная ошибка минимальна либо при короткой дальности измерений, либо при приближенном к 90° зенитном расстоянии.

Выводы:

1. Деформационные процессы могут развиваться в результате воздействия сил земного тяготения, природных или антропогенных факторов, изменения структуры грунта.
2. Согласно геолого-литологическому строению площадки просадочные основания обнаружены в районе опор № 1 и 5. Остальные основания относятся к непросадочным грунтам.
3. Наблюдения за деформациями проводят в случае изменения условий работы объекта или в случае появления трещин и раскрытия швов для обеспечения безопасности жизнедеятельности в период эксплуатации сооружения.
4. Грунтовый массив на склоне подвержен эрозионной и оползневой опасности в результате поверхностного стока дождевых вод, весеннего снеготаяния, тектонических процессов, что было зафиксировано визуальными методами наблюдений.
5. Средняя квадратическая ошибка определения превышений и плановых координат прямо пропорциональна расстоянию от точки стояния прибора до наблюдаемой точки, поэтому наблюдения было решено проводить короткими лучами визирования, не превышающими 100 м.
6. В условиях больших перепадов высот зенитное расстояние измеряется в пределах от 45 до 120°.

Литература:

1. СНиП 2.01.07–85. Нагрузки и воздействия. — М.: ФГУП ЦПП, 2005. — 44 с.
2. ГОСТ 24846–81. Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений. — М.: Изд-во стандартов, 1981. — 26 с.
3. Руководство по наблюдениям за деформациями оснований и фундаментов зданий и сооружений. — М.: Стройиздат, 1975. — 156 с. (Науч.-исслед. ин-т оснований и подземных сооружений им. Н. М. Герсеванова Госстроя СССР, Гос. проектный ин-т Фундаментпроект Минмонтажспецстроя СССР).
4. Марфенко С. В. Геодезические работы по наблюдению за деформациями сооружений: учебное пособие. — М.: МИИГАиК, 2004. — 36 с.: ил.
5. Геодезические методы исследования деформаций и сооружений / А. К. Зайцев, С. В. Марфенко, Д. Ш. Михелев и др. — М.: Недра, 1991. — 272 с.: ил.
6. Михелев Д. Ш., Рунов И. В., Голубцов А. И. Геодезические измерения при изучении деформаций крупных инженерных сооружений. — М.: «Недра», 1977. — 152 с.
7. СНиП 3.03.01–87. Несущие и ограждающие конструкции / Госстрой России. — М.: — ФГУП ЦПП, 2007. — 192 с.
8. СНиП II-23–81. Стальные конструкции / Госстрой СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990. — 96 с.
9. Правила устройства и безопасной эксплуатации пассажирских подвесных и буксировочных канатных дорог (ПБ 10–559–03). Серия 10. Выпуск 27. / Колл. авт. — М.: Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2004. — 112 с.
10. Методика геодезического мониторинга технического состояния высотных и уникальных зданий и сооружений. МДС 13–22.2009 / ООО «ТЕКТОПЛАН». — М.: ОАО «ЦПП», 2010. — 76 с.
11. Leica TPS800 Series. Руководство по эксплуатации.
12. Руководство пользователя TC(R)403/405/407/410C.
13. Береговой Д. В. Исследование и разработка методики тригонометрического нивелирования повышенной точности / Международный научно-исследовательский журнал № 12 (54). Часть 1. С. 77–79.
14. Уставич Г. А., Никонов А. В., Мезенцев И. А., Олейникова Е. А. Совершенствование методики веерообразного тригонометрического нивелирования // Вестник СГУГиТ. Геодезия и маркшейдерия, 2021. — № 6. — С. 33–47.