Разработка и совершенствование методик геодезических измерений для обеспечения эксплуатации гидротехнических сооружений и оборудования

Актуальность темы

исследований. Обеспечение безопасной эксплуатации уникальных и ответственных инженерных сооружений, а также оборудования достигается проведением периодического мониторинга, составной частью которого является и геодезический мониторинг. Мониторинг деформационного состояния таких сооружений является одной из областей применения высокоточных геодезических способов и средств измерений. Другой важной задачей высокоточных геодезических измерений является определение геометрических параметров оборудования, находящегося в стадии монтажа, эксплуатации или реконструкции. Назначение высокоточных геодезических измерений в этих случаях заключается, во-первых, в реализации данной важной технологической задачи с целыо обеспечения необходимой точности и надёжности определения деформационных процессов отдельных элементов инженерных сооружений и сооружений в целом, и, во-вторых, в определении геометрических параметров устанавливаемого и эксплуатируемого оборудования.

Выполнение указанных геодезических работ производится в условиях действующего инженерного сооружения и оборудования, что часто приводит к необходимости совершенствования существующих методик геодезических измерений и к разработке новых методик. Особенно данный факт имеет место при проведении реконструкции или полной замены работающего оборудования. К такому инженерному сооружению относится сооружения и оборудование гидроэлектростанций (ГЭС), в частности, гидроагрегаты гидроэлектростанций.

Появление в геодезическом производстве высокоточных электронных геодезических приборов приводит к необходимости разработки методик исследований их основных технических параметров, а также адаптации их для выполнения измерений в условиях влияния различных возмущающих воздействий. При явных преимуществах электронных геодезических приборов по сравнению с оптическими приборами они имеют и некоторые недостатки. К ним относятся, например, большое влияние вибрации основания на систему «штатив — гео5 дезический прибор», значительное влияние сильных электромагнитных полей на прибор, невозможность выполнения измерений при засветке объектива.

Разработке и совершенствованию способов и средств геодезических измерений с целью определения деформаций инженерных сооружений и оборудования посвящено значительное количество научных публикаций. Значительный вклад в разработку геодезических методов, средств и технологических схем для геодезического обеспечения процесса строительства и эксплуатации инженерных сооружений, а также монтажа технологического оборудования внесли отечественные и зарубежные ученые, такие, как Асташенков Г. Г., Баран П. И., Большаков В. Д., Брайт П. И., Васютинский И. Ю., Рязанцев Г. Е., Ганьшин В. Н., Гуляев Ю. П., Донских И. Е., Жуков Б. Н., Зайцев А. К., Клю-шин Е. Б., Конусов В. Г., Лебедев Н. Н., Левчук Г. П., Муравьёв М. С., Михелев Д. Ш., Новак В. Е., Пискунов М. Е., Ямбаев X. К., Шторм В. В. и другие.

Выполнение геодезических измерений необходимо производить при строительстве и эксплуатации инженерных сооружений и оборудования различного назначения. Поэтому на основании существующих способов и средств геодезических измерений необходимо разрабатывать методики производства геодезических работ для обеспечения строительства, монтажа и эксплуатации инженерных сооружений и оборудования. К таким ответственным инженерным сооружениям относятся сооружения и оборудование ГЭС: плотина, шлюзы и гидроагрегаты. В последние годы возникла необходимость проведения реконструкции сооружений и оборудования ГЭС, в первую очередь глубоководных шлюзов и гидроагрегатов. В связи с этим совершенствование существующих и разработка новых методик геодезических измерений для мониторинга технического состояния сооружений и гидроагрегатов ГЭС для выполнения работ по их реконструкции является актуальной научно-технической задачей.

Цель работы. Целью данной работы является разработка и совершенствование методик геодезических измерений для определения деформаций гидротехнических сооружений, а также для определения геометрических параметров гидроагрегатов в процессе их реконструкции.

Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: а) произвести анализ существующих способов, средств и методик определения деформаций инженерных сооружений и оборудования ГЭСб) разработать методику повышения точности определения взаимного положения исходных пунктов плановых сетей ГЭС, создаваемых с применением глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) — в) разработать методику определения ошибки измерений горизонтальных смещений сооружений ГЭС спутниковыми геодезическими приёмникамиг) выполнить исследования по совершенствованию методики выполнения геодезических измерений для определения деформационного состояния глубоководного однокамерного шлюза Усть-Каменогорской ГЭСд) разработать методику определения геометрических параметров частей гидроагрегатов Новосибирской ГЭС при их реконструкцииж) провести апробацию предложенных методик на объектах гидроэнергетики.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются деформации гидротехнических сооружений и оборудования. Предметом исследования являются методики определения деформаций инженерных сооружений и геометрических параметров гидроагрегатов.

Методика исследований включает в себя использование теории вероятностей и статистической обработки результатов измерений, а также теории ошибок измерений и анализа результатов лабораторных и производственных измерений. В качестве программного обеспечения использовался программные продукты CREDO DAT, Microsoft Office Excel, Trimble Geomatics Office.

На защиту выносятся следующие основные результаты:

— методика повышения точности определения взаимного положения исходных пунктов в сети на основе применения «кустового» метода проектирова7 ния плановой сети ГЭС;

— методика определения ошибки измерений горизонтальных смещений спутниковыми приёмниками, основанная на измерении заданных приращений длин линий непосредственно на объекте работ;

— методика определения деформаций стенок шлюзовой камеры глубоководного шлюза Усть-Каменогорской ГЭС на основе создания локальной опорной сети с расположением пунктов по верху и по дну камеры шлюза;

— методика производства высокоточных геодезических работ для определения геометрических параметров гидроагрегатов при их реконструкции, позволяющая определять взаимное положение геометрических центров частей гидроагрегата.

Научная новизна диссертации заключается в следующем:

— разработана методика повышения точности определения взаимного положения исходных пунктов в сети на основе применения «кустового» метода проектирования плановой сети ГЭС;

— разработана методика определения ошибки измерений горизонтальных смещений с применением ГНСС, основанная на измерении заданных приращений длин линий непосредственно на объекте работ;

— усовершенствована методика определения деформаций стенок шлюзовой камеры глубоководного шлюза Усть-Каменогорской ГЭС на основе создания локальной опорной сети с расположением пунктов по верху и дну камеры шлюза;

— разработана методика производства высокоточных геодезических работ для определения геометрических параметров гидроагрегатов при их реконструкции, позволяющая определять взаимное положение геометрических центров частей гидроагрегата.

Научная значимость работы:

— разработана методика по повышению точности определения взаимного положения исходных пунктов в сети и определению ошибки измерений горизонтальных смещений с применением ГНСС;

— усовершенствована методика геодезических измерений для определения деформаций однокамерного глубоководного шлюза Усть-Каменогорской ГЭС;

— разработана методика геодезических измерений для определения геометрических параметров гидроагрегатов при их реконструкции.

Практическая значимость работы:

— разработанные методики повышения точности определения взаимного положения исходных пунктов в сети и определению ошибки измерений горизонтальных смещений с применением ГНСС позволяют повысить точность определения координат опорных пунктов;

— усовершенствованная методика геодезических измерений для определения деформаций глубоководного однокамерного шлюза Усть-Каменогорской ГЭС позволяет с необходимой точностью и оперативностью получать его абсолютные и относительные деформации;

— разработанная методика производства геодезических измерений для определения геометрических параметров гидроагрегатов применена при реконструкции гидроагрегата № 2 Новосибирской ГЭС.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Тематика диссертации соответствует паспорту научной специальности 25.00.32 — «Геодезия», разработанному экспертным советом ВАК Минобрнауки РФ, по соответствующим позициям:

— № 5 — «Методы, технические средства и технологии геодезического обеспечения строительно-монтажных, кадастровых, землеустроительных, про-ектно-изыскательских, маркшейдерских, геолого-разведочных и лесоустроительных работосвоения шельфамонтажа, юстировки и эксплуатации технологического оборудования»;

— № 6 — «Геодезическое обеспечение изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации крупных инженерных комплексов, в том числе гидротехнических сооружений, атомных и тепловых электростанций, промышленных предприятий, линейных сооружений. Геодезический контроль ведения технического надзора при строительстве и эксплуатации нефтегазодобывающих комплексов».

Апробаг{ия и реализация результатов исследований. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:

— на VI Международном научном конгрессе «ГЕО-Сибирь-2010» (г. Новосибирск, 19−23 апреля 2010 г.);

— на VII Международном научном конгрессе «ГЕО-Сибирь-2011» (г. Новосибирск, 27−29 апреля 2011 г.);

— на VIII Международном научном конгрессе «Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012» (г. Новосибирск, 10−20 апреля 2012 г.).

Разработанные методики реализованы при выполнении работ в рамках хоздоговорных НИР:

— «Определение осадок и деформаций шлюза Усть-Каменогорской ГЭС» (договор № 1559−2008 от 17.05.2008);

— «Техническое обследование ГТС с выдачей экспертного заключения по определению осадок и горизонтальных смещений» (договор № 16-НИР-2010 от 12.10.2010);

— «Определение геометрических параметров и деформаций гидроагрегатов» (договор № 2012;35/1938;12 от 21.03.2012), в учебном процессе ФГБОУ ВПО «СГГА».

Работа выполнялась в ходе госбюджетной НИР «Совершенствование технологии геодезических измерений для обеспечения эксплуатации гидротехнических сооружений» (тема № 6.30.374- научное направление 4: геодезическое обеспечение нефтегазодобывающих комплексов, энергетических объектов. 36.23).

Публикации по теме диссертации. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 статей, из них 5 выполнены в соавторстве, две статьи опубликованы в рецензируемом научном издании.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, содержит 165 страниц машинописного текста, включает 9 таблиц, 43 рисунка, 92 источника использованной литературы, из них 5 на иностранном языке.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате выполненных исследований получены следующие результаты:

— проведённый анализ современного состояния способов, устройств и технологий определения осадок и деформаций инженерных сооружений и оборудования показал, что имеется необходимость в разработке методик геодезических измерений с целью повышения точности определения деформаций сооружений ГЭС, а также определения геометрических параметров гидрогенераторов;

— разработана методика повышения точности определения взаимного положения исходных пунктов сети на основе применения «кустового» метода проектирования сети, позволяющая определять взаимное положение исходных пунктов с ошибкой не более 1 мм;

— разработана методика определения ошибки измерений горизонтальных смещений спутниковыми приёмниками, основанная на измерении заданных приращений длин линий непосредственно на объекте работ, которая позволяет определять интервалы времени, обеспечивающие максимальную точность для измеряемых длин линий;

— усовершенствована методика определения деформаций стенок шлюзовой камеры глубоководного шлюза Усть-Каменогорской ГЭС, основанная на создании локальной опорной сети с расположением пунктов по верху и на дне камеры шлюза, что позволяет определить изменение геометрических параметров стенок шлюза с ошибкой не более 2,0 мм;

— разработана методика производства геодезических работ для определения геометрических параметров гидроагрегатов при их реконструкции, позволяющая определять взаимное положение частей гидроагрегата с необходимой точностью;

— разработанные методики выполнения геодезических измерений применяются при проведении соответствующих работ на Усть-Каменогорской ГЭС и Новосибирской ГЭС при определении деформационного состояния плотин, шлюза, а также геометрических параметров гидрогенератора.