505

ІНЖЕНЕРНА

Геодезія

Під редакцією

проф. Д.Ш. Міхєльова

Видання друге, виправлене.

Переклад українською та укладання

доцента кафедри землевпорядкування та

архітектурного проектування ХДАУ - Мацко П.В.

Електронний варіант матеріалу – магістра Данч М.А.

Москва

«Вища школа» 2001

УДК 528.48

ББК 26.1

И62

Рецензенти:

кафедра «Геодезії й геоінформатики» Московського державного університету шляхів сполучення (зав. кафедрою проф., д-р. техн. наук С. И. Матвєєв) і канд. техн. наук И. С. Нікольский (МГСУ)

Інженерна геодезія. Підр. для вузів/ Е. Б. Клюшин, М. И. Кисельов, Д. Ш. Міхелєв, В. Д. Фельдман; Під ред. Д. Ш. Міхелєва. -2-е вид. випр. -М.: Вища шк., 2001. - 464 с.: іл.

Інженерная геодезия. Учебник для вузов/ Е.Б. Клюшин, М.И. Киселев, Д.Ш. Михелев, В.Д. Фельдман; под ред. Д.Ш. Михелева.- 2-е изд. испр. – М.: Высш. шк., 2001. – 464 с.: ил.)

ІSВN 5-06-004176-Х

Базовий підручник по однойменній дисципліні навчального плану. Написаний відповідно до вимог освітнього стандарту.

Дано загальні відомості з геодезії, картографії й топографії; геодезичних приладів, методів геодезичних вимірів, обчислень й позначки точності їхніх результатів; інженерно-геодезичних робіт, виконуваних при дослідженні, проектуванні й будівництві інженерних споруд. Викладаються методи досліджень, виробництва розбивочних робіт, виконавчих зйомок. Дано розділи з геодезичного забезпечення кадастру, спостереження за деформаціями споруд, сертифікації, ліцензування, організації геодезичних робіт та техніки безпеки при їх проведенні.

1-е видання вийшло в 2000 р.

Для студентів негеодезичних вузів. Може бути корисний студентам технікумів і коледжів.

УДК 528.48 ББК 26.1

ІSВN 5-06-004176-Х © ГУП «Видавництво «Высшая школа», 2001

Оригінал-макет даного видання є власністю видавництва «Высшая школа», і його репродукування (відтворення) будь-яким способом без згоди видавництва забороняється.

ПЕРЕДМОВА

Підручник розрахований на студентів негеодезичних вузів, що вивчають курс «Інженерна геодезія». Методично він побудований таким чином, щоб на першій стадії вивчення курсу студенти могли ознайомитися із загальними відомостями з геодезії, картографії й топографії, геодезичними приладами, включаючи найсучасніші, методами геодезичних вимірів, обчислень й позначки точності їхніх результатів.

Друга частина підручника присвячена інженерно-геодезичним роботам, які виконуються при дослідженнях, проектуванні й будівництві інженерних споруд. Викладаються методи досліджень побудови інженерно-геодезичних мереж; розбивочних робіт; виконавчих зйомок; геодезичного забезпечення будівництва цивільних і промислових будинків, доріг і мостів, підземних комунікацій, гідротехнічних споруд, тунелів метрополітену, ліній електропередач і зв'язку, магістральних трубопроводів. Дано розділи по геодезичному використанню супутникових технологій, геодезичному забезпеченню кадастру, спостереженню за деформаціями споруд, по сертифікації, ліцензуванню, організації геодезичних робіт і техніки безпеки при їхньому проведенні.

Підручник може бути також корисний фахівцям виробництва, що виконують різноманітні інженерно-геодезичні роботи.

Автори

ВСТУП

Геодезія - одна з найдавніших наук. Слово «геодезія» утворено із двох слів - «земля» й «розділяю», а сама наука виникла як результат практичної діяльності людини по встановленню меж земельних ділянок, будівництву зрошувальних каналів, осушенню земель.

Сучасна геодезія -- багатогранна наука, що вирішує складні наукові й практичні завдання. Це наука про визначення форми й розмірів Землі, про виміри на земній поверхні для відображення її на планах і картах. Завдання геодезії вирішуються на основі вимірів, виконуваних геодезичними інструментами й приладами. У геодезії використовують положення математики, фізики, астрономії, картографії, географії та інших наукових дисциплін.

Геодезія підрозділяється на вищу, космічну геодезію, топографію, фотограмметрію й інженерну (прикладну) геодезію, кожний із цих розділів має свій предмет вивчення, свої завдання й методи їхнього рішення, тобто є самостійною науково-технічною дисципліною.

Вища геодезія вивчає фігуру й розміри Землі, методи визначення координат точок на поверхні для території всієї країни.

Космічна геодезія вирішує геодезичні завдання за допомогою штучних супутників Землі.

Топографія розглядає способи вивчення земної поверхні й зображення її на картах і планах.

Фотограмметрія вирішує завдання вимірів по аерофото- і космічних зйомках для різних цілей, у тому числі: для одержання карт і планів, обмірювань будинків і споруд і т.п.

Інженерна геодезія вивчає методи геодезичного забезпечення при розробці проектів, будівництві й експлуатації різноманітних споруд, а також при вивченні, освоєнні й охороні природних ресурсів.

Незважаючи на різноманіття інженерних споруд, при їхньому проектуванні й зведенні вирішуються наступні загальні завдання: одержання геодезичних даних при розробці проектів будівництва споруд (інженерно-геодезичні дослідження); розподіл на місцевості основних осей і границь споруд відповідно до проекту будівництва (розбивочні роботи); забезпечення в процесі будівництва геометричних форм і розмірів елементів споруд відповідно до їх проектів, геометричних умов установки й налагодження технологічного устаткування; визначення відхилень геометричної форми й розмірів зведеної споруди від проектних (виконавчі зйомки); вивчення деформацій (зсувів) земної поверхні під спорудою, самої споруди або її частин під впливом природних факторів й у результаті дій людини.

Для рішення кожної із зазначених завдань стосовно до різних видів споруд існують свої методи, засоби й вимоги до точності їхнього виконання. Наприклад, при інженерно-геодезичних дослідженнях в основному роблять виміри для складання карт і планів, на яких зображують те, що є на місцевості, а при будівництві будинку, навпаки, визначають на місцевості те місце, де будинок повинен розташовуватися по проекті. Конструкції будинку встановлюють на передбачені проектом місця з погрішністю 5..10 мм, деталі заводського конвеєра - 1...2мм, а устаткування фізичних лабораторій (прискорювачів ядерних часток) - 0,2...0,5 мм.

Інженерна геодезія тісно пов'язана з іншими геодезичними дисциплінами й використовує методи вимірів і прилади, призначені для загальногеодезичних цілей. У той же час для геодезичного забезпечення будівельно-монтажних робіт, спостережень за деформаціями споруд й інших подібних робіт застосовують свої прийоми й методи вимірів, використовують спеціальну вимірювальну техніку, лазерні прилади й автоматизовані системи. Інженерно-геодезичні виміри виконують безпосередньо на місцевості в різних фізико-географічних умовах, тому необхідно піклуватися про охорону навколишньої природи: не допускати ушкоджень лісів, сільськогосподарських угідь, не забруднювати водойм.

Вирішення сучасних завдань геодезії пов'язане із забезпеченням і поліпшенням якості будівництва будинків і споруд, промислових і житлових комплексів, доріг, ліній електропередачі й зв'язку, магістральних трубопроводів, енергетичних об'єктів, об'єктів агропромислового комплексу й ін. Для цього потрібне велика кількість кваліфікованих працівників, здатних забезпечити будівництво важливих народногосподарських об'єктів. Для підготовки таких кадрів і призначений даний підручник.

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ГЕОДЕЗІЮ Й ГЕОДЕЗИЧНІ ВИМІРИ

Розділ 1

ЗЕМНА ПОВЕРХНЯ Й СПОСОБИ ЇЇ ЗОБРАЖЕННЯ

1. ФОРМА ЗЕМЛІ Й ВИЗНАЧЕННЯ

ПОЛОЖЕННЯ ТОЧОК НА ЗЕМНІЙ ПОВЕРХНІ

Форма Землі. Думка про те, що Земля має форму кулі, уперше висловив в VI. в. до н.е. давньогрецький учений Піфагор, а довів це й визначив радіус Землі єгипетський математик і географ Эратосфен, що жив в III в. до н.е. Згодом учені уточнили, що Земля сплюснена з полюсів. Така фігура в математиці називається еліпсоїдом обертання, вона виходить від обертання еліпса навколо малої осі. У земному еліпсоїді (рис. 1.1, а) полярна вісь менше екваторіальної.

Земля не є правильним геометричним тілом - її поверхня являє собою сполучення височин і поглиблень. Більша частина поглиблень заповнена водою океанів і морів- з 510 млн. км² загальної площі поверхні Землі 71% займає океан. Поверхня води в ньому під дією сили ваги утворює рівневу поверхню, перпендикулярну в кожній точці до напрямку сили ваги.

Рис. 1. 1. Земний еліпсоїд (а) і геоїд (б) 6

Рис. 1.2. Системи географічних (а) і плоских прямокутних (6) координат

Лінію, що збігається з направленням сили ваги, називають прямовисною лінією. Якщо рівневу поверхню подумки продовжити під материками, утвориться фігура, яка називається геоїдом (рис. 1, б). Здавалося б, геоїд якнайкраще визначає математичну фігуру Землі, так як у кожній точці його поверхні існує один цілком певний напрямок - прямовисна лінія, що становить із дотичною площиною прямий кут. Однак, через нерівномірний розподіл мас усередині Землі, поверхня геоїда має складну форму. Тому за математичну фігуру для Землі приймають еліпсоїд обертання, найбільш наближений до геоїда. Земний еліпсоїд відповідним чином подумки розташовують (орієнтують) у тілі Землі.

Земний еліпсоїд з певними розмірами й орієнтований певним чином для частини Землі, називають референц-елліпсоїдом. У нашій країні розміри референц-еліпсоїда були отримані під керівництвом видатного геодезиста Ф. М. Красовського. Ці розміри затверджені для використання в роботах по вищій геодезії й картографії. Референц-еліпсоїду привласнене ім'я Красовського. Розміри референц-еліпсоїда Красовського: більша піввісь а = 6378245м, мала піввісь b = 6356863 м, полярний стиск =а - b/а= 1/298,3.

В інженерній геодезії й роботах по топографії умовно вважають, що Земля має форму кулі, обсяг якого дорівнює обсягу земного еліпсоїда, радіус кулі R = 6371,11 км.

Визначення місця розташування точок. Щоб визначити положення точок на земній поверхні, на ній умовно проводять лінії - паралелі й меридіани, які утворять систему географічних координат (рис. 1.2, а).

Меридіан - уявна лінія, утворена січною площиною, що проходить через вісь РР1 обертання Землі.

Паралель - уявна лінія, утворена на поверхні Землі січною площиною, перпендикулярною осі обертання Землі. Паралель, утворена площиною, що проходить через центр Землі - екватор.

Один з меридіанів, наприклад меридіан РNМ₀Р₁, приймають за початковий. Тоді положення меридіана точки М визначається двогранним кутом між меридіанною площиною, що проходить через цю точку, і площиною початкового меридіана. Цей кут називають довготою даної точки й позначають буквою λ. Положення паралелі точки М визначається кутом між радіусом ОМ земної кулі й площиною екватора. Цей кут називають широтою даної точки й позначають буквою φ. Довготу точки М можна виміряти також дугою NМ паралелі, а широту тієї ж точки - дугою М₁М меридіана. Довгота λ та широта φ називаються географічними координатами даної точки.

Початковим меридіаном на поверхні Землі прийнято вважати меридіан, що проходить через центр меридіанного залу найстаршої в Європі астрономічної обсерваторії в Гринвічу, поблизу Лондона. Довготи відраховують до сходу й заходу від початкового меридіана в межах 0...180˚ і позначають, наприклад, так: 62° с. д. (східної довготи) або 124° з.д. (західної довготи) від Гринвіча; широти — 0...90˚ до півночі й півдня від екватора, наприклад 56° пн. ш. (північної широти) або пд.ш. (південної широти).

Положення будь-якої точки на поверхні Землі можна визначити за допомогою астрономічних спостережень (астрономічні координати), обчислити за результатами геодезичних вимірів на місцевості або за спостереженням супутників (геодезичні, координати).

Якщо геодезичні роботи ведуть на невеликій ділянці, що дозволяє не брати до уваги сферичність поверхні Землі, для визначення положення точки використовують систему плоских прямокутних координат (рис. 1.2, б). Систему утворять дві взаємно перпендикулярні лінії (осі), що лежать у горизонтальній площині, причому вісь абсцис х, як правило, сполучають із меридіаном якої-небудь точки. Точка О - початок координат. Позитивний напрямок осі х - на північ від екватора, осі y - на схід від меридіана. Осі абсцис й ординат утворять координатні чверті I...IV, які нумерують за ходом годинної стрілки; північно-східна чверть уважається першою.

Наприклад, положення точки А визначається координатами х_ау_а. Залежно від чверті, у якій розташована точка, перед координатами ставлять знак « + » або « -».

Для повної характеристики положення точки на поверхні Землі необхідно знати ще третю координату - висоту. Висотою точки називається відстань по прямовисному напрямку від цієї точки до рівневої поверхні. Числове значення висоти точки називається її відміткою (позначкою).

Висоти (рис. 1.3) бувають абсолютні, умовні й відносні. Абсолютні висоти, наприклад Н_А, Н_В, відраховують від вихідної рівневої поверхні - середнього рівня океану або моря (у Росії - це нуль Кронштадтського футштока - горизонтальна риска на мідній пластині, прикріпленій до підвалини моста через обвідний канал у м. Кронштадті).

Рис. 1.3. Абсолютні, умовні й відносні висоти

Умовною висотою, наприклад Н_Вум, називається прямовисна відстань від точки земної поверхні до умовної рівневої поверхні - будь-якої точки, прийнятої за вихідну (нульову).

Відносною висотою, або перевищенням h точки називається висота її над іншою точкою земної поверхні (наприклад, точки В над точкою А).