Введение к работе
I. Актуальность темы' диссертации.
Тенденция современного строительства к освоению подземного пространства может приводить к негативным последствиям - деформациям земной поверхности и, как следствие, деформациям расположенных на ней зданий и сооружений. В этой связи проявляемая про.-. блема прогнозирования развития деформаций инженерных сооружений.
Современное решение проблемы связано с представлением системы "среда-обьект" в виде математической модели. Недостатком существующих геомеханических моделей, в основе которых лежит теория механики грунтов и оснований сооружений, является ее идеализация из-за теоретически-лабораторного задания входных параметров и их характеристик. Для повышения объективности оценки происходящих процессов такая модель должна постоянно корректироваться
на основе результатов дискретных измерений положения характерів них точек системы "среда-обьект", их.траекторий перемещений во
времени. Это обстоятельство является предпосылкой к созданию общей синтезированной математической модели, важным компанентсм которой является геометрическая модель сооружения, в структуру которой L/Содят организацш и измерения положения характерных точек системы "среда-обьект", математическая обработка этих измерений, включая аналлз с целью получения информации об искажениях геометрической модели, которая в общепринятой форме по введенно-ьу в общей модели каналу обратной связи корректирует расчеты прогноза деформация уточненными входными параметрами и характеристиками .
В этой связи разработка геометрической модели туннельного сооружения, является весьма актуальной и своевременной, как в научном, так и практическом плане при строительстве метрополитена в г. Дамаске.
Одним из оановных методов измерений смещений характерных точек системы "среда-обьект" являются геодезические измерения. Классический пояход d геодезической методологии к определению смещений частей объекта заключается в организации сети планово-высотных деформационных знаков, связанных линейно-угловыми параметрами, получаемыми в \ зультате исходных и текущих измерений, и в анализе этих измерений во времени. Особенностью его "вляет-ся раздельное построение плановых и высотных сетей и раздельные наблюдения на ник, разнесенные во времени. Это объясняется д -статочной сложностью построения единой пространственной сети, отсутствием приборов для наблюдений на них, трудоемкостью матема-. тической обработки и анализа.
В отой связи следует заметить следующее. В результате ведения горных работ макросистема выводится из состояния равновесия. Переход массива вблизи зоны возмущения в новое равновесное состояние может происходить как в спокойной,.так и бурной форме, зависящей от изменения параметров, характеризующих его напряженно-деформированное состояние. Поэтому время измерений, обработки результатов и анализа становится важнейшим аспектом для своевременного прогноза развития деформаций инженерных сооружениц и принятия совевременных инженерных решений, стабилизирующих процесс деформации. Отсюда вытекает вывод, что раздельные построения сетей деформационных знаков, определяющих соответственно плановые и высотные смещения, не являются оптимальными и получаемые результаты не являются в полной мере объективными'из-за временного несогласования. Таким образом, проблема быстрого получения достоверных данных о деформациях сооружения остается в настоящее время по-прежнему актуальной как в период cTpnw""^-ства сооружений, так и при его эксплуатации.
Туннель - это сооружение линейного типа, специфичностью которого является ограниченность, вытянутость и замкнутость заключенного в нем пространства. Очевидно, что геометрическая модель туннеля должна быть адекватной этой специфике.
При выборе метода построения геометрической модели туннеля будем исходить из следующих предпосылок. Традиционное в геодезии уравнивание измеренных величин при организации плановых и высотных сетей пунктов приводит в соответствие все связи и теоретические соотношения в построенных геометрических фигурах. Такое уравнивание после каждого цикла измерений, на наш взгляд, приводит к завуалированию величин происходящих деформаций геометрической модели. В этой связи целесообразно анализировать параметры модели, получаемые непосредственно из измеренных ВРЇЇИЧИН, ужесточая при этом точность их измерений, исходя из предрасчет-ной точности определения деформаций модели.
С другой стороны при последовательном построении геометрических фигур и расчете анализируемых параметров (например, координат точек) случайные ошибки измерений приобретают квазиолучай-ны'й характер, т.е. имеют тенденцию к накоплению и, как следствие, к систематическому искажению геометрической модели. Поэтому необходимо ограничение в протяженности последовательно развиваемых фиі„ р до момента, когда накопленные ошибки начинают искажать искомые деформации модели. .
Основу геометрической модели составляет планово-высотных ход, с пунктов которого выполняются линейные и угловые измерения повышенной точности. Каждый пункт определяет местонахождение контрольного сечения туннеля, в котором в полярной системе координат определяется положение точек по периметру сечения.
- б -
Аналитическая обработка модели включает в себя вычисление пространственных координат пунктов планово-высотного хода, вычисление полярных координат точек сечений туннеля. Из аппроксимации точек сечения туннеля определяется центр оформляющих окружностей или эллипсов, к которым редуцируются координаты пунктов хода.. Последующая аппроксимация центров оформляющих окружностей сечений туннеля определяет уравнение "оси" туннеля.
Анализ заключается в определении отклонений точек сечений от соответствующих оформляющих окружностей или эллипсов и уклонений их центров от линии, представляющей ось туннеля, и сравнение полученных уклонений от результатов, полученных в предыдущих циклах измерений.
Полученные результаты анализа поступаю? в общую геомеханическую модель туннельного сооружения, в которой формируются мероприятия по управлению происходящими геопроцессами.
Целью работы является разработка геометрической модели туннельного сооружения0 которая в своей структуре содержит весь комплекс организации получения количественных характеристик протекающих деформаций, являющихся контрольными и корректирующей кнформацией'для общей модели управляемого геомеханического процесса.
Основные задачи исследований:
анализ существующих математических моделей расчета деформаций инженерных сооружений и обоснование мониторинговой.роли геодезических измерений в общей модели управляемого геомеханического процесса;,
анализ накопления ошибок в положении пунктов в сетях, адек-ьаткых геометрической специфике туннеля, построенных различным:' геодезическими методами, с целью определения числа пунктоа, составляющих опорную основу геометрической модели туннеля;
совершенствование технологии линейно-угловых измерений на геометрической модали туннеля;
исследование способа дифференциального измерения расстояний с целью разработки его модификации для измерений в сечениях туннеля;
исследование методов математической обработки геодрчичес-ких измерений с целью получения единого взаимосвязанного алгоритма расчета геометрических параметров туннеля, характеризующих его деформации.
Научная новизна диссертации заключается в следующе...
Обоснована и разработана структура общей геомеханической модели управляемого процесса развития деформаций инженерного сооружения, важным звеном которой является геометрическая модель, которая наряду с контролем развивающихся деформаций инженерного сооружения дает количественную оценку точности расчета деформа* ций, а также выдает по каналу обратной связи информацию, необходимую для коррекции исходных данных в расчетах прогноза деформаций.
Обоснована и разработана структура геометрической модели инженерного сооружения, состоящая из следующих компонентов: организация и размещение деформационных знаков, их закрепление, линейно-угловые измерения на них, математическая обработка результатов измерений, анализ результатов измерений с выдачей информации о смещениях как отдельных точек сооружений, деформациях частей сооружения, так и об искажении геометрии сооружения в целом.
В результате анализа методов построения планово-высотной сети, составляющей основу геометрической модели туннельного
сооруженияг получены строгие формулы оценки точности положения пунктов сети. Введенные унификации геометрии сети, отвечающие специфике туннеля, понятия "вытянутости треугольника", "относительной соответственности линейных и угловых измерений" позволяй не только упростить формулы, придать им расчетный вид, но и наглядно иллюстрировать характер накопления ошибок, что позволяет их использовать для определения протяженности сети (определения числа точек), при которой накопление ошибок не превосходит заданной величины - ошибки, характеризующей точность определения деформация.
Теоретически обоснована методика "вставки пункта" при сгущении планово-высотной сети, при которой новый пункт в силу локальной геометрической связи с пунктами опорной сети не способствует накоплению ошибок в вытянутом ходе.
Предложена унификация измерений вертикальных и горизонтальных углов поворотов в ходе, позволяющая применять единый алгоритм при расчете как плановых, так и высотных координат пунктов хода.
Выполнена теоретическая разработка модификации способа дифференциального измерения расстояний в сечении туннеля, на основании которой сформулированы требования к конструкции прибора, реализующего способ»
Разработана методика обработки результатов измерений и их поэтапного анализе, с логической связью между этапами по принцип "от частного к общему" - от выяснения смещений отдельных точек сооружения до деформаций сечений туннеля, характеризующихся поворотом эллиптического сечения и его эксцентриситетом, и далее до искажения протяженной геометрии туннеля с целом, определяемо;! кривизной и кручением его осевой линии.
Разработана методика аппроксимации точек, заданных пространственными координатами, пространственной кривой„ получая ее ураен нение в параметрическом виде, способном к дальнейшему ее анализу.
Практическая ценность работы заключается в следующем.
Теоретические разработки диссертации имеют направленной прикладной характер, обосновывают геометрическую модельs являющуюся составной частью общей математической модели управляемого геомеханического процесса, который будет сопровождать строительство и эксплуатацию туннеля метрополитена, проектировгчие которого ведется в г.Дамаске.
Очевидно, что разработанная модель может быть применена для любых туннельных сооружений, проектирование и строительств^ которых ведется в России и за рубежом.
Для повышения точности геометрической модели разработана кон-
РЕПЄРА,
струкцйяч'йметодика его эксплуатации, сохраняющего стабильность своего положения, в совокупности со сьемным штативом, обеспечивающим однозначность посадки измерительного прибора относительно репера.
Разработана конструкция дифференциального дальномера с лазерным излучателем, реализующая результаты теоретических исследований дифференциального способа измерений расстояний в сечениях туннеля. Лабораторные испытания прибора подтвердили его расчетную точность, оперативность измерений и обработки результатов. Разработан путь модификации дифференциального дальномера с фоторегистрацией.
Разработанные в диссертации средства измерений, методики их выполнения, алгоритмы обработки и анализа с расчетами на ЭВМ
позволяют повысить точность геометрической модели, сократить время и трудоемкость получения необходимой информации, что приведет при внедрении не только' к экономической эффективности, но и к повышению безопасности строительства и эксплуатации туннельных сооружений.
Реализация разработок диссертации.
Исследования предложенной в диссертации геометрической модели туннельного сооружения были выполнены экспериментально на эскалаторной галерее Московского метрополитена станции "Ленинские горы"о На геометрической модели были выполнены три цикла измерений0 обработка и анализ результатов которых показал теоретическую обоонованкость предложенной модели и ее практическую реализуемость.
Публикации по теме диссертации. Основные положения и резуль таты диссертационных исследований отражены в автореферате диссертации, докладе на научно-технической конференции МИСИ им. В.В.Куйбышева в апреле 1991 года, а также в двух опубликованных работах.
Структура и обьем работы.
Диссертаиця состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Содержание работы изложено на 123 страницах машинописного текста, содержит 8 таблиц и 24 рисунка. Список литературы включает 92 наименования.
