Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геодезический контроль деформаций при строительстве городских подземных сооружений открытым способом
ВАК РФ 25.00.32, Геодезия

Автореферат диссертации по теме "Геодезический контроль деформаций при строительстве городских подземных сооружений открытым способом"

На правах рукописи

АФОНИН Дмитрий Андреевич

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ГОРОДСКИХ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ

Специальность 25.00.32 - Геодезия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 О МАЯ 2013

Санкт-Петербург - 2013

005060268

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Петербургский

государственный университет путей сообщения».

Научный руководитель -кандидат технических наук, доцент

Брынь Михаил Ярославович

Официальные оппоненты;

Курошев Герман Дмитриевич доктор географических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет», кафедра картографии и геоинформатики, профессор

Станиславичюс Римас-Бронюс Броняус кандидат технических наук, доцент, ФГВОУ ВПО «Военно-космическая академия - имени А. Ф. Можайского», кафедра высшей геодезии, доцент

Ведущая организация - ОАО «Аэрогеодезия».

Защита состоится 19 июня 2013 г. в 14 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.224.08 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. 3416а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный».

Автореферат разослан 17 мая 2013 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ КОРНИЛОВ

диссертационного совета Юрий Николаевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В последние годы в крупных городах наблюдается тенденция все более активного освоения подземного пространства. Это связано с тем, что подземные сооружения являются наиболее оптимальными решениями острых городских проблем, вызванных возрастающей концентрацией городского населения и дефицитом дорогостоящих городских территорий.

Освоение подземного пространства в городах по большей части осуществляется открытым способом, который при этом может оказывать значительное влияние на окружающую застройку в плане развития деформационных процессов, особенно это касается подземного строительства с устройством глубоких котлованов. Поэтому при строительстве городских подземных сооружений открытым способом необходимо выполнять геодезический контроль деформаций.

В настоящее время накоплен значительный опыт и теоретическая основа по геодезическому контролю деформаций различных инженерных сооружений. Значительный вклад в развитие данного направления геодезических работ внесли известные ученые: И. Ю. Васютинский, В. Н. Ганьшин, Ю. П. Гуляев, Б. Н. Жуков, А. К. Зайцев, А. А. Карлсон, Е. Б. Клюшин, Г. Д. Курошев, Г. П. Левчук, С. А. Николаев, М. Е. Пискунов, И. В. Рунов, Г. А. Шеховцов и др. Однако, использование современных электронных средств геодезических измерений во многом не обеспечено научно-методическими основами, хотя геодезические работы с использованием современных приборов имеют ряд преимуществ: значительно упрощается методика измерений и их обработка, сокращаются временные затраты, повышается точность производства геодезических работ. Поэтому в настоящее время, в рамках перехода к реализации концепции комплексного освоения подземного пространства городов и с учетом высокого уровня риска при строительстве городских подземных сооружений открытым способом, является актуальным и необходимым совершенствование методов геодезического контроля деформаций при строительстве данных объектов, ориентированных на использование современных электронных средств геодезических измерений.

Цель диссертационной работы. Совершенствование методов геодезического контроля деформаций при строительстве городских подземных сооружений открытым способом.

Идея работы заключается в оптимизации проектирования, построения и контроля опорной геодезической сети и на ее основе осуществление геодезического контроля деформаций современными средствами геодезических измерений.

Задачи исследований:

. Изучение общей характеристики строительства городских подземных сооружений открытым способом и анализ деформационных процессов, сопутствующих данному виду строительства.

• Анализ современного состояния геодезического контроля деформаций инженерных сооружений, в том числе и при строительстве городских подземных сооружений открытым способом.

• Совершенствование методов проектирования, построения и контроля опорной геодезической сети.

• Обоснование методических рекомендаций по планированию и проведению геодезического контроля горизонтальных деформации на основе использования электронных тахеометров.

• Обоснование методических рекомендаций по планированию и проведению геодезического контроля вертикальных деформации методом геометрического нивелирования с использованием цифровых ниве-

ЛИР°Гсовершенствование метода наземного лазерного сканирования

для целей контроля деформаций.

Методы исследований. Теоретические методы: математике-

статистические методы, метод наименьших квадратов, метод анализа иерархий, теория ошибок измерений. Экспериментальные методы: анализ производственных результатов геодезического контроля деформаций, самостоятельные натурные и модельные исследования.

Научные положения, выносимые на защиту:

1 Задача проектирования оптимального положения пунктов опорной плановой геодезической сети может быть успешно решена методом анализа иерархий, опираясь на следующие критерии оптимизации: точность определения положения станции свободного станционирования, углы падения луча на пункты сети, расстояния от станции до пунктов, «сохранность» пунктов, «связанность» пунктов. При этом в условиях плотной застройки пункты сети следует закреплять пленочными отражателями.

2 Построение опорной плановой геодезической сети следует осуществлять методом косвенной трилатерации с предварительным проек-

тированием положения вспомогательных точек, с которых выполняются линейно-угловые измерения при построении сети.

3. Геодезический контроль горизонтальных смещений и кренов объектов контроля следует выполнять методом свободного станциони-рования электронными тахеометрами, вертикальных смещений — геометрическим нивелированием цифровыми нивелирами, а контроль пространственных деформаций объектов, имеющих сложную архитектурную форму или находящихся в предаварийном состоянии - с использованием технологии наземного лазерного сканирования.

Научная новизна работы:

• Впервые предложено проектирование оптимального положения пунктов опорной плановой геодезической сети, закрепляемой пленочными отражателями, осуществлять на основе использования метода анализа иерархий. Выделены основные критерии оптимизации и обоснован порядок генерации альтернатив.

• Установлено, что для каждой системы «тахеометр - пленочный отражатель» зависимость предельного угла падения луча на пленочный отражатель от измеряемого расстояния индивидуальна. Даны рекомендации по учету этой зависимости при планировании работ.

• Опорную плановую геодезическую сеть предложено строить методом косвенной трилатерации с использованием вспомогательных точек, с которых выполняются измерения при построении сети, с предварительным проектированием положения вспомогательных точек.

• Разработан алгоритм определения оптимального положения вспомогательных точек, который основан на разработанном графоаналитическом способе нахождения допустимых областей расположения данных точек.

• Контроль стабильности опорной плановой геодезической сети предложено осуществлять на основе вычисления смещений пунктов между циклами измерений путем преобразования координат пунктов сети исследуемого цикла наблюдений в координаты исходного цикла наблюдений и последовательного исключения пунктов, смещения которых превосходят предельные ошибки их определения.

• Горизонтальные смещения и крены объектов контроля предложено определять методом свободного станционирования электронными тахеометрами, вертикальные смещения - методом геометрического нивелирования цифровыми нивелирами, а пространственные деформации - с помощью технологии наземного лазерного сканирования.

• Усовершенствованы алгоритмы вычисления оптимальных геометрических параметров наземного лазерного сканирования для исследования деформаций зданий в условиях плотной застройки.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается согласованностью теоретических результатов исследований с экспериментальными данными; сопоставимостью результатов, полученных на основе теоретических разработок диссертации, с известными результатами других авторов.

Практическая значимость работы:

• Разработана методика проектирования оптимального положения пунктов опорной плановой геодезической сети, которая ориентирована на наименее затратный способ закрепления пунктов (пленочными отражателями) и рассматривается в рамках проектирования всей схемы

контроля деформаций.

•Выполнены экспериментальные исследования отражательной способности пленочных отражателей (предельный угол падения и предельная дальность измерений на пленочные отражатели).

• Результаты диссертационный работы внедрены в производственную деятельность ООО НПП «Бента» и ОАО «КБ ВиПС», что подтверждено актами о внедрении, использованы при строительстве 2-й сцены Государственного академического Мариинского театра в Санкт-Петербурге, а также могут быть обобщены для геодезического контроля деформаций при строительстве других городских подземных сооружений открытым способом.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на 7-й международной научно-практической конференции «Геопространственные технологии и сферы ее применения» (Москва, КВЦ «Сокольники», март 2011); 7-й международной научно-практической конференции «Новейшие достижения геодезии, геоинформатики и землеустройства - Европейский опыт» (Чернигов, ЧГИЭ-иУ, май 2011); 12-й международной научно-практическая конференции «Безопасность движения поездов» (Москва, МИИТ, октябрь 2011); международной конференции «Современные проблемы геомеханики, геотехнологии, маркшейдерии и геодезии при разработке месторождений полезных ископаемых и освоении подземного пространства» (Санкт-Петербург, НМСУ «Горный», октябрь 2011 г.); 8-й международной научно-практической конференции «Новейшие достижения геодезии, геоинформатики и землеустройства - Европейский опыт» (Чернигов, ЧГИЭиУ, май 2012); семинаре «Геодезические работы при строитель-

6

стве 2-ой сцены Мариинского театра Санкт-Петербурга» (Санкт-Петербург, СПб отделение Русского географического общества, январь 2013 г.); заседаниях кафедры «Инженерная геодезия» ПГУПС; научно-техническом семинаре на кафедре «Инженерная геодезия» НМСУ «Горный» (апрель 2013 г).

Личный вклад автора. Выполнен анализ и обобщение существующего опыта геодезического контроля деформаций при строительстве городских подземных сооружений открытым способом. Показаны преимущества закрепления пунктов опорной плановой геодезической сети пленочными отражателями. Проведены экспериментальные исследования отражательной способности пленочных отражателей и выполнен анализ полученных результатов. Выполнено совершенствование методов проектирования, построения и контроля опорной плановой геодезической сети. Обоснованы требования к точности геодезического контроля деформаций, а именно, обоснованы требования к точности обратной засечки и к максимальной удаленности деформационных марок от станции свободного станционирования, обоснован порядок выбора методики геометрического нивелирования. Усовершенствованы алгоритмы вычисления оптимальных геометрических параметров наземного лазерного сканирования.

Публикации. Основное содержание работы отражено в 10 публикациях, 4 из которых в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 183 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков, 36 таблиц, 8 приложений и список литературы из 112 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Основные результаты диссертационных исследований отражены в следующих защищаемых положениях:

1. Задача проектирования оптимального положения пунктов опорной плановой геодезической сети может быть успешно решена методом анализа иерархий, опираясь на следующие критерии оптимизации: точность определения положения станции свободного станционирования, углы падения луча на пункты сети, расстояния от станции до пунктов, «сохранность» пунктов, «связанность» пунктов. При этом в условиях плотной застройки пункты сети следует закреплять пленочными отражателями.

При проектировании опорной плановой геодезической сети предлагается в первую очередь выбрать оптимальное положение пунктов сети. При этом для закрепления пунктов выбраны пленочные отражатели, использование которых в условиях плотной застройки имеет ряд преимуществ перед пунктами с традиционными типами центров, а именно, расширение возможных мест размещения пунктов, возможность установки пунктов значительно выше уровня земли и снижение

затрат на их установку.

Вместе с тем, при измерениях на пленочные отражатели в большинстве случаев не соблюдается условие перпендикулярности луча к поверхности отражателя. Поэтому автором были выполнены экспериментальные исследования отражательной способности ряда пленочных отражателей различного формата и различных производителей. В ходе исследований тахеометром Боккт 8еМ110 выполнены линейные измерения для расстояний от 10 м до 5пр (предельная дальность измерений, достигнутая в эксперименте) при углах падения луча на отражатель от 90° до рпр (предельный угол падения, достигнутый в эксперименте),

при этом угол падения менялся как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости. В результате для каждого пленочного отражателя была установлена линейная зависимость предельного угла падения от измеряемого расстояния рпр = аБ + Ъ . В качестве примера на рисунке 1

представлены результаты экспериментальных исследований для пленочных отражателей форматов 15x15 мм, 50x50 м, 90x90 мм, производства ЗАО «Геостройизыскания».

90 80 70 80 к 50 40 30 20 10 0

<

» Ж'"' ...................^ > »

♦"'Ч ¡к-- к •

'! А. -- "

!-......V'"'............. к' . ъ-^Ш *

1 ]

20

40

60

Э, м

♦ СП 15

.4 ОЛ50 « ОГШО

— рпр.°=0.в4-8(м)+14°,Й2=0.985

.......(Зпр 5Я'5(м;+9°.К2=0.988

- рпр °=0.49'3(м)+9*Д2=0 080 80 100 120 140 160

Рисунок 1 - Результаты экспериментальных исследований

Проблема заключается в том, что производителями геодезического оборудования вид данной зависимости и отражательные характеристики (Рпр и ¿пр) не указываются, поэтому для используемой системы

«тахеометр - пленочный отражатель» рекомендуется их исследовать и определять экспериментально.

Следует отметить, что в настоящее время вопросу проектирования оптимального положения пунктов опорной плановой геодезической сети уделяется недостаточное внимание, что приводит к необходимости разработки научно обоснованной методики решения данной задачи.

Можно выделить следующие требования, на которые необходимо ориентироваться при проектировании оптимального положения пунктов опорной сети: обеспечение удобства выполнения геодезических работ, сохранность пунктов сети, минимизация числа пунктов, обеспечение благоприятных условий измерений, в частности и на пленочные отражатели в соответствии с отражательными характеристиками используемой системы «тахеометр - пленочный отражатель».

Таким образом, задача выбора оптимального положения пунктов сети является многокритериальной с критериями различной природы и может быть успешно решена методом анализа иерархий (МАИ).

В рамках МАИ структура задачи оптимального выбора представляется в виде иерархии, которая в простейшем случае включает три уровня: оптимальный выбор, критерии оптимального выбора, альтернативы. На каждом уровне иерархии составляются матрицы парных сравнений, результатом обработки которых является вектор приоритетов, определяемый путем вычисления главного собственного вектора матрицы и его нормализации. После установления приоритетов критериев и альтернатив вычисляются глобальные приоритеты альтернатив, учитывающие все критерии оптимизации.

При закреплении пунктов опорной сети пленочными отражателями, основным методом определения координат деформационных марок является метод свободного станционирования. Сущность данного метода состоит в том, что тахеометр устанавливается в наиболее удобном для выполнения наблюдений месте (которое назовем станцией) и определяются его координаты обратной засечкой, далее определяются координаты деформационных марок способом полярных координат. Значит целесообразно сначала, исходя из критерия обеспечения удобства выполнения геодезических работ по контролю деформаций, выбрать станции. Тогда, выбор оптимального положения пунктов сети может быть

последовательно осуществлен для каждой станции, а совокупность оптимальных пунктов отдельных станций даст искомую сеть.

Генерацию альтернатив для каждой станции предложено выполнять в следующем порядке:

• Сужение области потенциальных мест размещения пунктов (боковые поверхности окружающих зданий) по условию предельной дальности измерений, наличия видимости и предельного угла падения.

• Выделение в полученной области конкретных мест расположения пунктов и формирование из них альтернатив, которые представляют собой различные комбинации пунктов (абсолютное число альтернатив). Число пунктов в комбинации рекомендуется брать больше минимального числа, необходимого для осуществления обратной засечки на станции, для случая, если видимость на часть пунктов закрыта.

• Сокращение абсолютного числа альтернатив до числа целесообразных альтернатив по условию заданной средней квадратическои ошибки (СКО) определения положения станции.

В качестве критериев предложены: точность определения положения станции свободного станционирования (КО; углы падения луча на пункты сети (пленочные отражатели) (К2); расстояния от станции до пунктов (К3); «сохранность» пунктов (К4); «связанность» пунктов (К5).

Матрица парных сравнений критериев формируется с помощью фундаментальной шкалы Саати, при этом экспертные оценки должны отражать мнение группы экспертов. При сравнении альтернатив по критериям используются реальные значения альтернатив, т. е. экспертная оценка заменяется отношением реальных значений альтернатив. Однако, возможны случаи, когда отношения реальных значении альтернатив не отражают полезность относительных суждений экспертов. В этом случае значения альтернатив в исходных шкалах целесообразно предварительно привести к шкале Саати по следующим формулам

Af =1 + 8-- ГТТ> w

sup4-m£4,

Д-infii. п\

А'= 9-8—--—, ^

' sup/l( - infAi

где А', - новые значения альтернатив в шкале Саати; А, - значения альтернатив в исходной шкале; in£4, и згцЦ, - нижняя и верхняя граница множества значений альтернатив в исходной шкале.

Реальные значения альтернатив по критерию К] находятся путем предрасчета точности обратных засечек на станции. Реальные значения альтернатив по критериям К2 и К3 можно найти как графически по стройгенплану, так и аналитически. Исходной информацией для аналитического способа служат пространственные координаты характерных точек зданий и сооружений окружающей застройки, пространственные координаты станций и мест расположения пунктов опорной сети, выбранных в качестве альтернатив. Альтернативы по критерию К4 можно количественно оценить на основе близости здания (на котором пленочными отражателями закреплены пункты сети) к котловану, так как при строительстве открытым способом это наиболее значимый показатель, характеризующий возможность появление деформаций зданий окружающей застройки. Критерий К5 отражает число станций, для которых рассматриваемый пункт может быть потенциально использован для осуществления обратной засечки (или уже выбран как оптимальный, если оптимизационная задача решена для одной и более станций). Данный критерий позволяет связать оптимальные пункты отдельных станций в искомую сеть по условию минимизации общего числа пунктов.

Теоретические разработки были экспериментально исследованы при проектировании оптимального положения пунктов опорной плановой геодезической сети строительства 2-й сцены Государственного академического Мариинского театра в Санкт-Петербурге. Из 22 рассматриваемых пунктов для 6-и станций было выбрано 11 оптимальных пунктов (рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема оптимального расположения пунктов

11

2. Построение опорной плановой геодезической сети следует осуществлять методом косвенной трилатерации с предварительным проектированием положения вспомогательных точек, с которых выполняются линейно-угловые измерения при построении сети.

При закреплении пунктов сети пленочными отражателями становится невозможным выполнять измерения в сети непосредственно с пунктов. На кафедре «Инженерная геодезия» ПГУПС было предложено такую сеть рассматривать как трилатерацию, в которой расстояния между пунктами измеряются косвенным способом со вспомогательных точек. Назовем такой метод построения плановой сети косвенной три-латерацией. Для повышения жесткости сети можно выполнять не только линейно-угловые измерения со вспомогательных точек на опорные пункты, но и измерения между вспомогательными точками (рисунок 3).

Q1 - пункт опорной плановой геодезической сети (пленочный отражатель)

Sf1

о - вспомогательная точка

измеренные направления и " ~ ~ расстояния на опорные пункты М

измеренные направления и

......... расстояния на вспомогательные

точки Sf

расстояния м/д опорными пунктами, измеренные косвенным способом

Рисунок 3 - Схема сети Для достижения требуемой точности построения сети с условием минимизации объема полевых работ предложен следующий алгоритм проектирования оптимального положения вспомогательных точек:

1. Осуществляется проектирование оптимального плана измерении сети трилатерации и определяется, какие линии необходимо измерить и

с какой точностью. ,nvr\

2. Для каждой отобранной линии по заданным параметрам (CKU

линейных измерений ms, СКО угловых измерений mß, измеряемое горизонтальное расстояние d, заданная СКО измерения расстояния таш), на основе разработанного графоаналитического способа, находится допустимая область расположения вспомогательной точки.

Сущность данного способа заключается в следующем. Из решения

квадратного уравнения ак2+Ьк + с = 0 находится к. Коэффициенты данного уравнения определяются следующими выражениями

где и (12 ■ горизонтальные расстояния между вспомогательной точкой и пунктами сети, расстояние между которыми необходимо измерить; (3 - угол между направлениями на данные пункты со вспомогательной точки.

Далее из решения системы

определяется г/, и с12, по значениям которых графически строится вспомогательная точка.

Если для некоторых параметров (т8, т^, с1, ) задавать раз-

личные значения угла р, то находится некоторой множество вспомогательных точек, соединив которые плавной кривой, определяется допустимая область (ограниченная данной кривой) расположения вспомогательной точки. В качестве примера на рисунке 4 для ряда линий показаны допустимые области расположения вспомогательной точки при

следующих параметрах: тр = 1", т^ = 1 мм, ти^ , = 1 мм.

Рисунок 4 - Допустимые области расположения вспомогательной точки 3. Полученные области дополнительно сужаются по условию предельного угла падения луча и предельной дальности измерений.

(3)

2

Ь - -2 со^ рфп Р) ; с = Л2 (гп] 0 + соб2 р) - т](эл)),

(5)

(4)

(6)

4. Итоговые области, найденные для отдельных линий, совместно рассматриваются путем наложения их на стройгенплан. Тогда вспомогательные точки необходимо выбирать в местах, удовлетворяющих как можно большему числу линий, что позволит уменьшить количество вспомогательных точек.

После измерений выполняется уравнивание сети по методу наименьших квадратов параметрическим способом. В качестве исходных пунктов назначаются наиболее стабильные пункты, выявленные по результатам контроля сети. Веса расстояний, измеренных косвенным способом, назначаются в соответствии с их СКО.

Согласно ГОСТ 24846-81 для каждого цикла определения деформаций следует контролировать стабильность пунктов опорной геодезической сети. Заметим, что теоретические основы контроля стабильности высотной геодезической сети достаточно изучены, известны способы В. А. Карпенко, И. В. Рунова, В. Н. Ганьшина, А. Костехеля, В. Ф. Черникова. В свою очередь проблема контроля стабильности плановой сети остается в настоящее время актуальной.

Наиболее разработанной группой способов контроля стабильности плановой сети являются способы, основанные на принципе отыскания какой-либо устойчивой статистической модели, относительно которой можно было бы определить смещения отдельных пунктов. Анализ по этому вопросу показал, что указанные способы отличаются значительным разнообразием и до сих пор нет единого подхода к решению данной проблемы. Кроме того, их общим недостатком является сложность и громоздкость вычислительных процедур. В связи с этим контроль стабильности опорной плановой геодезической сети предложено осуществлять на основе вычисления смещений пунктов между циклами измерений путем преобразования координат пунктов сети исследуемого цикла наблюдений в координаты исходного цикла наблюдений и последовательного исключения пунктов, смещения которых превосходят предельные ошибки их определения. Координаты пунктов исследуемой сети и их СКО определяются путем предварительного уравнивания сети как свободной.

Проведенные модельные исследования показали надежность выявления нестабильных пунктов при смещениях больше утроенной СКО положения пунктов после уравнивания и количестве смещенных пунктов меньше половины. Также выполненная экспериментальная проверка показала сходимость полученных результатов с известными результатами других авторов.

3. Геодезический контроль горизонтальных смещений и кренов объектов контроля следует выполнять методом свободного станционирования электронными тахеометрами, вертикальных смещений - геометрическим нивелированием цифровыми нивелирами, а контроль пространственных деформаций объектов, имеющих сложную архитектурную форму или находящихся в предава-рийном состоянии - с использованием технологии наземного лазерного сканирования.

Каждое из указанных средств измерений и разработанная на его основе методика измерений наилучшим образом подходит для нахождения определенных деформационных характеристик, а совместное их применение позволяет выполнить полный контроль деформаций.

Так, метод свободного станционирования, выполняемый электронными тахеометрами, наилучшим образом подходит для определения горизонтальных смещений и кренов в условиях плотной застройки, когда опорная плановая сеть закреплена пленочными отражателями. Точность данного метода определяется выражением

т1,у = т2с + тр (7)

где тс - СКО определения положения станции; тр - СКО определения

положения деформационных марок относительно станции. При этом в соответствии с принципом пренебрегаемо малого влияния ошибок исходных данных, ошибками опорных пунктов пренебрегаем. Используя

принцип равного влияния ошибок и с учетом заданной СКО тх (ад) определения положения деформационных марок, запишем

тС(max) = тР(max) = тх.,Ы) > (8)

где тх у(зд) определяется в соответствии с требуемой точностью определения горизонтальных смещений, которая принимается по ГОСТ 24846-81 или на основании допустимой величины деформаций согласно требованиям СП.

Полученная максимальная СКО юс(шах) определения положения

станций служит для отбора целесообразных альтернатив на этапе проектирования оптимального положения пунктов опорной плановой геодезической сети на основе метода анализа иерархий. А максимальная

СКО /и;)(тах) определения положения деформационных марок относительно станции позволяет рассчитать по формуле

¿тах =— ^¡(ВВ) ~т1 (9)

7Яр

максимальную удаленность деформационных марок от станции.

Ориентируясь на ¿/тах и исходя из критерия максимального удобства выполнения работ, выбирается положение станций.

Контроль вертикальных смещений предложено выполнять методом геометрического нивелирования цифровыми нивелирами по двухступенчатой схеме. В первой ступени прокладываются ходы геометрического нивелирования по реперам высотной опорной сети. Во второй ступени - ходы геометрического нивелирования по осадочным маркам. При этом первая ступень является исходной по отношению ко второй. Предрасчет точности для каждой ступени предложено выполнять путем определения СКО единицы веса по формуле

У-И ~ тН(зд)

где «щзд) - заданная СКО определения высот осадочных марок, которая определяется в соответствии с требуемой точностью определения вертикальных смещений (если рассматривается первая ступень, то

тн(зд) соответствует необходимой СКО определения высот реперов опорной сети, которая определяется по принципу пренебрегаемо малого влияния ошибок исходных данных); Qн - обратный вес функции определения высоты наиболее слабо определяемой осадочной марки (или наиболее слабо определяемого репера опорной сети), который выбирается из обратной весовой матрицы уравненных высот точек хода, найденной по алгоритму параметрического способа уравнивания.

В качестве СКО единицы веса рекомендуется использовать СКО определения превышения на станции, так как при контроле осадок зданий и сооружений в условиях плотной застройки ходы геометрического нивелирования характеризуются незначительными длинами, но с большим числом станций. По значению СКО единицы веса делается вывод о методике геометрического нивелирования. Также можно рекомендовать уменьшать обратный вес путем изменения схемы ходов нивелиро-

Рисунок 5 - Сканирование вертикальной плоскости

Таблица 1 - Формулы расчета оптимальных геометрических параметров сканирования вертикальной плоскости

Формула

Описание

Г = к0

Т7 - наименьшая величина перекрытия двух сканов; коэффициент к = (0.1 -з- 0.3); 2 - захват области сканирования по линии 1 -2

"> 2 0 = - Н~

Я - минимальное из значений К] и ; Я - высота плоскости сканирования_

Л, =

гср

ОГ п

л, =л/52 -с1г

2 V шах

Л, и - радиусы окружностей максимальной

области сканирования в рамках плоскости, определенные соответственно для

минимального угла падения рт1п и

максимальной дальности измерений 5'тах;

d - расстояние между станцией и плоскостью по нормали к последней_

в = д-г

В - расстояние между станциями сканирования

Ь + (п -1)^

N - количество станций сканирования; Ь

п = — - количество станций сканирования без <2

перекрытия Р между сканами; Ь - длина плоскости сканирования_

Ъ. =

(2/ -1)5

Ъ — смещение станции от осевой линии; г - порядковый номер станции слева (справа) от осевой линии

ЗБ вид

Вид сверху

Рисунок 6 - Сканирование вертикальной цилиндрической поверхности

Таблица 2 - Формулы расчета оптимальных геометрических параметров сканирования вертикальной цилиндрической поверхности

Формула Описание

аГ +Ы +с = 0 Квадратное уравнение, из решения которого определяется 1. Область допустимых значений у(и +1) —--<1<\ и

2 2 а = и - т а, Ь, с- коэффициенты квадратного уравнения

Ъ = у[т - 2и(и +1)

с = v2(u +1)2

V = »Ш* Ртт V, и, т - вспомогательные величины; Я - радиус цилиндра; Н - высота цилиндра

и - 2 нг

2Л51пРтт т — Н

г = эт2 у => у = аБтл/^ у - горизонтальная составляющая пространственного УГЛа Ртт

( п \ к сое у X - агсБт V Я + (1 у X и 9 - вспомогательные горизонтальные углы

е л - = — (у + ь) 2 2

Q - захват области сканирования по верхнему основанию цилиндра

^ - наименьшая величина перекрытия двух сканов; коэффициент к = (0.1 -ьО.З)

0(1 -к) 5 = 2(/г + ^)Бт—-- 2 В - расстояние между станциями сканирования

2лЯ + Ы =- в N - количество станций сканирования; 2пЯ п =- - количество станции сканирования без Q перекрытия Р между сканами

вания. Это позволит выбрать такую схему измерений, которая будет соответствовать менее точным и более простым измерениям.

В настоящее время основными приборами для контроля вертикальных деформаций зданий и сооружений методом геометрического нивелирования стали цифровые нивелиры, которые обеспечивают увеличение производительности на 50% по сравнению с традиционными оптико-механическими приборами, но при работе с которыми следует ответственно контролировать установку штрих-кодовых реек в отвесное положение с помощью уровня; избегать сочленения реек; при недостаточной естественной освещенности искусственно освещать рейки; для контроля измерений использовать башмаки с двумя головками или изменять высоту нивелира на станции после каждой пары отсчетов.

В последние годы в практику ведения деформационного контроля различных инженерных сооружений широко внедряется технология наземного лазерного сканирования (НЛС). Трехмерные модели, созданные по результатам НЛС, имеют значительное преимущество перед двухмерным представлением результатов контроля деформаций при оценке неравномерных деформаций объектов, которые являются основной причиной снижения их прочности и устойчивости. Поэтому технологию НЛС при строительстве городских подземных сооружений открытым способом предложено использовать преимущественно для оценки пространственных деформаций объектов окружающей застройки, получивших в ходе строительства значительные неравномерные деформации, общее состояние которых необходимо оценить в короткие сроки. Особенно актуальна данная задача для наблюдений за деформациями зданий исторической застройки, имеющих часто сложную архитектурную форму, что вынуждает увеличивать количество точек наблюдений при использовании других методов контроля.

Анализ, посвященный НЛС, показал, что во время выполнения полевых работ параметрам сканирования, которые формируют геометрию, уделяется недостаточное внимание. В связи с этим усовершенствованы алгоритмы вычисления оптимальных геометрических параметров (количество станций сканирования и параметры, определяющие места расположения данных станций) для сканирования вертикальной плоскости, что наиболее характерно для боковых поверхностей зданий и сооружений, и для сканирования вертикальной цилиндрической поверхности, которая часто встречается в пространственных формах исторических зданий. Усовершенствованные алгоритмы позволяют с помощью более простых и точных расчетов по сравнению с существую-

щими алгоритмами определять оптимальные геометрические параметры сканирования, исходными величинами для вычисления которых выбраны: минимальный угол падения р^ луча на поверхность объекта и

максимальная дальность 5шах измерения расстояний.

Предлагаемые алгоритмы вычисления оптимальных геометрических параметров сканирования заключаются в следующем. В соответствии с ситуацией территории работ задается расстояние d между станцией сканирования С и объектом сканирования по нормали к последнему и принимается, что d = const. Далее для выбранного значения d находится расстояние В между станциями сканирования, их количество N, а для сканирования вертикальной плоскости дополнительно определяется смещение Ъ станции от осевой линии данной плоскости. Все расчетные формулы сведены в таблицы 1, 2, а обозначения, используемые в них, соответствуют рисункам 5, 6.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно - квалификационную работу, в которой предлагается решение актуальной научно-технической задачи - совершенствование методов геодезического контроля деформаций при строительстве городских подземных сооружений открытым способом на основе использования современных электронных средств геодезических измерений.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1.В условиях плотной городской застройки опорную плановую геодезическую сеть предпочтительно закреплять пленочными отражателями. Установлено, что для каждой системы «тахеометр - пленочный отражатель» зависимость предельного угла падения луча на пленочный отражатель от измеряемого расстояния индивидуальна. Даны рекомендации по ее учету при планировании работ.

2. Показано, что проектирование оптимального положения пунктов опорной плановой геодезической сети можно успешно выполнять на основе метода анализа иерархий. При этом пункты сети закрепляются пленочными отражателями, и схема их расположения выбирается в рамках проектирования всей схемы контроля деформаций. Обоснован порядок генерации альтернатив и предложены критерии оптимизации: точность определения станции свободного станционирования, углы

падения луча на пункты сети, расстояния от станции до пунктов, «сохранность» пунктов, «связанность» пунктов.

3. Построение опорной плановой геодезической сети предложено осуществлять методом косвенной трилатерации. При этом установлен алгоритм определения оптимального положения вспомогательных точек, с которых выполняются линейно-угловые измерения при построении сети, основанный на графоаналитическом способе нахождения допустимой области расположения вспомогательной точки.

4. Контроль стабильности пунктов опорной плановой геодезической сети предложено осуществлять на основе вычисления смещений пунктов между циклами измерений путем преобразования координат пунктов сети исследуемого цикла наблюдений в координаты исходного цикла наблюдений и последовательного исключения пунктов, смещения которых превосходят предельные ошибки их определения. Предложенный способ контроля характеризуется простыми вычислительными процедурами.

5. Горизонтальные смещения и крены объектов контроля предложено определять методом свободного станционирования на основе использования электронных тахеометров. Обоснованы требования к точности обратной засечки и к максимальной удаленности деформационных марок от станции свободного станционирования.

6. Контроль вертикальных смещений объектов контроля предложено выполнять по двухступенчатой схеме методом геометрического нивелирования цифровыми нивелирами. Обоснован порядок выбора методики геометрического нивелирования.

7. Пространственные деформации объектов контроля, имеющих сложную архитектурную форму или находящихся в предаварийном состоянии, предложено выполнять с помощью технологии наземного лазерного сканирования. Усовершенствованы алгоритмы вычисления оптимальных геометрических параметров наземного лазерного сканирования для исследования деформаций зданий в условиях плотной застройки.

8. Каждый из указанных средств измерений наилучшим образом подходит для нахождения определенных деформационных характеристик, а совместное их применение позволяет выполнить полный контроль деформаций.

Основные положения и результаты диссертационного исследования опубликованы в следующих наиболее значимых работах:

1. Афонин Д. А. Геодезические работы при строительстве подземной части 2-й сцены Мариинского театра в Санкт-Петербурге / Д. А. Афонин, Е. С. Богомолова, М. Я. Брынь и др. // Записки Горного института. - СПб: РИЦ Горного ун-та, 2012. - Т. 199. - С. 329-333.

2. Афонин Д. А. Оптимизационная модель выбора схемы плановой геодезической разбивочной сети на застроенной территории // Геодезия и картография. - 2011. - № 9. - С. 16-22.

3.Афонин Д. А. Построение геодезической разбивочной сети, закрепляемой пленочными отражателями // Записки Горного института. — СПб: РИЦ Горного ун-та, 2012. - Т. 199. - С. 301-308.

4. Афонин Д. А. Проектирование геометрических параметров наземного лазерного сканирования при контроле деформаций зданий и сооружений в условиях плотной застройки / Д. А. Афонин, М. Я. Брынь, Е. Г. Толстов // Геодезия и картография. - 2013. - № 2. - С. 2-7.

5. Афонин Д. А. Геоинформационный мониторинг строительства 2-й сцены Мариинского театра в Санкт-Петербурге / Д. А. Афонин, Е. С. Богомолова, М. Я. Брынь и др. // Сборник трудов 8-й международной научно-практической конференции «Новейшие достижения геодезии, геоинформатики и землеустройства - Европейский опыт». - Чернигов: ЧГИЭиУ, 2012. -№ 8. - С. 190-193.

6. Афонин Д. А. Использование метода анализа иерархий для выбора оптимальной схемы плановой геодезической разбивочной сети на территории с плотной застройкой // Современные достижения геодезической науки и производства. - Львов: НУЛП, 2011. - Выпуск II (22). -С. 142-146.

7. Афонин Д. А. Использование пленочных отражателей для закрепления пунктов плановой геодезической разбивочной сети на застроенной территории // Труды 7-й международной научно-практической конференции «Новейшие достижения геодезии, геоинформатики и землеустройства - Европейский опыт». - Чернигов: ЧГИЭиУ, 2011. — № 7. -С. 92-93.

8. Афонин Д. А. Проектирование, построение и мониторинг плановых геодезических разбивочных сетей в городских условиях // Труды II межвузовской научно-практической конференции «Военная картография: средства и методы топографо-геодезического и картографического производства, пути совершенствования подготовки специалистов». — СПб: BKA имени А. Ф. Можайского, 2012. - С. 63-71.

РИЦ Горного университета. 13.05.2013. 3.255 Т. 100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Афонин, Дмитрий Андреевич, Санкт-Петербург

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ

СООБЩЕНИЯ»

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ГОРОДСКИХ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ

ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ

042ОТ 35^687

На правах рукописи

Афонин Дмитрий Андреевич

Специальность: 25.00.32 - Геодезия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Брынь Михаил Ярославович

Санкт-Петербург - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................................5

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ГОРОДСКИХ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ.............................................................11

1.1 Общие сведения о строительстве городских подземных сооружений открытым способом.......................................................................................................11

1.2 Анализ деформационных процессов, сопутствующих строительству городских подземных сооружений открытым способом...........................................14

1.3 Характеристика геодезического контроля деформаций при строительстве городских подземных сооружений открытым способом.................21

Выводы по главе 1..........................................................................................................40

2 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ПОСТРОЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ОПОРНОЙ ПЛАНОВОЙ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ СЕТИ................................................................................................................................43

2.1 Постановка задачи...............................................................................................43

2.2 Особенности измерения расстояний при наблюдениях на пленочные отражатели......................................................................................................................45

2.3 Проектирование оптимального положения пунктов опорной плановой геодезической сети на основе метода анализа иерархий...........................................47

2.4 Построение опорной плановой геодезической сети........................................64

2.5 Контроль стабильности опорной плановой геодезической сети...................72

Выводы по главе 2..........................................................................................................77

3 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ДЕФОРМАЦИЙ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ............................79

3.1 Геодезический контроль горизонтальных смещений и кренов методом свободного станционирования электронными тахеометрами..................................79

3.2 Геодезический контроль вертикальных смещений методом геометрического нивелирования цифровыми нивелирами.......................................88

3.3 Геодезический контроль пространственных деформаций на основе технологии наземного лазерного сканирования.......................................................103

Выводы по главе 3........................................................................................................116

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ РАЗРАБОТОК ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ДЕФОРМАЦИЙ.....................119

4.1 Экспериментальное исследование отражательной способности пленочных отражателей..............................................................................................119

4.2 Исследование методики проектирования оптимального положения пунктов опорной плановой геодезической сети на примере строительства 2-й сцены Государственного академического Мариинского театра.............................125

4.3 Исследование графоаналитического способа определения допустимой области расположения вспомогательной точки........................................................133

4.4 Экспериментальная проверка разработанного способа контроля стабильности опорной плановой геодезической сети..............................................137

4.5 Экспериментальная проверка усовершенствованного алгоритма вычисления оптимальных геометрических параметров наземного лазерного сканирования вертикальной цилиндрической поверхности....................................142

Выводы по главе 4........................................................................................................145

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................................146

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................................................149

ПРИЛОЖЕНИЯ............................................................................................................162

Приложение А Требования СНиП 02.01-83 «Основания зданий и сооружений» к допустимым величинам деформаций..............................................162

Приложение Б Способы представления результатов контроля деформаций сооружений...................................................................................................................166

Приложение В Требования ГОСТ 24846-81 «Грунт. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений» к точности определения деформаций...................................................................................................................168

Приложение /"Наиболее распространенные конструкции деформационных пунктов..........................................................................................................................170

Приложение Д Наиболее распространенные конструкции опорных пунктов......173

Приложение Е Обзор современных электронных геодезических приборов.........175

Приложение Ж Обзор пленночных отражателей.....................................................182

Приложение И Методики геометрического нивелирования...................................183

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы в крупных городах наблюдается тенденция все более активного освоения подземного пространства. Это связано с тем, что в большинстве случаев подземные сооружения являются наиболее оптимальными решениями острых городских проблем (территориальных, транспортных, энергетических и т. д.), вызванных возрастающей концентрацией городского населения и дефицитом дорогостоящих городских территорий.

Освоение подземного пространства в городах по большей части осуществляется открытым способом, который при этом может оказывать значительное влияние на окружающую застройку в плане развития деформационных процессов, особенно это касается подземного строительства с устройством глубоких котлованов. Аварийные ситуации при таком строительстве в условиях города подробно представлены в [39]. Поэтому при строительстве городских подземных сооружений открытым способом необходимо выполнять геодезический контроль деформаций.

В настоящее время накоплен значительный опыт и теоретическая основа по геодезическому контролю деформаций различных инженерных сооружений. Значительный вклад в развитие данного направления геодезических работ внесли известные ученые: И. Ю. Васютипский, В. Н. Ганьшин, Ю. П. Гуляев, Б. Н. Жуков, А. К. Зайцев, А. А. Карлсон, Е. Б. Клюшин, Г. Д. Курошев, Г. П. Левчук, С. А. Николаев, М. Е. Пискунов, И. В. Рунов, Г. А. Шеховцов и др. Однако, использование современных средств геодезических измерений во многом не обеспечено научно-методическими основами, хотя геодезические работы с использованием современных приборов имеют ряд преимуществ, а именно, значительно упрощается методика измерений и их обработка, сокращаются временные затраты, повышается точность производства геодезических работ. Поэтому в настоящее время, в рамках перехода к реализации концепции комплексного освоения подземного пространства городов и с учетом высокого уровня риска при строительстве городских подземных сооружений открытым способом, является актуальным и необходимым совершенствование методов

геодезического контроля деформаций при строительстве данных объектов, ориентированных на использование современных электронных средств геодезических измерений.

Цель диссертационной работы. Совершенствование методов геодезического контроля деформаций при строительстве городских подземных сооружений открытым способом.

Идея работы заключается в оптимизации проектирования, построения и контроля опорной геодезической сети и на ее основе осуществление геодезического контроля деформаций современными средствами геодезических измерений.

Задачи исследований:

• Изучение общей характеристики строительства городских подземных сооружений открытым способом и анализ деформационных процессов, сопутствующих данному виду строительства.

• Анализ современного состояния геодезического контроля деформаций инженерных сооружений, в том числе и при строительстве городских подземных сооружений открытым способом.

• Совершенствование методов проектирования, построения и контроля опорной геодезической сети.

• Обоснование методических рекомендаций по планированию и проведению геодезического контроля горизонтальных деформаций на основе использования электронных тахеометров.

• Обоснование методических рекомендаций по планированию и проведению геодезического контроля вертикальных деформаций методом геометрического нивелирования с использованием цифровых нивелиров.

• Совершенствование метода наземного лазерного сканирования для целей контроля деформаций.

Методы исследований. Теоретические методы: математико-статистические методы, метод наименьших квадратов, метод анализа иерархий, теория ошибок измерений. Экспериментальные методы: анализ производственных результатов

геодезического контроля деформаций, самостоятельные натурные и модельные исследования.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Задача проектирования оптимального положения пунктов опорной плановой геодезической сети может быть успешно решена методом анализа иерархий, опираясь на следующие критерии оптимизации: точность определения положения станции свободного станционирования, углы падения луча на пункты сети, расстояния от станции до пунктов, «сохранность» пунктов, «связанность» пунктов. При этом в условиях плотной застройки пункты сети следует закреплять пленочными отражателями.

2. Построение опорной плановой геодезической сети следует осуществлять методом косвенной трилатерации с предварительным проектированием положения вспомогательных точек, с которых выполняются линейно-угловые измерения при построении сети.

3. Геодезический контроль горизонтальных смещений и кренов объектов контроля следует выполнять методом свободного станционирования электронными тахеометрами, вертикальных смещений - геометрическим нивелированием цифровыми нивелирами, а контроль пространственных деформаций объектов, имеющих сложную архитектурную форму или находящихся в предаварийном состоянии - с использованием технологии наземного лазерного сканирования.

Научная новизна работы:

• Впервые предложено проектирование оптимального положения пунктов опорной плановой геодезической сети, закрепляемой пленочными отражателями, осуществлять на основе использования метода анализа иерархий. Выделены основные критерии оптимизации и обоснован порядок генерации альтернатив.

• Установлено, что для каждой системы «тахеометр - пленочный отражатель» зависимость предельного угла падения луча на пленочный отражатель от измеряемого расстояния индивидуальна. Даны рекомендации по учету этой зависимости при планировании работ.

• Опорную плановую геодезическую сеть предложено строить методом косвенной трилатерации с использованием вспомогательных точек, с которых выполняются измерения при построении сети, с предварительным проектированием положения вспомогательных точек.

• Разработан алгоритм определения оптимального положения вспомогательных точек, который основан на разработанном графоаналитическом способе нахождения допустимых областей расположения данных точек.

• Контроль стабильности опорной плановой геодезической сети предложено осуществлять на основе вычисления смещений пунктов между циклами измерений путем преобразования координат пунктов сети исследуемого цикла наблюдений в координаты исходного цикла наблюдений и последовательного исключения пунктов, смещения которых превосходят предельные ошибки их определения.

• Горизонтальные смещения и крены объектов контроля предложено определять методом свободного станционирования электронными тахеометрами, вертикальные смещения - методом геометрического нивелирования цифровыми нивелирами, а пространственные деформации - с помощью технологии наземного лазерного сканирования.

• Усовершенствованы алгоритмы вычисления оптимальных геометрических параметров наземного лазерного сканирования для исследования деформаций зданий в условиях плотной застройки.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается согласованностью теоретических результатов исследований с экспериментальными данными; сопоставимостью результатов, полученных на основе теоретических разработок диссертации, с известными результатами других авторов.

Практическая значимость работы:

• Разработана методика проектирования оптимального положения пунктов опорной плановой геодезической сети, которая ориентирована на наименее

затратный способ закрепления пунктов (пленочными отражателями) и рассматривается в рамках проектирования всей схемы контроля деформаций.

• Выполнены экспериментальные исследования отражательной способности пленочных отражателей (предельный угол падения и предельная дальность измерений на пленочные отражатели).

• Результаты диссертационный работы внедрены в производственную деятельность ООО НТТП «Бента» и ОАО «КБ ВиПС», что подтверждено актами о внедрении, использованы при строительстве 2-й сцены Государственного академического Мариинского театра в Санкт-Петербурге, а также могут быть обобщены для геодезического контроля деформаций при строительстве других городских подземных сооружений открытым способом.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на 7-й международной научно-практической конференции «Геопространственные технологии и сферы ее применения» (Москва, КВЦ «Сокольники», март 2011); 7-й международной научно-практической конференции «Новейшие достижения геодезии, геоинформатики и землеустройства - Европейский опыт» (Чернигов, ЧГИЭиУ, май 2011); 12-й международной научно-практическая конференции «Безопасность движения поездов» (Москва, МИИТ, октябрь 2011); международной конференции «Современные проблемы геомеханики, геотехнологии, маркшейдерии и геодезии при разработке месторождений полезных ископаемых и освоении подземного пространства» (Санкт-Петербург, НМСУ «Горный», октябрь 2011 г.); 2-й межвузовской научно-практической конференции «Военная картография: средства и методы топографо-геодезического и картографического производства, пути совершенствования подготовки специалистов» (Санкт-Петербург, BKA имени А. Ф. Можайского, апрель 2012); 8-й международной научно-практической конференции «Новейшие достижения геодезии, геоинформатики и землеустройства - Европейский опыт» (Чернигов, ЧГИЭиУ, май 2012); международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы инженерных изысканий, геодезических, картографических и кадастровых работ» (Санкт-Петербург, СПб общество

геодезии и картографии, октябрь 2012); семинаре «Геодезические работы при строительстве 2-ой сцены Мариинского театра Санкт-Петербурга» (Санкт-Петербург, СПб отделение Русского географического общества, январь 2013 г.); заседаниях кафедры «Инженерная геодезия» ПГУПС; научно-техническом семинаре на кафедре «Инженерная геодезия» НМСУ «Горный» (апрель 2013 г).

Личный вклад автора. Выполнен анализ и обобщение существующего опыта геодезического контроля деформаций при строительстве городских подземных сооружений открытым способом. Показаны преимущества закрепления пунктов опорной плановой геодезической сети пленочными отражателями. Проведены экспериментальные исследования отражательной способности пленочных отражателей и выполнен анализ полученных результатов. Выполнено совершенствование методов проектирования, построения и контроля опорной плановой геодезической сети. Обоснованы требования к точности геодезического контроля деформаций, а именно, обоснованы требования к точности обратной засечки и к максимальной удаленности деформационных марок от станции свободного станционирования, обоснован порядок выбора методики геометрического нивелирования. Усовершенствованы алгоритмы вычисления оптимальных геометрических параметров наземного лазерного сканирования.

Публикации. Основное содержание работы отражено в 10 публикациях, 4 из которых в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 183 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков, 36 таблиц, 8 приложений и список литературы из 112 наименований.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ГОРОДСКИХ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ

1.1 Общие сведения о строительстве городских подземных сооружений

открытым способом

Подземное сооружение или подземная часть сооружения - сооружение или часть сооружения, расположенная ниже уровня поверхн