Контрольная работа: Виды наблюдательных станций и методика наблюдений за осадками и наклонами земной поверхности зданий и сооружений

При подработке железнодорожных путей проводятся наблюдения за оседанием железнодорожного полотна; определяются горизонтальные деформации пути; контролируются величины стыковых зазоров

Рис.2.5 - Специальная наблюдательная станция при нарушенном залегании пород: АА и ВБ - зоны сгущения реперов на профильных линиях вкрест и по простиранию пластов; А'А' и Б'Б* - дополнительные профильные линии

Рис. 2.6 - Специальная наблюдательная станция по наблюдениям за деформированием здания:1 - здание; 2 стенные реперы; 3 - грунтовые реперы; 4 - угловые стенные реперы; АА, ББ - профильные линии грунтовых реперов

Высотную привязку исходных и опорных реперов производят с помощью нивелирования III-IV классов. Невязка в превышениях между прямым и обратным ходом не должна превышать Δh = ± 15 мм √L, где L - длина хода, км. При привязке специальных наблюдательных станций разница в превышениях между прямым и обратным ходом не должна быть больше Δh = ± 10 мм √L.

Полная серия наблюдений на наблюдательных станциях включает:

) определение высотных отметок реперов (нивелирование);

) определение расстояний между реперами;

) съемку трещин, воронок и провалов.

Рис.2.7 - Механический отвес ОЖ-3: I - основание отвеса; 2 - центрированный стержень; 3 - зажим; 4 - ножки штатива; 5 - крышка; 6 - сферический шарнир; 7 - круглый уровень

Нивелирование реперов типовых наблюдательных станций производится из середины между связующими реперами с расстояниями до 75 м. Неравенство расстояний от нивелира до каждой рейки не должно превышать 2 м. Наблюдения желательно выполнять в следующем порядке:

последовательно снимают отсчеты по черной (основной) шкале задней и передней реек;

далее берут отсчеты по дополнительной шкале передней и задней реек;

затем производят отсчеты по двум шкалам рейки, устанавливаемой последовательно на промежуточные реперы;

и в заключении- контрольный отсчет по черной (основной) шкале передней рейки.

Расхождения в превышениях между соседними реперами, полученные по основным и дополнительным шкалам, не должны превышать 3 мм, а общая невязка в превышениях должна удовлетворять условию Δh < ± 15 √L, L - длина хода в одном направлении.

При проведении наблюдений на специальных наблюдательных станциях с небольшими расстояниями между реперами необходимо существенно повысить точность определения превышений. Для этих целей операции выполняют в той же последовательности как и на типовых наблюдательных станциях, однако отсчеты по основной шкале реек берут по трем нитям, либо для повышения точности отсчитывания используют специальные нивелиры с плоскопараллельной пластинкой. Невязка в превышениях полигонов и ходов должна удовлетворять условию Δh < ± 10 мм√L. Обычно применяют нивелиры с увеличением трубы не менее 30х и ценой деления уровня не более 15" на 2 мм хода. Используются также нивелиры с самоустанавливающейся линией визирования и трехметровые двухсторонние рейки со сферическими уровнями с ценой деления 0,5-  на 2 мм хода.

Нивелирование наблюдательной станции должно выполняться в короткие сроки, особенно в период опасных деформаций земной поверхности. При расположении наблюдательной станции на склоне или пересеченной местности с углами наклона более 10° для определения высотных отметок реперов допускается применение тригонометрического нивелирования. При тригонометрическом нивелировании погрешность измерения вертикальных углов не должна превышать 5", а погрешность измерения расстояния должна быть не ниже 1:10 000. Расстояния между реперами при тригонометрическом нивелировании измеряют стальными компарированными рулетками, либо светодальномерами. При измерении расстояний между реперами на типовых и специальных наблюдательных станциях используют стальные компарированные рулетки длиной 30-50 м. Расстояния измеряют с постоянным натяжением 98 Н с помощью динамометра. Измерение температуры выполняют с точностью до 1°. Вынос центров реперов скрытого (заглубленного) типа осуществляют с помощью механических отвесов конструкции ВНИМИ, типа ОЖ-3.

При измерении расстояний стальными компарированными рулетками берут по три отсчета по концам рулетки, смещая ее каждый раз на 1-2 см и поворачивая одновременно стержни жестких отвесов на 180°. Разница в расстояниях, определенных при различных положениях полотна рулетки, не должна превышать 2-3 мм. Расстояния между реперами измеряются в прямом и обратном направлениях. Расхождение между ними из прямого и обратного хода (между опорными реперами, расположенными на противоположных концах профильной линии), не должно превышать 1: 10000 длины профильной линии.

Камеральная обработка результатов наблюдений состоит из следующих операций:

) проверка полевых журналов;

) обработка результатов наблюдений по привязке исходных

и опорных реперов (вычисление координат X, У, Z и их уравнивание); 3) вычисление и уравнивание высотных отметок рабочих реперов наблюдательной станции;

) обработка измеренных длин, приведение измеренных расстояний между рабочими реперами к горизонту и уравнивание горизонтальных расстояний.

Если на наблюдательной станции независимо и непосредственно измерить расстояния длиной 5, 10, 20 м и расстояние длиной 0,2 Нср, то можно произвести простейшее уравнивание;

) вычисление оседаний, горизонтальных сдвижений, горизонтальных деформаций, наклонов, кривизны, которые записываются в специальные ведомости. Если на специальных наблюдательных станциях определялись отметки реперов, отстоящих друг от друга на расстоянии 5, 10, 20 м, а также независимо измерялись расстояния между реперами, то наклоны, кривизну и горизонтальные деформации вычисляют отдельно для этих расстояний;

) построение графиков сдвижений и деформаций по каждой профильной линии, определение основных параметров процесса сдвижения, характера распределения сдвижений и деформаций в мульде, максимальных сдвижений и деформаций, общей продолжительности процесса сдвижения, периода опасных деформаций;

) составление отчета о проведенных наблюдениях.

Обработка результатов наблюдений может выполняться с помощью ЭВМ с использованием специальных программ автоматизации вычислений.

Рис.2.8 - Схема вычисления деформаций по профильной линии

При обработке материалов наблюдений величины сдвижений и деформаций целесообразно вычислять по формулам:

а) оседание

, (2.1)

где Но - высотная отметка репера из начальной серии наблюдений;  - высотная отметка репера в данной серии наблюдений;

б) наклоны

, (2.2)

где  - величина оседания n-го репера;  - величина оседания (n-1)-го репера; - горизонтальное расстояние между n-ым и (n-1)-ым реперами;в) кривизна

K=, (2.3)

где - наклон n-го интервала;  - наклон соседнего (n-1)-го интервала; - средняя длина интервалов n, n-1 . Радиус кривизны определяется из выражения R = и выражается в километрах;

г) горизонтальные сдвижения

ξ = ,       (2.4)

где D'n - расстояние от опорного репера до репера п в данной серии наблюдений; Dn° - расстояние от опорного репера до репера n в начальной серии наблюдений;

д) горизонтальные деформации

ɛ =, (2.5)

где  - горизонтальная проекция расстояния между реперами n и n-1 в данной серии наблюдений;  - то же в начальной серии наблюдений.

В тех случаях, когда на специальных наблюдательных станциях измеряются только расстояния между реперами, расположенными друг от друга на расстояниях l5 м или l10 м, пересчет к горизонтальным деформациям интервалов длиной 20 м выполняется по формуле:

, (2.6)

где  - сумма приведенных к горизонту интервалов длиной l 5м, составляющих рассматриваемый интервал длиной l20 м в данной серии наблюдений;  - то же в начальной серии наблюдений.

Наклоны интервалов вычисляются исходя из оседаний реперов, расположенных на расстояниях l20 м, т. е.

, (2.7)

где - оседание n-го репера; - оседание (n-1)-го репера, отстоящего на расстоянии l 20 м от репера n;  - горизонтальная проекция расстояния между реперами n и n-1.

Кривизна земной поверхности при расстоянии между пунктами наблюдений l20 м рассчитывается по следующей формуле

=, (2.8)

где  и  - наклоны интервалов  и ;  , - горизонтальная проекция расстояния между серединами указанных интервалов.

По результатам вычисления составляются ведомости сдвижений и деформаций и строятся их графики. В качестве примера приведем данные о расчетах оседаний ŋ, горизонтальных сдвижений ξ, наклонов i, кривизны К и горизонтальных деформаций ɛ.

Комплексная наблюдательная станция при подработке вертикальных стволов состоит из наблюдательной станции на земной поверхности (одной профильной линии вкрест простирания пластов и одной профильной линии по простиранию пластов, проходящей вблизи устья ствола). Длина профильных линий выбирается таким образом, чтобы их концы от устья ствола находились на расстояниях и соответственно по восстанию и падению от границ целика под ствол и на расстоянии от границ целика под ствол по простиранию; Нв, Нн и Нср - глубины расположения верхней и нижней границ целика под ствол и глубина залегания пласта в точке пересечения со стволом.

Наблюдательная станция в стволе состоит из четырех профильных линий, каждая из которых находится на одной вертикали.

Профильные линии в плане закладываются таким образом, чтобы пары реперов на концах одного диаметра ствола располагались соответственно по простиранию и вкрест простирания пластов, причем как в крепь ствола, так и во вмещающие породы. При закладке реперов во вмещающие породы необходимо выбуривание крепи. Одновременно с реперами в стволе производят закладку глубинных реперов в вертикальную скважину, расположенную вблизи ствола. Наблюдения в скважине нужны для оценки взаимосвязи деформации крепи и пород. По данным наблюдений в стволе вычисляются сжатия (растяжения) по вертикали и сближения (удаления) стенок ствола

Рис.2.9 - Схема комплексной наблюдательной станцнн в вертикальном стволе, скважине н на земной поверхности: 1 - шахтный ствол; 2 - скважина; 3 - реперы в стволе; 4 - глубинные реперы в скважине; 5 - реперы на земной поверхности; 6 - целнк; 7 и 8 - положения горных выработок; 9 - глубинный репер с проволочной связью; 10 - радиоактивный репер; 11 - приемник излучения; 12 - репер для герконового метода; 13 - соединительная муфта; 14 - магнитногерконовый датчик

Глубинные реперы в скважинах могут иметь различную конструкцию.

Различают следующие типы реперов:

) глубинные реперы с механическими связями;

) радиоактивные реперы;

) реперы магнитногерконового типа.

В качестве глубинных реперов с механическими связями используют деревянные или металлические конусы (цилиндры) со специальными расклинивающими устройствами, которые закладывают в необсаженные скважины. Наиболее распространенный глубинный репер - деревянный конус, в центре которого просверлено отверстие для проволок. Закрепление такого репера в скважине осуществляется с помощью гравия (щебня), который засыпается в скважину после установки репера на заданной глубине. Шебень, попадая между поверхностью репера и стенкой скважины, расклинивает его. В одну скважину можно последовательно заложить 10- 15 реперов. Проволоки или штанги от каждого репера монтируются у устья скважины и снабжаются специальными приспособлениями для проведения наблюдений. Методика наблюдений за сдвижением глубинных реперов заключается в периодическом определении расстояний от репера до фиксированной точки устья скважины. Ведут наблюдения за специальными метками на проволоках или штангах. При механических связях на проволоках измерение расстояний от устья скважины до репера осуществляется при двух уровнях натяжения проволоки (например при 98 Н и при 196 Н). Таким образом, контролируется постоянство удлинений проволоки в различных сериях при двух уровнях натяжения.

Оседания глубинных реперов определяют, исходя из разности их высотных отметок за различные периоды наблюдений.

Рис.2.10 - Глубинные реперы:

а - пробкового типа с проволочной связью; б - радиоактивные реперы (10); в - магнито-герковые(12); г - магнито-герконовый датчик(14)

Метод радиоактивных глубинных реперов применяют при слабых вмещающих породах, когда для предотвращения обрушения стенок скважины используют обсадные трубы. Глубинными реперами в данном случае служат точечные радиоактивные источники, например на основе изотопа кобальта. Реперы закладывают в скважины путем их застрелки в горную породу с помощью специальных перфораторов на глубину 50- 100 мм от стенки скважины. Специальными геофизическими приборами регистрируется излучение от радиоактивных реперов, проникающее через горную породу. Проекция репера на ось скважины определяется по максимуму интенсивности у-излучения. Расстояние от фиксированной точки у устья скважины до репера измеряется с помощью длиномера типа ДА-2, на проволоке которого крепится специальный приемник. В отдельных случаях интенсивность у излучения может фиксироваться на рентгеновской фотопленке, которая помещается в специальную гильзу и устанавливается в районе проекции радиоактивного репера.