Багратуни Г.В. - Инженерная геодезия

БАГРАТУНИ Г. В. и др. Инженерная геодезия. М., изд-во «Недра».

1969, стр 400.

В книге освещены задачи геодезии как одной из наук о Земле, указано ее прикладное значение', даны основные понятия геодезии. Изложены основные сведения о содержании и использовании топографических карт, приведены элементы теории ошибок и ее использование для оценки точности геодезических измерений.

После вводных сведений о геодезических измерениях их видах и назначении последовательно рассмотрены методы массовых угловых, линейных и высотных измерений, дано описание употребляемых для их выполнения геодезических инструментов — геометрических, конструктивных схем и сопровождающих использование этих инструментов поверок и исследований.

Дано общее описание развития государственных геодезических сетей в СССР и сетей местного значения; изложены сведения о создании съемочного геодезического обоснования. Рассмотрены методы топографических съемок — теодолитная, тахеометрическая, мензульная и фототопографическая.

Приведены основные сведения о составе, методах инженерно-геодезических работ, производимых при изысканиях проектировании и строительстве инженерных сооружений; описаны, основные методы изучения их деформаций е процессе эксплуатации.

Дома теория гироскопического ориентирования и описано устройстве гиротеодолита. Изложены основные сведения из теории высокоточных, геодезических измерений и о применяющихся для этой цели инструментах; в частности, в кратном виде рассмотрены теория и схема устройства, светодальномеров; освещены элементы теории точного нивелирования и системы счета топографических высот. Даны начальные понятия о «лучевых»  приборах и их использовании в геодезии.

В общем виде описаны с указанием назначения некоторые специальные приборы, употребляемые е отдельные случаях строительства и монтажа оборудования. Изложены, состав и методы инженерно-геодезических работ, производимых на разных стадиях гидротехнического строительства. Таблиц 30, иллюстраций 286, библиографических названий 75.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебник написан по новой программе для строительных специальностей, разработанной кафедрой инженерной геодезии МИСИ им В.В. Куйбышева и утвержденной MB и ССО СССР в январе 1966 г» Ее особенность — разделение курса инженерной геодезии на две части — первую, содержащую изложение общих вопросов геодезии, изучаемых по действующим учебным планам на I курсе, и вторую — специальную часть изучаемую на старших курсах, соответствующую профилю подготовки специалистов.

Вторая особенность программы заключается в методическом ее построении. Круг вопросов инженерной геодезии, изучаемых на I курсе, по существу, подразделяется на четыре части: первая — общие сведения, в которой даются основные понятия о предмете, главнейшие определения, сведения о топографических картах и элементы теории ошибок измерений; вторая часть — методы угловых, линейных и высотных измерений, теория и устройство инструментов, используемых для этих измерений; третья часть — методы создания опорных геодезических сетей и производства топографических съемок и четвертая — начальные сведения об инженерно-геодезических работах.

Такое методическое расположение материала по опыту преподавания в МИСИ им. В. В. Куйбышева в течение более чем двух лет себя оправдало, оно концентрирует внимание студентов на основных вопросах изучаемого раздела курса, является более экономным по времени и, по нашему мнению, методически более стройным.

Вторая часть учебника, предназначенная для изучения на старших курсах, включает в себя: а) дополнительные общие вопросы, которые не могли быть рассмотрены на I курсе касающиеся главным образом теорий практики точных геодезических измерений, и б) специальную часть, учитывая назначение данного учебника — геодезические работы при гидростроительстве.

В данном учебнике, предназначенном для студентов строительных вузов, впервые с несколько большем подробностью, даны сведения о точных измерениях в некоторых вопросах теории геодезии. Это объясняется следующими соображениями.

Мы являемся современниками строительства Серпуховского ускорителя, Останкинской телевизионном башни, радиотелескопов для восприятия «звучаний» космоса; на страницах научных изданий читаем о грандиозных проектах изменения направления течений северных рек в южные моря; уже осуществлено строительство таких сооружений, как нефтепровод «Дружба», тысячекилометровых газопроводов. Каждое из указанных сооружений уникально; уникальны и требования к геодезическим работам при их проектировании ж строительстве.  Однако совокупность таких уникальных сооружений в нашем советской действительности перестала носить исключительный характер; также стройки приобрели характер типический ж являются проявлением технического прогресса в науке ж технике в нашей стране.

Несмотря на своеобразие геодезических задач, возникающих при строительстве сооружений указанного типа, их объединяет резко возросший объем и требования к точности геодезических измерений. Без преувеличения можно сказать, что многие современные сооружения потребовали точности и тщательности измерений на порядок выше, чем это имеет место при развитии государственной геодезической сети. Этим вероятно, и объясняется то, что инженерная геодезия за последние 20—25 лет определилась как самостоятельная ветвь геодезической науки и техники со своими задачами, методами и средствами решения» При составлении учебника не имелось в виду дать инженеру-строителю все знания и навыки, необходимые для самостоятельного выполнения комплекса точных измерений; очевидно, для этого необходимо привлечение специалистов-геодезистов. Однако ознакомление будущих строителей с принципами точных измерений ж требованиями, подлежащими учету при проектировании и строительстве сооружения, а также с правильной постановкой задач, стоящих перед геодезической службой строительства, по нашему мнению, необходимо. Комплекс геодезических работ при осуществлении сооружения на всех его стадиях — неразрывная часть процесса строительства.

Одно из важнейших направлений технического прогресса в геодезических измерениях состоит в использовании современных достижений физики и электроники. Светодальномеры и радиодальномеры уже почти полностью вытеснили старые приборы, применяемые для точных линейных измерений при создании государственной геодезической сети.

Однако эти приборы пока громоздки. Это одна из причин медленного внедрения новых методов измерений в практику инженерно-геодезических работ. По нашему убеждению, будущее техники линейных измерений при строительстве заключается, в частности, в использовании малых, может быть даже миниатюрных светодальномеров, с малым потреблением энергии. Поэтому сейчас важно дать студентам общие основы этих методов и принципиальные схемы устройства приборов этого типа. В учебнике кратко, но в достаточном для уяснения теории объеме дано освещение этих методов и схем приборов»

В последнее время для решения задач инженерном геодезии начали применяться так называемые «лучевые» приборы, основанные на использовании в качестве источников света оптических квантовых генераторов (ОКГ).  Внедрение новой техники происходит динамично, однако в учебной геодезической литературе этот вопрос пока не получил освещения. Поэтому в главе XVIII даны некоторые сведения о схемах устройства и применения приборов этого типа.

Думается, что успех изучения этих методов и приборов будет зависеть также от надлежащей увязки работы кафедр геодезии, физики и радиотехники. Учитывая организацию специализации «Подземные гидротехнические сооружения», в учебнике помещена специальная глава «Гироскопическое ориентирование».

Фотограмметрия еще не заняла в решении инженерно-геодезических задач того положения, которое она заслуживает. В главе XVI даются основы метода фототопографических съемок и принципы решения различных инженерно-геодезических задач методом фотограмметрии; в заключительной части главы указаны области использования этого прогрессивного метода в строительном деле».  Впервые в учебнике по геодезии для студентов негеодезических вузов даны основы теории геометрического нивелирования ж сведения о системах высот. Полагаю, что с основами этой теории студенты гидротехнических специальностей должны быть достаточно хорошо ознакомлены, учитывая размах современных гидротехнических строек.

В обширной практике инженерно-геодезических работ в СССР при строительстве различных объектов с успехом используются некоторые специальные «нестандартные» приборы и приспособления взамен или в дополнение к типовым геодезическим инструментам» Изучение этих приборов же является обязательным, однако ознакомить студентов с их существованием, принципиальной схемой их устройства ж назначением, по нашему мнению, целесообразно. Соответственно этому помещена глава XVII «Специальные геодезические инструменты, применяемые при строительстве, монтаже оборудования и наблюдениях за деформациями инженерных сооружений». Сведения, изложенные в этой главе, будут полезны также при организации кружковой, научной и самостоятельной работы студентов.

Учебник составлен коллективом авторов, в основном членов кафедры инженерной геодезии МИСИ им. В. В. Куйбышева.

Авторы благодарят рецензентов — коллектив кафедры инженерной геодезии Ленинградского инженерно-строительного института ж ее заведующего доц. канд. техн. наук А. И. Болотина и  доц. МИИГАиК канд. техн. наук Г» Ф. Глотова за их ценные замечания по рукописи, улучшающие ее содержание.

Авторы признательны также ассистенту кафедры инж. геодезии ММСИ Е. П. Чабуриной за ее помощь в окончательном оформлении рукописи.

Профессор доктор технических наук 17. С. Закатов.

Раздел первый

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

ГЛАВА I

ВВЕДЕНИЕ

§ 1. ЗАДАЧИ ГЕОДЕЗМЖ

Геодезия — одна из наук о Земле. Основные научные и технические задачи геодезии следующие:

определение фигуры (т. е. размеров и формы) Земли и ее внешнего гравитационного поля;

определение положения отдельных точек земной поверхности в выбранной системе координат; создание карт и планов местности;

выполнение измерений на земной поверхности, необходимых для проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сооружений, эксплуатации природных богатств Земли и т, д.;

обеспечение геодезическими данными нужд обороны страны.

Таким образом, геодезию можно определить как науку, изучающую фигуру Земли, ее внешнее гравитационное поле, расположение объектов •земной поверхности, формы ее рельефа и занимающуюся измерениями в натуре, необходимыми для решения разнообразных производственно-технических задач народного хозяйства и оборони страны. Задачи геодезии решаются путем специальных измерений, производимых на земной поверхности и называемых геодезическими измерениями.

Последние выполняются при помощи геодезических инструментов о как правило, в результате геодезических измерений определяются не сами искомые величины, а некоторые другие, функционально связанные с ними.

Связь между измеренными и искомыми величинами устанавливается на основе существующих математических зависимостей. Поэтому после измерений всегда следует математическая обработка их результатов {вычисления), в результате которой определяются значения искомых величин; в некоторых случаях искомые величины получаются из графических построений.

Геодезические измерения и последующая математическая и графическая обработка их результатов составляют метод решения задачи геодезии. Основная координатная линия, относительно которой выполняются геодезические измерения  — направление силы тяжести, или отвесная линия. Геодезия подразделяется на ряд научно-технических дисциплин.

Высшая геодезия, основные задачи которой — изучение фигуры Земли и ее внешнего гравитационного поля, а также определение координат отдельных точек земной поверхности  в единой системе  для решения этих задач в высшей геодезии рассматриваются методы:

а) высокоточных измерений горизонтальных и вертикальных расстояний, горизонтальных и вертикальных углов между направлениями на земной поверхности;

б) определения географических широт, долгот и направлений меридианов в отдельных точках поверхности Земли из наблюдений астрономических светил (геодезическая астрономия);

в) измерения силы тяжести (гравиметрия).

В высшей геодезии устанавливаются математические зависимости (формулы) между результатами измерений, с одной стороны, и значениями координат отдельных точек поверхности Земли и параметрами фигуры Земли и ее гравитационного поля — с другой.

Точки поверхности Земли, координаты которых определены методами высшей геодезии, называются основными геодезическими пунктами из совокупности образуют государственную геодезическую сеть.

В связи с запуском искусственных спутников Земли (ЖСЗ) открылась возможность решения научных и практических задач высшей геодезии из наблюдений ИСЗ. Этот раздел высшей геодезии называют космической (или спутниковой) геодезией.

Геодезия (или топография) рассматривает способы изучения в деталях земной поверхности и отображения ее на картах и планах. Топография занимается изучением твердой оболочки Земли — суши; изучение ее жидкой оболочки — океанов, морей, их берегов и дна — составляет предмет гидрографии.  В состав работ, рассматриваемых в геодезии, входят измерения на местности расстояний и углов  последующая математическая и  графическая обработка результатов измерений с целью сгущения геодезической сети (геодезические работы) и съемки на ее основе ситуации ж рельефа местности (топографические работы).

Топографические работы на значительных территориях производятся с использованием воздушных и наземных фотографических снимков земной поверхности (фототопография).

Соединение фотоснимков в единое целое — план или карту производится при помощи пунктов геодезической сети; при этом используются математические законы соответствия между объектом фотографирования ж его изображением на снимке. Область научно-технических знаний, рассматривающая эти законы, а также методы и приборы, используемые для определения взаимного положения объектов фотографирования по фотоснимкам, называется фотограмметрией (измерительной фотографией). Таким образом, фототопография — часть фотограмметрии, рассматривающая методы получения топографических планов по фотоснимкам.

Методы фотограмметрии позволяют по фотоснимкам определять взаимное положение любых точек сфотографированных объектов и в частности, сооружений.

Инженерная геодезия рассматривает методы геодезических работ, выполняемых при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений, монтаже оборудования, а также эксплуатации природных богатств страны.  Задачи инженерной геодезии при строительстве инженерных сооружений заключаются в следующем:

а) получение геодезических материалов, необходимых для составления проекта работ по строительству сооружения, путем выполнения полевых геодезических измерений и вычислительно-графических работ;

б) определение на местности положения основных осей и границ сооружений и других характерных точек их в соответствии с проектами строительства;

в) обеспечение геометрических форм и размеров элементов сооружения на местности в соответствии с его проектом в процессе строительства;

г) обеспечение геометрических условий установки и наладки специального оборудования;

д) установление отклонений сооруженного объекта от его проекта («исполнительные съемки»);

е) изучение деформаций основания и тела сооружения, происходящих под действием различных нагрузок, под влиянием внешних факторов и деятельности человека.

Инженерно-геодезические работы, имеющие прикладное значение являются наиболее обширными. Инженерная геодезия использует методы высшей геодезии, топографии и фотограмметрии, а в отдельных случаях и свои приемы и средства.

Маркшейдерское дело (подземная геодезия) — отрасль применения геодезии в горной науке и технике, заключающаяся в ведении пространственно-геометрических измерений в недрах Земли и на соответственной ее поверхности с последующим изображением на планах, картах и разрезах формы залежей, пространственного их распределения, расположения шахт, туннелей и других подземных сооружений.

Картография рассматривает методы составления, издания и пути использования разнообразных карт. Картографический метод создания карт основан на использовании и обобщении различных геодезических и топографических материалов и в первую очередь более подробных планов, чем составляемая карта.

Остановимся на общих требованиях, которым должны удовлетворять постановка и выполнение геодезических работ. Геодезические работы должны выполняться с необходимой и достаточной точностью. Измерения, выполненные с излишней полнотой ж точностью, вызовут излишние затраты сил, средств и времени, а с недостаточной — несоответствие предъявляемым к ним требованиям, т.е. брак. В основу проектирования и выполнения геодезических работ должен быть положен инженерный расчет, базирующийся на предвычислении ошибок определения искомых величин, предварительном установлении полноты и точности получения геодезических данных и их соответствия поставленным условиям.

Этот расчет производится по правилам и формулам специальной дисциплины «Теории ошибок измерений» (главы: V, VI, § 33).

При топографических работах должен быть правильно выбран масштаб съемки. При строительстве сооружений объем инженерно-геодезических работ мал по сравнению с объемами других видов работ по возведению сооружения. Однако от правильной постановки и своевременности выполнения инженерно-геодезических работ в значительной мере зависят технико-экономические и качественные показатели строительства. Геодезические измерения выполняются непосредственно на местности в разнообразных физико-географических условиях; в этом существенное отличие геодезических измерений от измерений  стационарного или лабораторного типа.

Производитель геодезических работ всегда должен помнить, что его окружает мир сложных и беспрерывно меняющихся внешних условий (температура, атмосферное давление,  действие солнечных лучей и ветра, освещенность, влажность и т. п.), способных заметно изменять постоянные инструмента, сопряжения его отдельных частей, вызывать нежелательные искривления визирных лучей, нарушать положение отдельных фиксированных точек земной поверхности и т. п. Эти обстоятельства, играющие первостепенную роль в точных геодезических измерениях, могут сказывать ощутимые влияния и в работах средней и малой точности; иx необходимо учитывать, а вредные влияния окружающей среды исключать или ослаблять путем правильного выбора инструментов, методов и порядка работ.

...