преобразованную в управляющие сигналы, можно подать на исполнительные механизмы для автоматического удержания щита на оси луча.

«Линейка-2» успешно применена при сооружении коллектора реки Неглинной в Москве, имеющего диаметр 4 ж; отклонения фактической поверхности от проектной не превышали 4 мм в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Широко известен метод передачи направления (ориентирования) с поверхности в глубь шахты с использованием поляризованного света. В основу этого способа положена зависимость величины светового потока

ФА	от взаимного разворота а плоскостей поляризатора и анализатора,
которая определяется законом Малюса
	фА =	ф т с о з 2 ос,
где	Ф — поток поляризованного	света, падающего на анализатор,
	т — коэффициент пропускания света анализатором.

Из приведенной формулы следует, что если на выходе системы поляризатор — анализатор имеет место минимум светового потока, то угол а =

=90°. При поляризационном методе ориентирования поляризатор вместе

систочником света укрепляют неподвижно на поверхности (верхнем горизонте) и определяют ориентировку его плоскости поляризации, а анализатор — на нижнем горизонте. Световой поток направляют по стволу шахты так, чтобы он проходил через поляризатор и анализатор. Затем анализатор разворачивают до получения минимума светового потока.

Если дирекционный угол плоскости поляризатора обозначим ТП1 то дирекционный угол ТА плоскости анализатора будет

При использовании обычных источников света достигнута точностьпередачи ориентировки ±4" на глубину 100 м. Применение газовых лазеров повышает точность ориентирования и дальность действия прибора, что обусловлено более однородной поляризацией и большей интенсивностью светового потока.

К настоящему времени выполнено значительное количество и других работ с лучевыми приборами. Так, при строительстве Останкинской телебашни для контроля ее вертикальности наряду с обычными средствами применялся лазерный зенит-центрир. Для контроля ровности подкрановых путей Луганской ГРЭС применен лазерный визир, он же применен для контроля установки в створе ленточного конвейера и т. д. Из зарубежных работ следует отметить применение лазерных визиров в США при строительстве подводного туннеля через залив Сан-Франциско.

§ 154. ЛУЧЕВЫЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ ПРИБОРЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Действие лучевых интерференционных приборов основано на измерении расстояния методом интерференции. Эти измерения выполняются с точностью до сотых долей микрона, что недостижимо никакими современными механическими приборами.

Интерференционные измерения расстояний являются пока весьма трудоемкими и применяются для выполнения работ, связанных главным.

образом с наблюдениями движения земной коры, деформациями уникальных сооружений и компарированием мерных приборов.

Лучевой интерференционный прибор представляет собой интерферометр Майкельсона или Фабри-Перо, в котором в качестве источника света используется одномодовый газовый лазер. Максимальная разность оптических путей, при которой интерференционные полосы будут еще четкими, определяется так называемой длиной когерентности, которая зависит от ширины спектра излучения. Так как линия излучения одномодовых хазовых лазеров предельно узка, то длина когерентности достигает 1000 км.

		Однако в воздухе интерферен-
		ционная картина					наблюдается
		только		на расстоянии не более
		1 км, что вызвано флуктуациямп
		оптической длины пути главным
		образом из-за			изменения					пока-
		зателя		преломления				воздуха.
		Увеличение дальности действия
		лучевых интерферометров								свя-
		зано с пропусканием луча								вну-
		три	вакуумированных							труб.
			В одном		из	экспериментов
		при помощи лучевого						интерфе-
		рометра были обнаружены пери-
		одически изменяющиеся дефор-
	4—I	мации в теле Земли с периодом
		12 часов и амплитудой до 5 • 10~8
		радиуса		Земли		(около			30 см).
		Эти деформации, как полагают,
		вызваны приливными						волнамп,
		возникающими из-за воздей-
		ствия Луны, Солнца						и	океан-
Рпс. ХХУШ.З. Схема оптического гироскопа:		ских	приливов.						приме-
.1 — газовые лазеры; 2 — зеркала; 3 — полупро-		Имеются			попытки
зрачное	зеркало; 4 — вспомогательное зеркало;	нения		лучевых		интерферомет-
	5 — фотодегектор! б — ось вращения
		ров	в	оптических			гироскопах

для целей ориентирования вместо роторных гироскопов. Принцип действия оптического гироскопа заключается в том, что в оптически -замкнутом контуре, в котором свет распространяется в двух противоположных направлениях, при вращении контура будет наблюдаться разность частот ДV световых колебаний вследствие того, что луч, идущий по направлению вращения, проходит оптически меньший путь, чем луч, идущий против вращения контура. Сдвиг частот выражается формулой

А4соЯ

•где со — угловая скорость вращения контура, 5 — площадь контура, Р — периметр контура, % — длина волны света.

Один пз экспериментальных оптических гироскопов (рпс. XXVIII.3} состоит из четырех газовых лазеров, расположенных по сторонам квадрата,

изеркал в вершинах квадрата. Каждый лазер излучает в двух противоположных направлениях. Таким образом, по периметру контура циркулируют в противоположных направлениях два световых потока. Одно из зеркал делается частично прозрачным. Через него выводится небольшая часть энергии двух встречных лучей. С помощью вспомогательного зеркала оба луча попадают в фотодетектор, где происходит их смешение

исоздаются биения на частоте, равной двойному сдвигу. При оптической

длине плеча	1 м, длине	волны	1,153 мк и	скорости	вращения контура
1 градус/мин	снимается	сигнал	разностной	частоты	250 гц. Пока полу-

ченная точность ориентирования низка, около 30'. Основной погрешностью являются температурные и другие деформации оптического путл в контуре.

Приведенные примеры далеко не исчерпывают всего многообразия форм применения в инженерной геодезии лучевых приборов. Очевидно лишь, что геодезическое приборостроение находится на очень динамичном пути своего развития.

ГЛАВА XXIX

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

§ 155. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. МАСШТАБЫ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ СЪЕМОК ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ГЭС

Сведения общего характера, приведенные в разделе V «Инженерно-гео- дезические работы», относятся и к строительству гидротехнических сооружений. Вместе с тем гидротехническое строительство имеет свои особенности как в отношении топографо-геодезических материалов, необходимых для проектирования, так и в отношении содержания геодезических работ, производимых в процессе возведения сооружения.

Остановимся на составе и точности топографических и геодезических работ, результаты которых используются для проектирования гидротехнических сооружений различного вида.

Проектирование русловых гидроэлектростанций (ГЭС)

Важнейшими объектами, для проектирования которых при строительстве ГЭС выполняют топографические съемки, являются: водохранилище, плотина, здание ГЭС, шлюзы, подсобные предприятия, рабочий поселок, подъездные пути сообщения, линии электропередачи, сооружения для защиты от затоплений. Топографические карты необходимы также для геологических и гидрологических изысканий. Для проектирования и изысканий указанных объектов используют следующие топографические карты и планы:

I. Д л я п р о е к т и р о в а н и я	с о о р у ж е н и й	г и д р о -
у з л а :

1)при составлении схемы использования реки — карты в масштабах от 1 : 25 ООО до 1 : 5000 (масштаб тем крупнее, чем меньше река); продольный профиль реки и профили створов плотин;

2)в стадии проектного задания — топографические карты в масшта-

бах 1 : 2000 — 1 : 1000 участков, выбранных для сооружения гидроузлов

ирабочих поселков; профили по оси плотины, шлюзов;

3)в стадии рабочих чертежей — топографические карты в масштабах 1 : 1000—1 : 500 на территории строительства отдельных сооружений гидроузла (бетонной плотины, шлюзов и др.) и жилых поселков.

II. Д л я п р о е к т и р о в а н и я в о д о х р а н и л и щ :

1) при составлении схемы использования реки — продольный профиль реки и топографические карты всей речной долины, включая и коренные берега, в одном из масштабов от 1 : 100 000 до 1 : 25 000 (на горные реки масштабы карт могут быть более крупными). Кроме того, для выявления районов ожидаемых затоплений и подтоплений от создаваемого водохранилища используют карты в масштабах от 1 : 10 000 и крупнее на территории, занятые городами, поселками, промышленными предприятиями, инженерными сооружениями, особо ценными насаждениями;

2) в стадии проектного задания — продольный профиль реки и топографические карты речной долины, включая и коренные берега, в масштабе 1 : 25 000, а для малых рек — 1 : 10 000. Кроме того, используют карты в масштабах 1 : 1000—1 : 5000 на территории проектируемых защитных (от затоплений) сооружений и карты в масштабах 1 : 500 — 1 : 5000 на территории, занятые городами, поселками, промышленными предприятиями, инженерными сооружениями, особо ценными насаждения™ для выявления размеров их затоплений и подтоплений;

3) в стадии разработки рабочих чертежей используются те же топо-

графические карты, что и для стадии проектного задания.	л и н е й -
III. Д л я п р о е к т и р о в а н и я с о о р у ж е н и й
н о г о т и п а :	в одном
1) в стадии проектного задания — топографические карты

из масштабов от 1 : 100 000 до 1 : 25 000 для выбора направления трассы сооружения; топографический план в масштабе 1 : 5000 — 1 : 2000 полосы вдоль выбранной трассы для проектирования сооружения; топографические планы в масштабе 1 : 2000—1 : 500 участков пересечения трассой существующих сооружений; продольный профиль трассы в горизонталь-

ном масштабе	1 : 10 000—1 : 5000 (вертикальный масштаб	в десять раз
крупнее) для проектирования сооружения;
2) в стадии рабочих чертежей — топографические планы в масштабе
1 : 2000—1 : 500 для проектирования отдельных зданий		и сооружений
на трассе (станций, постов, складов, контор и др.).
IV. Д л я	г е о л о г и ч е с к и х и г и д р о г е о л о г и ч е с к и х

из ы с к а н и й :

1)в стадии составления схемы использования реки — топографические поперечники через речную долину, координаты и отметки точек

геологической разведки (скважин, шурфов, обнажений пород и т. д.);

2) в стадии проектного задания — топографические карты речной долины масштабов 1 : 100 000—1 : 10 000 (в зависимости от размеров реки) как основы карт геологических и карты в масштабе 1 : 5000 —

1 : 1000 на участки сооружений гидроузла, добычи строительных материалов, возможного обрушения берегов водохранилища в местах существующей и проектируемой застройки.

V. Д л я г и д р о л о г и ч е с к и х и з ы с к а н и й :

1) топографические карты в масштабе 1 : 10 ООО—1 : 500 (чем меньше река, тем крупнее масштаб) на участки гидрометрических станций; поперечники по створам водомерных постов; продольный профиль реки в масштабах: горизонтальном 1 : 50 000—1 : 200 000 и вертикальном 1 : 100—

АПункты основной цепи триангуляции

лПункты заполняющей сети триангуляции

в— —в Основной ни&елирныи ход Граница топоера/ршеских съемох

1Л1„1Г;;,т &ро0ка коренного берега

Рис. ХХ1Х.1. Схема геодезических работ в пределах части речной долины

Геодезическая опорная сеть для обоснования топографических съемок в масштабах 1 : 10 000—1 : 25 000 создается обычно методом триангуляции. Пункты основного ряда триангуляции располагаются на коренных берегах речной долины. В связи с внедрением светодальномеров возможно использование и методов точной полигонометрии.

При необходимости производят сгущение сети построением треугольников более низшего класса (на рис. XXIX.1 пункты М, N. Ру ^ и др.).

Класс основного ряда триангуляции назначают в зависимости от ширины речной долины.

Высотная опорная сеть для топографической съемки может быть, обеспечена проложением хода нивелирования IV класса по одному берегу долины и развитием съемочного обоснования (см. § 59, 74). Однако необходимость иметь продольный профиль реки на всем ее протяжении может потребовать проложенйя нивелирных линий более высокого класса, о чем будет сказано далее.

24 Заказ 495

Для обоснования топографических съемок в масштабах 1 : 1000 — 1 : 2000 участков, выбранных для сооружения гидроузла, создают особую опорную сеть (рис. XXIX.2), связанную с опорной сетью речной долины. Два пункта такой сети, например пункты располагают в створе оси плотины, положение которой на местности к началу таких съемок должна быть выбрано.

Из изложенного видно, что масштаб производимых топографических съемок колеблется для одних и тех же стадий работы. Поэтому остановимся на некоторых положениях и особенностях выбора масштаба съемки в гидротехническом строительстве. Отметим, что при этом должны быть учтены общие соображения, изложенные в § 76.

В

АПункт триангуляции

Граница крупномасштабной топографической съемки

Рис. XXIX.2. Схема геодезических работ на участке проектируемого гидроузла.

Чтобы правильно выбрать масштаб топографической съемки, необходимо: 1) выяснить требования задач изысканий и проектирования и выразить их величинами допускаемых погрешностей при работе с топографической картой; 2) предвычислить ожидаемые ошибки картометрических работ на картах разных масштабов.

Например, при проектировании русловых ГЭС с водохранилищами многолетнего или годичного регулирования выбор масштаба топографической съемки территории проектируемых водохранилищ является одной из основных задач по двум причинам: 1) эти территории обычно обширны, поэтому правильный выбор масштаба съемки важен для объема и стоимости геодезических работ; 2) роль топографической карты при проектировании водохранилищ указанного выше типа регулирования весьма ответственна, так как с помощью карты определяют главные параметры водохранилища, например объем сливной призмы, возможные размеры ущерба от затоплений и подтоплений и др.

Анализ задач, решаемых на основе топографической карты, приводит обычно к заключению, что наибольшие требования к карте предъявляет задача по подсчету объема сливной призмы, которая и будет диктовать масштаб съемки. Допускаемую погрешность в определении объема призмы

определяют специалпсты-гидротехники, а необходимый масштаб топографической карты должны рассчитать геодезисты.

При выборе масштаба топографической карты или при расчетах необходимой точности геодезических работ для проектирования гидросооружений следует учитывать, что не во всех случаях повышение точности топографических и геодезических материалов будет повышать точность гидротехнического строительства. Так, например, точность реализации плана расходования воды в период эксплуатации водохранилища зависит не только от точности объема сливной призмы, но и от точности прогнозирования объема стока на период эксплуатации водохранилища. В настоящее время средняя квадратическая ошибка прогнозирования стока не менее 5% от объема стока.

В этом случае можно допустить определение объема сливной призмы по топографической карте со средней квадратической ошибкой ±2,5%.

Метод и формулы вычисления объема сливной призмы указаны в § 17. Так как искомые объемы зависят от площадей сечений, ограниченных горизонталями карты, то ожидаемая средняя квадратическая ошибка т н объеме будет складываться из влияния ошибки тпг за счет несовпадения -образующей бортов сливной призмы с прямой линией, ошибки т 2 в площадях горизонтальных сечений из-за ошибок в положении горизонталей на карте и ошибкп т 2 определения площади планиметром (или палеткой). Таким образом, средняя квадратическая ошибка определения объема будет равна

т = У т \ + т \ + т1. (XXIX. 1)

Ошибка шг возрастает при увеличении высоты сечения рельефа. При типичном строении рельефа речных долин наибольшее влияние на точность будут оказывать пропущенные речные террасы вследствие обобще-

ний в изображении рельефа горизонталями. Ошибка т 2	также будет
тем больше, чем мельче масштаб карты, потому что в той же закономер-
ности находятся допускаемые погрешности в положении	горизонталей

на картах разных масштабов. Ошибка т 3 практически может быть доведена до величин порядка 0,1% от всей площади сечения, если учитывать, что большая часть его площади будет определяться по квадратам координатной сетки.

§156. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПРИ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ

ИГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЯХ

Топографические карты, создаваемые для проектирования сооружений и водохранилищ, вполне удовлетворяют требованиям создания на их основе геологических карт, и топографические съемки для этой цели специально выполняют только в исключительных случаях, например прп очень сложном геологическом строении отдельных участков района строительства.

Геодезические работы при геологических и гидрогеологических изысканиях заключаются преимущественно в выносе на местность проекта расположения точек разведки, главным образом буровых скважин, а затем в привязке их к пунктам геодезической сети с целью определения «оординат и отметок устьев выработок.

Разведочные скважины в районе сооружений гидроузла располагаются в определенном порядке, обычно рядами (рис. ХХ1Х.З). Чтобы вынести их на местность, пользуясь, например, стороной МТУ геодезической

сети, достаточно знать величины горизонтальных углов		р2 и расстояние
определяемые из решения обратных геодезических задач. Расстояния
между	скважинами даются в проекте так же, как и	координаты то-
чек 1 и	6.

В случае расположения скважин на территории, покрытой водой, например в русле реки, проект скважин выносят путем прямых засечек понтона с буровым оборудованием. При этом положение понтона целесообразно определять одновременно с двух станций, например из А и В

Рпс. XXIX.3. Схема разбивкл буровых	Рис. ХХ1Х.4. Схема разбивки сква-
скважнн от геодезической опорной сети	жпн на воде

(рис. XXIX.4). Из точки А с помощью теодолита направляют понтон по створу линии АВ, по которой располагается ряд скважин, а из точки В

путем построения горизонтальных углов	|32 и т. д. понтон устанавли-
вают в проектной точке.

Плановая привязка разведочных выработок производится в период их проходки с целью определения прямоугольных координат центра выработки (центра скважины, шурфа, шахты и т. д.) одним из способов, рассмотренных в главе XII, с учетом требуемой точности, зависящей от масштаба геологической карты.

При этом предварительно составляют проект привязки, в котором приводятся обоснование выбранного способа привязки, схемы ее и расчеты ожидаемых ошибок привязки.

Высотная привязка геологических разведочных точек к пунктам геодезической сети производится с целью определения отметок устьев скважины, шурфов, шахт, горизонтов залегания пород и подземных вод.

Метод и точность высотной привязки выбирают в соответствии с масштабом геологической съемки и в зависимости от наличия гидрогеологических выработок, служащих для изучения режима грунтовых вод. Точ-

ность определения отметок уровней грунтовых вод и уклонов подземных потоков всегда требуется более высокая, чем отметок заложения горных пород. Поэтому точность высотной привязки рассчитывается на основе требований гидрогеологических работ.

Для составления проекта высотной привязки необходимо знать: 1) допустимые величины погрешностей в высотной привязке; 2) исходный пункт, относительно которого должна быть обеспечена заданная точность привязки; 3) виды, количество и схемы расположения привязываемых точек.

При расчетах необходимой точности высотной привязки гидрогеологических скважин и шурфов следует учитывать, что она выполняется для целей: 1) определения отметок уровней подземного потока для составления карты гидроизогипс; 2) определения превышений между уровнями подземных вод и частями сооружений; 3) определения величины уклонов подземных потоков для использования в гидрогеологических расчетах.

Наиболее строгие требования к нивелированию предъявляет задача по определению уклонов подземных потоков. В этом случае при расчетах ошибка АI в определении уклона подземного потока вычисляется по формуле

	=		(XXIX. 2)
где АН — допустимая ошибка в превышении		(паденпп	потока),
Ь — горизонтальное	расстояние между	двумя крайними точками
потока.
Допустимая ошибка	в определении уклона потока		задается в виде
относительной ошибки	, которая в свою очередь равна относительной

ошибке в превышении, т. е.

— ( X X I X . 3 )

Из формулы (ХХ1Х.З) видно, что чем больше падение, тем меньшая точность нивелирования обеспечит заданную точность и наоборот.

При заданной величине ^ величина А/г возрастает пропорционально

длине нивелирного хода, а ошибка (невязка) /Л	хода — пропорционально
т. е. медленнее, чем А/г,
ДЛ=Д ккмЬ,	(ХХ1Х.4)
=	(XXIX.5)

здесь АНкм — допустимая ошибка в определенпи величины падения потока на 1 км длины расчетного участка,

1нКУ — ожидаемая предельная ошибка на 1 км длины нивелирного хода.

ЭТИ формулы положены в основу для расчетов необходимой точности нивелирования уровней воды в скважинах.