Исследование технологии геодезического обеспечения строительства и установки технологического оборудования ускорительно-накопительно

2

Министерство образования и науки Украины

Донецкий Национальный Технический Университет

                                                                      Кафедра геодезии и геоинформатики

РЕФЕРАТ

по высокоточным геодезическим измерениям

на тему «Исследование технологии геодезического обеспечения строительства и установки технологического оборудования ускорительно-накопительного комплекса (УНК)»

Выполнил:

студент группы ГИСм-11

Шапошникова Г.В.

Проверил:

Гавриленко Ю.Н.

Донецк 2012

ВВЕДЕНИЕ

Ускорители заряженных частиц открывают исключительные возможности получения новых сведений о фундаментальной природе окружающего нас мира. Развитие ускорительной техники идёт по пути увеличения интенсивности пучка заряженных частиц. Связанное с этим увеличение размеров физических установок при требованиях к точности сопряжения основных элементов порядка десятых и сотых долей миллиметра требует решения новых задач в области прикладной геодезии.

Технология геодезического обеспечения строительства самого крупного (длина кольцевого тоннеля ~ 21км) из запроектированных в России ускорителей – ускорительно-накопительного комплекса (УНК) в г. Протвино представляет научный и практический интерес и для перспективы создания новых ускорителей, и как пример решения прецизионной задачи в пределах весьма значительного по размерам сооружения.

1.      ХАРАКТЕРИСТИКА УНК

УНК создаётся на базе действующего кольцевого ускорителя У-70 с диаметром 470м. Его запуск даёт возможность благодаря переводу пучка из У-70 через канал инжекции в кольцевой ускоритель комплекса увеличить энергию пучка с 70 до 3000 Гэв (рисунок 1.1).

Кольцевой ускоритель УНК запроектирован в форме, близкой к эллипсу. Максимальная глубина заложения тоннеля – 60м. Наклон плоскости орбиты к горизонту – 0,67мрад (2′18″). Общее количество устанавливаемого технологического оборудования составляет 3000 единиц. Это магнитные линзы, поворотные магниты и корректирующие магниты. Точностные требования к строительству тоннеля и монтажу оборудования приведены в таблице 1.1

Технология построения геодезического обоснования должна обеспечивать взаимосвязь этапов геодезических измерений с целью сохранения их преемственности для достижения заданных точностей монтажа оборудования и при этом возможности ведения строительных и монтажных работ на разных участках проходки одновременно.

Таблица 1.1 - Требования к точности строительно-монтажных работ

Специалистами геодезических служб Института физики высоких энергий (ИФВЭ) и ФГУП ГСПИ был разработан «принцип преемственности», задающий идеологическую основу методики измерений и обработки при последовательном развитии геодезических сетей.

На основании этих методических положений в технологическую схему построения планово-высотных сетей включено пять ступеней геодезического обоснования. Исходной основой для строительства является наземная тоннельная сеть. Она сгущается ходами основной полигонометрии с целью обеспечить исходными данными ориентирование и передачу координат в подземные выработки. Подземная маркшейдерская сеть необходима для строительства тоннеля и установки закладных деталей под основное технологическое оборудование. На этапе предварительного монтажа оборудования создаётся монтажная сеть. Окончательная установка электромагнитного оборудования будет выполняться не от опорной сети, а посредством измерений по знакам, расположенным на оборудовании (юстировочная сеть).

На начальном этапе создания многоступенчатого обоснования были проведены исследования методом численного моделирования различных схем и методов построения и обоснован выбор наиболее оптимального варианта наземной тоннельной сети, который был реализован на объекте.

В связи с большими размерами ускорителя и высокими требованиями выноса проекта в натуру исследовались вопросы учёта влияния редукционных поправок на плановые геодезические измерения, а также влияния кривизны поверхности относимости и неоднородности гравитационного поля на высотные геодезические измерения.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАЗЕМНОЙ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ СЕТИ УНК

Возможны следующие варианты наземной сети: триангуляция, трилатерация, линейно-угловая сеть (центральные системы), полигонометрия и специальная полигонометрическая сеть с измеренными астрономическими азимутами (рисунки 2.1, 2.2). Перечисленные варианты схем после уравнивания сгущались полигонометрическими ходами (II ступень обоснования).

Геометрические данные моделей и погрешности измерения элементов сетей максимально приближены к фактическим и проектным значениям соответственно: длина стороны в сетях I ступени – 3,3км, в сетях II ступени – 1км; СКП измерения углов - 1 и 1,2, сторон – 10 и 5мм (I и II ступени). Дополнительные точностные характеристики отдельных вариантов: СКП измерения базиса в триангуляции 1: 800 000; СКП определения трёх дополнительных сторон в трилатерации со средней длиной 6км - 15,0мм; погрешность определения астрономического азимута в специальной полигонометрической сети – 0,7, широты – 0,4 и долготы – 0,5. В пятом варианте сети реализована одна ступень наземного обоснования.

Основными заданными критериями оценки качества вариантов геодезической основы служили: СКП дирекционного угла наиболее слабой стороны mα = 1,5", СКП положения пункта в наиболее слабом месте сети m = 25мм. При уравнивании использовалась специально созданная программа на основе параметрического способа. Оценивалась точность определения положения пунктов нуль-свободных и свободных геодезических построений различными методами (таблица 2.1). Нуль-свободные геодезические сети имеют минимальный набор исходных данных (исходный пункт и дирекционное направление) и необходимы для обеспечения единства системы координат УНК и У-70. Свободные сети целесообразно использовать при обработке деформационных измерений на кольцевых ускорителях.

Таблица 2.1 - СКП положения пунктов (m) по результатам уравнивания

Из таблицы 2.1 следует, что:

погрешности положения пунктов в нуль-свободных сетях триангуляции, полигонометрии и трилатерации сравнимы между собой, такой же вывод можно сделать и по отношению к свободным сетям;

линейно-угловая сеть характеризуется несколько большей точностью;

погрешности положения пункта и дирекционного угла в наиболее слабом месте нуль-свободных сетей не превысили соответственно величин 25мм и 1,5", предусмотренных техническим заданием;

свободные сети кольцевой и радиально-кольцевой формы являются более точными и имеют меньший диапазон изменения погрешностей по сравнению с аналогичными нуль-свободными сетями.

Таким образом, все приведённые варианты построений обеспечивают необходимую точность наземной геодезической сети. С точки зрения экономических соображений, исходя из особенностей района строительства (залесённость и пр.), вариант 5 отличается от других меньшими трудностями в организации производства измерений и возможностью одновременного создания сети пунктов полигонометрии необходимой густоты вдоль кольцевого тоннеля. Количество ступеней наземного обоснования сокращается до двух (тоннельная и основная полигонометрия). Благодаря включению в сеть пунктов Лапласа появляется возможность не только контролировать угловые измерения, но и исследовать влияние неоднородностей гравитационного поля Земли на результаты высотных измерений на основании астрономо-геодезического нивелирования.

3.      Исследование влияния редукционных поправок на результаты плановых геодезических измерений

              Обработка измерений наземных и подземных плановых геодезических сетей объекта связана с большим объёмом редукционных вычислений. Его можно значительно уменьшить, если использовать поверхность относимости со средней отметкой оси тоннеля и при переходе к проекции Гаусса-Крюгера применить не меридиан 3˚ зоны (L0=36˚), удалённый от объекта на 80км, а меридиан, проходящий недалеко от центра кольцевого ускорителя (L0=37˚14′). Это позволяет уменьшить величины редукционных поправок до пренебрегаемых величин. В результате анализа вычислений автором рекомендуется следующее.

Измеренные длины линий наземных сетей следует редуцировать на поверхность относимости со средней отметкой оси тоннеля 118м. Поправки достигают 15мм при изменении высот от 140 до 177м. При вычислении используется известная формула, включающая средний радиус эллипсоида.