Разработка методики маркшейдерских работ при подземном строительстве с использованием лазерных приборов

Терещенко, Татьяна Юрьевна

Автореферат диссертации по теме "Разработка методики маркшейдерских работ при подземном строительстве с использованием лазерных приборов"

На правах рукописи

ТЕРЕЩЕНКО Татьяна Юрьевна

УДК 622.1:528.5

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ МАРКШЕЙДЕРСКИХ РАБОТ ПРИ ПОДЗЕМНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛАЗЕРНЫХ ПРИБОРОВ

Специальность 25.00.16 - "Горнопромышленная и нефтегачопромыслопая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2004

Московский государственный горный университет

Работа выполнена на кафедре геодезии Санкт-Петербурского государственного архитектурно-строительного университета

Научный руководитель-

доктор технических наук, профессор БЕСПАЛОВ Юрий Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор МАКАРОВ Александр Борисович кандидат технических наук, доцент НОВИЧИХИН Юрий Николаевич

Ведущее предприятие.

Московский государственный открытый университет

защита состоится "30" июня 2004 г в 13 час 00 мин. на заседании

диссертационного совета Д-212 128.04 в Московском государственном горном университете по адресу. 119991, Москва, В-49, Ленинский проспект, д.6 Факс- (095)236-01-71

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан 20041

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

БУБИС Юрий Вольфович

горб-4 1091

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Задачей маркшейдерской службы при подземном строительстве является обеспечение переноса в натуру запроектированных объектов, при этом контроль за геометрической схемой сооружения приходится выполнять как на поверхности, так и в подземном пространстве. Маркшейдерская служба предприятия выполняет сложный комплекс работ по созданию планового и высотного обоснования, ориентированию подземных опорных сетей и заданию направлений горных выработок. Все измерительные операции регламентируются требованиями действующих инструкций и нормативных положений. Особенностями подземного строительства является проходка тоннелей и разделка камер большого сечения.

В зависимости от принятой схемы строительства в сложных горногеологических условиях проходка выработок большого сечения может производиться сплошным забоем или по частям, когда горнопроходческие работы ведутся на разных горизонтах. Задачей маркшейдерской службы при этом является обеспечение точного смыкания элементов обделки, возводимой одновременно в разных частях сооружения. Поэтому задание направлений при проходке горных выработок в горизонтальной и вертикальной плоскостях сочетается с одновременным выполнением комплекса разбивочных работ как при проходке, так и при возведении крепи. Кроме того, при разделке подземных камер большого сечения возникает также необходимость в наблюдениях за устойчивостью временной крепи и подземных конструкций. Наиболее высокие требования к точности разбивочных работ предъявляются при монтаже сложного подземного энергетического, транспортного и другого оборудования.

Современные скоростные способы проходки горных выработок при подземном строительстве требуют применения новых, более прогрессивных методов маркшейдерского контроля, обеспечивающих высокую производительность и точность измерений. ,тм при широком использовании

современных лазерных маркшейдерско-геодезических приборов на всех стадиях подземного строительства, а потому обеспечение необходимого маркшейдерского сопровождения установке и монтажу технологического оборудования в современных условиях возможно только на основе применения лазерных методов. Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что совершенствование методики маркшейдерских работ при подземном строительстве с использованием лазерных приборов является актуальной задачей.

Однако вопросы, относящиеся к использованию лазерных приборов в специфических сложных условиях горных выработок, при проявлениях капежа, а также для маркшейдерского обеспечения монтажа и установки на проектную отметку технологического оборудования при подземном строительстве, до настоящего времени разработаны недостаточно.

Применение лазерных геодезических приборов для разбивочных работ на предприятиях машиностроения способствовало совершенствованию методов неразрушающего контроля, повышению производительности и точности монтажа при сборке сложных конструкций. Однако известные исследования выполнялись применительно к производственным условиям сборочных цехов самолетостроительных предприятий с постоянным микроклиматом, совершенно отличным от условий, характерных для подземных горных работ. Использование лазерных приборов при маркшейдерском обеспечении монтажных работ в подземном строительстве требует проведения дополнительных исследований с целью определения всех источников погрешностей, влияющих на точность измерений, включая и факторы внешней среды.

Перед автором диссертации была поставлена задача выполнения теоретических и экспериментальных исследований факторов, влияющих на точность маркшейдерских измерений лазерными приборами в условиях подземных горных выработок большого сечения, включая инструментальные погрешности и факторы внешней среды, для определения возможности использования высокоточных лазерных методов при выполнении разбивочных работ в подземном строительстве.

Цель работы - теоретические и экспериментальные исследования источников погрешностей при выполнении высокоточных лазерных измерений в подземных горных выработках.

Идея работы заключается в разработке методики маркшейдерских работ, способствующей повышению производительности и точности выполнения измерений лазерными приборами при подземном строительстве.

Научные положения, разработанные лично соискателем, н их новизна:

1. Применение нового устройства УНОК для натурных наблюдений в тоннелях при исследовании атмосферной рефракции позволило установить существование в рудничной атмосфере устойчивой инверсии, вызывающей отклонение горизонтальных световых лучей вниз, к почве горной выработки.

2. Исследования распространения лазерного излучения в атмосфере вертикальных горных выработок при наличии капежа позволили доказать преимущества использования формирователей кольцевой интерференционной структуры излучения (КИС) в маркшейдерских надир-проектирах.

3. На основе исследования точности различных типов нивелиров с формированием КИС лазерного излучения разработаны рекомендации по выбору оптимального типа прибора и совершенствованию методики нивелирования с учетом влияния рефракции для маркшейдерского обеспечения монтажных работ при подземном строительстве.

Методы исследования: теоретические исследования влияния действующих факторов рудничной атмосферы на распространение световых лучей в подземных горных выработках и инструментальных погрешностей лазерных приборов, а также натурные исследования проявлений рефракции и капежа применительно к условиям подземных горных выработок и оценка точности лазерных маркшейдерско-геодезических приборов по результатам экспериментов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются совпадением данных, полученных из теоретических исследований, с результатами экспериментов, выполненных в лабораторных и полевых условиях, в том числе и при наблюдениях в производственных условиях строящихся тоннелей метрополитена Санкт-Петербурга.

Научное значение работы заключается в разработке теории нового прибора УНОК для исследования атмосферной рефракции в условиях подземных горных выработок, в определении закономерности распределения температуры в рудничной атмосфере по натурным наблюдениям таким прибором, а также в анализе точности измерений лазерными маркшейдерско-геодезическими приборами с учеюм инс фументальных погрешностей и погрешностей, вызванных влиянием внешней среды.

Практическое значение работы состоит в разработке методики маркшейдерских измерений при производстве строительно-монтажных работ в тоннелях с использованием лазерных приборов.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Предложенная методика исследования атмосферной рефракции в подземных горных выработках реализована на основе использования опытного образца нового устройства УНОК, преде гавляющего собой насадку с оптическим клином и микрометром для прецизионного нивелира. Результаты исследования инструментальных погрешностей лазерных приборов и разработанные рекомендации, способствующие уменьшению влияния факторов внешней среды на точность маркшейдерских измерений в подземном строительстве, будут использованы ВНИМИ при разработке новых нормативных и методических документов. Разработанная методика исследования лазерных приборов используется в учебном процессе.

Апробация работы. Основные положения диссертации и результатов исследований докладывались на III Всероссийской научно-технической конференции «Фундаментальные исследования в технических университетах»

(Санкт-Петербург, СП61ТУ, 1999 г.), межвузовской научной конференции «ХХУШ неделя науки Санкт-Петербургского государственного технического университета» (Санкт-Петербург, 2000г.), международной конференции «Естествознание на рубеже столетий» (Москва - Дагомыс, 2001 г.), межвузовской научной конференции «XXIX неделя науки Санкт-Петербургского государственного технического университета» (Санкт-Петербург, 200] г.), межвузовской научной конференции «XXX юбилейная неделя науки Санкт-Петербургского государственного технического университета» (Санкт-Петербург, 2002 г.), 60-й и 61-й научных конференциях Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета (Санкт-Петербург, 2003 г. и 2004 г.)

Публикации. Содержание диссертации с достаточной полнотой опубликовано в 10 печатных трудах.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 174 страницах и состоит из введения, четырех глав и выводов по диссертации, списка литературы, включающего 131 наименование (в том числе 22 - зарубежных) и 4-х приложений, содержит 27 рисунков, 10 таблиц

Автор выражает благодарность научному руководителю, проф., д.т.н. Ю.И. Беспалову за полученные навыки ведения научной работы и глубокую признательность ст. преп. КнАГТУ М.Н. Голованову за ценные консультации. Автор благодарит проф., д.т.н. В.Н, Попова и сотрудников кафедры маркшейдерского дела и геодезии МГГУ за поддержку и помощь, оказанную при окончательном оформлении диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Решению актуальной задачи, связанной с внедрением в производство прогрессивных методов маркшейдерских работ на основе использования новых, более совершенных и производительных приборов, способствуют всесторонние

исследования точности инструментальных способов съемки горных вырабо i ок Большой вклад в развитие прогресса в области способов маркшейдерских съемок внесли научные коллективы ВНИМИ, ВИОГЕМ, ГОИ им С.И. Вавилова, НИИ Полюс, СПбГГИ (ТУ), а также известные ученые, представители отечественной маркшейдерской школы Н.А. Гусев, В.Н. Лавров, Г.А Кротов, М.И. Миронович, В.Г. Шульц, С.П. Смирнов, К.С. Ворковастов, Ю.И. Беспалов, М.Е Певзнер, JI.M. Тригер.

Совершенствованию методики маркшейдерских съемок способствовали исследования известных отечественных ученых-геодезистов А.И. Болотина, А.Л. Островского, ИЮ. Васютинского, а также ведущих ученых в области приборостроения - B.II. Чуриловского, Г.Г. Слюсарева, В С. Плотникова, А.И Захарова, С.В Елисеева, А.И. Спиридонова.

Широкое развит ие подземного строительства в различных отраслях народного хозяйства требует совершенствования производительности и точности маркшейдерских работ на основе использования новейших методов измерений, к числу которых относятся и лазерные методы. Современные лазерные приборы, используемые в геодезии, обеспечивают высокую точность измерений, однако их применение для подземного строительства требует учета влияния факторов внешней среды, характерных для подземных горных выработок. Кроме того, возникает необходимость учета инструментальных погрешностей лазерных приборов при выборе методики маркшейдерских работ в соответствии с требованиями нормативных документов.

Инструментальные погрешности лазерных приборов свойственны марк-шейдерско-геодезическим приборам всех типов, включая и визуальные приборы. К ним относятся погрешности, вызванные работой оптических узлов, работой механических узлов и т. д. Однако лазерным приборам свойственны и специфические погрешности, связанные с работой излучателей и коллимирующих оптических систем. В качестве излучателей в современных маркшейдерско-геодезических приборах применяются газовые гелий-неоновые (Ge-Ne) лазеры или полупроводниковые лазерные диоды (ПЛД), для коллимирования излуче-

ния которых могу г использоваться как коррелированные теческопические системы (КТС), так и КИС, формирующие излучение в виде системы концентрических окружностей. Соответственно погрешности излучателей и кодлимирую-щих систем можно представить как погрешности стабилизации лазерного излучения.

Погрешности лазерных измерений, вызванные влиянием внешней среды в подземных горных выработках, можно разделить на погрешности вследствие воздействия запыленности рудничного воздуха, проявлений капежа и атмосферной рефракции. И хотя некоторые из этих источников погрешностей являются объектом исследований на протяжении многих лет, однако до сих пор не разработаны рекомендации по учету их влияния при маркшейдерских измерениях, в частности, при производстве высокоточного нивелирования лазерными приборами.

Воздействие запыленности рудничного воздуха на распространение лазерного излучения было с достаточной полнотой исследовано Л.Н. Рудневым и Г А. Шеховцовым, установившими, что запыленность воздуха не влияет на отклонение лазерных лучей, вызывая лишь снижение их яркости. Влияние капежа на распространение лазерного изучения в горизонтальных горных вырабо!Ках было рассмотрено в работах Ю. И. Беспалова и М.Н. Голованова, известны также исследования С. В. Бегичева по применению лазерного излучения, сформированного КТС, для проектирования в вертикальных шахтных стволах. Однако теоретические вопросы, относящиеся к влиянию капежа на точность измерений лазерными приборами в вертикальных горных выработках, исследованы недостаточно.

Атмосферная рефракция в подземных горных выработках была предметом исследований многих ученых, известны работы в этой области М. И. Гусева, И А. Грейма и др. Тем не менее, многие вопросы, относящиеся к воздействию рефракции на распространение лазерного излучения в подземных горных выработках, исследованы не в полной мере. Из двух составляющих рефракции -случайной и регулярной, наибольшее влияние на точность маркшейдерских из-

мсрсний оказывает регулярная составляющая, исследованию которой и посвящена настоящая работа. На схеме (рис. 1) представлены составляющие погрешностей маркшейдерских измерений лазерными приборами.

Инструментальные погрешности

Г=-=г

Погрешности измерений лазерными приборами -1

Погрешности вследствие влияния внешней среды 1-1-

о а о

с; о

в

<о

О

о к

ье:

$

2 б

н о х ю о « И о.

I1

во

в о 110 Е в

• £ ц ш

а

«с

в к в £

I*

к к

я в

э-

Я ^

к в

5

в в

ь

о о 8

и и

<*- вс

га в

X X

« а

а к

у ц

>> с; О Ф а

Рис. 1. Схема составляющих погрешностей лазерных измерений

Наибольший интерес представляет влияние рефракции на точность геометрического нивелирования. Отклонение горизонтального луча в вертикальной плоскости под действием регулярной составляющей рефракции в предположении, что рефракционное ноле на дистанции однородно, в общем виде может быть представлено как

1 дп

Л = -~те ]«й, п дТ о

где п - показатель преломления воздуха; Т - температура воздуха; тс - среднее значение вертикального температурного градиента; О - дистанция визирования; з - перемещение светового импульса вдоль траектории луча.

Предшествующие исследования рефракции основывались на измерениях температуры воздуха в отдельных точках горных выработок, тогда как для изучения проявлений рефракции целесообразнее определять средний температурный градиент тс. При этом удобно использовать оптические приборы, измеряющие тс на дистанции (так называемый инструментальный метод). Предложенное ранее для этого устройство УОРГ не обеспечивало достаточной точности определения вертикального температурного градиента (погрешность достигала 25%), поэтому возникла необходимость в совершенствовании инструментального метода.

Решению поставленной задачи способствовала разработка нового устройства с неподвижным оптическим клином УНОК (рис.2), состоящего из неподвижного оптического клина 2, устанавливаемого в пределах левой половины светового отверстия объектива зрительной трубы нивелира 1, и микрометра 4, плоскопараллельная пластинка 3 которого перекрывает правую половину светового отверстия объектива. Визирование осуществляется на вертикальную рейку 5, на которой имеются V - образные и прямые штрихи, совмещаемые в процессе наблюдений способом "биссектирования", т. е. введением изображения прямого штриха в середину V - образного.

Рис. 2. Схема устройства УНОК

Принцип действия устройства УНОК поясняется рис. 3. Визирный луч правой половины световою отверстия объектива нивелира на дистанции между нивелиром и рейкой проектируется в виде горизонтальной прямой СС'. Соответственно луч, проходящий через левую половину объектива, отклоняется оптическим клином вниз на угол ф и при отсутствии рефракции, т. е. в момент изотермии, занимает положение СМ. Однако, под влиянием рефракции, луч СМ искривляется и представляет собой часть дуги 8 рефракционной кривой, пересекающей рейку в точке N. В предположении, что кривая 8 представляет собой окружность радиуса К) с центром в точке О, отклонение луча на отрезок МК , регистрируемое микрометром устройства УНОК, может быть выражено как

Д = -

п2

дп

2со5 ф с дТ

нибемр

(2)

Рис. 3. Принцип действия устройства УНОК

Величина среднего вертикального температурного градиента на дистанции определяется по формуле

= 0,126-^ р.о1 '

где 8 - приращение отсчета по шкале микрометра устройства УНОК относительно момента изотермии; Р - атмосферное давление.

Средняя квадратическая погрешность (СКП) градиента температуры, определяемого устройством УНОК, может быть представлена как

т] =(тг)]+(тХ + {т£ +(т»Х + (4)

где (тт)5 - СКП определения градиента температуры в зависимости от погрешности приращения отсчета по шкале микрометра относительно момента изотермии; (т:)| - СКП определения градиента температуры в зависимости от погрешности измерения температуры воздуха ; (тх)Р - СКП определения градиента температуры в зависимости от погрешности измерения атмосферного давления; (тт)0 - СКП определения градиента температуры в зависимости от погрешности измерения длины дистанции; (тт)ф - СКП определения градиента температуры в зависимости от погрешности определения величины отклоняющего угла оптического клина.

Выполненный анализ точности показывает, что инструментальная погрешность определения вертикального градиента температуры устройством УНОК при использовании нивелира с увеличением зрительной трубы 42х не превышает 2 % от измеряемой величины, т. е. на порядок ниже, чем у известного ранее устройства УОРГ. Заметим, что точность инструментального метода определения регулярной составляющей рефракции лимитируется величиной ее случайной составляющей, достигающей 7 % от величины регулярной составляющей.

Корреляционный анализ результатов наблюдений суточного хода рефракции в приземном слое воздуха, выполненных одновременно на одной дистанции опытным образцом устройства УНОК в комплекте с нивелиром НА-1, и традиционным методом, основанным на использовании прецизионного нивелира и штриховой шкалы, подтверждают близость полученных результатов. Теоретическими исследованиями установлено, что оба этих метода характеризуют одну и ту же величину - изменение угла вертикальной рефракции. Это подтвер-

11

ждае!ся близосгью результатов измерений рефракции обоими методами, расхождение не превышает 2 - 5 %, при этом инструментальный метод с использованием УНОК по точности не уступает традиционному методу.

Устройство УНОК использовалось для исследования рефракции в заглубленных цокольных помещениях зданий, наблюдения были выполнены на трех объектах с разными режимами вентиляции. При этом установлено, что в атмосфере цокольных помещений существует устойчивая инверсия, характеризующаяся положительными вертикальными температурными градиентами от + 0,29 до + 1,88 °К/м, т. е. возрастанием температуры снизу вверх. Для сравнения отметим, что в приземном слое воздуха дневное распределение температуры характеризуется отрицательными градиентами.

Исследование рефракции с помощью устройства УНОК на объектах подземного строительства выполнялось в тоннелях ОАО "Метрострой" г. Санкт-Петербург, проходимых на отметке - 75 м. В результате наблюдений установлено существование в рудничной атмосфере устойчивой инверсии при значениях вертикального температурного градиента порядка + 1,50 °К/м Таким образом, для рудничной атмосферы в горных выработках большого сечения характерно состояние устойчивой инверсии.

Влияние капежа на распространение лучей маркшейдерских лазерных на-дир-проектиров в вертикальных горных выработках может быть представлено как действие множества капель воды, перемещающихся вдоль оси излучения под действием силы тяжести и вентиляционной струи. Падение капли воды радиуса гк (рис. 4) из точки с координатами Хо, уо происходит внутри пучка лазерного излучения с углом расходимости 2а, выходящего из объектива формирователя излучения радиуса Я, установленного в устье вертикального шахтного ствола глубиной Н Система прямоугольных координат выбрана таким образом, чтобы начало системы О совпадало с пересечением геометрической оси лазерного пучка с плоскостью экрана на ориентируемом горизонте, вертикальная ось ОУ совпадала с осью лазерного пучка, а ось ОХ пересекала линию падения капли.

Радиус светового пучка на ориентируемом горизонте определяется как

Л^Я + Н-Ъа. (5)

Вершкальная координата центра капли на границе лазерного пучка равна

Я =СКе-*о (6)

Горизонтальная координата тени капли на экране на ориентируемом горизонте в момент времени I может быть определена как

. Л*Ж±УА

т 211 + 0* где g - ускорение силы тяжести.

Скорость перемещения тени капли на ориентируемом горизонте равна

2

(7)

-Я

(8)

7 +

Анализ выражения (8) показывает, что скорость движения тени капли монотонно убывает с течением времени от своего максимального значения при хт =

до минимального при хх = х0. Тень имеет форму эллипса с малой полуосью а и большой полуосью в = ^03уз> гДе Р - текущее значение вершинного угла капли.

Доля теряемой энергии излучения может быть представлена как

X-

(9)

Из выражения (9) следует, что доля теряемой энергии с течением времени уменьшается и при у-Н принимает минимальное значение вследствие уменьшения плотности потока энергии в расходящемся световом пучке при удалении от источника излучения.

Падая в различных плоскостях, капли дают тени, которые имеют различные площади и с различными скоростями с разных направлений двигаются в направлении центра светового пятна на экране, что приводит к снижению точности центрирования. Для лазерных надир-проекгиров с коллимированием излучения КТС этому способствует также перекрытие светового пучка каплями под действием вентиляционной струи.

В меньшей степени влияние капежа сказывается на точности центрирования при формировании излучения в КИС благодаря восстановительным возможностям структуры, исключающим полное затемнение центральной зоны. Лабораторные исследования лазерного надир-центрира в условиях капежа подтвердили, что соседние кольца КИС излучения сохраняют свою яркость и геометрическую форму.

Для исследования инструментальных погрешностей выбраны лазерные приборы, используемые при разбивках. Рассмотрены приборы трех типов: нивелир с уровнем Лимка-горизонт 1 с излучателем в виде ПЛД без коллиматора; насадка ЛН-1 с формированием излучения ПЛД в КИС в комплекте с нивелиром ИЗ, а 1акже нивелир НКЛЗ с жидкостным компенсатором (ЖК) и формированием излучения Се-№ лазера в КИС. СКП взгляда определялась отсчиты-ванием по шкале, установленной на дистанции 21-22 м, несколькими приемами

(приборы с ПЛД - 2 приема, НКЛЗ - 3 приема), по десять отсчетов в каждом. СКП стабилизации лазерного луча находилась из выражения

т,=т1-т\, (10)

где т - СКП взгляда на шкалу; тЁ - СКП горизонтирования луча.

В 1 абл. 1 приведены результаты исследования точности лазерных приборов. Как видно и 5 таблицы, наиболее высокую точность измерений обеспечивает лазерный нивелир НКЛЗ благодаря формированию КИС излучения с диаметром центральной точки 0,1 мм на дистанции наблюдений. Центральная точка КИС излучения ПЛД насадки ЛН-1 имеет диаметр 2,5 мм, тогда как неколлимиро-ванное излучение ПЛД в нивелире Лимка-горизонт 1 на той же дистанции проектируется в виде лазерного пятна диаметром 11 мм.

Таблица 1

Результаты исследования точности лазерных приборов

№№ Наименование прибора Способ формирования излучения СКП, секунды

взгляда горизонтирования Стабилизации излучения

1 Лимка-горизонт 1 Г1ЛД, без кол-лимирования 6,10 3,48 5,01

2 ЛН-1 с нивелиром НЗ ПЛД, с формированием КИС 3,41 0,40 3,37

3 НКЛЗ С>е-№ лазер с формированием КИС 0,36 0,24 0,27

Таким образом, формирование излучения в КИС способствует повышению точности лазерных приборов, но наиболее качественной КИС. обеспечивающей высокую точность измерений, обладают маркшейдерско-геодезические приборы с Ое-Ые лазерами.

Исследованиями нивелира НКЛЗ при наклонах прибора от 0 до 25' установлено, что инструментальная погрешность, вызванная изменением хода лучей в

ЖК, не оказывает существенного влияния на ючность приведения луча к горизонту. Учитывая преимущества ЖК, целесообразно их использование в лазерных нивелирах с ПЛД. Разработана методика расчета основных параметров ЖК со сферическими ампулами для нивелира ЛНЖК с формированием КИС излучения ПЛД (рис. 5), где 1 - ПЛД 2 и 3 -ампулы ЖК с крышкой 5,4- прямоугольная призма, 8 - диафрагма.

Рис. 5. Лазерный нивелир ЛНЖК

Выбор лазерных приборов для выполнения разбивочных рабо! при подземном строительстве должен производиться с учетом строительного допуска определяемого нормативными документами. Для установки конструкций на проектную отметку в подземных горных выработках, в зависимости от вида работ, допуск может принимать значения от 2 до 30 мм. Требуемая СКП взгляда на рейку (шкалу) равна

или в угловой мере, учитывая значение р"= 206265", имеем

о"

где Б - расстояние до рейки (шкалы).

Таблица 2

Строительные допуски при установке на проектную отметку

Разряды Строительные операции Допуск ¥,мм СКП нивелирования, ть мм СКП взгляда Ша

мм сек

1 2 3 4 5 6

1 а) Монтаж направляющих в турбинных водоводах б) Взаимное смещение торцов стыкуемых рельсов мостовых кранов на высоте 2 0,33 0,23 2,16

2 Разность отметок опорных поверхностей соседних колонн и опор 3 0,50 0,35 3,28

3 а) Вынесение реперов в камерах и шахтах гидравлических затворов б) Отклонение головок рельсов опрокидывателя 5 0,83 0,59 5,53

4 а) Установка опорных тюбингов металлической опалубки б) Кручение сегментов тюбинговой обделки в) Установка бонтин сводов камер 10 1,67 1,18 11,06

5 а) Установка пяты деревянных кружал в сводах тоннелей б) Кручение прорезных колец тюбинговой обделки в) Установка опалубки при бетонировании шахт затворов 20 3,23 2,28 21,38

6 а) Бетонирование опорной ленты под тюбинговую металлическую опалубку б) Установка лотковых сегментов сборной тюбинговой обделки в) Отклонение свода колец тюбинговой опалубки по высоте 30 5,00 3,53 33,10

При производстве разбивок можно выделить шесть разрядов точности нивелировочных работ, из которых наиболее точным является 1-й разряд, а наименее точным 6-й В таблице 2 приведены значения СКП взгляда, рассчитанные по формуле (11), а также по формуле (12), исходя из среднего значения D = 22ы. Общая погрешность взгляда на шкалу при лазерном нивелировании равна

М2 - т] + тг, (13)

где тг - погрешность за рефракцию, определяемая на основании (1) с учетом длины волны излучения К как

т, =-38,8(1 + 7,52-10 3А~2)-/>ОгГ2ге -1(Г\ (14)

Разбивочные работы выполняются односторонним нивелированием вперед, поэтому влиянием рефракции можно пренебречь при выполнении условия

тпг < 0,5М. (15)

Для метеоусловий подземных горных выработок ОАО "Метрострой" г. Санкт-Петербург (т, = +1,5 °К/м, Р = 1026,7 мбар, Т = 286 °К) при Б = 22 м получаем тг - - 3,38". Соответственно учет влияния рефракции необходим при нивелировочных работах 1-2 разрядов точности (та = 2,16 + 3,28"), выполняемых приборами типа ЛН-1 или НКЛЗ

При разработке методов маркшейдерских работ, способствующих снижению влияния рефракции на объектах подземного строительства, необходимо учитывать, что режим вентиляции в тоннелях способствует существованию устойчивой инверсии, характеризующейся положительными значениями вертикальных температурных градиентов. Поэтому из двух путей снижения влияния рефракции - редуцирования на момент изотермии с учетом поправок, рассчитанных по формуле (14), и применения методики измерений, учитывающей характер внешней среды, предпочтение следует отдать последнему.

Из анализа выражения (14) следует, что величина рефракции находится в прямой зависимости от Б2. Тогда, учитывая метеорологические условия в подземных горных выработках и задаваясь допустимыми значениями тг согласно формуле (15), можно определить оптимальное значение величины дистанции

до шкалы при нивелировании. Удобство применения такой методики обеспечивается относительным постоянством метеоусловий в тоннелях.

Например, при выполнении разбивочных работ лазерным нивелиром гипа

НКЛЗ. оптимальная дистанция до шкалы может быть определена как

!

Я =159-7-. № . (16)

\Р-тс

При производстве высотных разбивок 1 разряда точности в тоннелях ОАО "Метрострой" г. Санкт-Петербург рекомендуется В0= 12,7 м.

Возможным источником погрешностей нивелирования при подземном строительстве может быть также различие характера распределения температуры в припочвенном слое воздуха на земной поверхности и в атмосфере горных выработок. Если поверка главного условия нивелира выполняется на поверхности, при отрицательных значениях вертикального температурного градиента в припочвенном слое воздуха, то это может способствовать возникновению систематических погрешностей в высотных ходах, прокладываемых по тоннелям в условиях устойчивой инверсии, с положительными значениями градиента.

Изменение знака вертикального температурного градиента воздушной среды па прошвоположный приводит к отклонению визирного луча, достигающего 14". Для исключения влияния этого источника погрешностей рекомендуется выполнять поверки нивелиров непосредственно в горных выработках.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной задачи, посвященной разработке методики маркшейдерских измерений при подземном строительстве с использованием лазерных приборов. Решения, полученные на основе использования закономерностей процессов, протекающих в рудничной атмосфере, позволили непосредственно в условиях строящихся тоннелей выполнить исследования проявлений атмосферной рефракции, что способствовало разработке методики измерений лазерными приборами, обеспечивающей высокую точность измерений.

Наиболее существенные научные и практические результаты диссертации

1. Современные скоростные способы проходки горных выработок при подземном строительстве требуют применения новых методов маркшейдерских работ, основанных на использовании высокопроизводительных лазерных приборов, что требует выполнения теоретических и экспериментальных исследований факторов, влияющих на величину погрешностей измерений такими приборами.

2. На основе теоретических исследований и корреляционного анализа результатов полевых наблюдений доказана возможность использования нового устройства УНОК для определения среднего вертикального температурного градиента рудничной атмосферы при геометрическом нивелировании на дистанциях до 40 м в предположении существования однородного рефракционного поля.

3. Анализ материалов экспериментальных исследований, выполненных устройством УНОК на земной поверхности, в условиях суточного хода вертикальной рефракции, а также в цокольных заглубленных помещениях зданий и непосредственно в строящихся тоннелях Санкт-Петербургского метрополитена, позволяет сделать вывод о существовании устойчивой инверсии в атмосфере горизонтальных горных выработок, характеризующейся положительными вертикальными температурными градиентами, направленными вверх, от почвы к кровле выработки.

4. Исследования распространения лучей лазерных приборов в вертикальных юрных выработках под1верждают преимущества формирователей КИС излучения при сильном капеже и сгоне капель воды вентиляционной струей.

5. Исследования инструментальных погрешностей современных отечественных лазерных нивелиров с различными типами излучателей позволили определить точность стабилизации луча в зависимости от качества формирования КИС и параметров компенсатора углов наклона, а также разработать предложения по созданию малогабаритного нивелира с полупроводниковым лазерным диодом и жидкостным компенсатором.

6. Систематизация требований нормативных документов к величине строительных допусков при вынесении в натуру высотных отметок методом геометрического нивелирования позволила разработать рекомендации по выбору лазерных приборов и методики выполнения маркшейдерских работ с учетом погрешностей измерений, в том числе и вызванных влиянием рефракции, что имеет практическое значение для подземного строительства.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах'.

1. Беспалов Ю.И., Терещенко Т.Ю. Анализ точности лазерного нивелирования // Докл. 60-й науч. конф. профессоров, преподавателей, науч. работников, инженеров и аспирантов ун-та // С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т. - СПб., 2003. - 4.1 - С. 45 - 47.

2. Беспалов Ю.И., Терещенко Т.Ю. Лазерное нивелирование при строитель-сгве гидротехнических тоннелей // Изв. вузов. Горн. журн. - 1998. - № 5/6. -С. 30-33.

3. Беспалов Ю.И., Терещенко Т.Ю. Лазерное центрирование подземных опорных сетей при гидротехническом с гроительстве // Фундаментальные исследования в технических университетах: Материалы III Всерос науч.-техн. конф., 10-11 июня 1999г. - 1999. - С. 104 - 105.

4. Беспалов Ю.И., Терещенко Т.Ю. Проблемы повышения точности геодезических измерений при строительстве тоннелей // Тез. докл. междунар конф. «Естествознание на рубеже столетий», 8-10 окт. 2001г., г. Дагомыс -М., 2001 - Т1: Технические науки. - С. 14.

5. Беспалов Ю.И., Голованов М.Н., Терещенко Т.Ю. Распространение излучения лазерных маркшейдерских приборов в атмосфере шахтных стволов // Изв. вузов. Горн. журн. - 1995. - № 7. - С. 55 - 57.

6 Терещенко Т.Ю. Исследования атмосферной рефракции в условиях геополигона СПбГТУ // XXVIII неделя науки Санкт-Петербургского государст-

венного технического университетата: Материалы межвуз науч. конф -СПб., 2000.-С.9- 10.

7. Терещенко Т.Ю. Исследования влияния факторов внешней среды на точность нивелирования в тоннелях Метростроя Санкт-Петербурга // XXIX неделя науки Санкт-Петербургского государственного технического университета: Материалы межвуз. науч. конф. - CI16., 2000. - С.55-56.

8. Терещенко Т.Ю. Метод неподвижного оптического клина // Беспалов Ю.И., Голованов МП. Новые приборы и методы ведения маркшейдерско-геодезических работ. - Владивосток, 1993. - Гл. 2, [разд.] 2.2.4. - С.58 - 61.

9. Терещенко Т.Ю. Сравнительное исследование двух способов определения атмосферной рефракции // XXX юбилейная неделя науки Санкт-Пегербургского государственного технического университета: Материалы межвуз. науч. конф. - СПб., - 2002. - С.24 - 25.

10. A.c. 1793220 СССР, МКИ G 01 С 5/00. Устройство для определения изменений рефракции / Беспалов Ю.И., Голованов М Н., Зайков В.И, Терещенко ТЮ,- № 4938783/10; Заявлено 24.05.91; Опубл. 07.02.93, Бюл. № 5.- 5 е.: ил.

Подписано в nenaib " М " && 2004 i Формат 60x90x16 Объем 1.0 печ л. Тираж 100 экз. Заказ № 7/5

Типография Московского государственного горного университета Москва, Ленинский проспект, 6

4

Г

<

î

4

!

25.00

РНБ Русский фонд

2006-4 2091

13 Ш 2004

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Терещенко, Татьяна Юрьевна

Перечень основных символов и сокращений

Введение.

1. Современное состояние лазерных методов маркшейдерских измерений.

1.1. Особенности подземного строительства.

1.2. Современные лазерные маркшейдерские приборы

1.3. Компенсаторы маркшейдерских приборов.

1.4. Инструментальные погрешности измерений лазерными приборами.

1.5. Внешние источники погрешностей измерений лазерными приборами.

1.6. Постановка задачи исследований

2. Исследование погрешностей измерений лазерными приборами, вызванных влиянием внешней среды.

2.1. Теоретический анализ влияния рефракции на точность измерений лазерными приборами.

2.2. Анализ инструментальных методов определения рефракции в подземных горных выработках.

2.3. Исследование атмосферной рефракции с использованием устройства УНОК

2.4. Применение устройства УНОК для исследования рефракции в подземных горных выработках

2.5. Исследование влияния капежа на распространение излучения лазерных надир-проектиров.

2.6. Выводы по главе

3. Исследование инструментальных погрешностей лазерных приборов.

ЗЛ.Иследование точности лазерного нивелира Лимка-горизонт.

3.2. Исследование точности нивелирования лазерной насадкой ЛН-1.

3.3. Анализ инструментальных погрешностей лазерного нивелира НКЛ

3.4. Исследование погрешности горизонтирования лучей компенсатором с жидкостным клином

3.5. Предложения по совершенствованию лазерных приборов с ПЛД.

3.6. Выводы по главе

4. Использование лазерных приборов при подземном строительстве.

4.1. Основные виды маркшейдерских измерений при подземном строительстве

4.2. Нормативные требования к точности маркшейдерских работ.

4.3. Учет влияния источников погрешностей на точность маркшейдерских измерений.

4.4. Разработка методики измерений, способствующей снижению влияния рефракции.

4.5. Совершенствование методики маркшейдерских работ на основе использования предложенных лазерных приборов.

4.6. Выводы по главе 4.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка методики маркшейдерских работ при подземном строительстве с использованием лазерных приборов"

Задачей современных инструментальных методов в маркшейдерии является сочетание высокой производительности с удобством и точностью измерений на основе использования новейших достижений физики и электроники. Одним из таких направлений является широкое внедрение в практику маркшейдерских работ лазерных приборов.

Значительный вклад в развитие современных маркшейдерских методов инструментальных измерений на основе применения лазеров был сделан коллективами отечественных ученых, работающих в ряде научно-исследовательских, проектно-конструкторских и учебных институтов. К числу таких организаций следует отнести Государственный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (ВНИМИ), Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова (ГОИ), Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК), НИИ Прикладной геодезии (г. Новосибирск), НИИ «Полюс» (г. Москва) и др. Большой вклад в развитие лазерных методов маркшейдерских измерений внесли такие ученые, как Гусев H.A., Смирнов С.П., Шульц В.Г., Кулакова А.Ф., Тригер JI.M., Крупп Н.Я., Рябов Ю.И., Беспалов Ю.И., Ямбаев Х.К., Васютинский И.Ю., Карамышев Е.В., Окунев Д.В., Зверев Г.М., Пашков В.А., Данильченко В.А. и др. Значительное внимание развитию маркшейдерско-геодезических лазерных приборов уделяют такие ведущие зарубежные фирмы, как Leika (Швейцария), Spektra Precision (ФРГ), Trimble (ФРГ) и др., а также известные исследователи Deumlich F., Flach Ph., Naterop D. (ФРГ) и др.

Однако вопросы, относящиеся к использованию лазерных приборов при подземном строительстве, в научной литературе освещены недостаточно и требуют дальнейших исследований. Настоящая работа была начата в Санкт-Петербургском государственном техническом университете (СПбГТУ) и завершена в Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете (СПбГАСУ).

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Задачей маркшейдерской службы при подземном строительстве является обеспечение переноса в натуру запроектированных объектов, при этом контроль за геометрической схемой сооружения приходится выполнять как на поверхности, так и в подземном пространстве. Маркшейдерская служба предприятия выполняет сложный комплекс работ по созданию планового и высотного обоснования, ориентированию подземных опорных сетей и заданию направлений горных выработок. Все измерительные операции регламентируются требованиями действующих инструкций и нормативных положений. Особенностями подземного строительства является проходка тоннелей и разделка камер большого сечения.

В зависимости от принятой схемы строительства в сложных горногеологических условиях проходка выработок большого сечения может производиться сплошным забоем или по частям, когда горнопроходческие работы ведутся на разных горизонтах. Задачей маркшейдерской службы при этом является обеспечение точного смыкания элементов обделки, возводимой одновременно в разных частях сооружения. Поэтому задание направлений при проходке горных выработок в горизонтальной и вертикальной плоскостях сочетается с одновременным выполнением комплекса разбивочных работ как при проходке, так и при возведении крепи. Кроме того, при разделке подземных камер большого сечения возникает также необходимость в наблюдениях за устойчивостью временной крепи и подземных конструкций. Наиболее высокие требования к точности разбивочных работ предъявляются при монтаже сложного подземного энергетического, транспортного и др. оборудования.

Современные скоростные способы проходки горных выработок при подземном строительстве требуют применения новых прогрессивных методов маркшейдерского контроля, обеспечивающих высокую производительность и точность измерений. Это становится возможным при широком использовании современных лазерных маркшейдерско-геодезических приборов на всех стадиях подземного строительства, а потому обеспечение необходимого маркшейдерского сопровождения установке и монтажу технологического оборудования в современных условиях возможно только на основе применения лазерных методов. Исходя из вышеизложенного очевидно, что совершенствование методики маркшейдерских работ при подземном строительстве с использованием лазерных приборов является актуальной задачей.

Однако вопросы, относящиеся к использованию лазерных приборов в специфических сложных условиях горных выработок, при проявлениях капежа, а также для маркшейдерского обеспечения монтажа и установки на проектную отметку технологического оборудования при подземном строительстве до настоящего времени разработаны недостаточно.

Применение лазерных геодезических приборов для разбивочных работ на предприятиях машиностроения способствовало совершенствованию методов неразрушающего контроля, повышению производительности и точности монтажа при сборке сложных конструкций. Однако известные исследования выполнялись применительно к производственным условиям сборочных цехов авиастроительных предприятий с постоянным микроклиматом, совершенно отличным от условий, характерных для подземных горных выработок. Использование лазерных приборов при маркшейдерском обеспечении монтажных работ в подземном строительстве требует проведения дополнительных исследований с целью определения всех источников ошибок, влияющих на точность измерений, включая и факторы внешней среды.

Перед автором диссертации была поставлена задача выполнения теоретических и экспериментальных исследований факторов, влияющих на точность маркшейдерских измерений лазерными приборами в условиях подземных горных выработок большого сечения, включая инструментальные погрешности и факторы внешней среды, для определения возможности использования высокоточных лазерных методов при выполнении разбивочных работ в подземном строительстве.

Цель работы - теоретические и экспериментальные исследования источников погрешностей при выполнении высокоточных лазерных измерений в подземных горных выработках.

Идея работы заключается в разработке методики маркшейдерских работ, способствующей повышению производительности и точности выполнения измерений лазерными приборами при подземном строительстве.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:

1. Применение нового устройства УНОК для натурных наблюдений в тоннелях при исследовании атмосферной рефракции позволило установить существование в рудничной атмосфере устойчивой инверсии, вызывающей отклонение горизонтальных световых лучей вниз, к почве горной выработки.

2. Исследования распространения лазерного излучения в атмосфере вертикальных горных выработок при наличии капежа позволили доказать преимущества использования формирователей КИС лазерного излучения в маркшейдерских надир-проектирах.

3. На основе исследования точности различных типов нивелиров с формированием КИС лазерного излучения разработаны рекомендации по выбору оптимального типа прибора и совершенствованию методики нивелирования с учетом влияния рефракции для маркшейдерского обеспечения монтажных работ при подземном строительстве.

Методы исследования: теоретические исследования влияния действующих факторов рудничной атмосферы на распространение световых лучей в подземных горных выработках и инструментальных погрешностей лазерных приборов, а также натурные исследования проявлений рефракции и капежа применительно к условиям подземных горных выработок и оценка точности лазерных маркшейдерско-геодезических приборов по результатам экспериментов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются совпадением данных, полученных из теоретических исследований, с результатами экспериментов, выполненных в лабораторных и полевых условиях, в том числе и при наблюдениях в производственных условиях строящихся тоннелей метрополитена Санкт-Петербурга.

Научное значение работы заключается в разработке теории нового прибора с оптическим клином УНОК для исследования атмосферной рефракции в условиях подземных горных выработок, в определении закономерности распределения температуры в рудничной атмосфере по натурным наблюдениям таким прибором, а также анализ точности измерений лазерными маркшейдерско-геодезическими приборами с учетом инструментальных погрешностей и погрешностей, вызванных влиянием внешней среды.

Практическое значение работы состоит в разработке методики маркшейдерских измерений при производстве строительно-монтажных работ в тоннелях с использованием лазерных приборов.

Реализация выводов и рекомендации работы. Предложенная методика исследования атмосферной рефракции в подземных горных выработках реализована на основе использования опытного образца нового устройства УНОК, представляющего собой насадку с оптическим клином и микрометром для прецизионного нивелира. Результаты исследования инструментальных погрешностей лазерных приборов и разработанные рекомендации, способствующие уменьшению влияния факторов внешней среды на точность маркшейдерских измерений в подземном строительстве, будут использованы при разработке новых нормативных и методических документов. Разработанная методика исследования лазерных приборов используется в учебном процессе.

Апробация работы. Основные положения диссертации и результатов исследований докладывались на Ш Всероссийской научно-технической конференции «Фундаментальные исследования в технических университетах» (Санкт-Петербург, 1999 г.), межвузовской научной конференции «ХХУШ неделя науки Санкт-Петербургского государственного технического университета» (Санкт-Петербург, 2000г.), международной конференции «Естествознание на рубеже столетий» (Москва — Дагомыс, 2001 г.), межвузовской научной конференции «XXIX неделя науки Санкт-Петербургского государственного технического университета» (Санкт-Петербург, 2001 г.), межвузовской научной конференции «XXX юбилейная неделя науки Санкт-Петербургского государственного технического университета» (Санкт-Петербург, 2002 г.) и 60-той научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета (Санкт-Петербург, 2003 г.).

Публикации. Содержание диссертации с достаточной полнотой опубликовано в 10 научных трудах.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 174 страницах и состоит из введения, четырех глав и выводов по диссертации, списка литературы, включающего 131 наименование (в том числе 22 - зарубежных) и 3-х приложений, содержит 27 рисунков, 10 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр", Терещенко, Татьяна Юрьевна

4.6. Выводы по главе 4

Выполненные в главе 4 исследования, относящиеся к практическому использованию лазерных приборов при подземном строительстве, позволяют сделать следующие выводы

1. Маркшейдерские службы выполняют сложный комплекс работ на всех стадиях проектирования, строительства и эксплуатации подземных сооружений, однако наиболее ответственными являются обеспечение проходки горных выработок и монтаж технологического оборудования.

2. Систематизация требований нормативных документов относительно величины строительных допусков по вынесению в натуру высотных отметок методом геометрического нивелирования при подземном строительстве позволила выделить шесть разрядов таких работ, отличающихся СКП взгляда на рейку, что может быть использовано для выбора приборов и методики нивелирования как визуальными, так и лазерными приборами.

3. Для выполнения разбивочных работ высших разрядов точности рекомендуется использовать лазерные нивелиры с формированием КИС излучения типа HKJ13, однако в условиях подземного строительства необходимо принимать меры по снижению влияния регулярной составляющей рефракции на точность нивелирования; рефракция может оказывать влияние и на точность ходов прецизионного нивелирования, прокладывемых в тоннелях по пунктам полигонометрии.

4. На основе анализа состояния рудничной атмосферы разработаны рекомендации методического характера по снижению влияния рефракции на точность нивелирования при подземном строительстве, включающие редуцирование на момент изотермии и выбор оптимальной длины дистанции визирования применительно к конкретным условиям, а также предложения по совершенствованию методики выполнения поверок приборов.

5. Рассмотрен способ передачи высотных отметок по восстающим горным выработкам с использованием лазерного нивелира ЛНЖК в сочетании с безотражательным лазерным дальномером типа DISTO; выполненный анализ точности способа подтвердил возможность применения его в производственных условиях, а также позволил установить, что влиянием рефракции при передаче высотных отметок через вертикальные горные выработки с использованием светодальномеров можно пренебречь.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной задачи, посвященной разработке методики маркшейдерских измерений при подземном строительстве с использованием лазерных приборов. Решения, полученные на основе использования закономерностей процессов, протекающих в рудничной атмосфере, позволили непосредственно в условиях строящихся тоннелей выполнить исследования проявлений атмосферной рефракции, что способствовало разработке методики измерений лазерными приборами, обеспечивающей высокую точность измерений.

Наиболее существенные научные и практические результаты диссертации заключаются в следующем:

1. Современные скоростные способы проходки горных выработок при подземном строительстве требуют применения новых методов маркшейдерских работ, основанных на использовании высокопроизводительных лазерных приборов, что требует выполнения теоретических и экспериментальных исследований факторов, влияющих на величину погрешностей измерений такими приборами.

2. На основе теоретических исследований и корреляционного анализа результатов полевых наблюдений доказана возможность использования нового устройства УНОК для определения среднего вертикального температурного градиента рудничной атмосферы при геометрическом нивелировании на дистанциях до 40 м в предположении существования однородного рефракционного поля.

3. Анализ материалов экспериментальных исследований, выполненных устройством УНОК на земной поверхности, в условиях суточного хода вертикальной рефракции, а также в цокольных заглубленных помещениях зданий и непосредственно в строящихся тоннелях Санкт-Петербургского метрополитена, позволяет сделать вывод о существовании устойчивой инверсии в атмосфере горизонтальных горных выработок, характеризующейся положительными вертикальными температурными градиентами, направленными вверх, от почвы к кровле выработки.

4. Исследования распространения лучей лазерных приборов в вертикальных горных выработках подтверждают преимущества формирователей КИС излучения при сильном капеже в условиях сгона капель вентиляционной струей.

5. Исследования инструментальных погрешностей современных отечественных лазерных нивелиров с различными типами излучателей позволили определить точность стабилизации луча в зависимости от качества формирования КИС и параметров компенсатора углов наклона, а также разработать предложения по созданию малогабаритного нивелира с полупроводниковым лазерным диодом и жидкостным компенсатором.

6. Систематизация требований нормативных документов к величине строительных допусков при вынесении в натуру высотных отметок методом геометрического нивелирования позволила разработать рекомендации по выбору лазерных приборов и методики выполнения маркшейдерских работ с учетом погрешностей измерений, в том числе и вызванных влиянием рефракции, что имеет практическое значение для подземного строительства.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Терещенко, Татьяна Юрьевна, Санкт-Петербург

1. Анцибор В.Я. Лазерные приборы для маркшейдерских работ М.: Недра. - 1985.- 188 с.

2. Батраков Ю.Г. Геодезические сети специального назначения. М.: Картгеоцентр-Геоиздат, - 1999. - 215 с.

3. Бегичев C.B. Лазерное центрирование подземных маркшейдерских опорных сетей // Изв. вузов. Горн. журн. 1988. № 9. — С. 47 - 50.

4. Беженцев В.И. Новые маркшейдерские приборы, применяемые в шахтном строительстве: Тез. докл. обл. совещ. — Донецк, 1989. — С. 41 — 43.

5. Бертольд В., Диерк Д. Возможности применения цифровой камеры для определения вертикальной рефракции // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 2001. - № 2. - С. 130 - 139.

6. Беспалов Ю.И., Терещенко Т.Ю. Анализ точности лазерного нивелирования // Докл. 60-й науч. конф. профессоров, преподавателей, науч. работников, инженеров и аспирантов ун-та// С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т . СПб., 2003. - 4.1 - С. 45 — 47.

7. Беспалов Ю.И. Жидкостные компенсаторы. Теория и практика применения в маркшейдерско-геодезических лазерных приборах. -Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 1989. - 148 с.

8. Беспалов Ю.И., Терещенко Т.Ю. Лазерное нивелирование при строительстве гидротехнических тоннелей // Изв. вузов. Горн. журн. -1998.-№5/6.-С. 30-33.

9. Беспалов Ю.И., Зайков В.И. Лазерный нивелир НКЛЗ // Геодезия и картография. 1990. - № 6. - С. 46 - 47.

10. Беспалов Ю.И. Маркшейдерский надир-центрир // Изв. вузов. Горн, журн.- 1991.-№4.-С. 50-54.

11. Беспалов Ю.И., Голованов М.Н. Новые приборы и методы ведения маркшейдерско-геодезических работ. Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 1993. - 100 с.

12. Беспалов Ю.И., Терещенко Т.Ю. Проблемы повышения точности геодезических измерений при строительстве тоннелей // Тез. докл. междунар. конф. «Естествознание на рубеже столетий», 8—10 окт. 2001г., г.Дагомыс. — М., 2001- Т1: Технические науки. — С. 14.

13. Беспалов Ю.И., Голованов Ю.И., Зайков В.Н. Распространение излучения лазерных маркшейдерских приборов в атмосфере горных выработок // Геодезия и фотограмметрия в горном деле. — Екатеринбург, 1991. С. 82 - 91.

14. Беспалов Ю.И., Голованов М.Н., Терещенко Т.Ю. Распространение излучения лазерных маркшейдерских приборов в атмосфере шахтных стволов // Изв. вузов. Горн. журн. 1995. - № 7. - С. 55 - 57.

15. Большаков В.Д., Деймлих Ф., Голубев В.В. Радиогеодезические и электрооптические измерения: Учеб. для вузов. М.: Недра, 1985 - 385с.

16. Большаков В.Д., Юпошин Е.Б., Васютинский И.Ю. Геодезия: Изыскание и проектирование инженер, сооружений: Справ, пособие. -М.: Недра, 1991.-238 с.

17. Вагнер Е.Т. Лазеры в самолетостроении. М.: Машиностроение, 1982. -184 с.

18. Васильева Э.А., Джунь И.В., Даниловский М.И. Исследование геодезических зенит-приборов//Геодезическое обеспечение строительства. М., 1987. - С. 156 - 162.

19. Виноградов В.В. Влияние атмосферы на геодезические измерения. М.: Недра, 1992. - 253 с.

20. Гайдаев П.А., Большаков В.Д. Теория математической обработки геодезических измерений. — М.: Недра, 1969. 400 с.

21. Гайрабеков И.Г., Сианисян С.С., Абрамова М.Е. Учет влияния рефракции при нивелировании на геодезических полигонах // Геодезия и картография. 1992. - № 9/10. - С. 24 - 26.

22. Грейм И.А. Оптические дальномеры и высотомеры геометрического типа. М.: Недра, 1983.-320 с.

23. Гудков В.М., Хлебников A.B. Математическая обработка маркшейдерско-геодезических измерений. М.: Недра, - 1990. - 335с.

24. Гусев H.A. Маркшейдерско-геодезические инструменты и приборы. -М.: Недра, 1968.-318 с.

25. Елисеев C.B. Геодезические инструменты и приборы. М.: Недра, 1973. - 392 с.

26. Еще одно испытание в Венда Нова // Горн, дело и стр-во. 2002. - № 1. -С. 4-7.

27. Жуков Г.П., Смирнов С.П. О новой редакции инструкции по производству маркшейдерских работ//Горная механика и маркшейдерское дело.-СПб.,1999. С. 338 - 339.

28. Заболоцкий Ф.Д., Островская С.А. Учет влияния боковой рефракции при створных наблюдениях // Геодезия, картография и аэрофотосъемка. -Львов, 1983. -Вып.37. С. 19-26.

29. НИИГАиК, Новосибирск, 23 27 нояб. 1998г.: Тез.докл.

30. Сиб.гос. геодез. акад. Новосибирск, 1998. - С.231.

31. Зуев В.Е. Распространение лазерного излучения в атмосфере. М.: Радио и связь, 1981. - 288 с.

32. Зурабов Г.Г., Бугаева O.E. Гидротехнические туннели гидроэлектрических станций.- М.: Госэнергоиздат, 1962. 720 с.

33. Зырянов А.Г., Смоленцева Г.А., Молдобеков Ж.И. Состояние бетонной плотины Токтоугольской ГЭС за 25 лет эксплуатации // Гидротехн. стр-во. 2000. -№ 5. - С. 17 - 20.

34. Иванов И.Ю., Баранов B.C., Бодуэн де Куртенэ Е.В. Создание высотного геодезического обоснования при строительстве автодорожных тоннелей // Маркшейдерское обеспечение рационального использования и охраны недр. Новочеркасск, 2002. - С. 131 - 135.

35. Инструкция по вычислению нивелировок-М.: Недра, 1971. 180 с.

36. Инструкция по геодезическим и маркшейдерским работам при строительстве транспортных тоннелей (ВСН 160-69). М.: Оргтрансстрой, 1970. - 464 с.

37. Инструкция по нивелированию I, II III и IV классов. М.: Недра, 1990. -168 с.

38. Инструкция по производству маркшейдерских работ Утв. Госгортехнадзором СССР 20.02.85 / Всесоюз. исслед. ин-т. горн, геомеханики и маркшейд. Дела (ВНИМИ). М.: Недра, 1987. - 240 с.

39. Квалиметрия недр: Учеб. пособие для магистров по программе 550609 «Маркшейдерия»/ Попов В.Н., Бадамсурэн X., Буянов М.И. и др. М.: Изд-во Акад. горн, наук, 2000. - 303 с.

40. Климков Ю.М. Основы расчета оптико-электронных приборов с лазерами. М.: Сов. Радио, 1978. - 280 с.

41. Кметко И.Н., Пандул И.С., Литинский В.О. Влияние электромагнитного поля ЛЭП на результаты геометрического нивелирования // Геодезия и картография. 1984. - №1. - С. 27-29.

42. Кнаут В. Современная технология геодезических работ при проходке тоннеля // Геодезия и картография. 1999. - №2. - С. 41- 44.

43. Костецкая Я.М., Маслич Д.И. Влияние длин световых волн на астрономическую рефракцию // Геодезия, картография и аэрофотосъемка. Львов, 1989. - С. 58 - 62.

44. Кочерженко В.В. Технология возведения подземных сооружений: Учеб. пособие. М.: АСВ, - 2000. - 160 с.

45. Кочетов Ф.Г. Автоматизированные системы для геодезических измерений. -М.: Недра, 1991. 208 с.

46. Кочетов Ф.Г., Сухов Г.Н., Кочетова Э.Ф. Визирный луч нивелира в магнитном поле // Геодезия и картография. 1999. - №10. - С. 14-17.

47. Кочетов Ф.Г. Исследование характерных ошибок лазерных систем // Геодезия и картография. 1989. - №6. - С. 23 - 26.

48. Кочетов Ф.Г., Кочетова Э.Ф. Методы исследования магнитных полей // Геодезия и фотограмметрия в горном деле. Свердловск, 1987. - С. 35 -41.

49. Кочетов Ф.Г. Нивелиры с компенсаторами. М.: Недра, 1985. - 148 с.

50. Кузьмин В.И. Геодезический контроль вертикальности и габаритов лифтовых шахт // Инженерная геодезия.-Киев, 1988. С. 35 - 37.

51. Кузнецов П.Н., Васютинский И.Ю., Ямбаев Х.К. Геодезическое инструментоведение: Учеб. пособие. -М.: Недра, 1984. 364 с.

52. Кулакова А.Ф., Мовчан В.М. ВНИМИ: лазерная насадка на зрительную трубу геодезического прибора JIH1. Петербург, журнал Приборы, 1998. - №2. - С. 80-84.

53. Кулакова А.Ф., Смирнов С.П. Лазерные маркшейдерско-геодезические приборы для задания и контроля опорных направлений // Горная геомеханика и маркшейдерское дело. Спб., 1990. - С. 349 - 359.

54. Лазерно-оптическая система Амур ЗМВ. Лазерные приборы Комсомольского-на-Амуре политехнического института // Геодезия и картография. 1990. - №8. - С.38-39.

55. Лазерный нивелир Wild LNA30 для управления землеройными работами // Геодезия и картография. 1993. - №5 / 6.- С. 15-18.

56. Левчук Г.П. Инженерная геодезия. М.: Недра, 1970. - 411 с.

57. Левчук Г.П., Новак В.Е., Лебедев H.H. Прикладная геодезия. Геодезические работы при изыскании и строительстве инженерных сооружений: Учеб. для вузов / Под ред. Г.П. Левчука. М.: Недра, 1983. - 400 с.

58. Лимка-горизонт: лазерный нивелир, паспорт. — Лазерные приборы. -Новосибирск, 2003. 7 с.

59. Маркшейдерские работы на карьерах и приисках: Справочник / Попов

60. B.Н., Ворковастов К.С., Столчнев В.Г. и др. М.: Недра, 1989. - 424 с.

61. Маркшейдерское дело: Учеб. для вузов / Казаковский Д.А, Авершин

62. C.Г., Белоликов А.Н. и др. М.: Углетехиздат, 1959. - 688 с.

63. Маркшейдерское дело: Учеб. для вузов В 2ч. 4.2 / Белоликов А.Н., Земисев В.Н., Кротов Г.А. и др. — 3-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1989.-437 с.

64. Маркшейдерское обеспечение строительства тоннелей специального назначения / Туринцев Ю.И., Гордеев В.А., Земских Г.В и др. -Свердловск, 1984. 49 с.

65. Мозжухин O.A. О «метеорологическом» методе учета вертикальной рефракции // Висша геодезия. 1981. - №7. - С. 57 - 63.

66. Мостков В.М. Подземные сооружения большого сечения. -М.: Недра, 1974.-320 с.

67. Никаноров В.Б. Новые технологии в геодезическо-маркшейдерском обеспечении строительства метрополитена // 1-я конф. пользователей и партнеров компании Magellan в России и странах СНГ, Москва, 23—24 сент. 1998г. М., 1999. - С.5 - 8.

68. Павлив П.В. Проблемы высокоточного нивелирования. — Львов, 1980. -145 с.

69. Плотников B.C. Геодезические приборы: Учеб. для вузов. М.: Недра, 1987.-396 с.

70. Подземные гидротехнические сооружения: Учеб. для студентов по специальности «Гидротехническое строительство речных сооружений и гидроэлектростанций» / Под. ред. В.М.Мосткова . — М.:Высш. шк., 1986. 464 с.

71. Потапов А.И., Камзалов В.А., Павлов С.Н. Экспериментальные исследования точности визуального наблюдения марок на реперную ось светового пучка // Сб. науч. трудов. Л.,1986. — С. 38 - 41.

72. Шаров Г.И. и др. // Геодезия и аэрофотосъемка. 1990. - №3. - С. 157 — 163.

73. Распространение лазерного пучка в атмосфере / Под ред. Д. Стробена. М.: Мир, 1981.-240 с.

74. Руднев Л.Н., Шеховцов Г.А. Состояние и возможные пути развития маркшейдерских методов съемки недоступных очистных камер // Тр. Всесоюзн.науч.-исслед.маркшейд.ин-та. — 1966. Сб.62. - С.241-257.

75. Соустин В.Н. Передача отметок безотражательным дальномером и нивелиром // Геодезия и картография. 2001. — №5. - С.15 - 18.

76. Спиридонов А.И., Кулагин Ю.Н., Крюков Г.С. Справочник-каталог геодезических приборов. — М.: Недра, 1984. 238 с.

77. Справочник инженера-тоннельщика / Под ред. Меркина В.Е., Власова С.Н., Макарова О.Н. М.: Трансп., 1993. - 287 с.

78. Справочник по маркшейдерскому делу / Под ред. Омельченко А.Н. 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Недра, 1979. - 576 с.

79. Сушков А.С. Изменение рефракции дисперсионным компенсационным методом / Тр. Центр.науч.-исслед.ин-та геодезии, аэрофотосъемки и картографии . 1979. - № 221. - С. 16 - 32.

80. Терещенко Т.Ю. Исследование влияния атмосферной рефракции в условиях геополигона СПбГТУ // XXVIII неделя науки Санкт-Петербургского государственного технического университетата: Материалы межвуз. науч. конф. СПб., 2000. - С. 9 - 10.

81. Терещенко Т.Ю Маркшейдерское обеспечение монтажных работ при подземном строительстве // Маркшейдерский вестник. 2004. - № 1.

82. Терещенко Т.Ю. Сравнительное исследование двух способов определения атмосферной рефракции // XXX юбилейная неделя науки Санкт-Петербургского государственного технического университета: Материалы межвуз. науч. конф. СПб., - 2002. - С.24 - 25.

83. Технология строительства подземных сооружений: Спец. способы стр-ва: Учеб. для вузов / Ресин В.И., Шуплик М.Н., Федюкин В.А. и др. 3- изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во Акад. горн.наук, 1998. -375 с.

84. Технология строительства подземных сооружений: Стр-во вертик. выработок: Учеб. для вузов / Насонов И.Д., Федюкин В.А., Шуплик М.Н. и др. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1992. - 286 с.

85. Тревого И.С. Исследование горизонтальной рефракции в городской полигонометрии // Геодезия и картография. 1984. - № 1. - С.20 - 25.

86. Тригер JI.M. О методах сканирующей // Колыма. 1990. - №5. - С. 3032.

87. Тригер J1.M., Кардашев Н.П., Тригер A.JI. Преобразователь угол-код // Тр. Междунар. форума по проблемам науки, техники и образования, Москва, 8-12 дек. 1997г. М., 1997. - Вып.2. - С.57-58.

88. Тымкул JI.B. Влияние турбулентности земной атмосферы на точность оптико-электронных координаторов // Вестн. Сиб. гос. геодез. акад-1999. -№4. С. 106- 109.

89. Учет атмосферных влияний на астрономо-геодезические измерения / Островский A.JL, Джуман Б.М., Заблоцкий Ф.Д. и др. М.: Недра, 1990. -235 с.

90. Фельдман Г.А. Аппаратура для передачи ориентирных направлений // Геодезия и картография. -1998. №8. - С. 48-49.

91. Формирование лазерного излучения в технологических зонах / Жилкин A.M., Заболотный Н.С., Иванов H.JI. и др. // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. — 1999. — №6. С.110 - 123.

92. Черемисин М.С., Ардасенов В.Д., Кольцов В.П. Нивелиры с компенсаторами. М.: Недра, 1978. - 144 с.

93. Шестаков В.А. Проектирование рудников: Учеб. для вузов. М.: Недра, 1987. - 231 с.

94. Ямбаев Х.К. Геодезический контроль прямолинейности и соосности в строительстве. М.: Недра, 1986. - 264 с.

95. Строительные нормы и правила. Несущие и ограждающие конструкции. СНиП 3.0301-87// Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР1988. - 192 с.

96. А.с. 1155851 А СССР МКИ G 01 С 5/02 Устройство для определения величины нивелирной рефракции в подземных горных выработках / Беспалов Ю.И. № 3512845/24-10; заявлено 15.11.82; Опубл. 15.05.85., Бюл. №18.

97. А.с. 1303823 СССР, МКИ G 01 С 1/00 Устройство для определения приращений угла рефракции / Жилинский А.П., Соколов Е.А. № 3930974/24-10; Заявлено 30.05.85; Опубл. В Б.И., 1987, № 15.

98. А.с. 1553828 СССР, МКИ G 01 С 15/00. Способ определения приращения угла рефракции / Зиганшин Р.М., Меламуд А.Э. — № 3921439/240-10; Заявлено 26.06.85; Опубл. 30.03.90, Бюл. № 12.

99. А.с. 1793220 СССР, МКИ G 01 С 5/00. Устройство для определения изменений рефракции / Беспалов Ю.И., Голованов М.Н., Зайков В.И , Терещенко Т.Ю.- № 4938783/10; Заявлено 24.05.91; Опубл. 07.02.93, Бюл. № 5.

100. А.с. 1800264 СССР, МКИ 5 G 01 С 5/02, 15/10. Оптический ЖК и способ его изготовления / Бурачек В.Г., Боровой В.А., Крячок С.Д.- № 4834575/10; Заявлено 08.06.90; Опубл. 07.03.93, Бюл. № 9.

101. А.с. 1809918 СССР МКИ 5 G 01 С 15/00 Устройство для задания направления / Павлов С.Н., Сафонов В.А. № 4905461/10 завл. 17.10.90 Опубл. 15.04.93, Бюл. № 14.

102. Пат. 2146356 Россия, МКИ 7 G 01 С 9/20. Нивелир. / Морозов А.Н.- № 99118498/28; Заявлено 31.08.99; Опубл. 10.03.2000, Бюл. № 7.

103. Заявка 2269220 Франция, МКИ Н 01 S 3/02 G 01 С 15/00. Лазерный прибор вертикального проектирования ; Заявлено 24.04.74; Опубл. 21.11.75.

104. Захидов Н.М. Жидкостный компенсатор для лазерного зенит-прибора / Ташк. политехи, ин-т. Ташкент, 1990. - 6 с.

105. Клепнин C.B. Результаты исследования оптических характеристик для компенсаторов геодезических приборов / Моск.ин-т инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии. М, 1992. - 9 с.

106. Moderne Technologie bei Meß-und Nivellirgeräten // Allg. Vermess.-Nachr. 1991,93. - № 6. - S.465—466.

107. Chmelina K., Staubmann P. Geodätische Aspekte beim Einsatz von Motorlasersystem im Tunnelbaum // Allg. Vermess.-Nachr. 2000. - № 1. -S.2-8.

108. Deumlich F. Instrumentenkunde der Vermessungstechnik.- Berlin: VEB Verl. für Baumwesen, 1988. 295 S.

109. Dreidimensionale Raumplanung auf Knopfdruck // Allg. Vermiss.-Nachr. — 2000. №3. - S 114.

110. Flach Ph., Naterop D. Neue Analysetechniken für Deformationmessungen in permanenten Robotertachymeter-Netzen // Allg. Vermess.-Nachr. 1999. -№8/9. - S.284-291.

111. Gharibi M., Pedersen L. Removal of DC power-line magnetic-field effects from airborne total magnestic-field measure ments // Geophys. Prospect. -2000.-№3.-P. 617-627.

112. Haag R., Stengele R. El tunnel del Gottard: la topografía en un proyecto Subterráneo de 57 km de logitud en los Alpes seigos // Topogr. y cartogr. -1997.-№82.- P. 54—59.

113. Hübner E. Experimentelle Untersuchung zum Einfluß der terrestrischen Refraktion auf die vertikale Richtungsstabilität // Vermessungstechnik. -1977. -№11. -S. 381-383.

114. Jaeger D. Einzatz des Steuerbeitsystems TG-200 "Zollman" beim Schrägschacht in Val d'esere // Vermessungsingenier. 1988. - №3. - S. 105-109.

115. Kanajet B. Opasnost od laserskih uredaja u geodetskoj praski // Geod. list. — 1987. №7/9. - P. 264—266.

116. Knufinke P. Untersuchungen über den Einfluß des Erd magnetismus auf Kompensator-Nivellire // Vermessungsw. und Raumordn. -1987.-№1.- 47-54.

117. Krzeszowski M. Zastosowanie lasera GL-2 do orientacji samokrocz^cego rospieranego // Zenz. nauk. AR Wroclawiu. Geod. i urz^d. rol. 1987. - №4.- S. 43-58.

118. Mark R.K., Gilmore T.D., Castle R.O. Evidence of suppression of the unequal refraction error in geodetic leveling // J.Geophys. Res. 1987. - №3.- P.2767-2790.

119. Marold T., Wähnert C. Präzisionskompensatornivelliere und das Magnetfeld // Veressungstechnik. 1990. - №2 - S. 49-54.

120. Mozzüchin O. Die Refraction bein geometrischen Nivellement Theorie und Praxis // Allg. Vermess.-Nachr.-2001.- №3. S.78-84.

121. Noack G. Untersuckung systematikker Ziellinienänderungen des Präzilions kompensatornioelliers Ni-002 des VEB Carl Zeiss Jena in magnetikken Gleich-und Wechselfeldern // Vermessungtechnik. 1985. -№3. - S. 93-94.

122. Rauhut J. Brechungsindexschwankungen der Luft // Vermessungtechnik. -1980. -№3. S. 93-96.

123. Rumpf E., Meuerisch H. Systematische Änderungen der Ziellinien von kompensator-Nivellieren, insbesondere des Zeiss Nil, durch magnetische Gleich- und Wechselfelder // Vermessungsingenieur. 1982. - №4. - S. 110— 116.

124. Shaw R.H., Smietana P.J. Temperature stratification and refraction error in geodetic leveling // J. Geophys. Res. 1983. № 12. - P.485^94.

125. Spectra Precision präsentiert neuen Laserlevel mit 5 mW // Allg. Vermess.-Nachr- 2000 №3. -S. 115.

126. Straub H. Computation of magnitude of vertical refraction in leveling operations // The Canadian surveyer. 1973. - №4. - P. 228-292.

127. Wotruba M. Der Einsatz von Richtlasergeräten für die Vortriebsvermessung am Oswaldibergtunnel // Baumasch., Baugerät, Baustelle. 1988. -№10. -S. 428-430.flpuJOHmue 1

128. УТВНРЖДАКЬ Вице-президент по наукой paooic Санкт-11етербургскюР0 -»аре гвенного техническд«9йиув(/рс»пе1 а¡ . Башкарев А Я « » . ч / 2002 гУ1. АКТ21 февраля 2002 г ода г. Санкт-Петербург

129. Заведующий каф. МВТС профессор Альуименко А И

130. Профессор каф MBF С ^ \ Беспалов Ю И

131. Доцент каф. МВТС ry ^Беляев Н.Д

132. Аспирант каф МВТС „^ Терещенко Т. Ю.