27.5. Передача координат і орієнтування геодезичного обґрунтування в підземних виробках
Орієнтування підземної геодезичної мережі, що складає в передачі дирекційного кута й координат з денної поверхні на горизонт підземних виробок, є однієї із самих відповідальних робіт, виконуваних при будівництві тунелів. В залежності від характеру з'єднання тунелю з поверхнею застосовують різні способи орієнтування.
При наявності виходів на денну поверхню через портали, штольні, похилі ходи, орієнтування виконують прокладеному полігонометричного ходу безпосередньо з поверхні у підземні вироблення.
При спорудженні тунелю через вертикальну шахту орієнтування мережі здійснюють двома групами способів, заснованих на фізичних і геометричних принципах. До першої групи відносять наступні способи: магнітний, поляризаційний, автоколімаційний, гіроскопічний; до другої групи; створу двох схилів і його модифікації, сполучного трикутника, двох шахт.
При виконанні магнітного орієнтування використовують теодоліт з бусоллю. На поверхні, на стороні полігонометрії визначають відмінювання магнітної стрілки, а в шахті з урахуванням відмінювання визначають по бусолі дирекційний кут. Спосіб застосовують для попереднього орієнтування, тому що помилка визначення дирекційного кута біля 1.
У способі поляризації світлового потоку застосовують спеціальне устаткування. На поверхні й у шахті встановлюють поляризатори, на яких фіксований напрямок поляризації світлових хвиль. Обертаючи верхній поляризатор навколо вертикальної осі, домагаються мінімуму освітленості в нижньому поляризаторі, що відповідає перпендикулярності їхніх площин поляризації. Визначивши від пунктів геодезичної основи дирекційний кут напрямку площини поляризації на поверхні, знаходять і дирекційний кут напрямку площини поляризації в шахті. При візуальній реєстрації помилка визначення дирекційного кута становить 1, при електронній реєстрації - 5 - 8".
В автоколімаційному способі напрямок у шахту передають за допомогою двох автоколімаційних теодолітів, установлюваних на поверхні й у шахті, і дзеркальних відбивачів, які розміщають уздовж стовбура. Помилка орієнтування становить 6 - 8".
Розглянуті фізичні способи поки ще не знайшли широкого застосування через складність виготовлення апаратури.
Гіроскопічний спосіб є одним із самих прогресивних способів автономного орієнтування. Цей метод дозволяє в будь-який час, на різній глибині й при довільній відстані від стовбура визначати азимут або дирекційний кут напрямку в підземних виробках. У цьому випадку також відпадає необхідність зупинки роботи в стовбурі або припинення підземних будівельних робіт на час орієнтування, як це робиться при інших видах орієнтування.
Гіроскопічне орієнтування виконують за допомогою гіротеодолітів або гіронасадок. Безпосередньо перед орієнтуванням і відразу після нього на лінії з відомим дирекційним кутом (сторона тріангуляції або лінія основний полігонометрії, розташованої поблизу стовбура, визначають постійне виправлення гіротеодоліта.
Постійне виправлення гіротеодоліта Д обчислюють за формулою
(27.22)
де αисх - дирекційний кут вихідного напрямку, по якому визначається постійне виправлення; αгир.исх. - азимут вихідного напрямку, певний гіротеодолітом; γисх - зближення меридіанів для вихідного напрямку; δисх - виправлення за відхилення стрімких ліній у вихідний напрямок.
Довжина сторони, використовуваної в якості вихідної для визначення постійного виправлення гіротеодоліта, повинна бути не менше 100м, а довжина обумовленої сторони - більше 30м. У підземних виробках визначають прямій і зворотний дирекційні кути, переставляючи гіротеодоліт з однієї кінцевої точки лінії полігонометрії на іншу.
При виконанні спеціальної програми гіроскопічного орієнтування високоточним гіротеодолітом можна визначити дирекційний кут напрямку із середньою квадратичною помилкою 5 - 10".
Всі геометричні способи засновані на застосуванні схилів, які опускаються з поверхні в підземні вироблення через стовбури, шпари великого діаметра й інші вертикальні проходки. Вага вантажу й діаметри дроту схилів установлюють залежно від глибини шахти. Для зменшення коливань схили поміщають у посудини з водою або маслом. Замість схилів іноді застосовують високоточні лазерні або оптичні прилади вертикального проектування.
Для передачі планових координат з поверхні в підземні вироблення використовують один схил. Від найближчих пунктів полігонометрії визначають координати схилу на поверхні й ці ж значення координат приписують нижній точці схилу. Необхідно відзначити, що навіть при застосуванні фізичних способів орієнтування передачу координат можна виконати лише за допомогою схилу або іншого виду вертикального проектування.
У способах передачі дирекційного кута використовують два схили, що відстоять друг від друга на можливо більшу відстань, що припустимо при вертикальній проходці.
Найбільше просто дирекційний кут передають способом створу двох схилів. У цьому способі на поверхні від пунктів полігонометрії виносять і закріплюють вісь I - II (рис. 27.10). Над пунктами, що закріплюють цю вісь, установлюють теодоліт і візирну мету. Теодоліт орієнтують по створі I - II й у цьому створі строго по теодоліті підвішують схили О1 і О2. У під земних виробках теодоліт установлюють у точці А на спеціальному столику, якому можна переміщати за допомогою мікрометерного пристрою.
Рис. 27.10. Схема орієнтування способом двох схилів
Переміщаючи теодоліт перпендикулярно створу схилів, установлюють його візирну вісь у цьому створі. Виміру роблять при двох колах багаторазово. Дирекційний кут передають на пункти підземної полігонометрії, наприклад АВ, поворотом теодоліта точно на 180°. Точність способу характеризується середньої квадратичною помилкою порядку 30". Основним джерелом помилок є хитання схилів. Для підвищення точності на відстані 1 - 2см від схилів закріплюють шкали з міліметровими розподілами. По шкалах беруть відліки, що відповідають крайнім положенням хитних схилів. Середнє значення приймають за положення схилу в спокійному стані. Потім теодоліт переміщають так, щоб його візирна вісь проходила через отримані середні значення відліків по шкалах. Таким чином, домагаються істотного підвищення точності до 6 - 8". На один зі схилів передають координати, для чого вимірюють на поверхні відстань l1. Для визначення координат точки У вимірюють відстані l2, l3 й l4.
Рис. 27.11. Схема орієнтування способом сполучного трикутника
Найбільше поширення одержав спосіб сполучного трикутника. У цьому способі в стовбур також опускають два схили O1 й О2(рис. 27.11). У точці А, закріпленої на поверхні біля стовбура, вимірюють кут α між напрямками на схили й примикаючий кут ω. Крім того, вимірюють відстань а між схилами й відстані b i с від теодоліта до кожного із двох схилів. Таким чином, на поверхні одержують трикутник АВС, у якому обмірювані три сторони й один кут. Цей горизонтальний трикутник називають сполучним трикутником. За результатами вимірів можуть бути обчислені значення двох інших кутів β и γ трикутника. Знаючи дирекційний кут напрямку АТ1 і значення примічного кута ω і користуючись кутами сполучного трикутника, можна одержати дирекційний кут лінії ВC, тобто площини, що проходить через схили.
У підземних виробках біля стовбура закріплюють точку А1. У цій точці вимірюють кути α1 і ω1, a також сторони а1, b1, c1 підземного сполучного трикутника. Приймаючи в підземних виробках дирекційний кут площини, що проходить через схили, за вихідний, за допомогою кутів підземного сполучного трикутника й примічного кута ω1 обчислюють дирекційний кут пристовбурної лінії А1M1 підземної полігонометрії. Всі виміри виконують при трьох положеннях схилу, зміщаючи їх за допомогою спеціальних пластин рівно на 15мм.
На поверхні точку А включають у хід підхідної полігонометрії й одержують її координати. Користуючись сторонами сполучних трикутників на поверхні й під землею, а також дирекційними кутами цих сторін, обчислюють координати точки А1 закріпленої в підземних виробках. При цих обчисленнях координати схилів, певні через сторони сполучного трикутника на поверхні, у підземних виробках приймають за вихідні.
Точність орієнтування багато в чому залежить від форми сполучного трикутника. Кути α й α1 не повинні перевищувати 2 — 3°, а відношення b/а й b1/a1 не повинні бути більше 1,5. При дотриманні всіх умов спосіб забезпечує середню квадратичну помилку передачі дирекційного кута порядку 8".
Коли в міру споруди тунелю виникає необхідність уточнення його орієнтування й з'являється можливість передачі координат у підземні вироблення, застосовують спосіб двох шахт. Сутність способу складається в порівнянні координат однієї й тієї ж точки, отриманих по підземному полігонометричному ходу й переданих з поверхні через шпару. По різностям координат обчислюють поздовжню й поперечні нев'язки. Лінійну величину поперечного нев'язання переобчислюють у кутову міру пропорційно загальній довжині підземного полігонометричного ходу й вводять у вигляді виправлення в примикаючий кут цього ходу. Поздовжнє нев'язання розподіляють у вигляді виправлень пропорційно довжинам ліній. За виправленим значенням дирекційних кутів і довжин ліній обчислюють виправлені значення координат підземного полігонометричного ходу.