Хренов - Инженерная геодезия
ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОДЕЗИЯ
ПОД РЕДАКЦИЕЙ ПРОФ. Л. С. ХРЕНОВА
Издание второе, переработанное и дополненное
Допущено Главным управлением учебными заведениями МПС СССР в качестве учебника для студентов вузов железнодорожного транспорта
МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1985
Инженерная геодезия. Учебник для вузов ж.-д. трансп.: А. А. Визгин, В. Н. Ганьшин, В. А. Коугия и др.; Под ред. проф. Л. С. Хренова.— 2-е изд., перераб. и доп.— М.: Высш. шк., 1985.—352 с, ил.
В пер.: 1 р. 10 к.
В книге рассмотрены работы с топографическими планами и картами, обработка геодезических измерений и оценка точности результатов; описаны измерения углов и расстояний, основные виды съемок; освещены вопросы организации геодезических работ при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации сооружений на железнодорожном транспорте.
2-е издание (1-е—1967г.) дополнено новым материалом о геодезических разбивочных работах при строительстве железных дорог.
© Издательство «Высшая школа», 1985
ПРЕДИСЛОВИЕ
В условиях нашей страны с ее географическими и климатическими особенностями, огромными запасами полезных ископаемых и природных богатств Сибири, Дальнего Востока, Крайнего Севера, Казахстана, Средней Азии и развитой промышленностью в Центре, на Юге и Западе СССР ведущее положение среди других видов транспорта занимает железнодорожный. В настоящее время на долю железных дорог страны протяженностью 142 млн. км приходится более 50% грузооборота Земного шара, а внутри страны — свыше 75% грузооборота и 50% пассажирооборота. За последние 60 лет сеть железных дорог общего пользования в целом по стране возросла более чем в 2,3 раза. Реконструированы почти все железнодорожные станции и узлы.
Предусмотрено «в 1981 —1985 годах ввести в эксплуатацию не менее 5 тыс. километров вторых путей, электрифицировать свыше б тыс. километров и оборудовать автоматической блокировкой и диспетчерской централизацией более 15 тыс. километров железных дорог, построить не менее 3,6 тыс. километров новых железнодорожных линий. Открыть движение поездов на всем протяжении Байкало-Амурской железнодорожной магистрали».
Реконструкция и техническое перевооружение железнодорожного транспорта, изыскание и строительство новых путей сообщения, а также содержание в исправности всех сооружений при их эксплуатации немыслимы без проведения соответствующих геодезических работ.
Применение в строительстве новых и реконструкция существующих железных дорог, укрупненных узлов и деталей конструкций заводского изготовления связаны с высокой точностью выполнения монтажных работ, в результате чего предъявляются повышенные требования к точности геодезических измерений. Эти требования должны найти отражение и в геодезической подготовке инженеров-строителей путей сообщения.
В последние годы подготовка инженерных кадров для железнодорожного транспорта проводится по учебным планам, в которых значительное место отведено изучению курса «Инженерная геодезия». Программа по инженерной геодезии включает в себя вопросы, с которыми инженер-строитель путей сообщения встречается на производстве при выполнении им работ на всех стадиях ((изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации) развития железнодорожного транспорта. Поэтому при подготовке инженеров-строителей инженерная геодезия должна изучаться не только на младших, но и на старших курсах.
Настоящий учебник предназначен для студентов железнодорожных вузов. Наряду с описанием разделов геодезии, общих для разных факультетов, в главах изложены вопросы инженерной геодезии, с которыми приходится встречаться инженерам-строителям различных специальностей. При этом каждый студент может изучать не все параграфы и главы этого учебника, а лишь те, которые входят в программу курса на соответствующем факультете.
Геодезические работы производят по принципу от общего к частному. В связи с этим в учебнике материал располагается в соответствии с последовательностью проведения геодезических работ на железных дорогах.
Материал между авторами распределен следующим образом: A. А. Визгин — гл. 10, 15; В.Н. Ганьшин — гл. 1, 2, 7; И.И.Купчинов —гл. 8, (кроме § 8.4—8.7), 9; В. А. Коугия —гл. 5, 13, 14; Л. С. Хренов — введение, гл. 4, 6, 11, 12, § 8.4—8.7 и совместно с B. А. Коугия гл. 3.
Авторы благодарят рецензентов: коллектив кафедры «Инженерная геодезия» Днепропетровского института инженеров железнодорожного транспорта (зав. кафедрой — доц. А. С. Ким) и проф. Г. П. Левчука — за весьма ценные замечания. Критические замечания и пожелания по улучшению книги просим направлять по адресу: 101430, Москва, ГСП-4, Неглинная, 29/14, изд-'во «Высшая школа».
Проф. Л. С. Хренов
ВВЕДЕНИЕ
§ B.I. Предмет геодезии, ее связь с другими науками.
Значение геодезии в народном хозяйстве и обороне страны Предмет геодезии, ее связь с другими науками. Геодезия —наука об измерениях на земной поверхности для определения формы и размеров Земли, изображения всей или отдельных частей ее на картах, планах и профилях, а также для создания различных инженерных сооружений.
Геодезия — одна из древнейших наук — в процессе своего развития разделилась на ряд научных дисциплин — высшую геодезию, геодезию, радиогеодезию, космическую и спутниковую геодезию, картографию, фототопографию и инженерную геодезию.
В высшей геодезии рассматриваются вопросы определения вида и размеров Земли, ее внешнего гравитационного поля (значения и направления силы тяжести в окружающем Землю пространстве и на ее поверхности), взаимного положения на ней точек, значительно удаленных друг от друга, и их точного изображения на плоскости в проекции, учитывающей возникающие при этом искажения.
Предметом геодезии является изучение в геометрическом отношении формы и размеров отдельных участков земной поверхности для изображения их на картах, планах и профилях. Задачу радиогеодезии составляют измерения расстояний на Земле с помощью радио- и светодальномеров.
Предметом космической геодезии является изучение методов определения взаимного положения точек на Земле, размеров и ее вида, параметров ее гравитационного поля на основе наблюдений солнечных затмений и покрытий звезд Луной, фотографирования Луны на фоне звезд, баллонов с источником света, поднимаемых на высоту 20—30 км, и искусственных спутников Земли (ИСЗ), а также расстояний до ИСЗ.
Спутниковая геодезия рассматривает теорию и методы решения научных и практических задач геодезии по результатам наблюдений ИСЗ и других космических объектов.
Картография разрабатывает методы и процессы создания и использования различных карт и всесторонне изучает их.
Фототопография изучает способы и методы создания карт и планов по фотоснимкам местности.
Инженерная геодезия имеет прикладное значение и рассматривает топографо-геодезические работы, выполняемые при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации различных сооружений и при монтаже технологического оборудования.
В геодезии широко используют достижения физики и математики, астрономии, радиоэлектроники, механики, геоморфологии и др.; при вычерчивании планов и профилей — топографическое черчение, а при обработке и оценке результатов измерений — математические методы и средства вычислительной техники.
Роль геодезии в народном хозяйстве и обороне страны. На протяжении сотен лет русская геодезическая наука развивалась самобытным путем. Передовые ученые и практики России всегда стремились внести свой вклад в эту важную отрасль науки, имеющую огромное научное и практическое значение в самых различных сферах народного хозяйства. Особенно значительна роль геодезии при картографировании страны, изучении ее географии и геологии, при изыскании, проектировании, постройке и эксплуатации железных дорог и других сооружений. С ростом и развитием индустриализации всех видов строительства роль геодезических работ повышается.
Работы по наблюдению за осадками и сдвигами сооружений, за оползнями, обвалами, подмывами, просадками, осадками, балластными корытами и другими изменениями земляного полотна железной дороги проводятся с использованием новейших достижений инженерной геодезии.
Исключительно важное значение геодезия имеет в деле обороны страны. Карты используют при разработке стратегических планов и проведении военных операций.
Развитие геодезических работ должно быть подчинено главной экономической задаче, поставленной XXVI съездом КПСС, реализации Продовольственной программы СССР, принятой на майском (
§ В.2. Инженерная геодезия, ее задачи и место при изысканиях, строительстве и эксплуатации железных дорог
Темпы экономического и социального развития СССР требуют ускоренного развития всех видов транспорта, особенно железнодорожного, с помощью которого производится наибольший объем всех перевозок в стране. Предстоят значительные работы не только по строительству новых железнодорожных линий, но и по реконструкции и ремонту существующего железнодорожного пути, что требует выполнения большого объема топографо-геодезических работ. Значительного эффекта при выполнении этих работ можно достигнуть при условии широкого использования научно-технических достижений в области инженерной геодезии. Весьма важным является внедрение автоматизации и механизации самых различных процессов топографо-геодезических работ, особенно на стадии технических изысканий.
Дальнейшее развитие всех видов транспорта ставит перед инженерной геодезией новые и сложные задачи. Инженерно-геодезические работы при линейном строительстве требуют:
научного обоснования точности геодезических работ, выполняемых не только при переносе проектов в натуру (разбивке сооружений) и контрольных работах при строительстве дорог, но и при изготовлении и монтаже сборных элементов сооружений железнодорожного транспорта;
разработки мероприятий, связанных с наблюдениями за деформацией сооружений железнодорожного транспорта (места и техники закрепления знаков, требований к приборам для натурных наблюдений, методики и времени их выполнения, математической обработки результатов с использованием различных ЭВМ, связанных с созданием цифровых моделей местности как системы информации о ней);
проведения исследований, позволяющих на основе натурных наблюдений прогнозировать места возможных деформаций в конструкциях возводимых сооружений, количественно оценить криогенное (морозное) пучение грунтов геодезическими методами в естественных условиях и увязать их с инженерно-геологическими и гидрогеологическими методами наблюдений. Это особенно важно при строительстве линейных сооружений в районах вечной мерзлоты;
более широкого использования приборов, изготовляемых из материалов, обладающих соответствующими теплофизическими свойствами, что может значительно повысить точность геодезических измерений;
уточнения действующих нормативных документов по геодезическим работам, выполняемым на всех стадиях изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации железных дорог, и создания новых документов;
использования оптико-электронных геодезических приборов (дальномеров, тахеометров) для более широкого применения тригонометрического нивелирования при определении высот в горной и пересеченной местности, труднодоступных точек в строительстве, на отдельных стадиях технических изысканий железных дорог.
Весьма трудоемкое геометрическое нивелирование, требующее предварительной разбивки пикетажа (см. § 11.2), следует заменять тригонометрическим нивелированием по характерным для намеченной трассы дороги точкам рельефа с установкой при этом приборов как на земле, так и на автомашине (см. § 11.10);
более широкого развития работ по созданию постоянного планово-высотного съемочного обоснования на объектах линейного строительства (см. § 7.3);
использования лазерных приборов, позволяющих значительно повысить производительность труда и точность геодезических измерений (при задании направлений, определении высот точек и деформаций сооружений, измерении расстояний и др.);
разработки мероприятий, обеспечивающих охрану окружающей среды при осуществлении инженерно-геодезических работ, выполняемых для линейного строительства.
§ В.З. Краткий очерк развития геодезии. Достижения и современные задачи инженерной геодезии
Археологические раскопки подтверждают, что истоки геодезических знаний теряются в глубокой древности; они на протяжении всей истории совершенствовались с развитием производства и потребностями общества. Из Египта геодезические работы перешли в Грецию, а потом в Древний Рим, где получили теоретическое обоснование и начало геодезии как науки.
К глубокой древности относится и начало геодезических работ в России. Так, в
Начало отечественной картографии относится к концу XV в., когда был составлен «Чертеж московских земель». В
Первые инструментальные съемки для картографирования России были начаты в
Общий объем геодезических и картографических работ в стране к XX в. был значительным, но не соответствовал даже крайне низкому уровню развития производительных сил дореволюционной России.
Новая эпоха в развитии геодезии наступила после Великой Октябрьской социалистической революции. 15 марта
В этом историческом документе В. И. Ленин с гениальным научным предвидением определил цели и задачи советской геодезической службы, которая, по его глубокому замыслу, создавалась «... для изучения территории РСФСР в топографическом отношении, в целях поднятия и развития производительных сил страны, экономии технических сил и денежных средств и времени...».
Картографо-геодезическая служба СССР, способствующая изучению и развитию производительных сил страны, выполнила огромную работу по обеспечению народного хозяйства топографо-геодезическими и картографическими материалами и геодезическому обслуживанию строительных объектов. За сравнительно короткий срок территория СССР была покрыта плановой и высотной геодезической опорной сетью, которая по своим масштабам, стройности построения, однородности и точности является лучшей в мире; созданы крупнейшие картографические произведения, имеющие мировое значение.
В 1940—1945 гг. была создана государственная карта СССР в масштабе 1:1000 000. К концу
Наши ученые Ф. Н. Красовский (1873—1948) и Л. А. Изотов установили новые размеры земного эллипсоида; ими пользуются для картографо-геодезических работ в СССР и ряде других стран. Отечественная промышленность выпускает необходимые для геодезических работ приборы, созданные советскими конструкторами.
В настоящее время созданы топографические карты крупного масштаба и высокоточные опорные геодезические сети, практически обеспечивающие при дальнейшем их сгущении топографические съемки всех масштабов. При выполнении топографо-геодезических работ широко внедряется новая техника и технология. Большие изменения произошли в организации этих работ.
Все шире стала использоваться при обработке результатов геодезических измерений современная вычислительная техника — от микрокалькуляторов до мощных ЭВМ, а при линейных измерениях— радио- и светодальномеры.
Запуск 4 октября
В связи с большими объемами строительного производства ((возведения гидроэлектростанций, промышленных, гражданских и общественных зданий, развития всех видов транспорта —железнодорожного, автомобильного, воздушного, речного, морского и т. д.) в нашей стране начала развиваться инженерная геодезия, на формирование которой большое влияние оказали начавшиеся в России в XIX в. изыскания и строительство железных дорог.
В конце XIX в. на Кавказе были выполнены первые опытные наземные фотосъемки, а в
Р. Ю. Тиле (1843—1911), выдвинувший идею применения аэрофотосъемки при железнодорожных изысканиях, опубликовал в 1908 — 1909 гг. трехтомный труд «Фотография в современном развитии», сыгравший огромную роль в развитии аэрофотосъемки в нашей стране.
Топографо-геодезические работы при изысканиях, строительстве и эксплуатации железных дорог стали значительно развиваться уже в первые годы Советской власти. В последующие годы изыскания и строительство железных дорог проводились нарастающими темпами. Большого объема изыскательских работ потребовало проектирование и строительство Байкало-Амурской магистрали.
Началом широкого применения аэрофотосъемки на транспорте явились изыскания на наиболее трудных горных участках Туркестано-Сибирской железной дороги.
Технический прогресс в строительном производстве ставит новые задачи перед инженерной геодезией. Это прежде всего разработка наиболее совершенной технологии геодезических работ на стадиях создания объектов всех видов строительства и научно обоснованной точности их выполнения; создание нормативной документации, определяющей точность, методику и технику выполнения геодезических работ для каждого вида строительства; разработка геодезических приборов и устройств для автоматизации угловых и линейных измерений, включая лазерные; более широкое использование фотограмметрии и ЭВМ при выполнении геодезических работ в строительстве и решении ряда других задач.
Достижения советских ученых и производственников в области топографо-геодезических работ обогатили геодезическую науку и практику, выдвинув отечественную геодезию на одно из первых мест в мире.
Осуществление широкой программы строительства текущего пятилетия, принятой XXVI съездом КПСС, возможно только на основе использования новейших достижений науки и техники, индустриализации и автоматизации строительно-монтажных работ. При этом существенное место занимают инженерно-геодезические работы.
§ В.4. Организация геодезической службы страны
Главное управление геодезии и картографии, являясь общесоюзным органом, не только руководит государственными топографо-геодезическими и картографическими работами, но и осуществляет государственный геодезический надзор в стране за правильным их выполнением учреждениями, организациями и предприятиями независимо от их ведомственной принадлежности.
Основные задачи ГУГК, как единственного в стране государственного органа в области топографо-геодезических и картографических работ,— всемерное их развитие в общегосударственных интересах; проведение единой технической политики при их выполнении; разработка и утверждение технических инструкций и наставлений по выполнению топографо-геодезических и картографических работ, являющихся обязательными для всех ведомств и учреждений СССР, производящих эти работы; внедрение научной организации труда, передового опыта и новейших достижений в производство этих работ; обеспечение при их выполнении правил техники безопасности, охраны труда и окружающей среды.
Контроль за геодезическими, топографическими, мочными и картографическими работами, выполняемыми ведомственными организациями, осуществляют Территориальные инспекции Государственного геодезического надзора ГУГК; они устраняют перекрытия в производстве всех этих работ, способствуя экономии государственных средств, обеспечивают выполнение их в строгом соответствии с общеобязательными техническими инструкциями и наставлениями и используют ведомственные работы для картографирования страны.
§ В.5. Геодезическая служба, обеспечивающая изыскания, проектирование, строительство и эксплуатацию железнодорожного транспорта
Стоимость строительства новой железнодорожной линии, показатели ее эксплуатационной работы и экономичность перевозок во многом зависят от правильного выбора варианта трассы, различных инженерных сооружений, устройств и оборудования дороги.
Проект железнодорожной линии, как правило, состоит из экономического и технического разделов. В экономическом разделе обосновываются размеры ожидаемых грузовых и пассажирских перевозок на расчетные сроки и на ближайшую перспективу и устанавливаются другие показатели для определения эффективности постройки и ввода дороги в эксплуатацию; по существующим дорогам устанавливаются целесообразность и сроки их усиления.
В техническом разделе приводятся материалы, обосновывающие категорию дороги, основные параметры и целесообразность выбора направления трассы в плане и профиле и размещения всех сооружений и устройств. Решаются вопросы организации строительства, его сметная стоимость и движение по дороге, а также мероприятия по охране труда и окружающей среды. При этом разработка принципиальных технических вопросов основывается на выводах экономического раздела.
Разработка проекта новой, реконструкция существующей железнодорожной магистрали и проектирование вторых путей по сравнению с другими видами линейных сооружений требуют выполнения большого объема технических изысканий, основную часть которых составляют топографо-геодезические и аэрофотосъемочные работы. Последние являются наиболее прогрессивными, так как позволяют полнее осуществлять автоматизацию и механизацию полевых и камеральных работ. По материалам аэрофотосъемки получают модель местности, по которой в камеральных условиях проводят значительную часть работ, связанных с выбором ((трассированием) направлений проектируемой железной дороги. При строительстве новых и реконструкции существующих железных дорог составляют исполнительные планы перед сдачей объектов.
...