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
I. Традиционные методы аэрогидрометрических изысканий мостовых переходов
III. Аэрогидрометрические и промерные работы
IV. Объем и трудоемкость работ
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/
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.
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.
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 плавуt 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 створу, 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.
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 аэрогидрологических 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.
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/.
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.
I. В.Е. Вид. Метод определения расхода воды в открытых водоемax 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. Pусаков. 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.