Учебники и пособия / Подшивалов В. П. Инженерная геодезия

ка зеркала воды и определяется соответствующая граница вероятной зоны затопления. Оцениваются компромиссные соотношения между мощностью гидроэлектростанции и показателями экономических потерь от вывода из хозяйственного оборота соответствующих земель.

Для составления технического проекта относительно крупной гидроэлектростанции помимо материалов геологических

идругих изысканий необходимы и геодезические данные в виде топографических планов планируемой строительной площадки в масштабах 1 : 1000; 1 : 2000 или 1 : 5000 с высотой сечения рельефа 0,5 или 1 м. По таким планам рассматриваются варианты размещения плотины. Выбранную ось (створ) плотины выносят на местность, разбивают на ней пикетаж и нивелируют пикетные точки.

После выбора оси (створа) плотины создается плановая и высотная геодезическая сеть гидроузла с точностью, удовлетворяющей допускам на погрешности выноса в натуру основных осей гидротехнических сооружений (плотины, шлюзов, трубопроводов, отводящего канала и др.). Относительно пунктов такой сети производится топографическая съемка территории будущего строительства в масштабе 1 : 1000 или 1 : 2000 с высотой сечения рельефа 0,5 или 1 м. Полученные планы служат основой для составления генерального плана сооружений.

Проектную ось (створ) плотины, других гидротехнических сооружений выносят в натуру и закрепляют постоянными знаками, подлежащими защите от смещений и повреждений. Вдоль каждой вынесенной оси производится нивелирование по пикетажу. Соответствующие профили предназначены для использования при разработке рабочих чертежей.

Для всей территории будущего водохранилища должна быть выполнена топографическая съемка масштаба 1 : 10 000, а для участков инженерной защиты, населенных пунктов вблизи будущих берегов – топографическая съемка в масштабах 1 : 500–1 : 2000 с высотой сечения рельефа 0,5 м. Планововысотное обоснование топографических съемок может создаваться методами триангуляции, полигонометрии, теодолитными ходами, спутниковыми (см. п. 1.6). Фототопографическая

исканерная съемки (см. п. 7.8) реки и зоны будущего водохранилища в крупных масштабах (1 : 500–1 : 5000) обеспечивают наиболее полное отображение земной поверхности на территории всех видов изысканий для отображения на бумажных носителях и в виде цифровых моделей местности (см. п. 7.9).

412

Топографо-геодезическое обеспечение гидрологических и инженерно-геологических работ. Гидрологические иссле-

дования выполняются для достоверного определения продольного профиля водотока. Методами геометрического нивелирования обеспечивается высотная привязка пунктов съемки поверхности реки, расположенных через 1–3 км, и свай водомерных постов. Для этого вдоль реки на незатопляемых местах в устойчивых грунтах закладывают постоянные реперы через 1,5–3 км, в том числе при водомерных постах. Класс магистрального нивелирного хода определяется длиной реки и величиной уклона водотока: при уклоне 5 см на 1 км (река Припять) применяется нивелирование II класса. Для участков реки длиной 100–200 км при уклонах от 15 см и более на 1 км достаточна точность нивелирования III класса с учетом промежуточных привязок участков магистрального хода к ближайшим реперам государственной нивелирной сети II и III классов. Отметки H прибрежных реперов в середине нивелирного хода должны определяться с погрешностью

где mh – средняя квадратическая погрешность измерения превышения на станции; L – длина нивелирного хода между исходными реперами, км.

В случае нивелирования III класса mh = 10 мм, тогда при L = 30 км находим mH = ± 27 мм.

При рассмотрении проекта спутникового нивелирования следует учитывать, что погрешность спутникового определения высотных координат точек в 2 раза больше погрешностей определения плановых координат точек, указанных в табл. 1.4. Соответственно в режиме «статика» отметки реперов и других высотных точек определяются при постобработке с погрешностью в миллиметрах:

Для расстояний D ровера от базового пункта в 1, 10, и 20 км определяем следующие значения mH: ≈ 10; 30 и 60 мм. Следовательно, при согласовании точности спутниковых высотных определений с точностью нивелирования III класса следует ограничивать расстояния ровера от базового пункта до 10 км. Вдоль реки спутниковые базовые пункты следует размещать над пунктами государственной геодезической опоры прибли-

413

зительно через 15–20 км, а ровер перемещать относительно базового пункта не дальше 10 км в каждом направлении. С помощью спутниковых приборов эффективно снижаются затраты труда и времени на создание плановых и высотных опорных пунктов при производстве съемочных работ на реке.

При инженерно-геологической съемке производится высотная и плановая привязка буровых разведочных скважин и шурфов, точек геофизической разведки относительно ближайших пунктов обоснования топографической съемки при допустимой погрешности отметок до 10 см. Плановая привязка геологических разведочных точек может выполняться графически по крупномасштабным топографическим планам. При спутниковом способе привязки точек рассматриваемых съемок расстояния ровера от базовой станции могут быть увели-

чены до 40 км.

Нивелирование для составления продольного профиля уровня воды в реке. В назначенный единый момент времени t забивают колья вровень с поверхностью воды в характерных точках реки по всему участку изысканий, затем с помощью нивелира определяют отметки Нр верха кольев (отметки рабочих уровней водотока) относительно ближайших реперов. На водомерных постах № 2 и № 3 определяют отметки уровней воды Н2 и Н3. Если на момент времени t отметки уровней на водомерных постах понизились на h2 и h3, то отметки кольев (рабочих уровней Нп) приводят к единому моменту времени введением поправок, называемых срезками.

Приведенный (срезочный) уровень воды вычисляют по формуле

где l – расстояние между водомерными постами: вышележащим № 2 и нижележащим № 3; l3 – расстояние точки опреде-

ления уровня воды от водомерного поста № 3.

Промеры глубин. По поперечным створам реки промеры глубин выполняются для составления ее поперечных профилей, получения данных для расчета площади живого сечения водотока, проектирования плотины, мостовых переходов и других сооружений. При ширине реки 50–300 м расстояния между промерными профилями принимаются от 40 до 75 м, а расстояния между точками промера глубины от 3 до 5 м. Промерные створы намечают перпендикулярно к берегам реки и привязывают к пунктам съемочной геодезической сети объекта.

414

Рис. 10.1. Способы определения местоположения промерных точек в поперечном сечении реки:

а – относительно маркированного троса; б – прямой угловой засечкой; в – полярным

На реках шириной до 20–30 м для обозначения промерных точек можно натянуть маркированный трос между створными пунктами А и В (рис. 10.1, а). На реках шириной до 500 м координаты промерных точек на плавсредстве можно определять с помощью двух теодолитов прямой угловой засечкой визирной цели относительно базиса СR (рис. 10.1, б). Горизонтальные углы измеряют одновременно. Допускаются отклонения промерных точек от створа до 1–3 м, при этом плавсредство удерживается на продолжении створа СЕ посредством визуальных наблюдений вех С и Е. Между исполнителями работ на берегу и в промерном створе должен поддерживаться радиоконтакт.

При ширине реки до 150–170 м электронный тахеометр можно использовать в безотражательном режиме или со светоотражающей пленкой. На плавсредстве над промерным устройством устанавливают визирную цель в виде поворотной плоской пластины-светоотражателя размером около 100 × 100 мм, снабженной ориентирной трубкой. Положение промерных точек в створе ТР (рис. 10.1, в) определяют способом полярных координат: измеряют расстояния а, с, k, … от знака М до точек промера 1, 2, 3, … , а также дирекционные углы отрезков М–1, М–2, М–3. Допустимое отклонение точек от створа составляет 1–3 м. На реках шириной свыше 300–350 м положение промерных точек определяют относительно знаков створа с противоположных берегов до середины реки.

При глубинах до 5–6 м промеры производятся с помощью шестов-наметок, размеренных метровыми и дециметровыми делениями. Глубины до 20 м измеряют ручным лотом в виде

415

груза цилиндрической формы массой 4–5 кг на синтетическом или металлическом тросе, размеченном метровыми и дециме-

тровыми марками.

Определение по топографическому плану контура и объема водохранилища. В процессе выбора места строительства

плотины и определения уровня воды в водохранилище для каждого варианта производится камеральное определение границы затопления по имеющимся топографическим картам масштаба 1 : 2000 – 1 : 5000 с высотой сечения рельефа 0,5 или 1 м. На рис. 10.2 проектная отметка зеркала воды Нг у проектного створа АВ плотины равна 101,4 м. Прерывистая горизонталь Нг, равная 101,4 м, проведена между горизонталями с отметками 101 и 102 м и обозначает на плане проектную границу затопления.

Для предварительного определения объема водохранилища по плану с помощью полярного планиметра находят площади горизонтальных сечений Рi, ограниченные створом АВ и горизонталями, в нашем примере – площадь поверхности воды Рв в пределах горизонтали с отметкой Нг = 101,4 м; площадь Р1 – в пределах горизонтали Н1 = 101 м; площади Р2 (Н2 = 100 м) и Р3 (Н3 = 99 м). Объем каждого слоя воды между соседними секущими плоскостями вычисляется по формулам объема усеченной пирамиды, при этом высота верхнего слоя h1 между горизонталями 101,4 и 101 равна 0,4 м; высота остальных слоев hс равна 1 м, т.е. высоте сечения рельефа. Объем верхнего слоя определяется по формуле

Рис. 10.2. Определение по топографическому плану проектной границы затопления и объема водохранилища:

АВ – проектный створ плотины; Нг–Нг – проектная граница водохранилища; 101,4 м – проектная отметка зеркала воды у плотины

416

объем слоев между соседними горизонталями

приближенный объем нижней условной пирамиды с основанием, очерченным горизонталью 99 м, и высотой hп ≈ 99 –

– 98,2 ≈ 0,8 м

приближенный объем воды в русле реки длиной L в пределах проектного водохранилища при среднем живом сечении водотока площадью S

Погрешность результата может составить 3–5%.

Вынос в натуру проектного контура водохранилища.

Производится после принятия к исполнению окончательного проектного решения гидроузла. Вынос необходим для определения будущего фактического положения границ между водохранилищем и смежными землепользованиями и оформления соответствующих документов на землевладения. Искомый контур представляет постоянную проектную границу затопления, определяемую отметками нормального проектного уровня (НПУ) воды, найденными на основе гидравлических расчетов с учетом профиля кривой подпора движущейся воды в водохранилище. Точки НПУ обозначают в характерных местах постоянными и временными граничными знаками, пользуясь методами геометрического и тригонометрического нивелирования. Первый метод применяют на пологих склонах местности, второй – на крутых и пологих. Для контроля отметок опорных высотных точек можно использовать спутниковое нивелирование.

При методе геометрического нивелирования (рис. 10.3) от ближайшего репера вдоль проектного контура прокладывают поисковый нивелирный ход, который должен заканчиваться на другом ближайшем репере. Допускаются ходы, соответствующие по точности техническому нивелированию. В процессе

417

Рис. 10.3. Схема выноса в натуру граничных знаков проектного контура водохранилища методом геометрического нивелирования:

– искомая граница затопления; – исходные реперы;– станция нивелирного хода;– связующие нивелирного хода;– точки границы

затопления, закрепленные граничными знаками на местности

нивелирования вычисляются отметки связующих и промежуточных точек. На станциях, обеспечивающих вынос граничных знаков, например на Ст. 2 (см. рис. 10.3), действуют в такой последовательности:

•вычисляют горизонт прибора ГП2 = НС2 + а (где НС2 – отметка задней связующей точки С2; а – отсчет по задней рейке)

изначение b = ГП2 – Нв отсчета по рейке для поиска точек на поверхности земли с отметкой Нв контура водохранилища;

•переставляют рейку по земной поверхности и находят такие точки, например 1, 2, 3, 4, для которых отсчет по рейке бу-

дет близок к значению b при допустимом отклонении b, заданном проектом выполняемой работы. Точки закрепляют сначала кольями, затем граничными знаками.

Допустимое значение b определяется допустимыми отклонениями l граничных знаков в плане относительно про-

где v – угол наклона поверхности земли; tgv – ее уклон. Например, при l = ±1,5 м; v = 1,5° находим b = ±0,05 м.

На склонах с крутизной около 10° при l = ±1,5 м получаем b = ±0,26 м.

Аналогично на последующих нивелирных станциях определяют положение точек, отображающих граничную линию

418

будущего водохранилища (см. рис. 10.3). После примыкания поискового нивелирного хода к конечному реперу вычисляют фактическую невязку превышений fh, которая равна отклонению полученной по ходу отметки от исходной отметки этого репера, а допустимую невязку находят по формуле

где допустимые величины смещения l и уклона tg v должны быть заданы в проекте изысканий.

Рассматриваемый поиск эффективно выполняется с помощью цифровых нивелиров (см. п. 6.2), которые в автоматическом режиме фиксируют отсчеты по рейкам, а вычислительный модуль при прокладке нивелирного хода последовательно рассчитывает отметки связующих и поисковых точек с выдачей текущей числовой информации на дисплей и записью в карту памяти.

Тахеометрический метод поиска точек контура водохранилища выполняется с помощью электронного тахеометра с высокой точностью и более протяженными планово-высотными ходами (см. п. 7.4). По заданной программе процессор прибора рассчитывает плановые и высотные координаты вершин хода и поисковых точек. Допустимые расстояния от прибора до поисковых точек принимают до 0,5 км в зависимости от условий видимости.

По закрепленным граничным знакам прокладывают элек- тронно-тахеометрический или теодолитно-нивелирный ход и вычисляют их координаты, которые используются для юридического оформления границ между землепользованиями.

10.2. Геодезическая основа стройплощадки гидроузла, вынос в натуру главных осей сооружений

Понятие о специфике строительных работ при возведении гидроузла на равнинной реке. Железобетонную плоти-

ну и другие конструкции гидроэлектростанции возводят в котловане, осушенном и изолированном от водотока. Для этого устраивают временный обводной канал, а стройплощадку плотины ограждают насыпными перемычками 1 и 4 (рис. 10.4) и после осушения производят строительные работы по устройству основания гидротехнических сооружений и их возведе-

419