Методы, средства и методика измерений превышений

Основными факторами, влияющими на выбор методов и средств измерений геометрических параметров технических объектов, являются:

• ? характеристика объекта и вид контролируемых геометрических параметров;
• ? требуемая точность контроля параметров;
• ? методы контроля по полноте охвата, временной характеристике и управляющему воздействию;
• ? характеристика условий измерений; продолжительность процесса измерений;
• ? стоимость средств измерений и контроля в целом;
• ? наличие средств измерений и специалистов.

Основным методом контроля осадок объектов промышленных предприятий является метод геометрического нивелирования короткими лучами. Этот метод позволяет охватить очень широкий диапазон точностей измерений превышений (от 0,05 до 5 мм на одну станцию), позволяет вести измерения в широком диапазоне внешних и внутренних воздействий природной и производственной среды, имеет более высокую производительность по сравнению с другими методами и более низкую стоимость работ. Высокоточное геометрическое нивелирование короткими визирными лучами (S? 25 м) выполняется из середины.

При этом величина угла i должна быть не более 5″. Значение угла i должно определяться перед началом цикла измерений и после выполнения цикла на специальном стационарном стенде, оборудованном в помещении на нижнем горизонте.

При длине визирных лучей от 3 до 18 м рекомендуется использовать ширину штриха рейки 0,5 мм, а от 18 до 25 м — 1,0 мм (стандартная рейка с инварной полосой длиной 1,75 — 3,0 м).

Геометрическое нивелирование во всех циклах измерений выполняются по одной и той же схеме. Для этого места установки нивелира маркируют краской.

Кроме того, в каждом цикле измерений соблюдены следующие требования:

• ? при нивелировании применяются одни и те же инструменты и рейки;
• ? рейки должны быть пронумерованы и устанавливаться на те же марки или реперы, на которые они устанавливались в предыдущих циклах измерений.

Высокоточное геометрическое нивелирование короткими визирными лучами выполняются нивелирами с контактным уровнем или с самоустанавливающейся линией визирования. Кроме высокоточных нивелиров типа Н-0,5, НИ004, НИ02 высокоточное геометрическое нивелирование короткими визирными лучами может выполняться точными нивелирами, в том числе цифровыми, имеющими оптический микрометр и увеличение зрительной трубы не менее 25 — 30 крат, например, 3Н2КЛ (Россия), В1 (SOKKIA), PL1 (SOKKIA), Dini 12 (Trimble) и т. д.

Программа измерений на кусте глубинных реперов: берут отсчеты последовательно каждого из реперов I, II, III, IV. Заканчивается прием измерений повторным отсчетом на начальный репер I, который выполняется для контроля устойчивости инструмента в процессе измерений и в обработку не включается. Затем процесс измерений повторяют при другом горизонте инструмента Привязочный нивелирный ход от куста реперов до ближайшей марки осадочной сети прокладываются при двух горизонтах инструмента с использованием стандартных реек с инварной полосой длиной 1,75 — 3,0 м.

Нивелирование по осадочным маркам в полу выполняют с использованием стандартных реек с инварной полосой длиной 1,75 — 3,0 м.

Нивелирование по осадочным маркам на колоннах проводится на одни и те же штрихи, для чего осадочные марки устанавливают на один горизонт с погрешностью 2,5 мм.

Установка визирной оси зрительной трубы нивелира на заданный горизонт в этом случае производится с помощью прецизионной нивелирной подставки.

При нивелировании 3 — 6-метровыми визирными лучами рекомендуется использовать одну рейку.

Высокоточное нивелирование по осадочным маркам на колоннах производится при двух горизонтах инструмента. Наблюдения на станции выполняют по способу совмещения.

В настоящее время при контроле осадок инженерных объектов используют следующие виды классификаций и методик геометрического нивелирования:

• ? государственное нивелирование I, II, III и IV классов;
• ? разрядное нивелирование для измерения осадок гидротехнических сооружений;
• ? разрядное нивелирование для измерения деформаций оснований зданий и сооружений;
• ? нивелирование специальных классов для инженерно-геодезических работ.

Основные технические характеристики названных видов классификаций геометрического нивелирования приведены в (табл. 7 — 10).

Таблица 7

Технические характеристики государственного нивелирования I, II, III и IV классов.

Таблица 8.

Технические характеристики разрядного нивелирования для измерения осадок гидротехнических сооружений.

Таблица 9.

Технические характеристики разрядного геометрического нивелирования для измерения деформаций оснований зданий и сооружений (выписка из ГОСТ 24 846–81).

Таблица 10

Технические характеристики геометрического нивелирования специальных классов.

Каждая из приведенных видов классификаций и методик нивелирования имеет свои положительные и отрицательные стороны в зависимости от объектов и условий контроля.

Классификация и методика государственного нивелирования хорошо приспособлены для ведения геодезических работ на больших территориях, когда реперы расположены на большом удалении друг от друга и необходимо получить их отметки с наименьшими затратами средств и временя при заданной точности измерений на километр хода. В этих случаях стараются работать на предельных длинах визирных лучей, пользоваться для ускорения работ двумя рейками, а измерения вести по башмакам или костылям. Так как ходы большой протяженности, то методика измерений направлена в значительной мере на уменьшение систематических погрешностей, влияние которых на точность возрастает по мере увеличения длин ходов. Для наблюдений за осадками зданий сооружений и оборудования промышленных предприятий этот вид классификации и методики измерений мало пригоден из-за недостаточной точности измерения превышений по контролю оборудования, где часто требуются точности выше первого класса, необходимости применения различных по точности приборов, реек и приспособлений при смене классов нивелирования, что создает ряд неудобств при производстве работ в производственных цехах.

Классификация и методика для измерения осадок гидротехнических сооружений хорошо приспособлены для ведения геодезических работ на специфических (как правило, построенных по индивидуальным проектам) сооружениях — протяженных плотинах, каналах, шлюзах. Осадочные марки расположены на бетонных сооружениях через 20 — 40 м, а на земляных сооружениях через 100 — 200 м. Точность измерений превышений в ходах на бетонных и земляных плотинах существенно различается, что и проявляется в разработанных для этой целя классификации и методике нивелирования. Для контроля осадок и деформаций зданий, сооружений и оборудования в других отраслях промышленности этот вид классификации и методики измерений применяется редко.

Классификация и методика нивелирования для измерения деформаций оснований зданий и сооружений по своим характеристикам близки к государственному нивелированию. Это связано с основной целью наблюдений — определением параметра «абсолютная осадка» фундамента, в то время как контроль параметров, характеризующих деформации взаимосвязанных конструкций объектов, находится на втором плане. Поэтому, из-за точности измерений превышений на станции, длин визирных лучей и их неравенства и других характеристик, данный вид нивелирования не получил широкого распространения для контроля технического состояния конструкций сооружений и оборудования промышленных предприятий.

Классификация и методика геометрического нивелирования специальных классов разработаны для контроля осадок и деформаций сооружений и оборудования промышленных предприятий. Точность измерений превышений на станциях, а также все другие основные характеристики нивелирования позволяют контролировать наиболее распространенные виды деформаций сооружений и оборудования многочисленных промышленных предприятий. При этом измерения во всех классах нивелирования выполняются нивелирами и рейками одной точности, что создает удобство и возможность быстрого выполнения работ при большом количестве марок на объектах предприятия и разной точности намерений превышений в ступенях.

Методы гидростатического и гидродинамического нивелирования являются менее распространенными при изучении осадок сооружений и оснований, чем метод геометрического нивелирования, но для ряда объектов и условий контроля являются предпочтительными. Наибольшее применение они находят благодаря своим достоинствам:

• ? обращение с оборудованием и производство измерений не требуют высокой квалификации исполнителей;
• ? возможность определения осадок точек, доступ к которым затруднен и в некоторых случаях вообще отсутствует;
• ? при использовании гидростатических стационарных систем время и трудозатраты на непосредственное измерение осадок значительно меньше, чем при геометрическом нивелировании;
• ? возможность автоматизации процессов измерений;
• ? в благоприятных условиях точность гидростатического нивелирования может быть более высокой, чем при геометрическом нивелировании.

В то же время гидростатические приборы и системы имеют и ряд серьезных недостатков, не позволяющих использовать их широко в практике контроля деформаций многих объектов промышленных предприятий. К ним относятся:

• ? колебание температуры, которое приводит к изменению плотности жидкости, а, следовательно, и высот столбов жидкости, что не позволяет применять повсеместно гидростатический метод в производственных цехах, особенно это проявляется в системах с перераспределением жидкости;
• ? влияние вибрационных нагрузок от работающего оборудования на точность отсчитывания, что не позволяет применять этот метод на сооружениях и оборудовании со значительными динамическими нагрузками;
• ? малый диапазон измеряемых превышений, что затрудняет работы по установке КИА и использование метода при больших осадках и деформациях;
• ? большие затраты на установку, проверку и обслуживание автоматизированных систем контроля, что делает выгодным его использование только при непрерывном контроле или периодическом контроле с высокой частотой замеров;
• ? отсутствие общепринятых классов и методик гидростатического, гидродинамического нивелирования и приборов с перераспределением жидкости, что затрудняет метрологическое обеспечение геодезических работ на контролируемых объектах.

Исходя из перечисленных выше преимуществ и недостатков, переносные приборы гидростатического нивелирования целесообразно применять при измерении осадок объектов с летучим или периодическим контролем, где требуются точности измерения превышений выше, чем это может обеспечить геометрическое нивелирование, при этом отсутствуют большие перепады температуры окружающей среды и действуют незначительные вибрационные нагрузки, а измерения приходится производить в стесненных для других методов условиях.

Стационарные гидростатические и гидродинамические системы целесообразно применять при измерении осадок объектов с непрерывным или частым периодическим контролем и требуемой высокой точностью измерений. При этом температурные и вибрационные нагрузки на систему должны быть незначительными. Автоматизированные стационарные системы, дополнительно к сказанному, целесообразно создавать и при контроле деформаций сооружений на разных уровнях и в разных помещениях, что позволит значительно ускорить и удешевить съем информации. осадка здание нивелирование геодезический Метод тригонометрического нивелирования для контроля осадок применяется значительно реже по сравнению с методами геометрического и гидростатического нивелирования. Это связано с относительно низкой точностью измерений превышений и значительными затратами, связанными с точными измерениями не только вертикальных углов, но и линий. Однако, в настоящее время, в связи с созданием высокоточных электронных тахеометров, роль его значительно возрастает. Свое место он находит там, где методы геометрического и гидростатического нивелирования неприемлемы по причине значительных перепадов высот или недоступности КИА — определение осадок арочных плотин, земляных плотин и насыпей, глубоких котлованов. Особенно хорошие результаты можно получить при контроле объектов, где одновременно необходимо контролировать как вертикальные, так и горизонтальные перемещения — оползания откосов земляных плотин, бортов водохранилищ и др.