книги из ГПНТБ / Лебедев, Н. Н. Курс инженерной геодезии. Геодезические работы при проектировании и строительстве городов и тоннелей учебник

Гиротеодолиты снабжены системами слежения, которые предна­ значены для согласования движений угломерной части с движением чувствительного элемента ЧЭ для осуществления связи направлений главной оси симметрии гироскопа с горизонтальным кругом угломер­ ной части.

В 1950 г. в СССР в маркшейдерском гирокомпасе М-1 приме­ нили слежение за движением ЧЭ вращением алидады угломерной части. Слежение осуществляется поворотом алидады угломерной части при совмещении наблюдаемого штриха, отраженного от зер­ кала ЧЭ, с биссектором сетки автоколлимационной трубы, скреплен­ ной с алидадой.

Угломерная часть гиротеодолита используется для определения направления положения динамического равновесия главной оси симметрии гироскопа, совпадающего с направлением истинного меридиана точки стояния прибора, и для угловой привязки к этому направлению направления на местный предмет.

В настоящее время отработаны конструкции и налажен промы­ шленный выпуск различных приборов для гироскопического ориен­ тирования.

Во Всесоюзном научно-исследовательском маркшейдерском ин­ ституте изготовлены гироскопы М-2, М-3, МГ-1 и МВ-1, позволяющие определять направление меридиана в точке стояния со средней квад­ ратической ошибкой 35—45". В 1964 г. появился гирокомпас МТ-1 на торсионном подвесе чувствительного элемента, дающий более высокую точность и имеющий меньшие габариты и вес.

Венгерской фирмой «МОМ» налажен серийный выпуск гиротео­ долита Ги-В1 и Ги-В2. Средняя квадратическая ошибка измерения направления меридиана в точке стояния гирокомпаса МТ-1 и Ги-В1 колеблется в различных ’приборах от ± 1 0 до ± 2 0 ".

В настоящее время приборы для гироскопического ориентирования разрабатываются как в СССР, так и за рубежом (в Венгрии, ГДР, ФРГ, Англин, США и в других странах).

В Венгрии выпускаются гироскопические насадки Ги-С1 и Ги-С2 на оптический теодолит.

Гироскопический способ ориентирования — наиболее универ­ сальный из всех ранее перечисленных способов, поэтому он найдет весьма широкое применение в практике строительства тоннелей и подземных сооружений. Этот способ дает возможность определить азимут любого направления в любом месте подземных выработок, не связывая это определение с передачей дирекционного угла с по­ верхности через ствол шахты.

После пуска гироскопа ось чувствительного элемента приобре­ тает колебательное движение с постепенным затуханием амплитуды. В результате слежения за колебанием оси ЧЭ в моменты наиболь­ ших отклонений оси от линии динамического равновесия чувстви­ тельного элемента производят отсчеты по лимбу теодолита.

Точки, в которых движение оси ЧЭ меняет свое направление, называются т о ч к а м и р е в е р с и и .

В гиротеодолитах Ги-В2 имеется система автоматического слеже­ ния, что повышает точность определения азимута заданного напра­ вления.

Точность гироскопического ориентирования в значительной сте­ пени зависит от точности определения положения динамического равновесия N cp, вычисляемого по отсчетам в точках реверсии. Для этой цели вычисляют декремент затухания d по формуле

где ге1, п2 и па — отсчеты в точках реверсии.

Исследования показали, что наиболее целесообразно при опре­ делении азимута брать четыре точки реверсии.

При вычислении декремента затухания по формуле (Х.5) отсчет по четвертой точке реверсии используют для контроля.

Наиболее оптимальной амплитудой колебаний чувствительного элемента при наблюдении точек реверсии является амплитуда в пре­ делах от 0° 30' до 2° 30'. При амплитудах более 4° наблюдения точек реверсии производить вообще не рекомендуется.

где А — значение нульпункта; С — коэффициент.

Коэффициент С может значительно влиять на точность гиро­ скопического ориентирования, поэтому необходимо надежно опре­ делять его значение по формуле

пг, п2, п3 и тг4 — отсчеты в точках реверсии.

Формулой (Х.7) рекомендуется пользоваться при амплитудах менее 2 0 '.

Средняя квадратическая ошибка определения коэффициента С

292

дирекционный угол которой известен с необходимой точностью. При ориентировании подземных выработок следует эту поправку определять непосредственно у ствола шахты перед началом работ по ориентированию.

Постоянную поправку рекомендуется определять несколькими пусками (от 6 до 15 пусков). После каждого пуска рекомендуется выключить гиромотор до полного его охлаждения.

По исследованиям различных гиротеодолитов из 612 определений азимутов средняя квадратическая ошибка определения азимута од­ ним приемом равна ±16".

Определять азимут направления более чем тремя пусками не рекомендуется.

§ 63. Процесс ориентирования способом створа двух отвесов

Для ориентирования подземных выработок по способу створа двух отвесов иа поверхности над одной из точек (например, 1 на рис. 1 00 ), которыми закреплена ось подходной штольни, тщательно центрируют теодолит. G другой стороны створа над точкой 2, закре­ пляющей ось подходной штольни, центрируют визирную марку. В створе визирного луча теодолита, направленного по оси подходной штольни, подвешивают отвесы Ог и 0 2.

В штольне, в продолжение створа подвешенных отвесов, устана­ вливают второй теодолит в точке С, после чего, перевернув трубу через зенит, в верхнем креплении штольни забивают два гвоздя таким образом, чтобы отвесы, подвешенные к этим гвоздям, располо­ жились в створе визирного луча теодолита. Под отвесами в штольне закладывают бетонные монолиты с металлическими стержнями. На этих стержнях под остриями отвесов отмечают точки D и Е.

Как показано на рис. 100, дирекционный угол линии DE, за­ крепленный в подземной выработке, соответствует дирекционному

293

Згглу линии 1—2, т. е. оси подходной штольни, закрепленной на по­ верхности.

Для передачи координат измеряют на поверхности расстояние lj от инструмента до отвеса 0 1 и расстояние 12 между отвесами 0 1

н0 2 .

Вштольне измеряют расстояние 13 между отвесом 0 2 и отвесом, Закрепленным над точкой D. Кроме того, для проверки в штольне измеряют также расстояние V 2 между отвесами 0\ и 0 2.

Зная координаты точки 1 на поверхности и дпрекцпонный угол линии, соединяющей отвесы, а также измеренные перечисленные

выше расстояния и рас­ стояние Z4, нетрудно полу­ чить координаты точек D и Е в штольне.

В качестве отвесов применяют грузы, подве­ шенные на тонких сталь­ ных проволоках. Вес груза и толщипз' проволоки под­ бирают в зависимости от глубины ствола:

а) для шахт глубиной 20—30 м груз весом 30— 40 кг при диаметре прово­ локи 0,5—0,8 мм;

Вес груза и диаметр проволоки при ориентировании шахт глу­ биной свыше 200 м определяются в каждом отдельном случае исходя из конкретных условий: глубины ствола, скорости движения воздуха

иинтенсивности «капежа».

Втабл. 33 указывается предельная прочность стальной углероди­ стой прз'жинной проволоки, изготовляемой согласно ГОСТ 5047—49. Во избежание обрыва проволоки максимальная нагрузка на 1 мм2 поперечного сечения проволоки не должна превышать 120 кг. Проволоки, предназначаемые для отвесов, не должны иметь изломов.

После натяжения проволоки под действием подвешенного груза она должна представлять прямую лиййю. Для того чтобы избе­ жать остаточной извилистости, диаметр барабанов, на которые на­ матывают проволоку для ориентирования, должен быть не меиее 2,5 дм. Чем больше поперечное сечение проволоки, тем больше дол­ жен быть диаметр барабана.

При ориентировании рассматриваемым способом проволоки отве­ сов подвешивают на специальные устройства, дающие возможность

294

микрометренного передвижения точек подвесов в направлении, перпендикулярном к оси подходной штольни. Эти устройства на­ дежно закрепляют на копре шахты. Предварительно устанавливают отвесы в створе оси подходной штольни на глаз.

Для придания отвесу более устойчивого положения грузы опу­

тяжении не должны касаться пред­ метов в стволе.

Выполнение этого обязательного условия проверяют путем по­ сылки сверху вниз по проволоке так называемой «почты». Для этой цели применяют колпачок из рубероида.

Проволока под действием груза увеличивается в длине, поэтому подвешивать ее необходимо не менее чем за 15 мин до измерений, связанных с ориентированием. Величину удлинения проволоки под действием подвешенного груза можно подсчитать по известной формуле

EF *

где Q — вес груза;

I — длина проволоки;

Е— модуль упругости, который для стальной проволоки можно принять 2 • 10е кг/см3;

Расхождения в расстояниях между отвесами, измеренных на поверхности 12 и под землей Г2, допускают (с учетом поправок за температуру и компарирование) не более 2 мм.

Если расхождения по величине больше 2 мм, следовательно проволоки отвеса не проходят свободно в стволе и отклоняются от вертикальных линий. В этом случае направление оси подходной штольни в подземных выработках будет задано неправильно.

295

§ 64. Процесс ориентирования по способу соединительного треугольника

Точность ориентирования во многом зависит от формы соедительного треугольника. Выведем формулы, позволяющие определить нанвыгоднейшую форму соединительного треугольника.

Угол ß соединительного треугольника определяется по формуле

Возьмем полный дифференциал

Первый член правой части формулы выражает влияние ошибок измерения линий соединительного треугольника на точность опре­ деления угла ß. Обозначим это влияние через тр

Полученная формула показывает, что чем меньше угол ß, тем меньше влияние ошибки измерений линий соединительного треуголь­ ника на значение вычисляемого угла ß.

Если угол ß мал, то и угол а мал, т. е. соединительный треуголь­ ник должен иметь вытянутую форму.

296

При малых углах отношение синусов углов можно заменить отношением тангенсов. Следовательно,

Рассмотрим влияние ошибки измерения угла а на точность опре­ деления угла ß. Это влияние определяется вторым членом правой части формульг (Х.15), которое обозначим через т$

Ъ2 cos2 а

Kß)2 а2 cos2 ß m°‘

Заменяя cos2 а через 1 — sin2 а = I j— sin2 ß^-, получаем

При малой величине угла ß можно принять cos ß = 1; tg ß = 0; тогда

Из анализа формул (Х.18) и (Х19) следует, что угол а должен быть как можно меньше и не более 2 °; расстояние а между отвесами желательно иметь как можно больше. Это расстояние зависит от габарита ствола, и при диаметре круглых стволов 6 м величина а лежит в пределах 4—5,5 м.

к стволу.

Подвешенным отвесам после проверки их «почтой» дают время успокоиться и «отвисеться», после чего выявляют, не опустились ли отвесы на дно бачков в результате удлинения проволоки под дей­ ствием груза.

297

Для увеличения надежности и точпости ориентирование выпол­ няют по способу соединительного треугольника при трех положениях отвесов. Для перемещения точки подвеса отвесов применяют спе­ циальные пластинки.

Эти пластинки имеют стопорное устройство, позволяющее пере­ мещать точку подвеса точно на 15 мм. Пластинки при закреплении ориентируют таким образом, чтобы направление перемещения точки подвеса отвеса было перпендикулярно визирному лучу, направлен­ ному па отвес с точки А или A t.

Если точка подвеса перемещается на 15 мм, то и под землей отвес смещается на такую же величину, что подтверждает отсутствие от­ клонения проволоки отвеса в направлении, перпендикулярном вертикальной плоскости, проходящей через отвесы.

Т

Если между направлениями на пункт триангуляции и на отвес Ог в первом положении был измерен угол м (рис. 1 01 ), а после переме­ щения отвеса 0 1 на величину I измеренный угол оказался равным со и то разность измеренных углов Д<л„3„ —о) і — со можно проконт­ ролировать по формуле

где I — величина перемещения отвеса;

b — расстояние от инструмента до отвеса.

Сходимость разности измеренных углов в подземных выработках в допустимых пределах является хорошим контролем не только правильности измерения углов, но и правильности проектирования отвесов.

Если проволока отвеса изогнулась при прикосновении к пред­ метам оборудования в стволе, то величина Дшнзм п.олучает недопу­ стимое отклонение от теоретически рассчитанной величины.

Предварительно составленные таблицы теоретических значений величин Д(о7 применительно к данным пластинкам для различных расстояний между инструментом и отвесами позволяют быстро осу­ ществлять надежный полевой контроль правильности проектирова­ ния точек отвесами и угловых измерений.

298

При помощи пластинок можно учитывать величину перемещения отвесов со средней ошибкой порядка 0,1 мм. При расстоянии от инструмента до отвеса 4 м эта ошибка искажает угол на величину

■ При расстоянии между инструментом и отвесом 6 м

Для контроля длин сторон соединительного треугольника в про­ цессе измерения стороны с измеряют линейкой с миллиметровыми делениями величину перпендикуляра h, опущенного из вершины В треугольника АВС на сторону с (см. рис. 97).

Длину стороны с можно получить как сумму проекций сторон а и б (см. рис. 97).

Известно, что проекции а' и б' могут быть подсчитаны по формулам

Сравнивая вычисленное значение стороны с с результатом непо­ средственного измерения, получают надежный контроль линейных измерений.

Длины сторон б и с соединительного треугольника измеряют ме­ жду цонтрировочным штифтом оптического инструмента и отвесами стальной прокомпарированной рулеткой, натянутой на весу гирей весом 1 0 кг при помощи блочных устройств.

Длину стороны а измеряют между отвесами тем же методом, что и стороны б и с .

Если центрпровочный штифт при измерении сторон б и с отъ­ юстирован тщательно, то можно считать, что линии измеряют не­ посредственно от оси вращения угломерного инструмента, а следо­ вательно, ошибка центрирования инструмента над точкой А не влияет на точность определения углов ß и у. Ошибка центрирования угло­

которой передается дирекцнонный угол в подземные выработки, обычно можно получить значительной длины, вследствие чего ошибка центрирования инструмента при ориентировании влияет на точность измеряемого примычного угла со очень мало.

В подземных выработках первая линия цодземной полпгонометрпи бывает короткой, поэтому ошибка центрирования угломерного инструмента над точкой А г существенная. Так, при ошибке цонтрп-

299

ровапия 1 ,0 мы и длине липни подземной полигоиометрии 25 м влияние этой ошибки иа угловые измерения может достигать 8 ".

Для уменьшения влияния ошибки центрирования в подземных выработках применяют косвенный способ примыкания к отвесам. При этом способе точку А х ие закрепляют, а инструмент устанавли­ вают в произвольной точке / (рис. 102). В процессе ориентирования дополнительно измеряют стороны sx, s2 и угол Ѳ. Дирекционный угол плоскости, проходящей через отвесы, передают на линию подземной полигоиометрии при помощи измеренного примычпого угла со і

и вычисленного угла тх. Угол т х нз вычислений по измеренным сто­ ронам sx, So и углу Ѳ определяют с довольно высокой точностью. В этом случае углы со х и т х свободны от влияния ошибки центриро­ вания угломерного инструмента над приствольной точкой.

Ошибку определения острого угла тх можно подсчитать по фор­ муле (III.5).

Для увеличения точности результатов ориентирования на по­ верхности и внизу устанавливают одновременно по два инструмента. Таким образом, при каждом положении отвеса образовывается на поверхности и в шахте по два соединительных треугольника.

Иногда ориентирование выполняют по трем отвесам. В этом слу­ чае на поверхности и в шахте образуются по два соединительных треугольника. При таком ориентировании можно перемещать только один отвес Ох, общий для двух соединительных треугольников. Этот способ ориентирования позволяет осуществить дополнительный контроль, заключающийся в том, что двугранный угол Q между пло­ скостями, проходящими через отвесы Ох и 0 2, а также через отвесы

и 0 3 на поверхности и в шахте в пределах допусков должен быть одинаковым.

В соединительном треугольнике измеряют все три стороны и угол, поэтому возникает одно избыточное измерение, позволяющее уравно­ весить результаты измерений.

300