20/11 / 2016
Високоточне геометричне нівелювання як метод геодезичного моніторингу
У наше століття активного будівництва широке застосування отримали роботи по проведенню геодезичного моніторингу - спостереження за деформаціями будівель і споруд, як побудованих, так і споруджуваних, підземних і наземних комунікацій, грунтового масиву і т.д.
Геодезичний моніторинг доцільно проводити на всіх етапах будівельно-монтажних робіт, а також після введення споруди в експлуатацію. Метою моніторингу є визначення величин деформацій для оцінки стійкості споруд та прийняття своєчасних заходів по зміцненню об'єкта спостережень. Для отримання повної інформації про стан об'єкта моніторингу необхідно брати до уваги не тільки результати геодезичних спостережень, але також і обстежень конструкцій, дослідження грунтів і т.п.
Геодезичні методи дозволяють з високою точністю (0.1 мм і менше) визначати положення деформаційних марок.
Розрізняють такі види деформацій як: осаду, крен, прогин, вигин, перекіс, кручення, горизонтальні переміщення.
Для основ і фундаментів визначають наступні показники:
- Абсолютна осаду - це різниця відміток, отриманих на поточний і початковий етапи спостережень, тобто S = Hтек-Hнач
- Середня осаду всієї споруди або його частин обчислюється як середнє арифметичне з осад всіх деформаційних марок, тобто
- Нерівномірне осідання (різниця осідання) обчислюється як різниця осідання пар деформаційних марок, тобто ΔS = Si-Sj
- Крен фундаменту або будівлі в цілому - різниця осідання крайніх точок фундаменту (будівлі) уздовж обраної осі. Нахил в напрямку поздовжньої осі - завал, в напрямку поперечної осі - перекіс.
- Відносний крен - величина крену, віднесена до відстані між крайніми точками, т. Е. K = (Sm-Sk) / l
- Середня швидкість осідання - зміна величини опади за обраний інтервал часу, т. Е. Νср = (Sj-Si) / t, де i і j - цикли вимірювань, а t - інтервал часу (години, дні, місяці, роки і т. п.)
Оскільки, осадка - це різниця відміток, то для її визначення доцільно використовувати дані, отримані методом геометричного нівелювання. Залежно від вимог до точності виконання робіт, застосовують різні методики вимірювань і нівеліри. В даний час для геодезичного моніторингу різних об'єктів широко використовуються цифрові нівеліри, що дозволяють значно прискорити процес вимірювань за рахунок автоматизації взяття відліків по рейках, збереження даних у внутрішню пам'ять, а також передачі результатів вимірювань на персональний комп'ютер для подальшої обробки. Найбільш поширеними нівелірами, застосовуваними в моніторингу, є нівеліри Trimble DiNi , Які характеризуються високою точністю вимірювань і простим, зрозумілим інтерфейсом.
Першим етапом робіт з моніторингу можна назвати рекогносцировку. Після отримання Технічного завдання (ТЗ) або Проекту виробництва геодезичних робіт (ППГР) необхідно ознайомитися з розташуванням об'єкта моніторингу та визначити межу зони впливу будівельно-монтажних робіт, якщо такі ведуться. Це потрібно для вибору пунктів висотної деформационной основи.
Оскільки, в умовах міської забудови та наявності великої кількості підземних комунікацій, проводити закладку нових глибинних реперів - справа нелегка, то необхідно використовувати існуючі репера: глибинні або стінні, розташовані поза зоною впливу.
Висотна геодезична деформационная основа містить зовнішню вихідну і внутрішню деформаційних основу. Для створення зовнішньої вихідної основи доцільно використовувати глибинні або стінні репера, розташовані на будівлях і спорудах, опади яких можна вважати незначними. За вихідні приймається кущ реперів (зазвичай 3), розташованих на відстані не більше 15 метрів один від одного.
Внутрішню деформаційних основу складають осадові марки, закріплені в конструктивних елементах об'єкта моніторингу, на відстані 6-8 м, якщо інше не зазначено в ТЗ або ППГР.
Роботи можна виконувати в умовній або в місцевій системі висот (в залежності від вимог ТЗ і ППГР). Однак, слід врахувати, що при втраті або знищенні вихідних пунктів, відновити зовнішню основу буде досить важко, якщо працювати в умовній системі висот і не пов'язати кущ реперів з додатковими пунктами. Тому, перед початком моніторингу, рекомендується прокласти магістральний нівелірний хід між реперами мережі вищого порядку по реперам зовнішньої вихідної основи для ув'язки всіх відміток. Це дозволить при втраті або деформації вихідних реперів визначити нові позначки вихідних реперів. Таким чином, буде дотриманий основний принцип моніторингу - незмінність основи.
Після того, як офіційні свідоцтва вихідних реперів визначені, можна приступати до наступного етапу - нівелювання по деформаційних марок. Як правило, використовують метод високоточного нівелювання коротким променем. 
Високоточне геометричне нівелювання короткими візирним променям виконується з середини, величина кута i повинна бути не більше 5 ".
Геометричне нівелювання у всіх циклах вимірювань виконуються по одній і тій же схемі. Для цього місця установки нівеліра маркують фарбою.
У кожному циклі вимірювань дотримуються таких вимог:
- при нівелюванні застосовуються одні і ті ж інструменти і рейки;
- рейки повинні бути пронумеровані і встановлюватися на ті ж марки або репери, на які вони встановлювалися в попередніх циклах вимірювань.
Високоточне геометричне нівелювання короткими візирними променями виконують як оптичними, так і цифровими нівелірами, що забезпечують необхідну точність вимірювань.
Вимірювання виконують за наступною програмою:
на кущі реперів (зовнішня вихідна основа) беруть відліки послідовно на кожен з реперів. Закінчується прийом вимірювань повторним відліком на початковий репер, який виконується для контролю стійкості інструменту в процесі вимірювань і в обробку не включається. Вимірювання повторюють при іншому горизонті інструменту.
Прівязочние хід від куща реперів до найближчої осадової марки, а також нівелювання по осадовим маркам виконують при двох горизонтах інструменту за програмою: непарна станція - ЗППЗ, парна станція - ПЗЗП. Допускається нівелювання віялом по осадовим маркам при невеликих відстанях між ними. При цьому нівелір повинен бути повірений за головне геометричне умова, щоб уникнути, впливу різниці плечей на точність вимірювань.
Вимоги до точності вимірювань визначаються ТЗ або ППГР.
Обробку результатів вимірювань виконують в наступному порядку:
- Зрівнювання результатів вимірювань на реперах вихідної основи - контроль стабільності висотної основи;
- Обробка прівязочние ходу і ходу по осадовим маркам;
- Обчислення осад, складання таблиць і графіків вертикальних переміщень.
Аналіз стійкості пунктів висотної основи проводиться за наступним алгоритмом:
По черзі за вихідний приймається один з трьох реперів, для якого обчислюється коефіцієнт стійкості:
де hik - перевищення між i - им репером і вихідним в k - му циклі вимірювань;
hi0 - перевищення між i - им репером і вихідним в нульовому циклі вимірювань;
n - кількість пунктів зовнішньої вихідної основи.
Репер з найменшим значенням коефіцієнта стійкості приймається за вихідний і вважається самим стабільним. Його відмітка залишається незмінною, а для двох інших позначки обчислюються з зрівнювання нивелирного полігону.
Після цього можна приступати до вирівнювання результатів нівелювання прівязочние ходу, якщо такий є, і ходу по осадовим (деформаційних) маркам. Зрівнювання результатів нівелювання можна виконувати в програмі CREDO НИВЕЛИР , Яка розпізнає файли даних більшості цифрових нівелірів. На даний момент програма CREDO НИВЕЛИР є єдиною сертифікованої програмою, яка виконує розрахунки відповідно до вимог ГКІНП (ГНТА) -03-010-02 (Інструкція щодо нівелювання I, II, III і IV класів).
Для спільної обробки даних контролю стабільності вихідних пунктів і нівелювання по осадовим (деформаційних) маркам, результати вимірювань можна імпортувати в програму CREDO РОЗРАХУНОК Деформації . Результатом обробки будуть графіки переміщень деформаційних марок, зведені таблиці величин осад. Якщо попередньо визначити планові координати закоордініровать марки, то можна створити тривимірну модель, що дозволяє в режимі анімації спостерігати результати зсувів деформаційних марок. Також, з урахуванням швидкості деформації, можна спрогнозувати розвиток деформаційних процесів.
Рекомендовані комплекти обладнання для виконання геодезичного моніторингу геометричним нівелюванням:
все СТАТТІ