CC BY
315
3. РТМ-1 ОТС-Ц-2000 Руководящий технический материал по проектированию цифровых и цифро-аналоговых сетей оперативно-технологической связи. - М.: ВНИИАС, 2000. - 124 с.
4. Новой России - современные железные дороги / П. Маневич, Б. Каганович // Мир связи. Connect! - 2001. - №5. - С. 88-89.
УДК 528.061.2
Е. С. Свинцов, В. И. Полетаев
ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПРИ СЪЕМКЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПУТЕЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Рассмотрены методика и содержание инженерно-геодезических работ на действующих промышленных предприятиях. Дается анализ существующих методов съемки и изложены особенности проведения работы с помощью электронных тахеометров.
железнодорожный путь, инженерно-геодезические работы, электронный тахеометр, вертикальная рефракция.
Введение
Железнодорожные пути в условиях промышленного предприятия осуществляют основную взаимосвязь технологических процессов, производственных сооружений друг с другом. От надежной работы железнодорожного транспорта зависит эффективность деятельности всего предприятия. В связи с этим весьма важным является не только наличие информации о техническом состоянии верхнего строения пути, земляного полотна и искусственных сооружений, но и сведения о негабаритных местах, переездах, грузовых фронтах и всех обустройствах, находящихся в непосредственной близости от железнодорожного пути. Эти сведения можно получить в результате комплексной инженерно-геодезической съемки, выполнение которой значительно отличается от производства многих других то-пографо-геодезических работ.
Специфика съемки железнодорожных путей промышленных предприятий определяется особыми требованиями к съемке сопутствующих инженерных коммуникаций, к точности определения зданий и сооружений. К особенностям геодезических работ на промышленных предприятиях относится многоярусная застройка территории, наличие большого количества подземных коммуникаций, пересечение железнодорожного пути много-
численными галереями, эстакадами, линиями электропередач. На территории промышленных предприятий имеется большое число производственных зданий для различных технологических процессов, взаимосвязь между которыми выполняют железнодорожные пути. В связи с этим совершенствование методик съемки с применением современных высокоточных, универсальных приборов имеет большую актуальность.
1 Традиционные способы выполнения съёмочных работ 1.1 Состав работ. Работы, предшествующие съемке
При существующей технологии съемка путей промышленного предприятия, как правило, выполняется в следующей последовательности:
рекогносцировка, проектирование, построение и закрепление геодезического съемочного обоснования;
разбивка пикетажа по подъездному пути и по всем отдельным путям предприятия;
съемка кривых, определение центров стрелочных переводов и их обмер;
съемка путевого развития, искусственных сооружений, водоотводных устройств, подземных, наземных и воздушных коммуникаций;
измерение габаритных расстояний от осей путей до ближайших зданий и сооружений;
продольное нивелирование по всем путям предприятия; съемка территории вдоль железнодорожных путей, включая съемку всех грузовых фронтов.
При выполнении рекогносцировочных работ устанавливается место примыкания подъездного пути к путям общего или необщего пользования, выявляется наличие примыкания к нему других подъездных путей и уточняются границы подъездного пути. Сверяются номера путей, стрелочных переводов, светофоров, наличие и расположение предохранительных тупиков и сбрасывающих остряков. На местности фиксируется расположение грузовых фронтов подпорных стенок, повышенного пути, путей специального назначения и негабаритных мест. Непосредственно на пути определяются и закрепляются смены типа рельсов, эпюры и материалы шпал, рода балласта и закрепления пути от угона. Выявляются места пересечения железнодорожного пути с подземными, наземными и воздушными коммуникациями. На основании полученных материалов составляется схема железнодорожного пути, на которой показывается расположение всех внутризаводских путей и стрелочных переводов с их нумерацией, наносится расположение зданий и сооружений, связанных работой с железнодорожными путями.
Особенностью инженерно-геодезических работ по съемке железнодорожных путей промышленных предприятий является плотность застройки территории, наличие кривых малого радиуса и составных кривых, большая
разветвленность путевого развития с значительным количеством технических обустройств специального назначения, множеством стрелочных переводов различных типов и наличия технологических и негабаритных мест. На территории предприятий вблизи железной дороги имеется множество сооружений, обеспечивающих ее функционирование, - эстакады, подпорные стенки, устройства для погрузки и выгрузки сыпучих, жидких и различного рода других грузов. Плотность застройки и недостаточная видимость приводят к необходимости создания съемочного обоснования с множеством углов поворота и малыми длинами сторон. При выборе местоположения пунктов съемочного обоснования необходимо стремиться к обеспечению возможной привязки к ним с различных направлений, чтобы их положение обеспечивало благоприятные условия для измерений. Форма геодезической сети на территории предприятия выбирается в зависимости от особенностей участка, наличия мест расположения исходных пунктов. Проектирование, вид и методы контроля точности сети зависят в основном от местных условий. В любом случае на территории предприятия необходимо стремиться к созданию замкнутых сетей с развитыми диагональными ходами.
1.2 Основные съёмочные работы
Разбивка пикетажа по подъездному пути, как правило, выполняется от точки примыкания к станционному пути общего пользования. В зависимости от направления пикетаж по внутризаводским путям ведется общий для путей одного направления или, при обратном расположении пути, в новом пикетаже, начало которого начинается от стрелки примыкания. Расстояния измеряют, как правило, стальной компарированной рулеткой дважды в прямом и обратном направлении с относительной ошибкой не менее 1/2000. Съемка железнодорожного пути в плане производится по осям путей с фиксацией всех центров стрелочных переводов. Кривые в зависимости от радиуса снимаются через 5, 10 или 20 метров. В результате съемки кривых измеряются углы поворота, вычисляются радиусы и находятся элементы кривых.
Нивелирование железнодорожного пути выполняется по нормам технического нивелирования с определением отметок через каждые 50 метров. Нивелирование проводят по головке левого по ходу пикетажа рельса, на кривых - по ходу внутреннего рельса. Нивелированию подлежат также все характерные изменения профиля пути, вводы путей в цеха, передние вылеты рамных рельсов и остряки стрелочных переводов, тупиковые упоры, оси пролетных строений малых мостов и другие. Обследование и съемка искусственных сооружений, переездов, определение высоты пересекающих железнодорожный путь коммуникаций, как правило, выполняется одновременно с основными съемочными работами.
Применяемые в настоящее время большинством организаций традиционные технологии съемки железнодорожного пути с использованием простейших геодезических приборов (рулетки, теодолита, нивелира) являются весьма трудоемкими и имеют длительный полевой период. Точность съемки зависит не только от класса приборов, но и в значительной степени от квалификации наблюдателя. С целью исключения ошибок требуется проведение повторных наблюдений. Регистрация результатов съемки и их обработка выполняется вручную, вследствие чего возможны промахи в работе.
Для выполнения съемочных работ требуется предварительное создание планово-высотного съемочного обоснования. Отсутствие на предприятии постоянных пунктов с известными координатами и высотами приводит к выполнению повторных непроизводительных работ. Для съемки кривой требуется ее разбивка на малые фиксированные отрезки с закреплением их положения на шейке рельса. Работа по съемке трудоемка и продолжительна по времени. При выполнении съемочных работ все исполнители находятся на пути, что создает повышенную опасность в условиях постоянной работы подвижного состава. Много времени затрачивается на повторную установку измерительного прибора, снятого для пропуска подвижного состава. Разрыв между полевыми работами и камеральной обработкой, занимающей существенное время, усложняет процессы исправления материалов и досъемки.
2 Съёмка железнодорожных путей электронным тахеометром 2.1 Высотная съемка. Учёт вертикальной рефракции
В последнее время в связи с созданием точных электронных тахеометров, спутниковых технологий для планово-высотного обоснования коренным образом изменились традиционные методы геодезических работ. При этом значительно повысилась точность создания профилей и планов местности, сократились сроки полевых работ и, что немаловажно, существенно повысилась безопасность их выполнения. Использование электронного тахеометра дает возможность сократить количество точек в опорном ходе и увеличить длины его сторон путем размещения прибора на крышах зданий, пешеходных мостах, эстакадах, крышах вагонов и т. п., что позволяет увеличить как точность, так и площадь съемки.
Высокая точность измерения расстояний и вертикальных углов электронным тахеометром дает возможность замены геометрического нивелирования на тригонометрическое как при тахеометрической съемке, так и при нивелировании железнодорожного пути и, следовательно, выполнять одновременно как плановую, так и высотную съемку железнодорожного пути и прилегающих к нему участков местности.
Превышение и средняя квадратичная ошибка в определении разности высот по одной стороне хода при методе тригонометрического нивелирования определяются по формулам:
к = й tgv + к - I;
где й - расстояние до снимаемой точки;
к и I - соответственно высота прибора и отражателя, установленных с пренебрегаемыми погрешностями;
V - угол наклона линии;
Шй и ^ - погрешности измерения расстояния и вертикального угла;
р - количество секунд в радиане.
Современные тахеометры измеряют расстояние с точностью от 2 до 10 мм и углы наклона с точностью от 2 до 10 минут. При расстояниях 300 м и угле наклона 15° погрешность в определении превышения составит от 3 до 10 мм, что соответствует точности нивелирования 4-го класса.
На результат тригонометрического нивелирования большее влияние оказывает внешняя среда, характеризующаяся коэффициентом вертикальной рефракции, который не является постоянным. Величина его такова, что при измерении вертикальных углов необходимо вводить соответствующие поправки. Вследствие сложности учета постоянно изменяющихся метеорологических факторов, определяющих величину рефракции, эти поправки могут лишь приближенно характеризовать ее действие. Поэтому ошибки определения превышений из тригонометрического нивелирования, особенно при прокладке хода значительной длины, могут быть во много раз больше геометрического нивелирования. Ослабить влияние рефракции и приблизить точность результатов тригонометрического нивелирования к точности нивелирования 4-го класса возможно применением надлежащей методики измерений.
Это может быть достигнуто двухсторонним нивелированием или нивелированием из середины. При двухстороннем нивелировании, превышения определяются в прямом и обратном направлениях. В этом случае разность прямого и обратного превышений, деленная пополам, есть совместное влияние кривизны земли и рефракции. Однако при двухстороннем нивелировании увеличивается количество перестановок прибора и снижается производительность труда. При равенстве расстояний от инструмента до связующих точек, то есть при нивелировании из середины, получаемые результаты близки к требованиям, предъявляемым к нивелированию 4-го класса.
При съемке путевого развития, расположенного от точки стояния тахеометра на расстоянии 100-150 м, влиянием рефракции можно пренебречь. При больших расстояниях приближенное значение коэффициента рефракции можно определить для конкретной снимаемой местности в определенный отрезок времени и поправку ввести в тахеометр. Для этого известное превышение между удаленными точками, найденное из геометрического нивелирования или найденное двойным тригонометрическим нивелированием, или нивелированием из середины, сравнивается с превышением, определенным тахеометром при съемочных работах в определенный период времени, что дает численную характеристику влияния рефракции.
При небольших допустимых отличиях поправки в превышения не вводятся. Если отличия в превышениях значительны, необходимо определить коэффициент рефракции и выполнить корректировку работы тахеометра.
Совместное влияние кривизны земли и рефракции на точность определения превышения находим по формуле:
г_й 2 кС 2
/ —---,
2 Я 2 Я
где Я - радиус земли;
к - коэффициент рефракционной кривой, принимаемый равным 0,16. Так как / — кшв — ^тах, то поправка в превышение, найденное тригонометрическим нивелированием, определяется из формулы
_ кс12 _ С2 реф — ~2Я = 2Я "1 ,
а коэффициент рефракции
С2 — 2 Я/ 2 Я/
к — -;- или к — 1--—.
с2 с2
Значительный эффект при работе с электронным тахеометром достигается применением беспикетажного метода выполнения съемочных работ. При беспикетажном методе съемки набирают и определяют положение ограниченного количества точек, характеризующих ситуацию и рельеф. Учитывая, что на железнодорожном полотне имеются постоянные знаки (пикет, километры, светофоры, различные указатели), их положение можно использовать для фиксации точек нивелирования. На территории предприятия в качестве таких точек можно использовать углы зданий и других постоянных объектов.
Положение точки на рельсе принимается точно напротив имеющегося стационарного знака. При отсутствии таких объектов расстояния между
точками выбираются произвольно из условий видимости и условий местности, а они закрепляются на шейке рельса с нумерацией порядковыми номерами. При прокладке опорного хода тахеометр должен устанавливаться с учетом удобства и безопасности измерений, как правило, в стороне от железнодорожного пути, а также с учетом обеспечения прямой видимости точек хода и оси пути. Расстояния между связующими точками (точки установки прибора) зависят от условий местности.
2.2 Горизонтальная съёмка железнодорожных путей
и сопутствующей ситуации
Съемочные работы, как и при традиционном способе, должны начинаться с точки с известными координатами. При наличии пунктов государственной геодезической сети выполняется привязка к ним в плане и по высоте начальной и конечной точек хода. При значительной удаленности точек опорной сети от этих пунктов их определение выполняется методами спутниковых технологий. В принципе всю работу по съемке можно выполнять в любой принятой системе координат, при необходимости - с последующим перерасчетом. Для удобства расчетов целесообразно начальные точки, то есть точки примыкания подъездного пути к станционным путям или путям других предприятий, присваивать координаты, равные нулю, с принятием нулевого значения дирекционного угла по пути примыкания. При такой системе координат легко рассчитать расстояния между начальной и всеми последующими точками. Этот перерасчет может выполняться в полевых условиях с помощью микроЭВМ тахеометров по заложенной в ней программе или в стационарных условиях при компьютерной обработке результатов измерений.
Съемка путевого развития и ситуации местности, как правило, выполняется координированием точек как с точек съемочного обоснования, так и с произвольных точек стояния. Для съемки этим методом выбирается точка с хорошим обзором местности, по видимым точкам с известными координатами определяются координаты точки стояния. Современные тахеометры автоматически решают эту задачу. При съемке ситуации регистрация результатов измерений фиксируется в памяти прибора.
При съемочных работах как на пути примыкания, так и на внутризаводских путях измерения с помощью рулетки выполняются только в труднодоступных для тахеометра местах - при проверке габарита приближения строений, обмерных работах и т. п. В настоящее время эти работы выполняются с использованием ручного электронного дальномера (лазерной рулетки). Применение безотражательных тахеометров позволяет значительно повысить эффективность работы.
При съемке криволинейных участков координируют точки, расположенные друг от друга примерно через 5, 10 или 20 метров в зависимости от радиуса кривой. Для определения угла поворота и последующего вычисле-
ния его координат две начальные и две конечные точки должны располагаться на прямых участках пути. Угол поворота кривой получают как разность дирекционных углов конечного и начального направлений. По найденным координатам прямых участков пути по формулам аналитической геометрии вычисляются координаты вершины угла поворота, а по координатам точек на кривой вычисляется ее радиус. Эти расчеты позволяют вычислить элементы кривой и определить координаты, а следовательно и пикетажное положение главных точек кривой. Стрелочные переводы снимаются без предварительного определения его центра - координируется передний вылет рамного рельса, начало остряков и хвост крестовины. По полученным координатам вычисляют размеры стрелочного перевода и положение его центра.
По результатам съемки составляется общий план подъездных путей и внутризаводских путей предприятия, продольные профили по каждому пути в отдельности. На плане показывают в осях все пути, центры стрелочных переводов с их номерами и местом расположения переводного механизма, начало, конец и радиусы кривых, а также все сооружения и сопутствующие инженерные коммуникации. На продольных профилях для каждого пути вычисляются уклоны в пределах всех снимаемых элементов и данные по всем кривым в плане. Геодезическая съемка железнодорожных путей промышленных предприятий является основой для составления технического паспорта - основного документа, отражающего техническое состояние железнодорожного пути и всех сопутствующих ему инженерных коммуникаций.
Заключение
Рассмотренная в работе методика выполнения съёмки железнодорожных путей промышленных предприятий с применением электронного тахеометра позволяет не только повысить точность съемочных работ, но и значительно сократить сроки полевых работ. Возможность совмещения плановой и высотной съёмок позволяет выполнять их одним прибором при минимальном количестве исполнителей. Проведение съёмочных работ с установкой прибора в стороне от железнодорожного пути дает возможность значительно повысить их безопасность.
Приведенные в работе методы выполнения съемочных работ электронным тахеометром апробированы при их проведении на многих промышленных предприятиях при получении материалов для составления технического паспорта железнодорожных путей.
