2.5.3. Разбивка криволинейного тоннеля

Сложность разбивки криволинейного тоннеля зависит от вида запроектированной кривой. В тоннелях проектируют круговые и клотоидные кривые, которые в сочетании с вертикальными кривыми в пространстве могут представлять собой петлевые и спиральные кривые. При разбивке криволинейного тоннеля с простой круговой кривой (рис. 23) начальные направления оси входного портала устанавливают путем решения обратной геодезической задачи между координатами опорной точки этого входного портала и координатами вершины угла поворота.

Направление оси выходного портала устанавливают также решением обратной геодезической задачи между координатами опорной точки выходного портала и координатами той же вершины угла поворота. Для решения используют проектные координаты вершины угла, проектный радиус закругления и проектный угол поворота. По этим данным вычисляют элементы кривой тангенс, длину кривой и биссектрису (Т, К, Б), а также координаты начала, середины и конца кривой (см. рис. 23).

Разбивку входа в тоннель и выхода из тоннеля выполняют по методике аналогичной для прямолинейного тоннеля. Постоянно контролируют расстояние до забоя и отметки точек в забое проходки. При этом обратную геодезическую задачу решают между координатами опорной точки на входе в тоннель [A_(X,Y,H)] с точкой начала кривой [НК_(XYH)] и опорной точкой на выходе из тоннеля [B_(X,Y,H)] и точкой конца кривой [КК_(X,Y,H)]. Уклон линии от входа в тоннель до начала кривой, и уклон линии от выхода из тоннеля до конца кривой контролируют по соответствующим отметкам точек.

Рис. 23. К разбивке криволинейного тоннеля с круговой кривой

Для определения точки начала кривой (конца кривой) к этой точке прокладывают хода полигонометрии. Так как в тоннеле сильно снижена видимость в связи с запыленностью воздуха, стороны приходится принимать короткие 50 – 100 метров. При этом снижается точность передачи направления оси тоннеля. Поэтому прокладывают два хода (рабочий и контрольный). При завершении строительства прокладывают главный ход полигонометрии, который увязывают с наземной мостовой триангуляцией или полигонометрией. Длины сторон принимают как можно длиннее, в соответствии с фактической видимостью (запыленностью) в тоннеле. Стороны полигонометрии измеряют светодальномером с точностью не менее 1:10000, а измерения углов с точностью не менее 2. Хода полигонометрии в обязательном порядке уравнивают методами, принятыми в теории математической обработки геодезических измерений.

Рабочий ход полигонометрии прокладывают одновременно с проходкой тоннеля. При выполнении проходки на 200 – 400 метров работы прекращаются, и тоннель тщательно вентилируют. При возрастании видимости до 200 – 400 метров по заданному от опорной сети исходному направлению или по предыдущей стороне полигонометрии длиной не менее 200 метров или по максимальной длине линии в криволинейном тоннеле проверяют пройденный участок рабочего хода.

2.5.4. Методы разбивки кривых при строительстве тоннелей

1. Прямоугольных координат.

2. Полярных координат (способ углов).

3. Продолженных хорд.

4. Трех точек.

5. Описанного многоугольника.

6. Вписанного многоугольника.

Из перечисленных способов 1-й не может быть использован, в связи с необходимостью откладывать длинные расстояния и углы по направлениям хорд, что в стесненных условиях тоннеля не приемлемо. Для разбивки кривых в тоннеле применяют способы № 3, 4, 5, 6. Разберем подробно каждый.

Детальная разбивка кривых способом продолженных хорд.В зависимости от длины кривой проходку тоннеля выполняют по прямолинейному направлению дальше начала кривой (или конца кривой) на 10 – 20 метров. Способом продолженных хорд (рис. 24) кривые разбивают в следующей последовательности:

Точку А₀(см. рис. 24) устанавливают методом прямоугольных координат. Для этого вычисляют координатыx₀иy₀по формулам:

(40)

где К – длина кривой (шаг разбивки кривой) от начала кривой (НК) до точки А₀(см. рис. 24). Значение К = 10 – 20 метров. Принимают в зависимости от длины кривой;

R– радиус закругления;= 3,14159.

В

x₀

А₁

y₀

НК

b

А₀

d₁

d₂ = 2d₁

А₁

А

R

Рис. 24. Разбивка кривой способом продолженных хорд

От начала кривой (НК) по направлению продолжения прямой линии А – НК откладывают расстояние x₀и фиксируют точку В. Восстановив перпендикуляр из точки В откладывают расстояниеy₀и фиксируют точку А₀. Из точки начала кривой (НК) через точку А₀натягивают стальную рулетку и измеряют расстояниеd₁. Это расстояние удваиваютd₂= 2d₁и на продолжении линии НК – А₀фиксируют точку А₁. Расстояние между точками НК – А₁равноd₂= 2d₁. В точке А₁к линии НК – А₁восстанавливают перпендикуляр и откладывают его длину, вычисляемую по формуле:

, гдеd=d₁;R– радиус кривой. (41)

Проходку по кривой задают по направлению хорды А₀- А₁. И по мере ее выполнения приступают к разбивке точки А₂. Для этого начало рулетки переносят в точку А₀и рулетку натягивают через точку А₁, откладывая расстояниеd₂= 2d₁. Дальнейшие действия аналогичны работе выполняемой по определению и фиксированию точки А₁. При этом фиксируют точку А₂и задают проходку по направлению хорды А₁- А₂. Дальнейшую проходку и разбивку точек А₃, А₄и так далее, выполняют аналогично предыдущим действиям.

Если кривая длинная, то при проходке по кривой 100 – 150 метров приостанавливают работы по проходке и тоннель тщательно вентилируют. Для точек с номером “n– 1” и “n” устанавливают координаты в системе координат разбиваемой кривой. Для этого используют формулы (23), то есть вычисляютx_n-1,y_n-1иx_n,y_n. Значение “К” в формулах (23) принимают равное длине кривой от начала кривой до зафиксированных в забое точек. Эти координаты пересчитывают в систему координат принятых для тоннельной триангуляции, которые являются проектными (X_n-1^ПY_n-1^ПX_n^ПY_n^П). Для этого решают прямую геодезическую задачу при соответствующей подстановке координатx_n-1,y_n-1иx_n,y_n. в следующие формулы:

X_n-1^П=X_НК+x_n-1Cos_АНК+y_n-1Cos(_АНК90) (42)

Y_n-1^П=Y_НК+x_n-1Sin_АНК+y_n-1Sin(_АНК90) (43)

где X_НК,Y_НК– координаты начала кривой вычисленные в геодезической системе.

_АНК- дирекционный угол прямолинейного направления оси тоннеля до начала кривой (см. рис. 23).

В формулах (42), (43) знак (+) используется при повороте кривой вправо и знак (-) при повороте кривой влево.

Координаты этих же зафиксированных точек устанавливают в геодезической системе путем прокладки контрольного и главного хода полигонометрии (X_n-1Y_n-1X_nY_n) (см. выше). Вычисляют абсолютную невязку фактического положения точек А_n-1 и А_nотносительно их проектных значений, а также продольную и поперечную погрешность. Эти погрешности сопоставляют с допусками. В необходимых случаях местоположение точек А_n-1 и А_nкорректируют. Дальнейшую проходку тоннеля и разбивку кривой в тоннеле выполняют в соответствии со скорректированным положением точек А_n-1 и А_n.

Разбивка кривой способом трех точек(рис. 25) сводится к вычислению значения стрелы прогиба “f” проектной кривой (расстояния от кривой до хорды по перпендикуляру к этой хорде) в зависимости от радиуса кривой “R” и шага разбивки “a ”. Стрела прогиба кривой вычисляется по формуле:

. (44)

Задаваясь значением “а“ (обычно 10, 20 метров), вычисляют стрелу прогиба. Разбивка кривой способом трех точек выполняется в следующей последовательности:

• положение точки 1 (см. рис.25) определяется способом прямоугольных координат [см. формулу (40)];

• стальную рулетку натягивают по направлению НК – 2;

• от точки 1 откладывают значение fи добиваются пересечения стрелы прогиба в точке 1с линией фиксируемой натянутой рулеткой под углом 90;

• фиксируют конец натянутой рулетки в точке 2 (см. рис.25).

Эти действия повторяют, натягивая рулетку по направлению линии 1 – 3 и откладывая стрелу прогиба от точки 2 (точка 2см. рис.25). Таким образом, разбивают последовательность точек 1, 2, 3, … до точкиnустановленной в забое. Проверку соответствия разбиваемых точек их проектному положению, выполняют по методике описанной выше (см. способ продолженных хорд).

к ВУ

1

НК

2

А

а

1

2

3

а

Рис. 25. Разбивка кривой способом трех точек

Способ описанного или вписанного многоугольника. Разбивка этим способом заключается в вычислении значения тангенса и биссектрисы по формулам:

.

Значение “К ” принимают равным шагу разбивки, обычноК= 10, 20 метров. Разбивку выполняют в следующей последовательности:

• по направлению касательной АВ от начала кривой откладывают тангенс;

• в точке ВУ1 устанавливают теодолит и откладывают угол . По этому направлению откладывают значение тангенсаTи фиксируют точку А1. По этому же направлению откладывают значение 2Т и фиксируют точку ВУ2;

• в точку ВУ2 устанавливают теодолит и откладывают тот же угол ;

• по вновь полученному направлению откладывают тангенс Т и фиксируют точку А2. По этомуже направлению откладывают значение 2Т и фиксируют точку ВУ3.

В

ВУ1

ВУ2

А1

А

НК

А2

а

Рис. 26. Разбивка кривой способом описанного или вписанного многоугольника

Эти действия повторяют до точки в забое, соответствие которой проектному положению, проверяют по методике описанной выше (см. способ продолженных хорд).

При разбивке способом вписанного многоугольника используют методику полярных координат (способ углов), откладывая угол 1 от направления АВ по направлению хорды НК – А1 (см. рис. 26). По этому направлению откладывают длину хорды “а“, равную шагу разбивки и фиксируют точку А1. Из этой точки откладывают угол₂= 180 – 21 от направления хорды А1 – НК по направлению хорды А1 – А2 и по этому направлению вновь откладывают длину хорды “а”.

Эти действия также повторяют до точки в забое, соответствие которой проектному положению так же проверяют по методике описанной выше (см. способ продолженных хорд).

При использовании любого из описанных способов разбивки кривых в тоннеле происходит быстрое накопление поперечных погрешностей, что нежелательно. Поэтому при разбивке длинных кривых необходимо через 100 – 150 метров проходки тоннеля по кривой осуществлять контроль соответствия проектных координат координатам, полученным из измерений полигонометрии.

Для строительства метро координаты опорных точек устанавливают путем прокладки ходов полигонометрии, опирающихся на пункты городской триангуляции (полигонометрии) IилиIIкласса.