Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


Топографо-геодезические работы на изысканиях новых железных дорог

В состав полевых топографо-геодезических изыскательских работ входят: прокладка магистральных ходов по предварительно камерально протрассированным конкурентоспособным вариантам, образующих опорную планово-высотную съемочную геодезическую сеть, съемка полосы местности вдоль магистральных ходов, нивелирование, вынос и закрепление окончательной трассы на местности.

Прокладка магистральных ходов. Магистральный ход представляет собой замкнутый полигон или висячий ход, являющиеся геодезической основой

всех крупномасштабных съемок (трассы, площадок раздельных пунктов, искусственных сооружений) Магистральный ход прокладывается на местности близко к положению трассы, определившейся при камеральном трассировании по картам и планам, как правило, на расстоянии не более 300 м от трассы В тех случаях, когда трасса проектируется у подножия скальных прижимов, магистральный ход прокладывают на противоположном берегу реки

К основным работам при прокладке магистрального хода относятся вешение магистрали, измерение углов поворота и длин линий между стоянками теодолита, определение отметок характерных точек, привязочные теодолитные и нивелирные ходы к пунктам и реперам государственной геодезической сети В прежние годы при редкой сети таких пунктов, а иногда даже полном ее отсутствии, периодическое определение истинного азимута, которым контролируется точность прокладки магистрального хода, приходилось выполнять по Солнцу или звездам с помощью обычных геодезических приборов

С начала последнего десятилетия прошедшего века для прокладки магистральных ходов стали использовать космические навигационные системы В 1980-х годах в США была создана система Navstar GPS (Global Positioning System), а в России примерно в то же время — система ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система) В 1990-х годах обе эти системы были открыты для гражданского применения

В указанных навигационных системах используются 24 искусственных спутника земли, обращающихся на трех (в системе ГЛОНАСС) или шести (в GPS) орбитах высотой около 20 тыс км В любой точке земли в любое время обеспечивается радиоконтакт не менее чем с четырьмя спутниками Основа спутникового метода позиционирования (определения положения точек на земле) состоит в измерении расстояния между спутниками и приемником, которое определяется по времени прохождения радиосигнала между ними Положение пункта нахождения приемника определяется плановыми координатами с точностью 10-20 мм плюс 1 мм на 1 км расстояния между опорным и определяемым пунктами [32] Одновременно, хотя и с несколько меньшей точностью, определяется отметка пункта, что позволяет в ряде случаев отказаться от традиционного нивелирования

При прокладке на местности магистрального хода традиционным способом горизонтальные углы измеряют теодолитом, расстояния — свето- дальномерами или (в настоящее время все реже) мерной стальной лентой Превышения для определения отметок определяют двойным геометрическим нивелированием (второй нивелир служит для контроля) или посредством измерения теодолитом вертикального угла (такое измерение выполняется дважды — вперед и назад)

Удобны в полевых условиях компактные облегченные светодальномеры Японским электронным дальномером REDmini3 массой всего 520 г можно определять наклонные расстояния, горизонтальные проложения и превышения между точками Измерения возможны на расстояниях до 900 м при однопризменном отражателе и до 1200 м при трехпризменном Дальномер может быть установлен на теодолиты российского производства, что позволяет определять как углы, так и расстояния

Одновременно с прокладкой магистрального хода в пикетажном журнале зарисовывают ситуацию полосы местности вдоль трассы, отмечают пересечения дорог, линий электропередачи и связи (дают их характеристику), “привязывают” реперы

В результате измерений устанавливают и распределяют угловую и линейную невязки и вычисляют координаты стоянок магистрального хода. Затем стоянки магистрального хода наносят на план (планшеты) и указывают отметки каждой из них.

Весьма эффективно при прокладке магистральных ходов могут быть использованы электронные тахеометры, соединившие в себе электронный теодолит, светодальномер и микроЭВМ. Этими приборами измеряют горизонтальный и вертикальный утлы, наклонное расстояние и горизонтальное проложение, превышения и высоты, приращения координат и сами координаты. Результаты измерений могут быть записаны в модуль оперативной памяти. В японских электронных тахеометрах SET 300 или SET 500 результаты измерений высвечиваются на дисплее (рис. 8.1), к инструменту может быть подключен персональный компьютер или принтер.

Съемка полосы местности вдоль магистрального хода. Планово-высотная съемка с магистрального хода должна охватывать полосу, в которой пройдет будущая трасса, шириной, достаточной для варьирования (обычно до 100—200 м в каждую сторону от намечаемого положения трассы). В зависимости от протяженности и условий прокладки проектируемой трассы применяются тахеометрическая съемка, нивелирование поверхности, наземный фототопографический, стереотопографический, аэрофотосъемоч- ный и другие методы вплоть до использования спутниковой геодезической аппаратуры. При этом съемку таких линейных объектов большой протяженности, как магистральные железные дороги, рекомендуется, как правило, вести аэрофототопографическим методом, а наземную топосъемку производить в тех случаях, когда применение аэрофотосъемки экономически нецелесообразно, по каким-либо причинам невозможно или не обеспечи-вает достаточную для трассирования точность плановых материалов.

Наиболее распространенный вид наземной съемки планов на железнодорожных изысканиях — тахеометрическая съемка. Тахеометрическую съемку выполняют со стоянок магистрального хода и при необходимости — с коротких теодолитных ходов, опирающихся на магистральный ход (рис. 8.2). Съемку можно осуществлять с пунктов (точек) съемочного обоснования — стоянок инструмента, пикетов и плюсовых точек магистрального хода как “поперечниками” (рис. 8.3), так и методом обычной площадной съемки. Густота реечных точек зависит от масштаба съемки, сложности рельефа и контуров местности. В обычных условиях расстояния между точками не должны превышать 2 см на плане.

Для равнинной местности обычно принимается масштаб 1:5000. В сложных топографических условиях масштаб более крупный — 1:2000 и 1:1000. Рельеф и ситуацию целесообразно снимать современными тахеометрами-автоматами или электронными тахеометрами. Отечественный электронно-оптический тахеометр Та5 представляет собой шкаловый теодолит с самоустанавливающимся индексом вертикального круга, снабженный светодальномером и вычислителем на микропроцессо-рах. Показания с лимбов снимаются визуально и вносятся в вычислитель с помощью клавиатуры наборного поля. Результат измерения расстояния вводится в вычислитель автоматически. В соответствии с заданной программой вычислитель решает задачу и выдает на цифровом табло результаты измерения горизонтального проложения, превышения, приращений прямоугольных координат и зенитного расстояния с учетом поправки за место зенита. Результаты измерений и вычислений могут быть автоматически переданы на внешнее регистрирующее устройство — накопитель информации для последующей обработки на ЭВМ.

В горных условиях на участках труднодоступных скальных прижимов и крутых косогоров при большой относительной разности высот и в не очень залесенной местности эффективна стереофототеодолитная съемка фототеодолитом (комбинация специального фотоаппарата с теодолитом). Она выполняется со стоянок магистрального хода или с базиса, разбиваемого вдоль снимаемого прижима (косогора) и опирающегося на магистральный ход. Последующая обработка стереофотоснимков на стереоизмерительных приборах позволяет определить координаты любой точки местности, высотные отметки и получить стереоскопическую модель местности или то-пографический план.

Результаты тахеометрической съемки (реечные точки) наносят на планшеты, где уже изображен магистральный ход. По отметкам реечных точек на планшетах вычерчивают горизонтали, наносят элементы ситуации по данным пикетажных журналов и по полученным крупномасштабным планам выполняют камерально трассирование одного или нескольких вариантов с подвариантами. После сравнения вариантов, рассмотрения и утверждения выбранного варианта его трассу укладывают затем на местности и закрепляют соответствующими геодезическими знаками для последующей передачи заказчику и строителям.

Вынос и закрепление трассы на местности. Для выноса на местность трассы, проложенной на планшетах, производят расчет плана с вычислением координат вершин углов поворота трассы и привязкой к пунктам государственной (опорной) геодезической сети. Основой для полевой разбивки трассы являются закрепленные на местности стоянки магистрального хода. Наметив на планшете исходную точку трассы (как правило, вер-шину угла поворота), фиксируют ее положение на плане относительно ближайшей стоянки магистрального хода: определяют угол и расстояние, которое нужно отложить на местности, чтобы получить исходную точку уже в натуре. Одновременно вычисляют угол, определяющий положение первого прямолинейного отрезка трассы, конец которого становится вершиной следующего угла поворота, и т. д. Эти данные позволяют осуществить прокладку окончательной трассы в поле. Периодические привязки трассы к стоянкам магистрального хода образуют замкнутый полигон (магистральный ход — привязка — трасса — привязка — магистральный ход), что позволяет увязывать координаты этого полигона.?

В процессе прокладки трассы ведется пикетаж, который включает в себя промер линии, фиксирование пикетов, всех точек, характерных по рельефу (плюсовые точки), вершин углов поворота. В пикетажном журнале (рис. 8.4) в масштабе 1:2000 зарисовывают с необходимыми промерами ситуацию местности на расстоянии 100 м в каждую сторону от оси трассы, пересечения всех коммуникаций, водотоков, угодья, по которым проходит трасса, с описанием их характеристик, реперы с указанием их номера, расстояния до трассы, типа и материала. Отмечают также населенные пункты с указанием их местоположения относительно трассы. В пикетажном журнале фиксируют главные точки кривых.

Разбивку кривых по окончательной трассе осуществляют, как правило, с использованием специальных таблиц, в пояснениях к которым указан порядок и примеры пользования ими. Наиболее простым способом разбивки кривых, обеспечивающим достаточную точность, является разбивка методом прямоугольных координат. При этом точки оси пути выносят от тангенсов под прямым углом на величину смещений, определяемых по таблицам. В стесненных условиях, когда разбивка кривых методом прямоугольных координат затруднена, например, в застроенной местности, может быть применен способ разбивки кривых засечками теодолитом, установленным в точке начала (конца) кривой.

Высоты точек при прокладке окончательной трассы на местности определяют двойным геометрическим нивелированием по оси пути с разбитыми кривыми. Первым нивелиром устанавливают отметки всех точек трассы, вторым осуществляют контроль по связующим точкам. Нивелирование участков трассы должно начинаться и заканчиваться на реперах или марках государственной или ведомственной сети.

Камеральную обработку материалов полевых работ ведут, как правило, в конце каждого рабочего дня. При этом подсчитывают координаты вершин углов поворота трассы и привязкой к магистральному ходу проверяют правильность линейных и угловых измерений, вычисляют и увязывают отметки пикетов и всех плюсовых точек по результатам продольного нивелирования, вычерчивают линию земли продольного профиля трассы и наносят проектную линию. Если полученный продольный профиль проектируемой линии удовлетворяет всем техническим и экономическим требованиям, то на следующий день осуществляют дальнейшую прокладку трассы. В случае, если полученное решение не удовлетворяет предъявляемым к профилю требованиям и необходимо смещение трассы на местности, приходится сразу же камерально рассчитать и перетрассировать по планам неудачный участок, после чего произвести его перебивку в поле.

Закрепление трассы на местности должно обеспечить долговременное сохранение установленных знаков с тем, чтобы в процессе строительства и при сдаче дороги в эксплуатацию можно было инструментально проверить соответствие выполненных строительных работ проекту.

Угол поворота трассы (магистрального хода) закрепляют “точкой” (колышком), забиваемой в уровень с землей, и угловым столбом, устанавливаемым с внешней стороны угла поворота по направлению продолжения биссектрисы на расстоянии 6070 см от угловой “точки” (рис. 8.5). В лесу в качестве угловых столбов могут быть использованы удобно расположенные пни деревьев.

Створными столбами (рис. 8.6) закрепляют ось трассы на прямых большой протяженности, а также переходы рек, путепроводы и тоннельные пересечения. В пределах прямых створные столбы устанавливают не реже чем через 1000 м.

В обжитых и безлесных районах рекомендуется применять бетонные столбы.

Пикеты и плюсы закрепляют по оси трассы “точками” и сторожками (рис. 8.7), дублируя пикеты на тангенсах угла поворота. Сторожок забивают на расстоянии 15—20 см от “точки” вперед по ходу пикетажа, надпись на сторожке обращают в сторону точки. Кривые закрепляют “точками” через 20 м, а кривые малых радиусов — через 10 м. Закрепляют также начало и конец переходных кривых и середину круговой кривой.

Временные реперы устанавливают вне границ будущих земляных работ через 2 км, а также вблизи переходов через крупные водотоки. Временным репером обычно служит просмоленный или обожженный на костре деревянный столб с крестообразной перекладиной в нижней части, который закапывают в землю ниже глубины промерзания (рис. 8.8,а). В лесистой местности, и особенно в районах вечной мерзлоты, в качестве временных реперов вместо столбов лучше использовать крепкие пни срубленных де-ревьев, соответственно оформив верхнюю часть пня (рис. 8.8,6).

Если в районе изысканий отсутствуют постоянные нивелирные знаки, то при окончательной разбивке трассы кроме временных реперов устанавливают постоянные реперы не реже чем через 50 км. Их размещают в пунктах расположения крупных станций, больших мостов, тоннелей в соответствии с требованиями, предъявляемыми инструкциями к постоянным опорным знакам для нивелирования III и IV классов.

При восстановлении линии под строительство осуществляют предпо- строечное закрепление трассы выносками осевых точек. Выносные столбы и колья (рис. 8.9) размещают на таком расстоянии от оси трассы, чтобы они не были снесены во время производства земляных работ. На прямых участках ось пути закрепляют на четных пикетах так называемыми створными столбами, размещаемыми преимущественно с нагорной стороны в створе, перпендикулярном оси трассы. В пределах кривой закрепляют вершину угла поворота, начало и конец переходных кривых, а также четные пикеты (рис. 8.10). Если вершина угла поворота находится на близком расстоянии от земляного полотна и угловой столб может оказаться в зоне строительных работ, то точку вершины угла закрепляют двумя пересекающимися створами из четырех выносных столбов, располагаемых на продолжениях прямых участков трассы (рис. 8.11, а). При малых углах поворота закрепление целесообразно осуществлять створами, удобно ориентированными на местности (рис. 8.11, б). Угол между такими створами принимают близким к 90°. Этот угол, а также углы между створными линиями и прямыми участками трассы, измеряют теодолитом.

Схемы закрепления трассы заносят в специальный полевой журнал, по материалам которого составляется план-схема закрепления трассы, передаваемая заказчику в составе рабочей документации.

Привязка трассы к пунктам государственной геодезической сети. При инженерных изысканиях для линейного строительства магистральные ходы съемочной геодезической сети привязывают в планово-высотном отношении к пунктам государственной или опорной геодезической сети (триангуляции или полигонометрии) не реже чем через 30 км.

Магистральный ход или трассу привязывают к опорным пунктам способом засечек этих пунктов или прокладкой к ним геодезических ходов. Иногда привязочный ход заменяется построением цепи треугольников (малая триангуляция). Точность геодезических измерений по привязочно- му ходу должна быть не менее точности измерений по магистральному ходу или трассе. К постоянным нивелирным знакам привязку выполняют проложением нивелирного хода по башмакам от ближайшего репера на трассе к постоянному нивелирному знаку.

Привязку окончательной трассы к геодезическим пунктам можно осуществлять аналогично привязке магистральных ходов также используя глобальные спутниковые системы.

Изыскания и проектирование железных дорог. — М.: ИКЦ «Академкнига», 2003. - 288 с..

Экспертиза

на главную