СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРЕНА ОБЪЕКТОВ ИНФРАСТРУКТУРЫ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Никитин А. В.

Доцент, кандидат технических наук, Дальневосточный государственный университет путей сообщения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРЕНА ОБЪЕКТОВ ИНФРАСТРУКТУРЫ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Аннотация

В статье рассмотрен способ определения крена сооружений башенного типа по измеренной разности вертикальных углов. Основной целью работы является исследование применения способа для объектов инфраструктуры железнодорожных станций. Выполнена оценка точности способа, а также доказана эффективность его применения для контроля отклонений от вертикальности дымовых труб, градирен, объектов радиорелейной линии связи.

Ключевые слова: крен, дымовая труба, погрешность.

Nikitin A. V.

Associate professor, PhD in Engineering, Far Eastern State Transport University

THE METHOD OF DETERMINING THE ROLL OBJECT OF THE RAILWAY INFRASTRUCTURE

Abstract

The article describes the method of determining the roll tower structures according to the measured difference of the vertical angles. The main goal of this work is to study the application of the method for objects of infrastructure of railway stations. Evaluated the accuracy of the method, and also proved the efficiency of its use for the control of deviations from the verticality of chimneys, cooling towers, objects of radio relay communication lines.

Keywords: roll, chimney, error.

К объектам инфраструктуры железных дорог относятся различные мачты освещения, башни, градирни, опоры контактной сети. При выполнении работ, связанных с инвентаризацией железнодорожных станций и узлов возникает необходимость в определении отклонений от вертикальности (крена) таких сооружений.

К геодезическим методам определения крена относят способы координат, вертикального проектирования, горизонтальных углов, горизонтальных и вертикальных углов, высокоточного нивелирования [1, 2].

Наиболее распространённым при определении крена является способ горизонтальных углов, когда от опорных направлений с двух пунктов, расположенных на взаимно перпендикулярных осях, измеряют горизонтальные углы между опорными направлениями и наблюдаемыми точками на верху сооружения. По разностям горизонтальных углов и горизонтальным проложениям находят составляющие крена и его полную величину [3].

В способе горизонтальных и вертикальных углов с опорного пункта измеряют горизонтальные углы между направлением на центр сооружения и замаркированными верху точками и вертикальные углы на них. По полученным горизонтальным и вертикальным углам, а также высоте наблюдаемой точки над горизонтальной плоскостью, проходящей через ось вращения зрительной трубы теодолита по тригонометрическим формулам, вычисляют крен сооружения [4]. Недостатком данного способа является то, что необходимо устанавливать геодезический прибор на расстоянии равном высоте сооружения. А это на действующей железнодорожной станции не всегда представляется возможным.

В статье [5] рассмотрен способ определения крена по зенитным расстояниям. При этом технология выполнения работ достаточно трудоёмкая, так как приходится устанавливать теодолит на одну и ту же высоту и расстояния должны быть равными с двух пунктов наблюдений.

Как правило, контроль геометрических параметров объектов железнодорожных станций проводится одновременно с инженерно-геодезическими изысканиями под модернизацию или ТРА (технико-распорядительный акт) в условиях плотной застройки и перемещения подвижного состава. Поэтому, для определения отклонения от вертикальности необходимо использовать способ определения крена с одной станции, отличающийся оперативностью и высокой производительностью.

Для этих целей автором предложен способ определения крена по измеренной разности вертикальных углов [6, 7] с одной станции. Способ может быть использован при выполнении геодезического контроля с одной или с двух станций. В данной работе выполним исследование для предложенного способа применительно к дымовым трубам и объектам радиорелейной линии связи. Сущность способа поясняется на Рис.1.

Электронный тахеометр устанавливают на пункте разбивочной сети, находящемся на оси сооружения. Измеряют разности вертикальных углов по парам замаркированных точек 1-5, 3-7 и сравнивают с проектными значениями.

Величину крена K  определяют из выражений:

  (1)

где  и  – высотные составляющие крена;  – измеренная разность вертикальных углов;  – проектная разность вертикальных углов (так как L₃ = L₇, а Δν_пр.=0); L₁ – L₇ – расстояния до контрольных точек.

Общую величину высотной составляющей  крена K получим по формуле

  (2)

Угловая величина крена γ вычисляется как:

   (3)

где γ – угловое выражение крена; R – радиус сооружения в наблюдаемом сечении; ρ – 206265".

Среднюю квадратическую погрешность (СКП)  получения углового выражения крена находят по формуле

  (4)

где m_h , m_R – СКП определения высотной составляющей крена и радиуса.  

Рис.1 – Схема определение крена с двух станций

 

Относительная величина крена определяется как отношение К_h/2R.

В нормативных документах [3, 8] допуски на крен сооружения назначаются по величинам его линейного выражения, которые в рассматриваемом способе вычисляются как

  (5)

где K_S – линейная величина крена; H– высота сооружения (от основания до наблюдаемого пояса).

Оценку точности результата определения K_S определяют так:

  (6)

где m_s ,m_H – СКП определения линейного выражения крена и высоты сооружения.

Недостатком следует считать то обстоятельство, что высотная величина крена определяется по малым величинам горизонтальных осей (диаметра) сооружения, особенно по верху конструкции, поэтому величины крена выражаются малыми числами, а при перевычислении их в линейную величину крена их численное выражение увеличивается на порядок, естественно увеличивается погрешность определения.

Поэтому важна выработка методики наблюдений и расчёт необходимой точности измерений для каждого типа сооружений.

Рассмотрим возможность применения предложенного способа для определения крена дымовых труб. Для необходимых расчётов примем допуски СНиП [8]:

– предельная погрешность измерений для дымовых труб не должна превышать 0,0006 H, где H – высота сооружения;

 – предельные относительные значения кренов для дымовых труб высотой до 100 м – 0,005, а высотой от 100 до 300 м – 1 \ (2 H).

Выполним расчет точности работ по определению крена для многоствольной дымовой трубы с железобетонной оболочкой, имеющей следующие технические характеристики: высота трубы – 250 м, диаметр отверстия по верху трубы – 16 м, диаметр трубы по низу – 26,9 м.

Примем предельную ошибку определения высотной величины крена по базовому допуску 0,0006 H, получим допуск на определение крена по верху трубы 150 мм. СКП определения крена, определённая  по формулам (6.1) [8] и (5) [1] будет равна 15 мм.

Для обеспечения этого допуска по формуле (4) рассчитаем СКП измерения разности вертикальных углов, приняв m_h = 4 мм, расстояние от тахеометра до сооружения L = 250 м,  Δv = 100". Получим m_v = 3,5"; а предельную ошибку 7", что вполне обеспечивается современными тахеометрами.

При измерениях разности вертикальных углов по среднему и нижнему поясам трубы в связи с увеличением базы измерений (диаметра трубы) необходимые точностные характеристики  увеличиваются m_v = 6" (для нижнего пояса).

При измерениях разности вертикальных углов по среднему и нижнему поясам трубы в связи с увеличением базы измерений (диаметра трубы) необходимые точностные характеристики  увеличиваются m_v = 6" (для нижнего пояса).

Определяемые величины составляющих крена помимо погрешностей геодезических измерений будут содержать погрешности изготовления и монтажа поясов, которые в качестве систематической части войдут в общую ошибку нахождения крена, и будут характеризовать не параллельность наблюдаемых поясов. Предельный допуск точности монтажа поясов труб составляет 5 мм, а СКП за не параллельность поясов не должна превышать 1/5 СКП определения крена.

Однако в реальных условиях длительной эксплуатации дымовых труб целесообразно ошибку за не параллельность наблюдаемых поясов выявить и исключить из результатов определения составляющих крена. Величину ошибки Δh можно взять из результатов исполнительной съёмки или вычислить по имеющимся отсчётам по вертикальному кругу прибора и горизонтальному проложению d до наблюдаемых точек. Определение не параллельности поясов поясняется на Рис. 2, где Δh – разность отметок между поясами в наблюдаемых точках, или разность превышений, вычисляемая по формуле

  (7)

Рис.2 – Определение не параллельности поясов

 

Не параллельность поясов  определяется как разность разностей превышений Δh между наблюдаемыми точками разных поясов, расположенных на одноимённых концах диаметра (точки 1–2, 1'–2', 2–3, 2'–3', 1–3, 1'–3') следующим образом:

   (8)

Поправки  в измеренные составляющие крена вводятся со знаком «минус».

Таким образом, предложенный способ определения крена по измеренной разности вертикальных углов может применяться при наблюдениях за креном дымовых труб ТЭЦ, а также других сооружений башенного типа при предрасчете точности для каждого типа сооружений.

При этом следует иметь в виду тот факт, что точность определения рассматриваемым способом ухудшается с увеличением высоты сооружения и уменьшением диаметра по верху сооружения.

Проведённые расчёты дают высокую точность определения крена при диаметре по верху сооружения не менее 10 м и при высоте сооружения до 100 м.

Поэтому способ определения крена по разности вертикальных углов для сооружений башенного типа не может быть рекомендован для сооружений большой высоты и малого диметра сооружения вверху, а может эффективно применяться при высоте сооружений до 100 м и диаметре сооружения по верху не менее 10 м, то есть способ применим при соотношении:

  (10)

Литература

1. Никонов, А. В. Современные способы определения кренов промышленных дымовых труб [Текст] / А. В. Никонов, В. Г. Никонов // Геодезия и картография. – 2015. – № 4. – С. 13 – 21.
2. Шеховцов, Г. А. Современные геодезические методы определения деформаций инженерных сооружений [Текст]: монография / Г. А. Шеховцов, Р. П. Шеховцова. – Н. Новгород: ННГАСУ. – 2009.– 156 с.
3. Руководство по определению кренов инженерных сооружений башенного типа геодезическими методами [Текст] / Центр. н.- и. и проект.–эксперим. ин-т организации, механизации и техн. помощи строительству Госстроя СССР. − М.: Стройиздат, 1981.− 56 с.
4. Раинкин, В. Я. Определение деформаций сооружений башенного типа посредством измерения горизонтальных и вертикальных углов с одного пункта [Текст] / В. Я. Раинкин // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъёмка. – №. 3. – 1972. – С. 27–33.
5. Зеленский, А. М. Об определении крена высоких сооружений башенного типа [Текст] / А. М. Зеленский // Геодезия и картография. – 1974. – № 12. – С. 30–33.
6. Пат. №2141622 Российская Федерация, МПК⁷G01С1/00,15/00. Способ определения крена [Текст] / Никитин А. В. ; заявитель и патентообладатель Хабаровский гос. техн. ун-т ; заявл. 01.10.97 ; опубл. 20.11.99, Бюл. № 32. – 16 с.: ил.
7. Никитин, А. В. Способ определения крена сооружений цилиндрической формы [Текст] / А. В. Никитин // Геодезия и картография. – 2002. – № 7. – С. 15–17.
8. СНиП 3.01.03–84 Геодезические работы в строительстве. Актулизированная редакция. СП 13330. 2012 [Текст] – М.: Минрегион России, 2012. – 84 с.

References

1. Nikonov, A. V. Modern methods of determining roll of industrial chimneys [Text] / A. V. Nikonov, V. G. Nikonov // Geodesy and cartography. – 2015. – №. 4. – P. 13 – 21.
2. Shekhovtsov, G. A. the Modern geodetic methods for the determination of deformations of engineering structures [Text]: monograph / G. A. Shekhovtsov, R. P. Shekhovtsova. – N. Novgorod: NNGACU. – 2009.– 156 p.
3. The guide rolls of the engineering tower buildings geodetic methods [Text] / Centre. scientific and project.–experimental. Institute of organization, mechanization and technical. assistance to construction of Gosstroy of the USSR. − M.: Stroiizdat, 1981.− 56 p.
4. Rankin, V. Y. Determination of deformations of the tower structures by measuring horizontal and vertical angles with a single item [Text] / V. Y. Rankin, // Pu. universities. Geodesy and aerophotocamera. – № 3. – 1972. – P. 27-33.
5. Zelensky, A. M. On the definition of the roll of high tower structures [Text] / A. M. Zelensky // Geodesy and cartography. – 1974. – №. 12. – P. 30-33.
6. Pat. No. 2141622 Russian Federation, ICI 7G01С1/00, 15/00. The method of determining the roll [Text] / Nikitin, A. V.; applicant and patentee of the Khabarovsk state technical. Univ. 01.10.97 ; publ. 20.11.99, bull. №. 32. – 16 P.: ill.
7. Nikitin, A. V. The method of determining the roll structures of cylindrical shape [Text] / A. V. Nikitin // Geodesy and cartography. – 2002. – №. 7. – P. 15-17.
8. BR 3.01.03–84 Geodetic works in construction. Update edition. SP 13330. 2012 [Text] – M.: The Ministry Of Regional Development RF, 2012. – 84 p.