Методические указания Аэрогидрометрические изыскания мостовых переходов с применением лазерного дальномера и акустического профилографа
Государственный
проектно-изыскательский институт
ЛЕНГИПРОТРАНС
МЕТОДИЧЕСКИЕ
УКАЗАНИЯ
ПО ИЗЫСКАНИЯМ И ПРОЕКТИРОВАНИЮ
АЭРОГИДРОМЕТРИЧЕСКИЕ
ИЗЫСКАНИЯ
МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ
ЛАЗЕРНОГО ДАЛЬНОМЕРА И АКУСТИЧЕСКОГО
ПРОФИЛОГРАФА
Ленинград
1974 г.
СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ
I . Традиционные методы аэрогидрометрических изысканий мостовых переходов
II . Предпосылки для выполнения аэрогидрометрических изысканий мостовых переходов с применением лазерного дальномера и акустического профилографа
III . Аэрогидрометрические и промерные работы
IV . Объем и трудоемкость работ
V . Технологическая схема аэрогидрометрических изысканий мостовых переходов с применением лазерного дальномера и акустического профилографа
VI . Представляемые материалы
Литература
ПРЕДИСЛОВИЕ
Методические указания освещают выполнение аэрогидрометричеоких изысканий мостовых переходов с применением лазерного дальномера и акустического профилографа.
Указания выпускаются Ленгипротрансом в осуществление роля головного института по изысканиям и проектированию новых железнодорожных линий.
Методические указания подготовлены к изданию Главным специалистом технического отдела Ленгипротранса В. А. Энгельке.
В подготовке материалов участвовали главный гидролог отдела изысканий Ленгипротранса В. В. Спица и начальник экспедиции ЦНИИС Ю. С. Смирнов.
Начальник Ленгипротранса 21.03.74 /Л.Н. Данильчик/
Главный инженер Ленгипротранса /А.И. Куров/
Начальник технического отдела /Е.П. Пыляй/
I . ТРАДИЦИОННЫЕ МЕТОДЫ АЭРОГИДРОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ
Фотограмметрические и аэрогидрометрические методы изысканий мостовых переходов с применением аэрофотосъемки и поплавков, буйков или красителей позволяют получить необходимые для проектирования данные: скорости и направления поверхностных течений, расходы воды, глубины, отметки уровней воды, продольный профиль реки, линии судовых ходов и движения льдин, масштабные фотосхемы и топографические планы участков проектируемых мостовых переходов и долинных ходов. Эти методы пришли на смену ранее применявшимся трудоемким наземным методом и сформировались в СССР в период 1955 - 1967 г.г. Они постепенно разработаны и освещены в отечественной литературе В.Е. Вид / I /, Б.Н. Родионовым / 2/, Б.К. Малявским / 3, 4, 6, 7, 8, 9/, Л.Г. Бегам / 4, 6/, В.Е. Русаковым / 4/, Г.И. Валешко / 5/ и Ю.С. Смирновым / 9/. Рекомендации изложены в ВСН 37-67 / 9/и в НИМП-72 / 10/. Эти указания включают основные положения выпущенных ранее ВСН 37-62 / 7/ И дополнены рекомендациями, основанными на результатах исследований и опытно-производственных работ, выполненных ЦНИИСом в 1964 - 1965 г.г. при изысканиях ряда крупных мостовых переходов.
Для установления расхода воды необходимо измерить площадь живого сечения и скорость потока.
При выполнении аэрогидрометрических изысканий определяют:
- поверхностные скорости путем измерения смещения деталей водной поверхности /специально пущенные поплавки или струи жидкости, плывущие предметы и т.п./, которые изобразились на смежных перекрывающихся аэрофотоснимках;
- площади живых сечений путем использования сосудов с жидкостью - индикатором, сбрасываемых с самолета;
- элементарные расходы по расстояниям между местом сброса сосудов и выходом индикатора на поверхность ;
- глубины путей деления элементарного расхода за среднюю скорость по вертикали .
Среднюю скорость по вертикали вычисляют по наблюдаемой поверхностной скорости с учетом коэффициента перехода к средней / 9/. Живые сечения, полученные таким путем, имеют недостаточную точность. Это заставляет искать способы установления площадей живых сечений с точностью, соответствующей точности определения поверхностных скоростей.
Аэрогидрометрические методы изысканий мостовых переходов применялись с участием ЦНИИС. Ленгипротрансом, Сибгипротрансом и некоторыми другими институтами на ряде объектов, в 1959 году демонстрировались на ВДНХ и были удостоены дипломами и медалями.
II . ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ АЭРОГИДРОЕТРИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛАЗЕРНОГО ДАЛЬНОМЕРА И АКУСТИЧЕСКОГО ПРОФИЛОГРАФА
В Последнее время проявляется тенденция применения аэрометодов в комплексе с наводными измерениями. Эта технология позволяет получать результат с более высокой точностью и включает следующие этапы работ: уточнение проектируемой оси мостового перехода в натуре и ее маркирование; создание высотной основы в районе перехода; определение поверхностных скоростей в районе мостового перехода аэрогидрометрическим методом; измерение глубин в района мостового перехода; половая фотограмметрическая обработка аэрофотосъемочных материалов; камеральная обработка аэрогидрометрических материалов и данных промера глубин.
Акустический профилограф - эхолот "Язь" мгновенно измеряет глубину воды и автоматически регистрирует ее на ленте профилографа, поэтому предоставляет собой прогрессивный измерителъный прибор. На широких реках определение положения катера с эхолотом в момент измерения глубины, посредством засечек с двух точек базиса, представляет собой, однако, сложную и трудоемкую задачу. Эта задача решается с погрешностью, превышающей 10 - 15 м, из-за неодновременности измерений и отклонения судна от створа.
Свето- и лазерные дальномеры измеряют расстояния в несколько километров с высокой точностью и в свою очередь являются прогрессивный измерительным прибором. Конструкции многих приборов, однако, громоздки или требуют специальной подготовки для производства измерения, например, установки отражателя в точке, до которой измеряется расстояние. На аэрогидрометрических изысканиях постовых переходов проявил себя весьма эффективный портативный отечественный лазерный дальномер "Контраст", мгновенно с высокой точностью измеряющий расстояние до любого предмета, на который он наведен. В момент нажатия кнопки для производства измерения в поле зрения лазерного дальномера на табло появляются цифры, указывающие расстояние в метрах до предмета, на который наведен дальномер.
В 1972 году указанный лазерный дальномер и эхолот "Язь" были применены Ленгипротрансом с участием отделения изысканий и проектирования железных дорог ЦНИИС. при изучении в предпроектной стадии гидрологических условий вариантов железнодорожных переходов через большую реку в ее нижнем течении и два ее крупных притока. Исследуемые варианты располагались на трех участках, находящихся друг от друга на расстоянии 100 - 130 км.
Трасса подходов располагалась на необжитой, заболоченной, труднодоступной и труднопроходимой местности, отличающейся суровым климатом.
III . АЭРОГИДРОМЕТРИЧЕСКИЕ
И ПРОМЕРНЫЕ
РАБОТЫ
Отделение ЦНИИС выделило для выполнения аэрогидрометрических и промерных работ отряд из трех человек: начальника экспедиции, старшего инженера и инженера, а также лазерный дальномер и акустический профилограф-эхолот "Язь". Ленгипротранс оформил договорные отношения на выполнение маршрутных аэрофотосъемок и предоставление транспортной авиации, организовал базы, зачислил на период полевых работ специалиста по лазерному дальномеру и выделил для выполнения полевых работ гидрометрический отряд из грех ИТР: главного гидролога, старшего инженера и инженера, а также наземный отряд из трех ИТР и двух рабочих для привязки и маркировки опознаков, разбивки створов, переброски щитов и нивелирования уреза воды. ЦНИИС осуществлял методические функции, а Ленгипротранс - организационные. Совместно выполнялись производственные работы.
В период с конца мая по июль работниками Ленгипротранса, отделения ЦНИИС и авиаотрядов выполнены аэрогидрометрические работы на девяти переходах: трех вариантах перехода через большую реку и трех вариантах - на каждом из двух притоков.
В соответствии с программой работ по каждому переходу выполнены:
I / Изучение ледового режима в районе перехода.
Определялись: размер льдин при первой подвижке льда; траектории льдин; скорости и интенсивность ледохода, места образования заторов; подъем уровня от заторов; общая характеристика ледохода.
2/ Изучение режима уровней и расходов:
поверхностных скоростей воды и направления струй путем изучения движения льдин, шуги и карчехода; траекторий судовых ходов; уклонов свободной поверхности воды; расходов воды.
3/ Изучение рельефа дна в районе перехода посредством съемки живых сечений по оси перехода и поперечных профилей реки , параллельных створу перехода , выше и ниже его .
В зоне работ на водпостах гидрометслужбы ведутся наблюдения уровней воды . Попытки обслуживающего персонала собственными силами измерить расход воды не увенчались успехом , из - за сложности задачи .
Аэрогидрометрическим работам предшествовало уточнение положения створов на местности . Производилось опознавание створов по картам и аэроснимкам , обозначение створов на местности и маркировка опознавательных знаков . ЦНИШ рекомендует : применять для маркирования на открытых песчаных берегах выкладку отдельных фигур / угольников , квадратов , крестовин / из срезанного кустарника , на сильно залесенных берегах - вырубать просеки . Размеры опозновательных знаков определяются исходя из намеченного масштаба аэрофотосъемки , зависящего от ширины реки .
Аэрогидрометрические работы произведены в два этапа .
В первом этапе выполнены маршрутные аэрофотосъемки в мелком масштабе 1:40000: ледовой обстановки в период подъема уровней воды , ледохода , пика и спада паводка /28 мая , 3 июня , 8 июня /. Аэрофотосъемки произведены с самолета ИЛ -14 оборудованного серийным аэрофотоаппаратом с фокусным расстоянием 55 мм , радиовысотомером и статоскопом , с продольным перекрытием снимков 60 %. Тем же самолетом произведены аэрогидрометрические залеты со съемкой в средних масштабах 1:25000, 1:20000 и 1:10000, в зависимости от ширины разлива реки . Указанные залеты выполнялись в одну дату : два по течению и один против течения или наоборот . Аэрофотосъемки осуществлены с минимальным продольным перекрытием при интервале экспозиций 6 секунд . Залеты выполнены в периоды подъема , пика и спада паводка - через 2 - 3 дня , с учетом условий погоды . Для изучения меженного режима рек в июле произведена аэрофотосъемка всех переходов .
Во второй этапе выполнены съемки рельефа дна и живых сечений при меженной горизонте в течение трех недель / в июле /. Работы произведены с гидросамолета АН -2 на плаву t посредством эхолота и лазерного дальномера . Съемки осуществлены на реке в масштабе 1:20000, на притоках - в масштабе 1:10000.
Перед выполнением полевых измерений произведены тарировочные работы и определены показаний гирокомпаса гидросамолета для следования по створу или параллельно ему . Измерения показали систематическую ошибку лазерного дальномера 5 м и среднюю квадратическую ошибку эхолота ± 0,15 м . Приборы были установлены на борту самолета . Гидросамолет шел по водной поверхности . Ориентирование поперечников , параллельных створ у, осуществлялось с помощью гирокомпаса самолета и по вехам / щитам / на берегу . Измерения расстояния и глубин осуществлялись синхронно примерно через 100 метров пути с фиксированием расстояний , измеренных дальномером , и автоматической записью глубин на ленту профилографа . При этом исключались ошибки , вызванные запаздыванием отсчетов , которые имели место в случаях угловых засечек промерного судна.
IV . ОБЪЕМ И ТРУДОЕМКОСТЬ РАБОТ
При аэрогидрометрических изысканиях произведена аэрофотосъемка различных масштабов общей площадью 570 кв . км и выполнены промеры глубин эхолотом на акватории 31,2 кв . км . На трех вариантах перехода большой реки осуществлено 18,5 кв . км оценки подводного рельефа за 19 часов . Длина промерных ходов составила 76 км .
Участие ИТР в а эрогидрологических работах составило 7 человеко - месяцев , из них Ленгипротранса - 4 и ЦНИИС - 3 человеко - месяца . Наземный отряд из 3 ИТР и 2 рабочих работал три недели .
V. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА АЭРОГИДРОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛАЗЕРНОГО ДАЛЬНОМЕРА И АКУСТИЧЕСКОГО ПРОФИЛОГРАФА
Технологическая схема аэрогидрометрических изысканий постовых переходов с применением лазерного дальномера и акустического профилографа содержит следующие элементы.
В подготовительный период: после включения работы в план и назначения главного инженера проекта, начальника экспедиции, помощника начальника экспедиции по хозяйственной части и соавторов разделов осуществляются сбор, изучение и обработка топографогеодезических, климатических, гидрологических, инженерно-геологических и других материалов, характеризующих природные и народнохозяйственные условия района изысканий, участие проектной организации в составлении задания на проектирование; отбор по топографическим картам масштаба 1:100000 или крупнее конкурентно-способных вариантов створов больших переходов и трасс подходов к ним и установление зоны варьирования; выбор фокусного расстояния аэрофотоаппарата / f / в зависимости от рациональной по метеорологическим условиям высоты фотографирования /Н/ и масштаба снимков / I : m / размером 16 ´ 18 см при ширине реки в паводок / B /; составление и соответствующее согласование программы изыскательских работ и сметы на работу; согласование производства изыскательских работ; оформление договорных отношений с заказчиком; составление проекта залетов маршрутной аэрофотосъемки; заключение договоров на производство летносъемочных работ, обслуживание транспортной авиацией и, при необходимости, водным транспортом; изучение гидрографов рек в зоне створов, на которых должны быть выполнены аэрогидрометрические изыскания; формирование гидрометрических отрядов; аренда баз; отбор инструментов и лагерного снаряжения; комиссионная проверка знаний ИТР правил техники безопасности на изысканиях; при необходимости, производство противоэнцефалитных прививок, проверка в органах гидрометслужбы ожидаемых дат наступления паводка; проверка состояния и отправка на полевые работы инструментов, оборудования и снаряжения и выезд на полевые работ гидрометрических отрядов.
В полевой период; регистрация гидрометрических работ в местном Совете и территориальных органах республиканского Министерства речного флота; инструктаж рабочих по правилам техники безопасности на изыскательских работах; аэровизуальное обследование вариантов створов переходов, подлежащих изучению, о целью уточнения положения створов, разбивка и закрепление створов, маркировка топознаков; разбивка и нивелирование тарировочного базиса) тарирование лазерного дальномера и эхолота; установка аэрофотоаппарата на борт самолета; производство гидрометрической маршрут ой аэрофотосъемки мелкого и среднего масштабов участков рек» включающих обследуемые варианты, в начале подвижки льда, на подъеме, пике и спаде паводка, в межень, при этом залетов среднего масштаба три в одну дату: два против течения и один по течению или наоборот) нивелирование урезов воды в те же периоды; нивелирование береговых частей живых сечений; установка дальномера и эхолота на борт гидросамолета или катера; синхронизация приборов; пробные рейсы транспортного средства с целью изучения показаний гирокомпаса, при которых обеспечивается следование по створу или параллельно створу; установка щитов на поперечниках параллельных створу; нивелирование подводных поперечников о фиксацией расстояний, измеренных лазерным дальномером, и автоматической записью глубин на ленту акустического профилографа, примерно через 100 м.
В камеральный период: камеральная и стереофотограмметрическая обработка материалов аэрогидрометрических изысканий и промера глубин применительно к рекомендациям ВСН 37-67 / 9/.
VI . ПРЕДСТАВЛЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ
В результате выполненных аэрогидрометрических работ и съемок дна и живых сечений представляются:
I / масштабные фотосхемы с рельефом русла;
2/ масштабные фотосхемы с распределением поверхностных скоростей в наиболее характерные даты паводка;
3/ масштабные фотосхемы с траекториями движения льдин в период ледохода;
4/ живые сечения, продольные профили участков рек и графики зависимостей;
5/ пояснительная записка с указанием характерных горизонтов, уклонов рек и расчетных расходов воды.
Литература
I . В.Е. Вид. Метод определения расхода воды в открытых водоем ax фотографированием. Сб.тр. Новочеркасского инк.-мелиорат.ин-та. Т-5, Ростов, 1955.
2. Б.Н. Родионов. Фотограмметрические работы по аэрофотосъемке направлений и скоростей течения реки. Тр. МИИГАиК, вып, 27, 1957.
3. Б.К. Малявский. Определение скорости и направлений течений рек на основе измерений по аэрофотоснимкам. ЦНИИС, сообщ. № 128, 1958.
4. Л.Г. Бегам, Б.К. Малявский, В. E . P усаков. Перспективы аэроизысканий переходов через водотоки: "Транспортное строительство", № 5, 1959.
5. Г.И. Валешко. Применение аэрофотосъемки для изучения гидрологических характеристик рек в период ледохода. Тр. Лабор.аэрометодов, Т.7, Академиэдат, 1959.
6. Л.Г. Бегам, Б.К. Малявский. Указания по применению аарометодов на изысканиях мостовых переходов. Сб.аннотаций и научн.-иссл и экспертно-проектн.работ по стр-ву и архитектуре. Н., 1962.
7. Технические указания по применению аэрометодов на изысканиях мостовых переходов, ВСН 37-62, М, 1962.
8. Б.К. Малявский. Аэрометоды на изысканиях мостовых переходов. ЦНИИС, вып. 49. Трансжэлдориздат, 1967.
9. Технические указания по применению аэрометодов на изысканиях мостовых переходов, ВСН 37-67, М, 1967.
10. Наставление по изысканиям и проектированию железнодорожных и автодорожных мостовых переходов через водотоки /НИМП-72/, М, 1972.