СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРИБОРНОЙ БАЗЫ ВЫСОТНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ В ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ РАБОТАХ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

В современном мире строительство представляет собой отдельную самостоятельную высокотехнологичную отрасль экономики, которая удовлетворяет потребности, как отдельных людей, так и целых компаний. В задачи строительства входят, прежде всего, возведение зданий, строений и сооружений, а также их капитальный и текущий ремонт, реконструкция и реставрация.

В настоящее время усиливается значение инновационного фактора в народном хозяйстве страны. Развитие науки становится необходимым условием устойчивого развития всех отраслей производства, в том числе и строительства. Разработка и внедрение всевозможных инноваций и достижений народного хозяйства в строительную отрасль позволит существенно повысить её экономическую эффективность.

Важным технологическим этапом строительства являются геодезические работы. Они включают создание разбивочной основы для строительства, в том числе внешние и внутренние разбивочные сети зданий и сооружений, контроль точности геометрических параметров зданий и сооружений, а также геодезические измерения деформаций существующих объектов. От качества геодезических работ зависят конструктивные, метрические и пространственные характеристики возводимого объекта [1].

В связи с этим предъявляются повышенные требования к точности геодезических измерений. Для их обеспечения геодезические работы необходимо выполнять средствами измерений достаточной  точности.

Измерения в геодезии бывают трех видов: угловые измерения, измерения расстояний и измерения превышений.

Традиционно в строительстве для измерения превышений использовались геометрическое и тригонометрическое нивелирование. Тригонометрическое нивелирование осуществляется угломерными приборами (в основном теодолитом) посредством измерения угла наклона линии визирования с одной точки на другую и расстояния между этими точками. Однако оно обладает недостаточной точностью для выполнения высокоточных геодезических работ.

Наиболее простым и точным является геометрическое нивелирование. Оно выполняется с помощью нивелира и нивелирных реек. Для измерений необходимы два человека: один работает у прибора,  а другой перемещает рейку. Превышение между точками получают как разность отсчётов по рейкам при горизонтальном положении визирной оси нивелира.

Для обеспечения точности высотных измерений «СНиП 3.01.03-84 Геодезические работы в строительстве» предписывает в зависимости от средней квадратической погрешности превышения на станции использовать следующие типы нивелиров и реек:

1мм – Н-05 и модификации, РН-05;

2-3, 5мм – Н-3 и модификации, РН-3;

10 мм – Н-10 и модификации, РН-10 [2].

Оптические нивелиры широко распространены. Более современные модификации приборов имеют прямое изображение, эргономичны и оснащены компенсатором, то есть устройством для автоматической установки визирной оси в горизонтальное положение. Некоторые модели нивелиров выпускаются с лимбом, позволяющим измерять горизонтальные углы.

С помощью высокоточных оптических нивелиров можно достичь точности измерений до долей миллиметра. Благодаря относительно простой конструкции, оптические нивелиры очень надёжны и при правильной эксплуатации могут прослужить много лет.

Ещё одним достоинством оптических нивелиров является невысокая цена (10-15 тыс. руб.). Она зависит в основном от кратности увеличения зрительной трубы, влияющей на точность нивелира.

Новым этапом в развитии приборов для измерения превышений геометрическим нивелированием стали цифровые нивелиры. Их главное отличие от оптических нивелиров – автоматизация процесса измерений, что позволяет значительно увеличить скорость выполнения геодезических работ, повысить точность и надежность получаемых данных (рисунок 1).

Рисунок 1. Цифровой нивелир SOKKIA SDL50

Цифровые нивелиры применяются в комплекте со специальными штрих-кодовыми фиберглассовыми рейками или с высокоточными инварными рейками. Штрих-код, наносимый на рейку уникален и различен у разных производителей, поэтому для измерений необходимо использовать рейку того же производителя, что и применяемый нивелир. Цена такого комплекта варьируется от 90 до 250 тыс. руб.

Считывание отсчета по рейке производится благодаря устройству автоматического фиксирования отсчетов, что позволяет полностью исключить ошибку наблюдения и взятия отчета. Кроме того цифровые нивелиры оснащены процессором, выполняющим вычисления превышений и высотных отметок. Результаты измерений записываются во встроенную память прибора. Обработка результатов может производиться на компьютере с помощью специализированных программ.

Цифровые нивелиры целесообразно применять для высокоточных геодезических работ при строительстве туннелей, мостов, путепроводов, дамб, а также при мониторинге осадок зданий и сооружений.

При высотных измерениях технической точности экономически оправданным является использование такого инновационного прибора как электронный тахеометр. Превышения в нем измеряют методом тригонометрического нивелирования путём измерения вертикального угла и измерения расстояния лазерным дальномером.

При работе с нивелирами и рейками существенным ограничивающим фактором является необходимость доставить рейку на измеряемую точку. Это может быть проблематично в условиях труднодоступной местности (болота) или при работе с различными высотными объектами (скалы, трубы, вышки). При работе с современным безотражательным электронным тахеометром (рисунок 2) доступность для человека измеряемого объекта не обязательна, а необходимыми условиями являются прямая видимость и малое расстояние (до 500 м). Вследствие данной особенности измерять высоты электронным тахеометром может один человек у прибора. Следовательно, экономится время, которое затрачивает второй рабочий на перемещение рейки и не тратятся средства на его заработную плату.

Рисунок 2. Электронный тахеометр Sokkia FX-105

Точность тригонометрического нивелирования электронным тахеометром несколько ниже, чем геометрического нивелирования (5-15 мм). Однако этот способ более универсален, быстр и дешев и находит довольно-таки большую нишу при измерении превышений и вычислении высот в геодезии.

Особую нишу в высотных измерениях в строительстве занимает такой инновационный вид геодезических измерений, как ГНСС технологии. Самый совершенный ГНСС метод – RTK (измерения в режиме реального времени)  позволяет достигнуть точности 3-4 см, что является слишком грубым для непосредственно строительства здания, но в случае наладки оборудования и наличия опытного пользователя ГНСС оборудования им можно выполнять вспомогательные работы с очень высокой интенсивностью. К таким вспомогательным работам можно отнести разбивку строительной площадки, подготовку и контроль земляных работ, работы по благоустройству.

На современном этапе существует три основных метода нивелирования: геометрическое нивелирование; тригонометрическое – тахеометрами и спутниковый метод определения высот с использованием ГНСС технологий. Первый метод, то есть геометрическое нивелирование, очень точен, но требует значительной подготовки специалистов и значительного количества рабочего времени и также имеет ряд ограничений по видам труднодоступных работ. Второй метод также требует значительной подготовки персонала, чуть менее точен, более быстр, и главное, наиболее универсален. Третий метод –  спутниковый недостаточно точен для некоторых видов геодезических работ в строительстве, имеет ограничения по труднодоступности, но может использоваться в любую погоду, менее требователен к подготовке пользователя оборудования и обладает высокой эффективностью.

Список литературы:

1. Заварин, Д. А. Основные направления развития строительства на инновационной основе // Журнал Фундаментальные исследования. – Пенза: Издательский дом "Академия Естествознания", 2014. с. 1805–1810.
2. СНиП 3.01.03-84 Геодезические работы в строительстве.