Наша старая планета изрыта тоннелями. Тоннели становятся все длиннее и длин- нее. На данный момент, самый длинный из них – 57км Готтардский базисный тоннель (Gotthard Base Tunnel) в Швейцарии, однако через несколько лет с пьедестала его сместит 123км подводный тоннель между китайски- ми городами Далянь и Яньтай. Тоннелестроение как отрасль требует многомиллиардных инвестиций и предъявляет все возрастающие требования к качеству измерений. Например, если тоннель предназначен для движения поездов со скоростью 300км/ч, его ось должна быть выверена с поистине хирургической точностью. То же и при проходке почв, несущих грунтовые воды: при завершении строительства тоннеля под Эльбой в Гамбурге, огромный проходческий щит дол- жен был вписаться в гидроизолированный карман с погрешностью не более сантиметра. Малейшая ошибка в направлении тоннеля может привести к серьезным техническим проблемам и росту финансовых рисков проекта.
За то, чтобы сбойка тоннеля произошла именно в строго определенной точке, отвечает маркшейдер. Именно его задача – свести оба конца тоннеля воедино. Азимутальные измерения выполняются при помощи вытянутых теодолитных ходов и самое сложное в этом – невозможность проконтролировать точность передачи направления, а с увеличением длины тоннеля возникающая погрешность становится все более значимой.
Съемка в сложных условиях
Многие тоннели начинают строиться с шахты. Через нее на горизонт тоннеля передаются базис и направление, при помощи которых можно вести ход в нужную точку. Работы по передаче направления всегда содержат элемент риска, ведь речь идет о передаче опорных точек в узком и ограниченном пространстве шахты. Если измеренные величины несут хотя бы миллиметровую погрешность, позже она может развиться в существенное отклонение от заданных параметров.
Особенную опасность при передаче направления представляет искривление линии визирования ввиду рефракции, температурных изменений, пыли и влажности. Избежать погрешностей становится практически невозможно. Часто (по причинам проведения других работ) невозможно располагать опорные знаки по оси тоннеля, их размещают на его сводах, а наведение на стенную марку еще больше увеличивает рефракцию. Чем больше изгибов в трассе тоннеля, тем большая точность передачи координат требуется.
По мере продвижения работ, погрешности вертикального проектирования и боковой рефракции имеют свойство накапливаться. Поэтому, по мере строительства, требуется соответственно наращивать объем выполняемых измерений, иначе расхождение концов туннеля может достигнуть&;нескольких метров, что сделает сбойку в проектной точке невозможной. Такие ошибки очень трудно и дорого исправлять.
Разгадка в детской игрушке
Раньше маркшейдерия решала проблему сохранения азимута с помощью буссоли. Сегодня это невозможно, хотя бы из-за больших объемов железных конструкций на объекте. С начала 50-х годов ХХ века вопрос сохранения направления под землей решается гироскопами.
Почти каждый из нас c детства знаком с простейшим принципом гироскопа: юла не падает пока крутится, а на велосипеде можно ехать, оторвав руки от руля, если развить достаточную скорость. Прецессия – есть изменение направления оси вращающегося тела (гироскопа) под действием внешних сил. Если гироскоп встроен в измерительное устройство, расположенное где-то на земле, сила тяжести будет той самой внешней влияющей силой, и гироскоп будет стремиться сохранить свое положение в пространстве. Если удается измерить&;эти значения, гироскоп можно использовать для определения направления на земную ось (истинный север).
Компания DMT (Deutsche Montan Technologie) разработала один из самых точных гироскопов для германской угольной отрасли. В дальнейшем Gyromat дорабатывали для решения различных задач в тоннелестроении и судостроении. Текущая модель гироскопа – Gyromat 5000 (кстати, самая точная в мире) позволяет удерживать направление с точностью 0,8 мгон, что в относительной шкале соответствует 1,2см на 1км.
Gyromat в мире
Прокладка ходов при помощи гиротеодолитов уже применялась при сбойке тоннеля под Ла Маншем между Англией и Францией. При финальной сбойке в 1990 поперечная составляющая отклонения составила всего 35мм на 55км длины объекта. Добиться подобной точности направления стало возможно только благодаря устройству Gyromat 2000, которым DMT выполняли независимые кон- трольные наблюдения с французской и английской сторон.
С тех пор специалисты компании DMT успешно реализовали при помощи гироскопов Gyromat и тахеометров Leica Geosystems более 3500 проектов по всему земному шару. Приборы хорошо зарекомендовали себя в строительстве ускорителя&;частиц для ЦЕРН в Женеве, ГЭС Лесото в Исландии, Готтардского базисного и Бреннерского тоннелей в Швейцарии, тоннелей в Гималаях, гидрологических проектах в США и Эмшере, строительстве олимпийских объектов для Игр Сочи 2014 и при строительстве метрополитенов в различных городах мира. Специалисты DMT, вооружившись гироскопом Gyromat и тахеометром Leica Geosystems, выполняют независимые наблюдения и, при необходимости, вводят поправки в направление.
Геодезист DMT Волькер Шультайс (Volker Schultheiss) рассказывает: «Благодаря системе&;независимых измерений мы можем гарантировать подрядчику, что направление объекта действительно соответствует проектному. С минимальными затратами мы можем успокоить инвесторов многомиллиардного проекта. Грубо говоря, в 70% случаев мы подтверждаем, что направление объекта соответствует допускам, в 30% – информируем о необходимости введения поправок на основе наших наблюдений. В редких случаях речь идет о поправке более 3м. Однако, благодаря этим поправкам можно избежать куда больших затрат, связанных с повторным строительством».
Авторы: Норберт Бенек (Norbert Benecke),
Волькер Шёп (Volker Schäpe) и Волькер Шультайс (Volker Schultheiss)
DMT и Leica Geosystems – 20 лет тесного сотрудничества
Для работы прибора Gyromat от компании DMT&;необходимо тесное взаимодействие с высокоточным теодолитом: с его помощью гироскопические&;измерения выносят на контрольные точки. Компания DMT приняла решение о тесной кооперации с&;Leica Geosystems более 20 лет назад. Современные&;приборы компании Leica показывают превосходные результаты в паре с DMT Gyromat, обеспечивают высокую надежность и стойкость к воздействиям окружающей среды и как нельзя лучше&;годятся к работе в сложных условиях подземного&;строительства. Передача данных между устройствами происходит без малейших проблем и, благодаря хорошо налаженному взаимодействию&;между инженерами обоих компаний, переход&;на новые модели устройств также не оставляет&;проблемы.&;Возможность использовать теодолит или тахеометр отдельно от гироскопа еще больше расширяет сферы применения устройства в геодезической практике. Gyromat 5000 хорошо совместим&;с любыми моделями Leica Geosystems, включая&;современные Leica Viva TS11 и TS15, Leica TS30,&;TM30 и TM6100A, а также новейшие приборы Nova&;TS50 и MS50 MultiStation.
Компания DMT GmbH & Co. KG принадлежит к группе компаний «TÜV Nord Group», она давно работает на международном рынке как независимый технический консультант в области добычи, маркшейдерии, строительной безопасности и промышленного контроля. Отличительной чертой DMT является инвестирование в инновационные геодезические, геотехнические и геофизические измерительные технологии для решения специальных задач клиентов. Компания DMT является партнером Leica Geosystems и, помимо консультирования, занимается продажей гиротеодолитов Gyromat/Leica Geosystems (на базе теодолита) организациям, занятым в тоннелестроении, судостроении, военной отрасли и производством оптоволоконных гироскопов (для их калибровки применяется Gyromat). Gyromat распространяется непосредственно DMT, а также через сеть дилеров Leica Geosystems.
