Учебники и пособия / Подшивалов В. П. Инженерная геодезия

Рис. 10.4. Пример общей схемы геодезической разбивочной основы во время строительства гидроузла:

М, Р и С, Т – базисы линейно-угловой геодезической сети; АВ – ось плотины; 1, 4 – насыпные перемычки (верховая и низовая, продольная); 2 – пункты разбивочной основы в котловане; 3 – плотина и здание ГЭС

нию. После завершения строительства материал перемычек расходуют на ликвидацию обводного канала, водохранилище наполняется со стороны верхнего бьефа, затем вода направляется через водопропускные устройства ГЭС в нижний бьеф гидроузла. Строительство плотины может осуществляться очередями. Например, для первой очереди строительства огораживают перемычками половину котлована, которую осушают, а водный поток пропускают через неперекрытую часть реки. Возводят плотину первой очереди. Затем устраивают котлован второй очереди строительства, его ограждают перемычками, а водный поток направляют через уже построенные водопропускные устройства плотины первой очереди. Все перечисленные работы выполняются после геодезического выноса в нату-

ру осей перемычек, плотины и других элементов гидроузла.

Допустимая погрешность выноса в натуру главной оси гидротехнического сооружения. Проектное положение на

местности главной оси гидротехнического сооружения определяют по топографическому плану масштаба 1 : 1000 или

420

1 : 2000, на который нанесены проектные контуры сооружения и его главные, основные и вспомогательные оси. Погрешность определения по плану координат точек главной оси АВ сооружения (рис. 10.4) может достигать 0,5 мм в масштабе плана и этим определяется погрешность перенесения проектной оси на местность, т.е. отклонение контура гидротехнического сооружения от проектного положения в плане. Но такое отклонение не влияет на внутреннюю геометрическую точность возведения объекта, задаваемую его внутренней геоде-

зической разбивочной сеткой.

Понятие о специальной опорной геодезической сети гидроузла, возводимого на равнинной реке. Для геодезическо-

го обеспечения внутренней геометрической точности строительства гидроузла создается специальная опорная линейноугловая геодезическая сеть, например по схеме рис. 10.4, основанной на базисных пунктах М, Р и С, Т, заложенных в противоположных коренных берегах реки. Такая сеть сгущается внутренними пунктами, при этом часть пунктов может временно закрепляться на перемычках, а на основе таких пунктов создается линейно-угловая разбивочная сеть непосредственно в котловане. На реках Беларуси максимальные длины сторон специальной линейно-угловой геодезической сети гидроузла близки к 1–1,5 км, относительная погрешность базисных сторон принимается как 1 / 150 000 – 1 / 200 000; относительная погрешность сторон триангуляции в слабом месте может достигать 1 / 25 000 – 1 / 50 000. Измерения всех ее углов и сторон выполняются с помощью электронных тахеометров, характеризующихся погрешностью измерения углов 1″, расстояний 2 мм + 2 ррm, т.е. ±4 мм на 1 км или в относительном выражении для базисных сторон D / D = 1 / 250 000. Такая сеть характеризуется высокой надежностью, ее утраченные пункты в котловане по мере необходимости быстро восстанавливаются линейно-угловыми измерениями.

Пункты сети закрепляют трубчатыми знаками с якорями. Осевые знаки могут быть изготовлены в виде тумбы высотой около 1,2 м, с устройством для точного центрирования теодолита или электронного тахеометра или же визирной цели.

Геодезическую сеть гидроузла рассчитывают как в государственной, так и в строительной системе координат. В последней системе начало прямоугольных координат принимают в юго-западном углу стройплощадки, ось абсцисс ориентиру-

421

ют параллельно главной оси ВА плотины. Для устранения поправок в длины линий за счет их проецирования на поверхность геоида (на «уровень моря») поверхность относимости на стройплощадке совмещают со средней отметкой плотины.

Вынос знаков А и В главной оси гидроузла производят относительно базисных пунктов М, Р и С, Т с помощью электронного тахеометра полярным способом. Расхождение между двумя результатами выноса точки допускается до 3–5 мм. Закрепленные на местности знаки А и В включаются в опор-

ную геодезическую сеть.

Геодезическая разбивочная сетка котлована. Помимо главной оси гидроузла на перемычки и в котлован выносят главные оси отдельных сооружений: продольные оси бетонной или земляной плотины, выносят временные знаки оси П1–П1 верховой перемычки, знаки оси П2–П2 низовой перемычки (рис. 10.5) и определяют их координаты. После доведе-

422

ния дна осушенного котлована до проектной отметки пункты осевой сетки выносят в котлован вдоль соответствующих створов с помощью электронного тахеометра, закрепляют вершины сетки временными знаками, определяют их отметки и производят исполнительную съемку основания под будущим сооружением. Требования к точности выноса осей отдельных сооружений приведены в табл. 10.1.

Таблица 10.1

Примеры норм точности линейных и угловых измерений при выносе в натуру осей гидротехнических сооружений

Для выполнения требований к точности выноса в натуру комплекса внутренних осей гидротехнического сооружения производится аналитическая подготовка проекта разбивочных работ: вычисляются проектные координаты осевых точек элементов сооружения в плане, составляется проект выноса осей в натуру (способы выноса рассмотрены в п. 8.8).

423

Рис.10.6. Дополнительное створное закрепление контурных пунктов разбивочной сетки котлована по створу П1–П1:

1, 2, 2+25, 3 – осевые пункты; С1–С4, С2–С3, …, С9–С10 – пункты створных засечек; е и а – измеренные расстояния привязки

Высотная основа строительства гидроузла создается на основе сети реперов нивелирования II класса, которая сгущается реперами нивелирования III и IV классов и также технического нивелирования. Реперы II класса должны быть закреплены устойчивыми знаками в стороне нижнего бьефа не ближе 0,5 км к плотине, т.е. вне зоны осадочных деформаций горных пород, возникающих по мере увеличения массы плотины и наполнения водохранилища.

Перенесение в натуру временных угловых и промежуточных точек земляных перемычек в процессе их возведения производится различными способами с помощью электронного тахеометра или теодолита и мерной ленты. По окончании устройства перемычек и осушения котлована на перемычках при необходимости закрепляют дополнительные точки разбивочной сетки котлована устойчивыми знаками на время существования перемычек. Проект такой сетки разрабатывается на генплане стройплощадки, рассчитываются координаты пунктов сетки. Вынос пунктов сетки производится на верх перемычек с помощью электронного тахеометра вдоль створов П1–П1 и П2–П2, а также продольного створа П3–П3. Вынесенные пункты сетки закрепляют устойчивыми временными знаками, затем проверяют точность контура сетки: горизонтальные углы между сторонами сетки не должны отличаться от 180° или 90° свыше 10–20″, длины сторон – свыше 10–20 мм. Для восстановления пунктов сетки в случае их утраты предусматривают их дополнительное створное закрепление по схемам, показанным на рис. 10.6. Отметки створных знаков определяют нивелированием IV класса или техническим нивелированием.

424

10.3.Геодезические работы при возведении ГЭС, монтаже гидротехнических агрегатов

и наблюдениях за деформациями сооружений

Геодезические работы при устройстве наружных и внутренних элементов бетонной плотины. Внутри плотины раз-

мещаются машинный зал, камеры для водяных турбин, водопропускные устройства с затворами, тоннели и галереи для контроля за состоянием тела плотины и показателями фильтрации воды. Со стороны верхнего бьефа предусматриваются защитные решетки для остановки и сбора плавающего мусора. Со стороны нижнего бьефа устраиваются водобойные сооружения, защищающие горные породы дна реки от вымывания. С целью сохранения рыбных ресурсов и путей их миграции должны создаваться эффективные рыбопропускные устройства при плотине, учитывающие инстинктивное движение рыбы при преодолении препятствий – рыба движется в стрежневых струях водотока.

Геодезические разбивочные работы при устройстве названных и других строительных конструкций гидросооружения, например выносе осей оборудования в машинном зале ГЭС, водопропускных агрегатов, автомобильного моста на плотине, производят створным или полярным способом с помощью электронного тахеометра относительно знаков А и В главной оси или от ближайших пунктов опорной геодезической сети, строительной геодезической сетки. Измерения выполняются с точностью, обеспечивающей соблюдение допусков на геометрические отклонения бетонных сооружений от проектных размеров и формы в среднем до ±5–15 мм (см. табл. 8.2, примеры 5–16), или с точностью, установленной в проекте производства геодезических работ (ППГР).

При устройстве вертикальных поверхностей внутри плотины и в помещениях ГЭС высотой до 3 м пользуются нитяными отвесами. Передачу осевых и разбивочных точек по вертикали производят оптическими или лазерными приборами от-

весного проецирования с погрешностями до 1–5 мм (см. п. 8.5).

Геодезические работы при монтаже гидротехнических энергоагрегатов. Гидротехнические энергоагрегаты (гидро-

агрегаты) представляют собой геометрически высокоточное сопряжение гидротурбины и электрогенератора (рис. 10.7, а). Продольные оси ряда строительных элементов и вертикаль-

425

Рис. 10.7. Турбоагрегат (а) и схема разбивочных осей ряда турбоагрегатов (б):

1 – электрогенератор; 2 – гидротурбина; 3 – основная продольная ось ряда турбоагрегатов; 4 – монтажная ось; ZZ – вертикальная ось турбоагрегата; d – габаритный диаметр агрегата; l1, l2 – проектные расстояния между вертикальными осями турбоагрегатов

ные оси гидроагрегатов должны быть привязаны к сторонам строительной сетки или к линиям, им параллельным. Необходимо различать требования к точности выноса основных осей энергоагрегатов относительно разбивочных осей стройплощадки (допускаются погрешности до ±5–15 мм) и требования к взаимной точности монтажа узлов агрегата относительно его вынесенной оси. При монтаже ось турбоагрегата должна совпадать с вертикальной плоскостью осей подводящего канала со спиральной камерой для подачи воды на лопатки турбины, выпускного канала и др. Допустимые погрешности взаимного положения осей электрогенератора и водяной турбины не превышают 0,2–0,3 мм, перекосы сопрягаемых осей вращения не должны превышать 0,05–0,1 мм во избежание возникновения вибраций, приводящих к необходимости остановки энергоагрегата на наладку.

При монтаже энергоагрегатов в качестве опорных (базовых) линий используют монтажные оси (например, ось 4 на рис. 10.7, б), которые разбивают параллельно вынесенной оси монтируемых устройств и смещают от нее на расстояние, выбранное с учетом длительной сохранности осевых знаков, удобствам монтажных промеров от такой оси, возможностью дальнейшего использования знаков монтажной оси в процессе эксплуатации энергоагрегата для его выверки после профилактических остановок на ремонт или для наладки при необходимости снизить уровень вибраций, усилившийся вследствие неравномерных деформаций опорных элементов энергоагрегата, крена плотины.

426

Конструкция знаков на основной и монтажной осях должна обеспечивать принудительное центрирование теодолита, электронного тахеометра и визирных целей. Монтажные горизонтальные расстояния измеряются с помощью компарированных линейных мер с точностью до 0,1 – 0,2 мм и более высокой с помощью специальных линеек и штангенциркулей. Превышения между контрольными точками агрегата определяются высокоточным нивелиром в комплекте с прецизионной рейкой с погрешностью ±0,03–0,1 мм или с помощью гидростатического нивелира с погрешностью около ±0,01–0,03 мм.

По завершении каждого этапа строительных и монтажных операций составляется исполнительная документация на основе

соответствующих исполнительных съемок.

Наблюдения за смещениями и деформациями ГЭС. Наблюдения выполняются геодезическими методами как регламентные (обязательные) для наиболее крупных ГЭС вследствие особой значимости таких сооружений [16]. Основная цель таких наблюдений – охранная, она состоит в постоянном контроле устойчивости объекта и в своевременном выявлении признаков чрезмерных вертикальных и горизонтальных неравномерных смещений и деформаций плотины, здания ГЭС, фундаментов под гидроагрегатами, шлюзов и др. По величинам выявленных деформаций также проверяется достоверность научно-технических основ расчета таких объектов на устойчивость и прочность. Общие сведения о геодезических методах измерения осадки, горизонтальных перемещений, кре-

на и деформаций инженерных сооружений изложены в п. 8.13.

Мониторинг осадочных деформаций ГЭС, возводимых на сжимаемых грунтах, должен осуществляться с точностью, характеризующейся погрешностями не более ±2 мм для точек, наиболее удаленных от исходных реперов методом геометрического нивелирования I класса. Контроль осадки малых ГЭС выполняется с точностью нивелирования II или III класса. Исходные фундаментальные или глубинные реперы закладывают на обоих берегах реки ниже плотины крупной ГЭС на расстоянии около 0,5 км от нее. Реперы закладывают группами (кустами) по три единицы на расстоянии друг от друга до 20– 50 м, чтобы взаимный контроль их устойчивости осуществлялся с одной установки нивелира. Осадочные марки закладывают на плотине со стороны верхнего и нижнего бьефов, по обеим сторонам температурно-осадочных швов строительных

427

конструкций, в фундаментах (опорах) гидроагрегатов, на контрольных точках вдоль осей вращения сопряженных турбин и генераторов и в других точках, предусмотренных в ППГР.

Отметки исходных реперов левого и правого берегов должны быть определены относительно знаков государственной нивелирной сети.

Периодичность циклов наблюдений за осадкой устанавливается проектной организацией. Обычно первый цикл нивелирования выполняют после достижения нагрузки на фундаменты около 25% от полной массы сооружения, последующие циклы – при достижении нагрузки приблизительно до 40, 50, 60, 75 и 100%. В период наполнения водохранилища выполняют 2–3 цикла нивелирования, во время эксплуатации ГЭС – 2–3 раза в год.

В процессе эксплуатации гидроагрегатов и при их остановках на профилактическое обслуживание измеряют деформации фундаментов и величины взаимных перекосов турбин и электрогенераторов, при этом отметки деформационных марок должны определяться с погрешностями не более ±(0,1–0,15) мм

относительно марки на агрегате, принятой за исходную.

Мониторинг горизонтальных перемещений и деформаций плотины производится в процессе наполнения водохранилища и во время эксплуатации ГЭС способами, обоснованными для конкретной ситуации (см. п. 8.13, рис. 8.47), например створных наблюдений, относительно струны (в прямолинейных галереях плотины), способом малых углов, угловой засечки или же полярным с помощью электронного тахеометра с параметрами точности mβ ≤ |±1″|; mD ≤ |±(1 мм + 1 ррm)| (см. формулу (5.17)). На берегах устанавливаются опорные знаки, на сооружении в качестве деформационных знаков используются специальные визирные цели, постоянные или съемные светоотражатели.

Крен элементов плотины, других конструкций и гидроагрегатов определяют по результатам измерения неравномерности их осадки, а также механическими и электронными кренометрами, с помощью отвесов, а также комбинированием

различных методов (см. п. 8.13).

Спутниковый метод контроля смещений плотины и основных сооружений ГЭС по точности уступает рассмотренным выше геодезическим методам (см. п. 1.7), но его целесообразно использовать в качестве независимого средства мони-

428

торинга устойчивости плотины гидроузла, береговых и прибрежных горных пород, других объектов.

Данные последовательных циклов геодезического мониторинга отражают в отчетной документации с включением в нее таблиц и графиков величин смещений и деформаций плотины и других контролируемых конструкций ГЭС, с приведением результатов анализа их устойчивости.

10.4. Особенности геодезического обеспечения строительства атомных и тепловых электростанций

Общие сведения. Тепловые электростанции (ТЭС) работают преимущественно на каменноугольном, торфяном, газовом, древесном и других видах топлива, оказывают существенное отрицательное влияние на природную среду, при этом запасы названных источников энергии в разной степени ограничены. Атомные электростанции (АЭС) действуют на радиоактивных источниках ядерного топлива и должны быть оснащены особенно надежными средствами защиты персонала и природной среды от продуктов ядерного распада. В настоящее время находятся в разработке проекты строительства термоядерных энергетических установок, источниками энергии в которых являются нерадиоактивные виды топлива (дейтерий, литий, гелий-3). Нерадиоактивны также и продукты их распада. Но реализация таких проектов по технологическим причинам относится к отдаленной перспективе.

Современные АЭС и ТЭС различаются устройствами для выработки тепловой энергии, но в них используются многие принципиально сходные технические решения по преобразованию тепловой энергии в электрическую. Устройство для выработки тепловой энергии на ТЭС – это котел или блок котлов, в которых сжигается соответствующее органическое топливо, на АЭС – это ядерный реактор или блок реакторов с регулируемой интенсивностью ядерной реакции и тепловыделения.

В состав сооружений АЭС (рис. 10.8) входят:

• здание реактора, в котором размещаются реактор с урановым топливом и стержнями управления реакцией распада, парогенератор и компенсатор давления в первом контуре, в котором циркулирует теплоноситель, передающий тепловую энергию парогенератору второго контура;

429