Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка и исследование технологии геодезического обеспечения строительства и установки технологического оборудования ускорительно-накопительного комплекса (УНК)

ВАК РФ 25.00.32, Геодезия

Автореферат диссертации по теме "Разработка и исследование технологии геодезического обеспечения строительства и установки технологического оборудования ускорительно-накопительного комплекса (УНК)"

На правах рукописи

Лавринснко Елена Дмитриевна

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И УСТАНОВКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ УСКОРИТЕЛЬНО-НАКОПИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА (УНК)

Специальность - 25 00 32 «Геодезия»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003 166254

Москва - 2007

003166254

Работа выполнена на кафедре инженерной геодезии Московского государственного строительного университета (МИСИ)

Научный руководитель доктор технических наук

Рязанцев Геннадий Евгеньевич

Официальные оппоненты доктор технических наук,

профессор Баранов Владимир Николаевич, кандидат технических наук Осипов Дмитрий Евгеньевич

Ведущая организация ФГУП «Атомэнергопроект»

Защита диссертации состоится «_»_2007 г в_часов

на заседании диссертационного совета Д 212 145 03 при Московском государственном университете геодезии и картографии по адресу 105064 Москва, Гороховский пер , д 4, ауд 321

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета геодезии и картографии

Автореферат разослан «_»_2007г

Ученый секретарь юм Климков

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Ускорители заряженных частиц открывают исключительные возможности получения новых сведений о фундаментальной природе окружающего нас мира Развитие ускорительной техники идет по пути увеличения интенсивности пучка заряженных частиц Связанное с этим увеличение размеров физических установок при требованиях к точности сопряжения основных элементов порядка десятых и сотых долей миллиметра требует решения новых задач в области прикладной геодезии

Появление новых прикладных направлений использования ускорителей, модернизация ранее созданных установок, участие специалистов нашей страны в реализации грандиозных международных проектов, таких, как Ад-ронный Коллайдер (1_;НС) в ЦЕРНе, подтверждают актуальность темы диссертационной работы Поэтому технология геодезического обеспечения строительства самого крупного (длина кольцевого тоннеля ~ 21км) из запроектированных в нашей стране ускорителей - ускорительно-накопительного комплекса (УНК) в г Протвино представляет научный и практический интерес и для перспективы создания новых ускорителей, и как пример решения прецизионной задачи в пределах весьма значительного по размерам сооружения

Целью диссертационной работы является проведение исследований и разработка технологии, позволяющей качественно дополнить теоретическую основу производства и обработки высокоточных геодезических измерений, выполняемых на ускорителях

Направления исследований связаны с решением следующих научных задач

1 Провести сравнительный анализ результатов математического моделирования вариантов построения наземной геодезической сети

2 Оценить результаты решения редукционных задач в процессе создания наземных и подземных геодезических сетей УНК

з

3 Разработать методику и определить степень влияния неоднородности гравитационного поля на установку оборудования в проектное положение по высоте по результатам астрономо-геодезического нивелирования

4 Провести исследование, связанное с оценкой влияния кривизны поверхности относимости на измерения при строительстве тоннеля и при установке технологического оборудования в проектное положение по высоте

5 Усовершенствовать и практически применить методику обработки плановых измерений с целью выявления деформаций, основанную на принципе конформного преобразования

Объектом исследования являются строящийся ускорительно-накопительный комплекс УНК на территории Московской области, проектные данные и материалы геодезических измерений по этому объекту

Методы исследований. Численное моделирование, метод наименьших квадратов, метод дифференциального исчисления, линейная алгебра

Научная новизна работы. Основные результаты диссертационной работы, представляющие научную новизну, заключаются в следующем

1 Усовершенствованы методические положения развития наземных и подземных геодезических сетей при строительстве кольцевых ускорителей

2 Обоснованы необходимость и порядок учета редукционных поправок в плановые измерения в процессе создания геодезического обоснования при строительстве и монтаже оборудования УНК

3 Выявлены особенности, связанные с учетом поправок за кривизну поверхности относимости при строительстве тоннеля и при установке технологического оборудования в проектное положение по высоте

4 Разработан метод оценки степени влияния неоднородности гравитационного поля на результаты высотных измерений при монтаже оборудования по результатам астрономо-геодезического нивелирования

5 Разработан и практически применен алгоритм оценивания внешней и внутренней деформации плановых геодезических сетей кольцевых ускорителей

Практическое значение работы заключается в решении проблемы повышения точности и надежности геодезического обеспечения путем использования высокоточной технологии построения многоступенчатого геодезического обоснования для строительства ускорителей кольцевой формы, впервые обеспечивающей одновременное выполнение как строительных, так и монтажных работ Разработнные в диссертации методические положения использовались при строительстве тоннеля УНК Составлена и опробована прикладная программа уравнивания сетей с оценкой деформаций на основе принципа конформного преобразования, которая может использоваться при проведении геодезического мониторинга на кольцевых ускорителях

Апробация и публикация работы. По материалам диссертации опубликовано 5 работ Основные положения и результаты исследований докладывались на научно-технической конференции, посвященной 225-летию МИИГАиК в 2004г и конференции, посвященной 85-летию кафедры инженерной геодезии МГСУ в 2006г

Структура и объем работ ы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы Основное содержание диссертации изложено на 117 страницах, содержит 27 таблиц и 25 рисунков Список литературных источников включает 55 наименований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение содержит обоснование актуальности темы, определение цели и задач диссертанта

Первая глава «Ускорительно-накопительный комплекс и аналитический обзор технологий и принципов построения опорных геодезических сетей ускорителен заряженных частиц» характеризует объект исследования в плане конструктивных особенностей и технических требований к строительству тоннеля и монтажным работам В процессе поиска пути решения задач, связанных с УНК, приводится аналитический обзор технологий геодезического обеспечения при строительстве двух самых крупных ускори-

тельных комплексов в мире (диаметры 8,6 и 2,0км): в ЦЕРНе (Швейцария) и в национальной ускорительной лаборатории им. Э.Ферми (США).

УНК создаётся на базе действующего кольцевого ускорителя У-70 с диаметром 470м. Его запуск даёт возможность благодаря переводу пучка из У-70 через канал инжекции в кольцевой ускоритель комплекса увеличить энергию пучка с 70 до 3000 Гэв (рисунок 1).

Кольцевой ускоритель УНК запроектирован в форме, близкой к эллипсу. Максимальная глубина заложения тоннеля - 60м. Наклон плоскости орбиты к горизонту - 0,67мрад (2'18"). Общее количество устанавливаемого технологического оборудования составляет 3000 единиц. Это магнитные линзы, поворотные магниты и корректирующие магниты. Точностные требования к строительству тоннеля и монтажу оборудования приведены в таблице 1.

Технология построения геодезического обоснования должна обеспечивать взаимосвязь этапов геодезических измерений с целью сохранения их преемственности для достижения заданных точностей монтажа оборудования и при этом возможности ведения строительных и монтажных работ на разных участках проходки одновременно.

Таблица1

Требования к точности строительно-монтажных работ

Ср кв погрешность (СКП) радиального положения магнитной линзы (квадруполя) относительно двух соседних 0,05мм

СКП взаимного положения по высоте 2-х соседних квадруполей 0,06мм

СКП радиального и высотного положения магнита (диполя) относительно квадруполей 0,5мм

СКП азимутального положения диполя относительно квадруполей 1,0мм

Отклонение оси тоннеля от проектного положения 50,0мм

Максимально допустимая величина погрешности сбойки осей участков тоннеля, сооружаемых встречными забоями 25,0мм

СКП положения базового квадруполя относительно пункта наземной сети 5,0мм

Специалистами геодезических служб Института физики высоких энергий (ИФВЭ) и ФГУП ГСПИ при участии автора [2] был разработан «принцип преемственности», задающий идеологическую основу методики измерений и

обработки при последовательном развитии геодезических сетей

На основании этих методических положений в технологическую схему построения планово-высотных сетей включено пять ступеней геодезического обоснования Исходной основой для строительства является наземная тоннельная сеть Она сгущается ходами основной полигонометрии с целью обеспечить исходными данными ориентирование и передачу координат в подземные выработки Подземная маркшейдерская сеть необходима для строительства тоннеля и установки закладных деталей под основное технологическое оборудование На этапе предварительного монтажа оборудования создается монтажная сеть Окончательная установка электромагнитного оборудования будет выполняться не от опорной сети, а посредством измерений по знакам, расположенным на оборудовании (юстировочная сеть)

На начальном этапе создания многоступенчатого обоснования автором были проведены исследования методом численного моделирования различных схем и методов построения и обоснован выбор наиболее оптимального варианта наземной тоннельной сети, который был реализован на объекте

В связи с большими размерами ускорителя и высокими требованиями выноса проекта в натуру исследовались вопросы учета влияния редукцион-

7

ных поправок на плановые геодезические измерения, а также влияния кривизны поверхности относимости и неоднородности гравитационного поля на высотные геодезические измерения

Во второй главе «Математическое моделирование наземной геодезической сети УНК» методом математического моделирования исследуются варианты построения наземной геодезической основы Указанный метод позволяет предрассчитать точность определения координат пунктов геодезических сетей на уникальных объектах

Рассматривались следующие варианты наземной сети триангуляция, трилатерация, линейно-угловая сеть (центральные системы), полигонометрия и специальная полигонометрическая сеть с измеренными астрономическими азимутами (рисунки 2,3) Перечисленные варианты схем после уравнивания сгущались полигонометрическими ходами (II ступень обоснования)

Геометрические данные моделей и погрешности измерения элементов сетей максимально приближены к фактическим и проектным значениям соответственно длина стороны в сетях I ступени - 3,3км, в сетях II ступени — 1км, СКП измерения углов - 1" и 1,2", сторон - 10 и 5мм (I и II ступени) Дополнительные точностные характеристики отдельных вариантов СКП измерения базиса в триангуляции 1 800 ООО, СКП определения трех дополнительных сторон в трилатерации со средней длиной 6км - 15,0мм, погрешность определения астрономического азимута в специальной полигономет-рической сети - 0,7", широты - 0,4" и долготы - 0,5" В пятом варианте сети реализована одна ступень наземного обоснования

Основными заданными критериями оценки качества вариантов геодезической основы служили СКП дирекционного угла наиболее слабой стороны та- 1,5", СКП положения пункта в наиболее слабом месте сети т = 25мм При уравнивании использовалась специально созданная программа на основе параметрического способа Оценивалась точность определения положения пунктов нуль-свободных и свободных геодезических построений различными методами (таблица 2) Нуль-свободные геодезические сети имеют минимальный набор исходных данных (исходный пункт и дирекционное направ-

ление) и необходимы для обеспечения единства системы координат УНК и У-70 Свободные сети целесообразно использовать при обработке деформационных измерений на кольцевых ускорителях

0014

Вариант 1

1-тоннельная триангуляция (I ступень)

2-тоннельная полигонометрия (II ступень)

0014 0012

0003 ошм^^^!-^^ 0007 05

Вариант 3

1- тоннельная трилатерация (I ступень)

2- тоннельная полигонометрия (II ступень)

' 0007

^ 0005

Вариант 2

1-тоннельная полигонометрия (I ступень)

2-тоннельная полигонометрия (II ступень)

0004^—^^ 0007

0003

Вариант 4

1-линейно-угловая сеть (I ступень)

2-тоннельная полигонометрия (II ступень)

3 - исходный пункт наземной сети,

4- исходное дирекционное направление,

5- дополнительные стороны

Рисунок 2 - Варианты наземной сети УНК

1-пункт Лапласа, 4-исходный пункт,

2-пункт полигонометрии, 5-исходное дирекционное направление,

3-сторона полигонометрии, 6- пункт триангуляции

Рисунок 3 - Наземная сеть УНК Вариант 5

Полигонометрии с азимутами Лапласа

Таблица2

СКП положения пунктов (ш) по результатам уравнивания

Нуль-свободные сети

№ пункта Вариант 1 Триангуляция Вариант 2 Полигонометрия Вариант 3 Трилатерация Вариант 4 Линейно-угловая сеть Вариант 5 Спец полигонометрия

Ши мм тМ1 т+и Ю/.мм т!+п )ММ т]+п т,мм

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0030 3,93 3,60 9,53 6,74 9,27 6,51 8,16 6,16 16,77

0014 25,08 14,92 17,74 13,93 21,80 15,53 16,08 12,92 24,04

0012 29,23 17,72 22,93 17,57 27,34 19,64 18,56 15,35 24,96

0009 33,61 18,84 22,91 17,83 25,65 19,18 19,08 15,64 21,85

0007 24,34 13,45 15,72 12,00 20,33 13,83 14,64 11,41 16,28

0023 20,98 13,63 - - 17,64 14,11 12,51 10,88 19,59

0003 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

ю

Свободные сети

1 2 3 4 5 б 7 8 9 10

0030 11,21 7,30 9,04 6,46 10,73 7,07 7,40 5,75 8,01

0014 11,26 8,03 9,02 6,96 10,29 6,73 7,40 6,21 10,89

0012 10,52 7,73 9,02 7,06 10,88 7,65 7,06 6,08 10,38

0009 11,05 7,53 9,24 6,94 10,32 6,61 7,19 5,92 8,75

0007 10,82 7,63 8,92 6,95 10,65 7,47 7,28 6,08 11,86

0023 7,03 7,64 - - 8,10 8,29 5,00 5,56 9,86

0003 11,42 7,67 9,11 6,81 10,38 6,58 7,46 6,01 10,74

Из таблицы 2 следует, что

• погрешности положения пунктов в нуль-свободных сетях триангуляции, полигонометрии и трилатерации сравнимы между собой, такой же вывод можно сделать и по отношению к свободным сетям,

• линейно-угловая сеть характеризуется несколько большей точностью,

• погрешности положения пункта и дирекционного угла в наиболее слабом месте нуль-свободных сетей не превысили соответственно величин 25мм и 1,5", предусмотренных техническим заданием,

• свободные сети кольцевой и радиально-кольцевой формы являются более точными и имеют меньший диапазон изменения погрешностей по сравнению с аналогичными нуль-свободными сетями

Таким образом, все приведенные варианты построений обеспечивают необходимую точность наземной геодезической сети С точки зрения экономических соображений, исходя из особенностей района строительства (залесен-ность и пр), вариант 5 отличается от других меньшими трудностями в организации производства измерений и возможностью одновременного создания сети пунктов полигонометрии необходимой густоты вдоль кольцевого тоннеля Количество ступеней наземного обоснования сокращается до двух (тоннельная и основная полигонометрия) Благодаря включению в сеть пунктов Лапласа появляется возможность не только контролировать угловые измерения, но и исследовать влияние неоднородностей гравитационного поля Земли на результаты высотных измерений на основании астрономо-геодезического нивелирования

п

В третьей главе «Исследование влияния редукционных поправок на результаты плановых геодезических измерений» обосновывается необходимость использования при вычислениях рекомендуемого осевого меридиана и поверхности относимости

Обработка измерений наземных и подземных плановых геодезических сетей объекта связана с большим объемом редукционных вычислений Его можно значительно уменьшить, если использовать поверхность относимости со средней отметкой оси тоннеля и при переходе к проекции Гаусса-Крюгера применить не меридиан 3° зоны (¿0=36°), удаленный от объекта на 80км, а меридиан, проходящий недалеко от центра кольцевого ускорителя (Хв=37°14') Это позволяет уменьшить величины редукционных поправок до пренебрегаемых величин В результате анализа вычислений автором рекомендуется следующее

1 Измеренные длины линий наземных сетей следует редуцировать на поверхность относимости со средней отметкой оси тоннеля 118м Поправки достигают 15мм при изменении высот от 140 до 177м При вычислении используется известная формула, включающая средний радиус эллипсоида

2 Редукционные поправки в линии при переходе к плоскости в проекции Га-усса-Крюгера не учитываются при использовании осевого меридиана Lo=37°14' Для километровых линий тоннельной полигонометрии они находятся в пределах 0,2мм, что несущественно при точности измерения 5мм

3 При переходе от измеренных астрономических к геодезическим азимутам в измерения вводят поправку за несовпадение плоскостей астрономического и геодезического меридианов (поправку Лапласа)

4 При переходе от геодезических азимутов к дирекционным углам поправки за кривизну изображения геодезической линии на плоскости пренебрегаемо малы (менее 0,003") и не учитываются

5 При проектировании координат геодезических пунктов с дневной поверхности в шахту поправки в координаты за влияние уклонений отвесных линий

находятся в пределах 0,1мм и не учитываются

12

Четвертая глава - «Исследование влняння редукционных поправок на результаты высотных геодезических измерений». По техническим условиям электромагнитное оборудование кольцевого ускорителя устанавливается по заданной плоской кривой, повторяющей форму орбиты Высокоточное геометрическое нивелирование не позволяет решшь задачу определения высот относительно плоскости установки оборудования При выраженных сотыми долями миллиметра допустимых погрешностях на взаимное положение элементов оборудования по высоте в результатах измерений необходим учет неоднородностей гравитационного поля и кривизны поверхности относимости

Величина поправки за кривизну поверхности относимости ¿Я зависит от положения отсчетного эллипсоида и радиуса его кривизны Величины поправок при переходе к проекшой плоскости кольцевого ускорителя будут меньше, если предположить, что эллипсоид или поверхность параллельная ему проходит через два репера высотой сети В этом случае проектная плоскость кольцевого ускоршеля будет секущей к поверхности эллипсоида

Для секущей плоскости примем дополнительное условие если реперы высотной сети, через которые она проходит (а,с), находятся на севере и юге кольцевого ускорителя, то максимальные поправки за кривизну, приблизительно равные между собой, будут находиться на западе и востоке в точках к и Ъ (рисунок 4)

При учете кривизны поверхности относимости на стадии строительства кольцевого тоннеля допустимо использовать сферическую поверхность относимости со средним радиусом кривизны эллипсоида Пользуясь известной формулой для поверхности сферы, определим максимальную поправку за

кривизну ЬШ = ' 0 (1)

В формуле (1) - расстояние от точки "а" до центра кольцевого ускорителя "О" с известными координатами, А - расстояние от центра кольцевого ускорителя до определяемой точки оси тоннеля

Плоскость кольцевого ускорителя

Максимальная поправка за кривизну поверхности относим ост и

IV

Поверхность относимости

Рисунок 4 - Поправка за кривизну поверхности относимости

Максимальная поправка при переходе к плоскости орбиты ускорителя составляет 218мм.

Высокая точность монтажа оборудования не позволяет использовать поверхность сферы. Докажем это, принимая во внимание, что основное требование к точности установки смежных квадруполей по высоте выражается СКП 0,06мм. В этом случае точность вычисления поправок за кривизну поверхности относимости должна быть ~ 0,01мм. Продифференцировав (1), получим выражение для допустимой погрешности радиуса:

2 Я2тх„

V2 -

"шах

(2)

При точности вычисления поправки т8я=0,01мм, максимально допустимая погрешность радиуса составит 293м. Для широты данного объекта несовпадение среднего радиуса кривизны эллипсоида и радиусов кривизны меридиана М и первого вертикала N составляет приблизительно 7км. Таким образом, при учёте кривизны поверхности относимости в высотных измерениях на УНК необходимо пользоваться формулой, включающей радиус кривизны произвольного сечения и меридиана:

2 рА1 2 М 2 Мрм

На основании изложенного, на объекте рекомендуется вычислять поправку за кривизну поверхности относимости, используя в качестве этой поверхности эллипсоид, и вводить ее на стадии вычисления проектных высот оси тоннеля

Впервые при строительстве инженерного сооружения, на сравнительно небольшой площади, были проведены астрономические наблюдения на 6-ти астропунктах, включенных в наземную сеть УНК Они позволили для оценки влияния аномального гравитационного поля на высотные измерения при монтаже технологического оборудования воспользоваться методом астроно-мо-геодезического нивелирования Использование метода дает возможность сделать выводы о характере изменений высот квазигеоида в районе УНК

Схема астрономо-геодезической сети представляет собой полигон с привязкой к исходному пункту (рисунок 5) Среднее расстояние между пунктами - 4км В качестве измерений выступают разности высот квазигеоида, вычисляемые по составляющим уклонений отвесных линий

НА

Рисунок 5 - Схема ас1рономо-геодезической сети

Формула для вычисления разности высот квазигеоида имеет вид

<Г2-С, +#а)соз42 +(»7 + 711)зт42], (4)

2 р

где ,0;2 - расстояние между пунктами 1 и 2, г; — составляющие уклонения отвеса, А ¡2 - геодезический азимут направления с пункта 1 на пункт 2

Уравнивание астрономо-геодезической сети выполнено коррелатным способом Для астропункта 20А аномалия высоты принята равной нулю Пользуясь уравненными значениями аномалий высот построим плоскость, наилучшим образом приближенную к астропунктам на поверхности квазигеоида Отклонения от нее \>ф будут характеризовать степень неоднородности гравитационного поля Именно они могут оказывать влияние на результаты физических экспериментов В таблице 3 приведены значения отклонений Величины отклонений от вероятнейшей плоскости не превышают ср кв погрешности их определения (—1,1 мм)

Использование астрономических наблюдений позволило выявить характер гравитационного поля в пределах объекта строительства наклон проектной плоскости орбиты ускорителя, вызываемый постоянной составляющей аномалий высот на 5-ти астропунктах, уверенно прослеживается в направлении с северо-востока на юго-запад По отношению к заданному наклону проектной плоскости (0,67мрад) эта величина невелика (0,01мрад) и может не учитываться ТаблицаЗ

Результат вычисления положения вероятнейшей плоскости по значениям аномалий высот астропунктов наземной сети УНК

астропункт Уравненные аномалии высот Составляющие аномалий высот

образуют вероят-нейшую плоскость отклонения от вероятнейшей плоскости

С., мм С/,мм Уд, ММ

20А 0,00 -0,19 +0,19

511А 24,19 +25,15 -0,96

14А 61,43 +60,25 +1,18

10А 85,08 +85,68 -0,60

7А 25,58 +25,37 +0,20

В пятой главе «Разработка методики анализа результатов наблюдений за деформациями плановой наземной геодезической основы» рассматриваются теоретические основы оценивания внутренних деформаций плановых сетей на основе принципа конформного преобразования В связи с тем, что для кольцевых ускорителей важно знать величины деформаций по радиусу и азимуту, алгоритм доработан с целью применения его в системе полярных координат

Накопление случайных и систематических погрешностей в протяженных геодезических сетях приводит к тому, что значения полной деформации, определенные как разность координат одноименных пунктов из 2-х циклов измерений, не всегда соответствуют фактическим смещениям В результате уравнивания наземной сет и УНК координаты наиболее удаленных от исходного пунктов определяются с погрешностями, достигающими 50мм Поэтому при обработке деформационных измерений было принято решение использовать метод разделения полной деформации 8х] и Ьу} на две составляющие -внутреннюю ёх/ 8у/ и внешнюю 8x0) 8у}(р)

Внутренняя деформация характеризует взаимное смещение плановых пунктов Внешняя деформация пунктов сети определяется набором параметров, связанных с ее разворотом относительно исходной точки, изменением линейного масштаба, параллельным сдвигом по осям координат Нормальная работа кольцевого ускорителя не зависит от внешней деформации, но чувствительна к взаимному смещению пунктов Автором предлагается следующая последовательность оценивания внешних и внутренних деформаций

1 Уравниваются начальный и текущий циклы измерений с одной твердой точкой и исходным дирекционным углом (нуль-свободная сеть)

2 Вычисляется полная деформация сети

(5)

8х, = х, — х.

о

V

3 Осуществляется переход от нуль-свободной сети к свободной координаты j -ой точки вычисляются от центра тяжести

Xj = Хо + Lj cosa

yj = yo + Lj siria [, (7)

где x0=[xJ/N, yo =[yJ/N

4 Полный дифференциал от выражения (7) дает формулу определения внешней составляющей деформации (8) с учетом того, что 5т = 5L/L Ее компоненты интерпретируются как дифференциалы изменения координат в определенной системе, обусловленные конформным преобразованием, сохраняющим геометрию сети

¿kj (/?) = ár0 - ís.yJ 8а + Ах J 5т

Sy¡ (/?) = + Лх/5а + Ау/т | , (8)

где &Xj = х) - х0, Ayj = у° -у0 ,

дхо, 6у0 - параметры конформного преобразования, приводящие к сдвигу сети относительно центра тяжести по осям координат х и у, дт - параметр изменения масштаба,

да - параметр связанный с разворотом системы координат

5 Вычисляется величина внутренней деформации как разность между полной деформацией и ее внешней составляющей

Sx* =SXj~ (Sx0 - Ayfia + Ax^Sm) SyJ =dy}- (Sy0 + AXjSa + Ay,<5m) I (9)

Параметры конформного преобразования определяются по способу наименьших квадратов под условием [&J2 j+ [ф*3|= min

6 Ср кв погрешность внутренней деформации вычисляется по известной формуле та. (10)

в которой матрица весовых коэффициентов для декартовой системы координат =2GQGr (11)

В формуле (11) матрица G = I - е(ег е)~'ег, (12)

где I - единичная матрица размера 2N(2N — количество пунктов в сети), е - матрица, составленная из частных производных равенств (7)

'-Ду, Д*, 1 О"1

Дг, Ду, О 1

-AVn bxN i о

. &xN Д.У И О 1,

7 Внутренняя деформация в декартовой и полярной системах координат представляется в матричном виде

дrD=

8 А

Sy\

S4,

Д2!=

sr;

5А\

SK

SA*„

(И)

8 Переходим от декартовой системы координат к полярной следующим

образом

ÁZp -- B2A'x2NAZD+,

(15)

где В - матрица, составленная из коэффициентов равенств, выражающих смещение координат по радиальному и азимутальному направлениям

В =

cosa, sma, -sino;, cosa.

cosa2 sm a2 -sina, cosa,

cosa., sma„

- sm a„ cosa.

(16)

9 Получаем матрицу весовых коэффициентов для полярной системы координат, пользуясь аналогичной матрицей для декартовой системы из уравнивания текущего цикла нуль-свободной сети

2 л г; = вдА^в* (17)

10 Вычисляется ср кв погрешность определения внутренней деформации по приведенной ниже формуле (в общем виде) при использовании погрешности единицы веса для текущего цикла измерений

т

Алгоритм был использован при составлении вычислительной программы для компьютерной обработки деформационных измерений на УНК

Достоверность определения внутренней деформации по приведенной методике подтверждалась проведенным сравнительным анализом результатов ее вычисления с результатами, полученными по способу гармонического анализа и при уравнивании сети как свободной по методу наименьших квадратов По известным формулам были получены величины внутренней деформации в полярной системе координат и их ср кв погрешности для модели полигонометрической сети в виде правильного б-угольника, совпадающие при вычислении разными методами

В шестой главе «Практическая реализация методических положений по развитию геодезического обоснования для обеспечения строительства и монтажа технологического оборудования УНК» обобщены результаты практической реализации разработок автора

При создании наземной локальной астрономо-геодезической сети СКП измерения сторон была задана величиной ±5мм, углов - 1,2", астрономические измерения на 6-ти пунктах Лапласа проводились по 1-ому классу точности Обработка геодезических измерений включала редукционные вычисления с учетом выбранного осевого меридиана плоскости проекции Гаусса и приведением к принятой поверхности относимости Анализ уравнивания нескольких циклов измерений показал, что наиболее слабым в точностном отношении пунктом оказался пункт 0012 СКП определения его координат шх = 15,0мм, шу = 22,0мм не превысили заданной техническим заданием предельной величины 25мм Выбранная схема, метод создания наземной сети и качественные измерения позволили создать наземную геодезическую основу, соответствующую проектным требованиям

Разработанная технология геодезических работ по развитию наземного и подземного обоснования при сооружении тоннеля обеспечила одну из главных задач — сбойку встречных подземных выработок в соответствии с заданными в техническом задании допусками По результатам 6-ти сбоек макси-

го

мальная величина несбойки встречных осей тоннелей в плане составила 21мм при допуске 25мм, а по высоте - 13мм при допуске 15мм

В результате математической обработки геодезических измерений и последовательного уравнивания маркшейдерской и монтажной сети с СКП исходных данных были получены результаты, приведенные в таблице 4 Таблица4

Результаты оценки точности исходных пунктов на отдельных этапах

создания подземного геодезического обоснования

Средняя квадратическая погрешность (СКП) Минимальное значение Максимальное значение Среднее значение

тх ,мм 7ИУ ,мм тх ,мм ТПу ,мм тх ,мм ГПу ,мм

СКП приствольного пункта на поверхности относительно пункта тоннельной сети 3,9 4,1

СКП исходных нункюв маркшейдерской сети относительно пунктов наземной сети (из 19-ти передач) 4,0 2,8 9,9 10,3 6,1 6,1

СКП исходных пунктов маркшейдерской сети после уравнивания с ошиб исход данных 3,6 2,7 6,0 6,7 4,5 4,4

СКП исходных пунктов монтажной сети после уравнивания с ошибками исходных данных (12 пунктов) 1,6 2,6 4,8 5,3 3,6 3,7

Точность определения координат исходных пунктов маркшейдерской сети после уравнивания повысилась в 1,4 раза, после уравнивания монтажной сети - в 1,2 раза При погрешнос ги передачи координат на исходные квадруполи 0,5 - 1,0мм, СКП определения их положения относительно пунктов наземной сети не превысят заданной техническим заданием величины 5,0мм

Предложенная методика вычисления деформаций применялась при обработке восьми циклов плановых измерений наземной сети Предварительно оценивалась точность полевых измерений Усредненные значения погрешностей определения углов и сторон т(1 = 1,18", тх = 4,8мм не превысили проектных значений В результате уравнивания по специальной программе вычислялись величины деформаций в декартовой и полярной системах координат На рисунке 6 приведены графики внутренней деформации пунктов по

радиусу II и азимуту А в восьмом цикле измерений относительно первого

21

Величины внутренних деформаций пунктов в радиальном направлении по результатам четырёхлетних наблюдений не превысили 13мм для кольцевой сети диаметра 6км. Точность определения внутренней деформации составила в среднем т§я = 9,8мм.

13

9

7

?

г 5

те 3

а я 1

о. о -1

-а-

Г*

те

те

X X -7

- -9

-11

£0

13

-15

7 / \

/ .....\ \

/у

V \ А к

у и / Л / V

Я-1 / /\ . у* /'.. •: .....х.

/ > \ / .........н

У

/ О 1

А

о м го ю

го го т —

о о о о

о о о о

N ГО П г) — —

чс о о

ООО

номера пунктов сети Рисунок 6- График внутренней деформации наземной плановой сети

Основные результаты исследований состоят в следующем:

1. Анализ результатов математического моделирования вариантов построения наземной геодезической основы (триангуляции, трилагерации, линейно-угловой сети, полигонометрии и специальной иолигонометрии с измеренными астрономическими азимутами) показал, что выбор полигонометрической сети с измеренными астрономическими азимутами является наиболее оптимальным и с точки зрения обеспечения проектной точности, и по экономико-организационным показателям.

2. В результате решения редукционных задач автором предложено при вычислениях использовать осевой меридиан, максимально приближенный к центру кольцевого ускорителя. Расчёты показали, что при этом условии поправки в линейные и угловые измерения за переход на плоскость в проекции Гаусса-Крюгера не вводятся на всех этапах создания наземного и подземного

обоснования Необходимо вводить редукционные поправки в измеренные линии наземной полигонометрии (при длинах более 400м) при переходе к поверхности относимости со средней отметкой оси тоннеля 118м

3 Теоретическое исследование, связанное с учетом влияния на результаты высотных измерений кривизны поверхности относимости при строительстве тоннеля и монтаже технологического оборудования, доказало достаточность использования в качестве этой поверхности в первом случае - сферы, во втором случае - эллипсоида Автором рекомендуется вычисления производить относительно поверхности эллипсоида и вводить поправки за кривизну поверхности относимости при расчете проектных высот орбиты ускорителя

4 Разработанный метод оценки степени влияния неоднородности гравитационного поля на результаты высотных измерений по данным астрономо-геодезического нивелирования позволил выявить дополнительный наклон проектной плоскости кольцевого ускорителя (0,014мрад) Составляющая аномалии высоты, характеризующая однородность гравитационного поля не учитывается, т к не деформирует плоскость орбиты ускорителя Переменная составляющая \>с,, характеризующая неоднородность гравитационного поля в пунктах Лапласа, имеет максимальную величину 1,18мм, соответствующую пределу точности измерений

5 Разработан и применен алгоритм определения внутренней деформации плановых геодезических сетей на основе принципа конформного преобразования в полярной системе координат

6 Выполненные исследования по оценке точности внедренной технологии на всех этапах создания геодезического обоснования УНК позволили получить точностные данные для метрологической аттестации методик геодезических измерений в рабочих условиях строительства и монтажа УНК

Публикации по теме диссертации

1 В А Горелов, Г В Глухов, Е Д Лавриненко Создание планового геодезического обоснования при строительстве УНК Известия вузов Геодезия и аэрофотосъемка - 2002 №3 - с 3-14

г

2 В А Горелов, Г В Глухов, Е Д Лавриненко Принцип преемственности и его роль при построении геодезических сетей на поверхности и в тоннеле УНК Известия вузов Геодезия и аэрофотосъемка - 2002 №3 - с 15-21

3 В А Горелов, Е Д Лавриненко, В П Савушкина Влияние кривизны поверхности относимости при строительстве тоннеля и монтаже оборудования УНК по высоте Современные методы проектирования, технической эксплуатации и реконструирования зданий и сооружений Сборник трудов МГСУ-М,2005-с 145-147

4 В А Горелов, Е Д Лавриненко Методика обработки плановых деформаций наземной геодезической основы ускорительно-накопительного комплекса (УНК) Геодезия Международная научно-техническая конференция, посвященная 225-летию МИИГАиК Сборник докладов - М, 2004 -с 242-250

5 Е Д Лавриненко, В А Горелов, Л Г Шкулепова Учет влияния гравитационного поля по данным астрономо-геодезического нивелирования при монтаже технологического оборудования ускорительно-накопительного комплекса (УНК) Современные технологии геодезического обеспечения строительства, монтажа и геотехнического мониторинга зданий и сооружений Юбилейный сборник трудов МГСУ- М, 2006 - с 133-139

МГУГиК

105064, Москва К-64, Гороховский пер ,4

Подп к печати 21 09 2007 Формат 60x90 Бумага офсетная Печ л 1,5 Уч-изд л 1,5 Тираж 100экз Заказ №211 Цена договорная