České vysoké učení technické v Praze fakulta stavební obor geodézie a kartografie
Diplomová práce Geodetické práce při výstavbě městských inženýrských sítí
Josef Bártek 2003
Diplomová práce Geodetické práce při výstavbě městských inženýrských sítí
Diplomovou práci vypracoval: Josef Bártek
Vedoucí diplomové práce: Doc. Ing. Pavel Hánek, Csc.
2003
2
3
Závazně prohlašuji, že jsem diplomovou práci vypracoval samostatně a s využitím uvedené literatury.
28.11.2003
Josef Bártek
4
Poděkování Je mou milou povinností poděkovat vedoucímu diplomové práce Doc. Ing. Pavlu Hánkovi, Csc. za trpělivost při konzultacích, obětavé vedení a za rady ohledně této práce a Ing. Miroslavu Peterkovi z firmy Ingstav Brno za poskytnuté podklady.
Dále si dovolím poděkovat všem, kteří mě při tvorbě práce podpořili a umožnili mi její sestavení.
5
Obsah 0
Úvod ............................................................................................................................ 9
1
Vzájemný postup geodetických a stavebních prací při provádění stavby .................10
1.1
Obecné pojednání a polohopisná měření ..................................................................10
1.2
Výškové měření a kontrola spádů při výstavbě kolektorů a kanalizací ....................20
1.2.1
Hloubení šachet .........................................................................................................21
1.2.2
Ražba štítovaných štol ...............................................................................................21
1.2.3
Protlačování ocelových trub ......................................................................................21
1.2.4
Protlačování železobetonových trub ..........................................................................22
1.2.5
Hloubení otevřených rýh ve městech ........................................................................22
1.2.6
Vystrojování klasických štol .....................................................................................23
1.2.7
Vystrojování štítovaných štol ...................................................................................24
1.3
Projekt a dokumentace skutečného provedení stavby ..............................................25
1.4
Zpracování dat v programech GEUS, PSIONGEUS a GEUSNET ..........................25
1.5
Zhodnocení kapitoly .................................................................................................27
2
Teoretické hodnocení přesnosti geodetických prací .................................................27
2.1
Odvození základních a často se opakujících úloh .....................................................27
2.1.1
Směrodatná odchylka směrníku daného dvěma body ...............................................27
2.1.2
Směrodatná odchylka úhlu určeného ze souřadnic ...................................................28
2.1.3
Směrodatná odchylka souřadnic bodu určeného polární metodou ...........................29
2.2
Geodetické práce při výstavbě technologií štítování, klasických štol a protlaků .....30
2.2.1
Hodnocení přesnosti geodetických úloh prováděných na povrchu ..........................30
2.2.1.1
Vytyčení šachet na povrchu ......................................................................................30
2.2.1.2
Vytyčení osy ražby ...................................................................................................31
2.2.1.3
Připojovací a usměrňovací měření ............................................................................33
2.2.1.3.1 Připojovací a usměrňovací měření metodou štíhlého trojúhelníku ..........................33 2.2.1.3.2 Připojení a usměrnění podle vytyčených a zaměřených směrových rysek ...............36 2.2.2
Hodnocení přesnosti polohopisných měření prováděných v podzemí .....................39
2.2.2.1
Tunelování ................................................................................................................39
2.2.2.1.1 Připojovací a usměrňovací měření ............................................................................39 2.2.2.1.2 Ideální polygonový pořad .........................................................................................42 2.2.2.2
Protlaky .....................................................................................................................44
6
2.2.3
Hodnocení přesnosti výškopisných měření ..............................................................45
2.2.3.1
Tunelování ................................................................................................................45
2.2.3.2
Protlaky .....................................................................................................................46
2.3
Rozbory přesnosti před měřením ..............................................................................46
2.3.1
Přesnost vytyčení prostorové polohy stavby ............................................................48
2.3.2
Přesnost podrobného vytyčení stavby .......................................................................54
2.3.3
Přesnost výškového vytyčení stavby ........................................................................58
2.3.4
Přesnost vytyčování objektů budovaných v otevřené rýze .......................................59
2.4
Přesnost polohového zaměření v S-JTSK .................................................................60
2.5
Přesnost zaměření v závazném výškovém systému ..................................................63
2.6
Zhodnocení kapitoly .................................................................................................64
3
Hodnocení technologií a navržení některých změn ..................................................65
3.1
Návrhy použití nových technologií a jiného postupu prováděných prací ................65
3.1.1
Zhodnocení různých použitelných připojovacích metod a posouzení nejvýhodnější metody z hlediska přesnosti a typu prováděné stavby ......................65
3.1.1.1
Připojení jednou jamou a dvěma olovnicemi ...........................................................65
3.1.1.1.1 Zařazení do přímky ...................................................................................................66 3.1.1.1.2 Připojení metodou štíhlého trojúhelníku ...................................................................67 3.1.1.1.3 Připojení metodou Foxova čtyřúhelníku ...................................................................67 3.1.1.2
Připojení bodem a usměrnění gyroteodolitem ..........................................................68
3.1.1.3
Připojení polygonovým pořadem z povrchu .............................................................68
3.1.1.4
Připojení polygonovým pořadem existující štolou ...................................................69
3.1.2
Použití stavebního laseru ..........................................................................................69
3.1.2.1
Kanalizační laser .......................................................................................................70
3.1.2.2
Laserové rozmítače ...................................................................................................72
3.1.3
Zaměřování vnitřních prostor ...................................................................................73
3.2
Zhodnocení nešvarů se kterými jsem se setkal, návrh řešení ...................................73
3.2.1
Kvalita projektu ........................................................................................................73
3.2.2
Problematika přesnosti prostorového umístění stavby .............................................74
3.2.3
Zhodnocení problematiky zaměření skutečného provedení stavby ..........................75
3.3
Polemika s požadovanou přesností vytyčování dle normy ČSN 73 0420-2 .............76
3.3.1
Zdůvodnění, proč nejsou v teoretické části použity rozbory přesnosti pro vytyčované body v podélném směru (ve směru ražby) ........................................... 76
3.4
Zhodnocení kapitoly .................................................................................................77 7
4
Závěr ...........................................................................................................................77
Seznam příloh ..........................................................................................................................78 Použitá literatura ......................................................................................................................79
8
0. Úvod Cílem diplomové práce bylo vytvořit přehled a popsat geodetické práce prováděné při výstavbě městských inženýrských sítí se zaměřením na budování kanalizací a kolektorů, protože tato problematika není v odborné veřejnosti příliš známá. Při zpracování jsem čerpal z vlastních zkušeností, neboť jsem byl u provádějící firmy brigádnicky zaměstnán a přímo se geodetických prací účastnil. Nově je provedeno teoretické hodnocení přesnosti geodetických metod za účelem stanovení vhodného měřického postupu a vybavení. Jsou navrženy některé jiné postupy a technologie, než které byly používány a to na základě vědomostí, získaných během studia geodézie na vysoké škole. Práce poukazuje na některé nedostatky, se kterými jsem se během svého působení setkal a navrhuji řešení. Diplomová práce by měla přinést návody, jak v případě daných činností postupovat a vést k rychlejší orientaci v oblasti týkající se teoretického hodnocení přesnosti těchto geodetických prací.
Práce je rozdělena na čtyři části:
První část se zabývá vzájemným postupem geodetických a stavebních prací. Uvádí používané stavební technologie a s nimi spojenou činnost geodeta.
Druhá část obsahuje teoretické hodnocení přesnosti geodetických metod. Zabývá se odvozením a výčtem používaných vztahů, na základě číselných příkladů udává jejich přesnost. Na jejím základě je rozhodnuto, zda dané postupy spolu s měřickou technikou definované přesnosti vedou k požadované přesnosti vytyčení stavebních objektů.
Třetí část je věnována srovnání použitelných měřických metod, zhodnocení výhod i nevýhod a doporučení té nejvhodnější, dále se část zabývá použitím některých nových technologií a navrhuje řešení dílčích nedostatků. V závěru třetí části je zvažována vhodnost uplatnění normy [4] pro řešený typ staveb.
9
Ve čtvrté části, která je zařazena jako příloha 1, je provedeno vyhodnocení souběhu geodetických a stavebních prací při ražbě štoly v úseku šachty 5 – šachty 12, III. stavby kanalizačního sběrače v Ostravě firmy Ingstav Brno.
V textu používám terminologii používanou na stavbách, která se v některých případech může lišit od méně častých oficiálních názvů.
1. Vzájemný postup geodetických a stavebních prací při provádění stavby 1.1 Obecné pojednání a polohopisná měření Při převzetí staveniště je zpravidla již zpracován celý projekt a uzavřena smlouva o zhotovení stavby, vydáno územní a stavební povolení s nabytím právní moci. Vlastního předání by se měl kromě technických pracovníků investora a zhotovitele (stavbyvedoucího) zúčastnit projektant a nejlépe v tuto chvíli i odpovědný geodet. Na stavbě jsou kromě písemné dokumentace a pozemků předávány body vytyčovací sítě, výškové body a lomové body inženýrských sítí umístěných v prostoru stavby. Projekt by měl obsahovat vytyčovací výkres. Projekt by měl mít geodet přiměřenou dobu v předstihu před zahájením vlastních vytyčovacích prací, aby měl možnost se s ním dopodrobna seznámit. U staveb kanalizací a kolektorů se zpravidla jedná o dlouhé liniové stavby, takže je stavba dělena na etapy, a ty na úseky a celá stavba se realizuje někdy i 5 –10 let. Pokud je již na stavbě vybudována vytyčovací síť z období projektování stavby, prvním krokem je vytyčení šachet nebo osy otevřeného výkopu. Vytyčení šachet může být provedeno buď vytyčením jejích středů nebo přímo rohů šachet. Obě varianty mají své přednosti. Je-li varianta s přímým vytyčením rohů šachet již zapracována do projektu, potom posunutí nebo pootočení šachty z důvodu terénních překážek nebo odchylného průběhu inženýrských sítí od projektu je změna projektu, která by se měla dodatečně projednat s investorem a stavebním úřadem, v každém případě pokud by byla zasažena další parcela, neuvedená ve stavebním rozhodnutí.
10
Varianta kdy v projektu schváleném v územním a stavebním řízení jsou zadány jen souřadnice středů šachet umožňuje pružněji reagovat na případy, že je nutné šachtu posunout nebo pootočit, z výše jmenovaných příčin. Před zahájením zemních prací strojními prostředky by měla být šachta ručně osondována pro případ výskytu neznámé inženýrské sítě a samozřejmě vždy pokud se přímo v projektu předpokládá, že tudy prochází, aby byla síť fyzicky odhalena , neboť vytyčení sítě jejím správcem elektronickými prostředky nemusí být přesné. Zejména šachty ve městech umístěné v chodnících a vozovkách by měly mít možnost posunu a pootočení dle aktuální situace, protože řešení překoplého plynu, telekomunikačního kabelu, nebo přívodu VN, pokud přímo nedošlo ke zranění nese sebou minimálně náklady na pokuty a opravy a časové zdržení ve výstavbě a administrativě při hledání viníka. O vytyčení šachty se pořizuje vytyčovací protokol. Kromě toho všechny geodetické práce, které v této fázi proběhnou by měly být zaznamenány ve stavebním deníku. Viz příloha 5 – protokol o vytyčení stavby.
STARTOVACÍ ŠACHTA půdorys horního věnce (rámu I číslo 30)
Bod stanoviska pro
Zaměřované vnitřní rohy
vytyčení směru
směr Ryska č.1
Ryska č.2
ražby
*
Zaměřované vnitřní rohy
Obr. 1
V průběhu hloubení šachet geodet postupně zaměřuje již kopané šachty a vytyčuje na trase nové šachty. Šachty jsou zaměřovány z vytyčovací sítě jako vnitřní rohy horního rámu. Dnes převládající technologie pažení šachet sloužících ke spouštění a vytahování štítů, umisťování protláčecích souprav nebo k ražbě klasických štol s rámovou výztuží se sestává z vodorovně umístěných obdélníkových ocelových věnců z profilů I k sobě svařených a svislou hnanou výztuží z pažnic UNION odchýlených od rámu ke stěně výkopu dřevěnými klíny, viz FOTO 4. Věnce se umisťují zhruba po 1 m a jejich počet včetně šířky profilu I vychází ze statického výpočtu. Kolem šachty se z bezpečnostních důvodů staví zábradlí ze 11
svařovaných pažnic UNION do výšky 1,10 m a pro vstup do šachty z počátku používá dřevěný žebřík, později ocelový a od určité hloubky s ochranným košem. Horní rám (věnec) je využíván k umístění značek pro budoucí směr ražby. Značka se vyznačí sekáčem a kladivem jako ryska do vnitřního okraje rámu. V případě, že již je zábradlí vybudováno a vytyčovací bod stanoviště pro zadání směru je pevně zadán, může zábradlí vadit v zaměření. Pak je nutné část zábradlí vypálit, nebo stranu šachty u bodu chránit vyjímatelnými nepřivařenými zábranami. Ve fázi hloubení je potřeba nivelací určit nadmořskou výšku rysek, protože stavbyvedoucí (mistr) na stavbě kontroluje dosaženou hloubku výkopu, tak aby se šachta zbytečně nepřekopala (náklady na hloubení, odvoz a uložení zeminy). Přitom hloubka výkopu a hloubka podkladního betonu, který se zpravidla na dně buduje, je dána projektem. Po vyhloubení a vystrojení šachty se přenáší výška z horního rámu na spodní rám u obou směrových rysek zpravidla zavěšeným pásmem. O zřízení rysek na rámu a přenosu výšky na spodní rám by se měl provést zápis do stavebního deníku, který má být na stavbě [12]. Po vyhloubení šachty a jejím vystrojení (zřízení místa pro čerpání vody, osazení ocelového žebříku, vybudování betonového podkladu) se spouští autojeřábem štít nebo protláčecí souprava. I když startovací pomocné konstrukce obou těchto zařízení jsou odlišné, společné je to, že se na jedné straně vytváří opěrná stěna o kterou se musí zapřít hydraulické písty, které posunují štít vpřed u štítování nebo se pohybuje v rámu tlačná ocelová deska, která posunuje vpřed železobetonové roury u protlaků. Působením těchto vysokých tlaků dochází k vzájemnému pohybu všech částí šachty a proto i ke změně vzájemné polohy rysek, takže je nutné je z nezávislé vytyčovací sítě co nejčastěji kontrolovat. Navíc šachta je zatížena hmotností vodorovných a svislých I profilů tvořících pažení a roubení, takže postupem času dochází k průhybu nosných rámů na povrchu, na nichž jsou umístěny rysky. V závislosti na geologických poměrech při ražbě (písek, spraš, jílovec, droba) a využití časového fondu je rychlost postupu štítu 2-6 m za den. Při ražbě 100 m délky to zhruba odpovídá době ražby 1 až 2 měsíce. Úsek mezi šachtami Š5 – Š12 v délce 800 m v Ostravě se razil 10 měsíců. Na některých šachtách byl pozorován pokles rysek až o 20 mm. Konkrétně Ostravsko je v poklesové kotlině vyvolané hlubinnou těžbou černého uhlí, takže pro přesné zaregistrování výškových změn vlivem času by bylo nutné zohlednit i tyto vlivy. Vodorovný posun rysky byl registrován maximálně do 2 mm. Usazení štítu do osy rysek se zdaří zkušenému předákovi jen přibližně s centimetrovou přesností, lepších výsledků je dosaženo u protláčecí soupravy. Tam je to také více potřeba, neboť protlačované železobetonové roury nejsou na rozdíl od štítu řiditelné, takže směr první zatlačené roury již nelze měnit, naopak je 12
hrozbou samovolné stočení protlaku způsobené rozdílným odporem zemin po obvodu zabořující se hrany. Výškově se štít nasazuje již v plánovaném spádu, ale zhruba 5-10 cm pod teoreticky správnou výškou. Důvodem je to, že odrazné písty se v šachtě opírají při zapichování jen o spodní část provizorního věnce, takže dochází k postupnému vyjíždění štítu nahoru dokud se štít nezaboří celý do horninového prostředí a nezačne se odtláčet všemi 6-ti písty. U protlaků se výškově a spádově vše nastavuje pokud možno dle projektovaných parametrů, protože řiditelnost kolony potrubí více méně neexistuje. Klasické štoly lze nejlépe směrově a výškově situovat a v průběhu ražby měnit, podobně je to s pokládkou potrubí v otevřených výkopech. O volbě metody však ani tak nerozhodují geometrické parametry jako technické parametry budoucího díla (hloubka uložení, požadavek na stabilitu nadloží, střety zájmů atd.). Jakmile se konec štítu dostane cca 15 m od šachty nastávají stabilní podmínky pro osazení geodetických značek. Geodetické značky se umisťují do stropu v prostoru spár mezi prefabrikáty ostění a jsou vytvořeny z ocelové pásoviny cca 2.5 mm tloušťka, šířka 10 mm a délka 100 až 150 mm s vyvrtanou dírkou o průměru 2 mm pro závěs olovnice. Pokud se štola razí a nebo je v použití déle než 6 měsíců dochází k zarůstání otvoru rezem, proto menší otvory než 2 mm nejsou vhodné. Umisťování značek do stropu má oproti jejich umisťování do počvy řadu výhod, zejména je to v lepší signalizaci, protože lze z nich spouštět olovnice, dále bod na zemi se snadněji zanese blátem a nebo úplně zničí. Optická centrace směrem dolů je často obtížná, protože osvětlení štoly není dokonalé a na bod dole je špatně vidět a často v průběhu ražby se v počvě vytvářejí kaluže, které bod skryjí. Nevýhodou značek z pásoviny je často méně snadné zatlučení, potom značku buďto musíme ohnout nebo nechat přesahovat třeba i 5-10 cm a ta se pak může stát zdrojem úrazu, protože v přítmí štoly ji pracovník kráčející na čelbu přehlédne a může do ní hlavou narazit. Pracovníci ve štolách mají mít povinně podle bezpečnostního předpisu [11] nasazenou ochrannou přilbu. Výhodou těchto značek je, že se ručním zatloukáním dají zařadit přesně do směru, oproti značkám zaráženým přímo do prefabrikátu. Značky nastřelené ze speciální pistole, nebo vyvrtané a osazené do hmoždinky by byly stabilnější, ale nešel by u nich splnit požadavek na zařazení do přímky. Požadavek, aby body byly zařazeny v přímce, vychází z potřeby pracovníků ražby. Ti pomocí zavěšených olovnic kontrolují odchylku od směru ražby i stabilitu bodů. Pokud jsou do pořadu vloženy body mimo linii a z nich určen nový směr, pak je ve štole více směrů, které sice všechny míří do stejného koncového bodu, ale pracovník nepozná, jestli odchylka od linie není chyba a 13
v promítání linie okem může spolu spojovat nesprávné body. Umisťování bodů v linii se zpravidla podaří dodržet na vzdálenost 200 m, pak většinou už k vybočení dojde z důvodu neudržení štítu ve vytyčené ose. Pracovníci požadují po geodetovi umístění tří značek, ale to se zpravidla z časových důvodů nerealizuje. Jedna jako vrchol polygonového pořadu, druhá směrová vzdálená od ní 2-3 m a třetí směrová (zajišťovací) vzdálená od předchozí rovněž 2-3 m. Z těchto značek si pracovníci spouští olovnice a okem za pomoci osvětlování baterkou kontrolují polohu štítu vůči vytyčenému směru. V případě, že je k dispozici tzv. kanálový laser provádí tuto operaci s ním. Stavbyvedoucí nebo mistr tuto operaci provádí zpravidla také okem. Předák by měl kontrolovat směr minimálně jednou za směnu. Kontrola se provádí tak, že jeden pracovník se dívá přes olovnice směrem do štítu a druhý pracovník dle jeho pokynů na vodorovné desce na předním okraji štítu zařazuje do směru tužku. Po jejím zařazení do směru odečte např. svinovacím metrem od středu desky, který je označen zářezem pilou, vzdálenost. To samé se provede na konci štítu (u čelby) a změří se vzdálenost mezi středy desek. Důležité je tuto skutečnost ihned zapsat a vykreslit náčrt, aby se předešlo jinému výkladu (co je vlevo a co vpravo). Vpravo by mělo být po pravé straně měřiče shlížejícího za olovnicemi. Na obou měřených deskách ve štítě mohou nastat tyto případy:
Na první desce (blíže vstupu do štoly): 1. Tužka je vpravo od středu desky např. 6,5 cm. 2. Tužka je přesně na středu desky. 3. Tužka je vlevo od středu desky např. 10,5 cm.
Na druhé desce (blíže k čelbě): 4. Tužka je vpravo od středu desky např. 8,5 cm. 5. Tužka je přesně na středu desky. 6. Tužka je vlevo od středu desky např. 4,5 cm.
14
Měření na přední desce
Měření na zadní desce
Osa štítu
Osa štítu
Osa ražby-směr 10,5 cm vlevo
Osa ražby-směr 8,5 cm vpravo
Deska zhorizontovaná příložnou libelou vzdálenost středů desek v podélné ose 2,76 m
tužka zařazená do směru olovnic
tužka zařazená do směru olovnic
Obr. 2 Svislé řezy štítem při zjišťování odchylky osy štítu od směru ražby
Směr postupu
Osa ražby
Osa štítu Čelba Vzadu 8,5 cm vpravo Zadní deska Vzdálenost mezi středy desek 2,76 cm
Přední deska
Vpředu 10,5 cm vlevo
Osa ražby
datum zaměření: 26.7.xxxx čas 8.00 hod
Obr. 3 Podélný řez štítem při zjišťování odchylky osy štítu od směru ražby
15
Závěry z tohoto měření by byly následující: Štít právě přejíždí osu ražby doleva, je nutné přibrzdit pravou stranu štítu eventuálně zrychlit postup levé strany štítu a v první fázi zrovnoběžnit osu štítu s osou ražby a posléze se vrátit štítem na střed, to je ztotožnit osu štítu s osou ražby. Stočení štítu je (10,5 – (-8,5)) cm/2,76 m, tj. 9,9 cm/m, což znamená, že každým vyraženým metrem by se štít vzdaloval doleva od správné osy o 10 cm. Zkušený předák rozhodne z naměřených hodnot odchylky přední – zadní část štítu a typu zeminy - horniny (spraš, jíl, jílovec, slínovec , opuka,…), vzdálenosti štítu do cíle a z průměru štítu o nutnosti a účinnosti zatáčení. Změna směru se provádí vykládáním jedné strany dřevěnými klíny nebo vyřazením přímočarých hydromotorů na jedné straně nebo vkládáním brzdících předmětů před jednu stranu štítu nebo předkopáváním jedné strany nebo kombinací uvedených metod.V případě, že je osa štítu na přední i zadní desce vzdálena od osy ražby o stejnou hodnotu například o 20 cm vpravo, potom je štít již ve správném směru a pokud je již blízko cílové šachty tak se ani nemění směr, totéž platí kdyby byl o stejnou hodnotu vlevo. Snahou je vždy srovnat osu štítu s osou ražby a pak se snažit o přibližování os. Osvětlení ve štolách je z bezpečnostních důvodů v provedení 24 V paralelně zapojených žárovek po zhruba 20 m. Proto běžná viditelnost okem se pohybuje od 50 do 70 m a záleží na rozmístění žárovek vůči stanovisku stroje, směrovým bodům a z nich spuštěných olovnic a blízkosti žárovek u štítu. Pro geodetické práce prováděné teodolitem v podzemí je potřeba mít 2 svítilny, přičemž běžná svítilna je pro práci geodeta výhodnější než klasická důlní svítidla, která se musí dobíjet v lampovně, jsou těžká a jsou propojena kablíkem s akumulátorem, který visí za opaskem. Geodet stojící za přístrojem využívá svítilnu k zaostření nitkového kříže, což provádí tak, že jednou rukou svítí baterkou do objektivu a druhou otáčí okulárem až je nitkový kříž nejostřejší. Druhou baterku používá figurant na protisvícení za šňůrou olovnice, pokud chce na ni geodet zacílit nebo na proti-svícení za tužkou (hřebíkem) signalizujícím na desce směr ražby vytyčený strojem, při zjišťování stočení osy štítu vůči ose ražby. Světlo svítilny slouží nejdříve k vyhledání signálu a následně k zaostření objektivu na něj. Měřící přístroj na rozdíl od těžebních děl s dřevěnou výztuží v hornictví, kde se používají konzoly, lze v prefabrikovaných štolách vždy umisťovat jen na stativ, přičemž menší stativy jsou výhodnější, protože umožňují centraci stroje více do boku s ohledem na potřebnou výšku nad strojem pro závěs olovnice. Osa ražby se dostává na bok štoly, když štít vyjede z vytyčeného směru. Někdy je odchylka tak veliká, že nezbývá než osadit na středu štoly nový bod, ten zaměřit, ještě ve štole určit jeho souřadnice a z něho provádět další 16
vytyčování. Tím se ale poruší linie předchozích bodů a musí být o tom informování všichni pracovníci střídající se ve štole, aby při kontrole štítu okem přes olovnice nekombinovali spolu body z předchozího směru a nového směru. Při ražbě 6 m/den, stačí (pokud nejsou komplikace), když geodet zkontroluje stav bodového pole ve štole a vytyčí směr jednou za 14 dní. Vždy když je ve štole geodet, zaměřuje se strojem i poloha štítu. Pokud by se používaly značky nastřelené nebo vyvrtané do hmoždinky, měly by tyto body význam jen pro geodeta. Jejich stabilizace do linie, tak aby je mohli využívat i pracovníci ražby, by se velmi těžce prováděla. Nastřelit nebo navrtat otvor do přesně vyznačeného místa je díky křemenným zrnkům v betonu nereálné. Další nevýhodou by bylo to, že kromě stativu, totální stanice, nivelačního přístroje, svinovacího metru, svítilen, odrazného hranolu, olovnic, zápisníku a projekčních výkresů by geodet s figurantem nesli kufřík s nastřelovací pistolí nebo aku vrtačkou. Odpadlo by kladivo. Systém neustálého prodlužování linie trojicí bodů zhruba po 50 metrech umožňuje dodatečnou kontrolu okem přes olovnice všech bodů, na větší vzdálenosti pak kanalizačním laserem na stativu i bez přítomnosti geodeta. Bod, který se posunul například vlivem zpětného tlaku štítových hydromotorů na ostění vyražené štoly, nebo nárazem předmětu na značku při dopravě materiálu na čelbu nebo i záměrné vychýlení značky nespokojeným pracovníkem, je snadno zjistitelný a opravitelný. Tento způsob umisťování značek do linie se daří zhruba do 200 m. U delších štol se stává, že štít vyjede ze směru o 20-30 cm a při vnitřním průměru štoly 1,66 m nelze stativ na boku pod značkou umístit. Další případ je, že prefabrikovaná výztuž je v místě značek k sobě tak sražena, že tam nelze značku umístit a nebo má sebou geodet momentálně jen značky nevhodné pro dané místo. Měl by sebou mít značky více rozměrových parametrů (tloušťka a délka pásoviny), protože škvíry v ostění mezi prefabrikáty jsou buď tak sraženy nebo naopak rozevřeny, že značky nelze umístit v daném směru a je nutné změnit stanovisko a zadat směr nový. V případě, že nelze dodržet původní linii, vybere se vhodné místo uprostřed štoly s ohledem, aby polygonová strana nebyla oproti předchozí krátká, zde se zatluče značka, bod se zaměří a další vytyčování směrových bodů pokračuje z tohoto bodu. K určení souřadnic nového bodu uprostřed štoly bylo využíváno organizéru Psion Workabout, i když totéž by bylo možné provést přímo v totální stanici Pentax. Geodet takové stavební firmy zpravidla kontroluje současně několik staveb v jednom období, například současně razící osádky v Ostravě, Praze, Mělníku a Liberci a zároveň zaměřuje hotové objekty pro dokumentaci skutečného provedení před jejich zakrytím. Proto si před vstupem do štoly, kde byl naposled před 12-18 dny, musí ujasnit rozmístění bodového pole ve štole, které body jsou stanoviska a které jsou směrové, které body jsou zanivelovány a 17
mají výšku Bpv. Ve štole si na stěnu značí číslo stanoviska např. 12 a k němu směrový bod prvý 121 a směrový bod druhý 122. Po vstupu do štoly si označí olovnicí bod na který chce orientovat, popřípadě více bodů pro zpětnou kontrolu linie. Při více orientacích se snaží o orientaci s dlouhou délkou na počátku štoly. Více orientacemi vyloučí hrubou chybu při nestabilitě bodového pole, které je ovlivněno velmi vysokými tlaky na ostění štoly při ražbě . Vytyčuje se z posledního stanovisko z důvodu zachování volného polygonového pořadu, i když vytyčení nového směru by bylo možné ze směrového bodu. Po horizontaci a centraci shora pomocí olovnice se zaměří zpět na vybrané body (orientace). Body by měly být v přímce. Jsou-li, přistoupíme k vytyčení směru. Potom dle pokynů geodeta figurant zařadí v tomto směru značku, kterou posléze zatluče do žádaného místa. Současně se osadí i druhá směrová značka ve vytyčeném směru ve vzdálenosti 2-3 m od první.
* *
*
*
*stanovisko *
Obr. 4
Kdyby zpětné body nebyly v linii, další postup by závisel na tom, jakým způsobem by byly odchýleny. Pokud by byly víceméně střídavě vpravo nebo vlevo do 1 mm potom by se mohlo pokračovat jako v předchozím případě, orientační směr by se nastavil odhadem tak, aby odchylky byly minimální. V případě, že by se body nacházely buď všechny vpravo nebo všechny vlevo s tím, že směrem ke stanovisku se jejich odchylka pravidelně zvětšuje, je samotné stanovisko odchýlené vpravo nebo vlevo, proto bychom se museli vrátit o bod zpět, opravit poslední stanovisko zařazením do směru a pak se znovu na něj vrátit a teprve potom pokračovat v prodlužování přímky (vytyčení směru). Z časového hlediska měření (vytyčení směru) od vstupu do šachty do výstupu z ní trvá přibližně 2-3 hodiny. Šachta bývá hluboká 5-20 m a pro snesení geodetické výbavy tj. totální stanice, stativu, brašny s odrazným hranolem, svítilnami, značkami, kladivem, olovnicemi a písemnými dokumenty je k dispozici žebřík nebo možnost strojní dopravy zdvíhacím zařízením v bedně, kterým bývá u tohoto typu staveb nejčastěji jeřáb OVJ. Osoby musí zásadně využívat žebřík, uvedená svislá doprava je pro ně zakázána. V případě, že se kontroluje současně výška, dopravuje se dolů navíc nivelační přístroj s latí. Sestup a doprava je vždy spojena se zvýšeným rizikem pádu.
18
Následuje přenos na stanovisko ve štole, přičemž cestou se zavěšují olovnice na předchozí stanovisko a kontrolní orientace. Na úsecích kde je strojní doprava osob a materiálu např. na zmíněné štole mezi Š5 a Š12 v Ostravě o délce 800 m byla přeprava prováděna na vozíku za důlní lokomotivou. Následuje postavení, zhorizontování a zcentrování přístroje na stanovisku. Po zaměření na předchozí stanovisko a kontrole dosavadního směru následuje vytyčení směru a vyhledání vhodných spár na zařazení a zatlučení obou směrových značek. Potom následuje zaměření polohy štítu. Časové ztráty vznikají častokrát hledáním bodu, protože nápis vytvořený sprejem na stěně za účelem popisu bodu vybledl, komplikacemi při osazení značky bodu, nebo při vyčkávání na ukončení operace osádky štítu při dokopání bedny s odtěžovaným materiálem, dokončení zatlačování nebo dokončení pokládání prefabrikátů ostění. Měření se účastní geodet, figurant (vlastní nebo člen osádky) a zpravidla předák nebo mistr pracoviště, kterému se pak předává trojice směrových bodů a výsledky odchylek osy štítu od osy ražby, měřených na desce vpředu a vzadu. Někdy se současně se směrovým měřením provádí nivelace dna prefabrikované výztuže v délce 10 až 15 m před štítem např. každý pátý věnec (věnec je široký 0,5 m) s tím, že lať se klade na střed dílce. Po skončení se ihned vyhotovují rozdíly mezi projektovaným spádem a skutečným, měřené věnce jsou osádkou od počátku křídou po jednom číslovány, takže podrobné body nivelačního měření jsou vztaženy k tomuto číslování. Z měření se zjišťuje zda se štít pohyboval vodorovně, nebo stoupal případně klesal a zda je změna rovnoměrná.
Značka bod č.12
358,65 Bpv 0 lati
Svítilna k zaostření nitkového kříže
- 0,685 m Obrácená teleskop.lať
+ 0,955 m Svítilna k osvícení latě
Geometrická nivelace ze středu
Teleskop.lať 0 lati
384,01 Bpv Obr. 5
Přestože prefabrikáty jsou uloženy s 3-5 mm přesností, podává toto měření jasný podklad k tomu, aby se předák rozhodl v jakém stoupání dál pokračovat. Při nivelaci jsou jako 19
výškové body využívány spodky značek polygonových bodů. Lať se na ně staví obráceně nulou na značku dále pak nulou na zjišťovaná místa – středy spodních dílců.
Po návratu do kanceláře byly zápisníky, které se s ohledem na malý počet registrovaných údajů vedly na papíře, zpracovány v programu GEUS. Postup prací na ražbě štoly byl viditelný na digitální mapě - výkresu zpracovaného v grafické části programu GEUS. Situace obsahuje body vytyčovací sítě na povrchu, skutečné a případně i plánované rohy vstupních šachet, rysky pro osazení štítu, středy olovnic při připojovacích a usměrňovacích měřeních, lomové body volného polygonového pořadu, směrové body, zaměřované polohy štítu s časovým údajem, výškové body, údaje o profilu, spádu, geologické údaje, údaje o stavbě a další. Po generalizaci, doplnění rámu a mimorámových údajů, lze tuto digitální situaci použít pro zpracování základní důlní mapy činnosti prováděné hornickým způsobem, nebo účelové mapy, vytyčování nebo po doplnění o DKM použít ke zpracování mapy povrchu dle [10].
Jako příklad na směrové vedení štol jsem zpracoval a vyhodnotil v programu GEUS zápisníky z ražby štítované štoly DN 3050 pro kanalizační sběrač „D“ III. stavby I. etapy, z šachty č. 5 do šachty č. 12, kterou prováděl Ingstav Brno a.s., Kopečná 20 podle projektu zpracovaného v Hydroprojektu Ostrava a kterého jsem se částečně zúčastnil. Zpracování je v příloze č. 1.
1.2 Výškové měření a kontrola spádů při výstavbě kolektorů a kanalizací Pro zajištění výškového bodového pole těchto liniových staveb byly využity stabilizované body polygonových pořadů (roxory a hřeby) budovaných pro vytyčování stavebních jam a rýh. Buď byly geometrickou nivelací zanivelovány jedním pořadem začínajícím na jednom nivelačním bodě a končící na jiném nivelačním bodě nebo připojením na jeden nivelační bod pořadem TAM a ZPĚT, pokud byla předem ověřena jeho stabilita z jiných nivelačních bodů. Pro hloubení šachet a otevřených rýh předává geodet stavbyvedoucímu výšku na bod blízko u šachty nebo přímo na rám v systému v jakém je zpracován projekt. Na tomto typu staveb se niveluje poměrně často, denní měření provádí mistr, geodet zhruba 1x za týden kontroluje. Geodet měl k dispozici přístroj PENTAX AL320 s dřevěným stativem
20
a pro případná přesnější měření k dispozici ZEISS Ni 007, mistři pro stavební měření ZEISS Ni 025 nebo PENTAX AL 6B s hliníkovým stativem.
1.2.1 Hloubení šachet Při hloubení šachet se od výškového bodu na rámu kontroluje pásmem hrubý výkop jámy, aby se šachta nepřekopala a následně se vytyčuje pásmem hloubka podkladního betonu v souladu s projektem. Pokud se do šachty umisťuje protláčecí stroj, pak se jeho správná výška a spád nastavuje pomocí šroubů jimiž je k tomuto účelu vybaven. Pokud se jedná o štít, tak ten se klade na kostrukci k tomu účelu vybudovanou, přičemž štít leží na dvou I profilech, které jsou ve správném spádu a požadované výšce. Po zatlačení štítu se konstrukce odstraní. Pokud se jedná o klasickou ražbu štoly, podkladní beton je ve výšce dna klasické štoly. U otevřeného výkopu se hloubka výkopu kontroluje nivelační latí a nivelačním přístrojem nebo pomocí kříže a laviček po obvodu, nebo lze provádět laserovými čidly na rameni bagru a rotačním laserem. Tyto práce provádí mistr.
1.2.2 Ražba štítovaných štol Při ražení štítovaných štol DN 2000, 2560, 3050 a 3600 se měří nivelací každý pátý věnec na dně a vyhodnocuje odchylka od projektu. Měří se kontrolně také každý 20 věnec nahoře, aby se zjistilo zploštění štoly oproti kruhovému průřezu. Odchylka ± 5 cm při ražbě je akceptovatelná, protože se dá opravit změnou výšky podkladního betonu pod keramickými dílci. Důležité je, aby štít systematicky nezvětšoval odchylku. Pakliže tomu tak je, je nutné vyřadit z chodu dle potřeby některé písty nahoře nebo dole, aby se srovnal spád štoly s projektovaným.
1.2.3 Protlačování ocelových trub Při protlačování ocelových potrubí (DN 150, 200 až 1000) po zadání spádu sleduje průběh předák pouze okem, nebo kanálovým laserem, má-li ho k dispozici. Výjimku tvoří DN 1000, kde je možné poslat na čelbu figuranta se skládacím třímetrem nebo odrazným hranolem, je-li spád takový, že lze měřit jen trigonometricky.
21
1.2.4 Protlačování železobetonových trub Při protlačování železobetonových trub (DN 1000 až 1700) jsou zanivelovávány spoje trub po zatlačení každé nebo každé druhé trouby, ihned je proveden výpočet nadmořské výšky spoje a zkontrolována odchylka od projektu. Dle potřeby se předkopáváním pokouší osádka změnit spád zatlačovaných trub. Délka se buď měří pásmem nebo odvozuje z délky trub uvedené v technické dokumentaci o výrobku
1.2.5 Hloubení otevřených rýh ve městech Při hloubení otevřených rýh pro kanalizace ve městech se rovněž používá kontrola nivelací. K rýze se zřídí v ose dva pomocné body zhruba 5 m před a za výkopem. Body se zaměří polohově i výškově (technickou nivelací) a slouží pro vytyčení výšky betonových základových patek u otevřených výkopů, které se vytyčují v požadovaném spádu a výšce. Výšku patky odvozujeme od pomocného bodu. Mezi patkami se dobetonuje podkladní beton pomocí natažené šňůry.
Obr. 6
22
1.2.6 Vystrojování klasických štol Při vystrojování klasických štol se umisťují roury potrubí do spádu pokládkou na podkladní beton, který je již v požadovaném spádu. Vytyčení spádové roviny podkladního betonu se provádí odměřením určené vzdálenosti od stropu. Nejdříve jsou zaměřeny (zanivelovány) středy rámů cca po 3 m a z nich určena vzdálenost od stropu jako rozdíl mezi výškou rámu a výškou podkladního betonu.
Obr. 7 Důlní výztuž LB 4, 2 – Důlní výztuž K21, 3 – Podkladní beton, 4 – Konstrukční beton 5 – U č.14 dl.60, 6 – Pažnice Union, 7 – Kameninové potrubí DN 800.
23
1.2.7 Vystrojování štítovaných štol Při vystrojování štítovaných štol je potřeba zadat výšku a spád pro tvorbu kinety vyzděním keramických dílců v celém průběhu štoly. Zde nelze využít podkladního betonu jako u pokládání trub, ale ve vzdálenosti po 3 m jsou do zavlhlé směsi betonu pokládány samostatné keramické dílce do správné výšky, dva sousední se mezi sebou propojí šnůrkou, a ta určuje správnou výšku pro ostatní mezi ně vsunuté dílce. K tomu účelu se v celé štole na stropě rozměří body po 3m (třímetrovou latí) a označí a očíslují sprejem. Potom se tečky na stropě zanivelují a určí jejich nadmořská výška. Pro každou tečku se potom určí projektovaná výška kinety z podélného profilu. Mistrovi potom geodet předává seznam bodů na stropě s délkou, pro vytyčení výšky kinety pod ním.
Obr. 8
24
BZM – prefabrikovaná výztuž štoly, B15 – zavlhlá směs betonu, CS4 – keramické dílce odolné proti splaškové vodě.
1.3 Projekt a dokumentace skutečného provedení stavby Na stavbách Ingstavu Brno byli nejčastějšími projektanty AQUATIS a.s. Brno, HYDROPROJEKT a.s. , odštěpný závod Ostrava a ISSO Olomouc. Pro geodeta stavby kanalizací jsou nejdůležitějšími částmi projektu vytyčovací výkresy šachet a otevřených výkopů, situace a koordinační výkresy, podélné a příčné profily, stavební výkresy šachet, vzorové řezy štolou a technická zpráva. Ostatní části projektu poskytují geodetovi pouze doplňující informace, jedná se o výkres pažení šachet a otevřených výkopů, výpisy výztuže a materiálu, kladečský plán, plán organizace výstavby, statický a hydrotechnický výpočet a další. Pro polohopisné vytyčení byly víceméně vytyčovací výkresy nahrazeny SITUACÍ v měřítku 1 : 200 doplněnou o tabulku souřadnic rohů šachet a lomových bodů trasy kanalizace. Pro výškové vytyčování ražeb, kinet, stropů šachet a poklopů byly využity PODÉLNÉ a PŘÍČNÉ PROFILY a STAVEBNÍ VÝKRESY ŠACHET v měřítku 1 : 25 a VZOROVÉ ŘEZY v měřítku 1 : 25. Pro vytyčení oblouku byla zadávána jeho délka, souřadnice počátečního a koncového bodu, poloměr a úhel alfa, dále souřadnice středu a vrcholu oblouku a průsečíku tečen.
Při zaměřování pro dokumentace skutečného provedení byl zaměřen polohopisně výkop pro šachtu, obrys šachty, střed poklopu, střed uliční vpusti, kineta v šachtě,vnitřní rozměry šachty délka, šířka a výška. Výškově poklop, vrch šachty před zakrytím, podesta, kineta. Polohopis osy tvořila u rovných úseků spojnice lomových bodů v šachtách, v případě oblouků byly převzaty údaje z vytyčování. Dokumentace obsahovala TECHNICKOU ZPRÁVU, SITUACI, PODÉLNÝ PROFIL, ŘEZY ŠACHTAMI, SEZNAM SOUŘADNIC BODŮ, případně vyhodnocení nivelačních měření při kontrole podcházených kolejí.
1.4 Zpracování dat v programech GEUS, PSIONGEUS a GEUSNET Pro registraci dat a řešení výpočetních úloh v terénu byl výkonným pomocníkem program PsionGeus instalovaný v organizéru Psion Organizer XPII později v Psion
25
Workabout. Hlavně byly využívány funkce z části GEUS a to oboustranný přenos údajů o bodech do PC a z PC s možností ručního vkládání údajů. Z výpočtů výpočet souřadnic bodů polárně i ortogonálně, výpočet směrníku a délky, výpočet vytyčovacích prvků polárně i ortogonálně s možností pozdějšího tisku protokolu, výpočet průsečíku přímek zadaných čtyřmi body. Funkce registrace dat byla v podzemí využívána minimálně neboť na jednom stanovisku se jednalo o malý počet záměr. Na povrchu se často současně s polygonovým pořadem zaměřovaly šachty takže jeho použití bylo častější. Vydatným pomocníkem byl při vyhledávání bodů pomocí vytyčovacích prvků a při předběžném zpracování výsledků v terénu. Funkce registrace a výpočet nivelace nebyla příliš využívána, i když by to bylo výhodné. Data z organizéruu se mohou exportovat do PC jako soubory s příponou odb, map a ma2 pro zpracování dávkou a s příponou zpb jako zápisník v elektronické podobě. Přenos do PC lze provést pomocí programové součásti Psiongeus - CommGeus nebo pomocí programu SLINK , který musí být nainstalován do PC a není součástí programu GEUS. Program GEUS instalovaný v PC umožňuje oproti programu Psiongeus řadu dalších činností ale hlavní rozdíl spočívá v možnosti grafického zpracování dat s následnou možností tisku na tiskárně nebo plotteru. Veškerá data z těchto měření byla zpracovávána jen v programu GEUS, ruční výpočty nebo použití kalkulátoru byly prováděny pouze při nivelačních měřeních. I když tento program je zaměřen na práce v katastru nemovitostí v kombinaci s programem GEOMETR, pro geodetické práce na stavbách je vynikajícím pomocníkem. Zde byly využívány hlavně tyto funkce: Vedení seznamu souřadnic (přidání, editace, rušení a přečíslování bodů, přečíslování náčrtů). Ve výpočtové části oproti PsionGeus byla častokrát využívána TRANSFORMACE souřadnic, při určování souřadnic bodů protínání z délek a ze směrů, a pro kontrolu směru při vedení štítu funkce vyrovnání do přímky. Dále výpočet polygonových pořadů a zpracování zápisníků dávkou. Přípravu vytyčovacích prvků nahradil v terénu organizér, takže se víceméně v předstihu v kanceláři neprováděla. Vyrovnání měření metodou nejmenších čtverců, které umožňuje Geus v kombinaci s nadstavbou GEUSNET nebylo prováděno neboť tuto nadstavbu Ingstav Brno a.s. nevlastnil a ani o jejich výhodách nebyl v té době informován. Zdokumentování výpočtu umožňuje buď přímým tiskem na tiskárně nebo do souboru s následnou editací v GEUS EDITORU, který lze také spouštět samostatně bez spuštěného programu Geus. Na rozdíl od jiných výpočtových geodetických programů, např. Gromy, má k dispozici rozsáhlejší grafickou část. Výsledky z výpočtů jsou přímo předávány do aktuálního výkresu z něhož lze funkcí ulož vytvořit libovolný počet kopií, připojovat k němu jiné výkresy vytvořené v Geusu. Výkres je možné exportovat do formátu DXF s možností 26
jeho načtení v Autocadu nebo Microstation, do KOKEŠE, VKM a exportovat seznam souřadnic v textovém tvaru. Při předávání výsledků investorům byly nejčastěji požadovány první dva výstupy. Naopak do Geusu lze importovat formáty DXF, TXT a VKM. Při měření na stavbách byly využívány jen první dvě možnosti, DXF z důvodu, že správci inženýrských sítí pracovali buď v Autocadu nebo Microstationu. V grafice je umožněno kreslit jednoduše čáry, oblouky, kružnice, kótovat, psát text v různých barvách a fontech. Na obrazovce je čára vždy slabá (tloušťka čáry), rozdílnou šířku lze nastavit jen pro vlastní tisk na papír. Lze pracovat v 63 vrstvách a vytvářet vlastní kresební styly a pro opakovanou kresbu bloky.
1.5 Zhodnocení kapitoly Kapitola popisuje vzájemný postup geodetických a stavebních prací při provádění stavby různými technologiemi. Kapitola 1.3 se dotýká využití dat z projektu geodetem a dokumentace skutečného provedení stavby. Na konci je zmíněno použití výpočetní techniky a programu Geus pro výpočetní a grafické práce.
2. Teoretické hodnocení přesnosti geodetických prací Kapitola obsahuje hodně odvozování i při vědomí, že některé vztahy jsou též odvozeny v použité literatuře. Zdůvodnění, proč bylo takto postupováno je uvedeno ve zhodnocení na konci této kapitoly. Dalším důvodem je, že diplomová práce má sloužit jako příručka, obsahující teoreticky podložené návody, jak při geodetické činnosti u těchto typů staveb postupovat bez nutnosti používání další odborné literatury.
2.1 Odvození základních a často se opakujících úloh 2.1.1 Směrodatná odchylka směrníku daného dvěma body Výchozí vztah:
α AB = arctg (
27
YB − YA ) . XB − XA
(2.1.1.1)
Přechodem na skutečné chyby:
ε αAB =
YB − YA YB − YA ( X B − X A )2 −1 1 * ε YA + * ε YB − * ε XB + * ε XA . 2 2 2 d XB − XA (X B − X A) (X B − X A) XB − XA (2.1.1.2)
(Viz také [1]).
Přechodem na směrodatné odchylky:
σ
2
αAB
(X B − X A )4 = d4
(YB − Y A ) 2 (YB − Y A ) 2 σ 2 YA σ 2 YB 2 + + * σ XB + * σ 2 XA = 2 2 4 4 (X B − X A ) (X B − X A) (X B − X A ) (X B − X A)
2 (∆X ) 2 2σ Y 2(YB − Y A ) 2 (YB − Y A ) 2 2 2 * σ X = 4 ( X − X ) 2 + ( X − X ) 4 = 2 d 4 * σ Y + d A B A B 2 2 cos 2 α * σ Y sin 2 α * σ X = 2 + d2 d2
(X B − X A )4 = d4
Při zavedení předpokladu σYA = σYB = σY a σXA = σXB = σX dostaneme:
σ
2
αAB
cos 2 α * σ Y 2 + sin 2 α * σ X 2 = 2 d2
* ρ .
(2.1.1.3)
Rovnice (2.1.1.3) představují vztah pro určení směrodatné odchylky směrníku vypočteného ze souřadnic bodů A a B.
2.1.2 Směrodatná odchylka úhlu určeného ze souřadnic Výchozí rovnice:
ω ABC = α BA − α BC .
(2.1.2.1)
ε ωABC = ε αBA − ε αBC .
(2.1.2.2)
Přechodem na skutečné chyby:
28
Přechodem na směrodatné odchylky a s uvážením zjednodušení (σαBA = σαBC):
σ 2ωABC = σ 2αBA + σ 2αBC = 2σ 2α .
(2.1.2.3)
Rovnice (2.1.2.3) představují vztah pro určení směrodatné odchylky úhlu vypočteného ze souřadnic bodů A,B a C.
2.1.3 Směrodatná odchylka souřadnic bodu určeného polární metodou Výchozí rovnice:
Yi = YA + d Ai * sin α Ai = YA + d Ai * sin(α AB + ω BAi ) , X i = X A + d Ai * cos α Ai = X A + d Ai * cos(α AB + ω BAi ) .
(2.1.3.1)
Přechodem na skutečné chyby:
ε Y i = ε YA + ε dAi * sin α Ai + d Ai * cos(α Ai ) * ε αAB + d Ai * cos(α Ai ) * ε ω = , = ε YA + d Ai * cos(α Ai ) * ε αAB + ε dAi * sin α Ai + d Ai * cos(α Ai ) * ε ω ε Xi = ε XA − d Ai * sin(α Ai ) * ε αAB + ε dAi * cos α Ai − d Ai * cos(α Ai ) * ε ω .
(2.1.3.2)
Přechodem na směrodatné odchylky:
σ 2 Yi = σ 2 YA + d 2 Ai * cos 2 (α Ai ) *
σ 2ω σ 2 αAB 2 2 2 2 σ + , dAi * sin α Ai + d Ai * cos (α Ai ) * ρ2 ρ2
σ 2 Xi = σ 2 XA + d 2 Ai * sin 2 (α Ai ) *
σ 2ω σ 2 αAB 2 2 2 2 σ + . (2.1.3.3) dAi * cos α Ai + d Ai * sin (α Ai ) * ρ2 ρ2
Rovnice (2.1.3.3) představují vztah pro určení směrodatné odchylky souřadnic bodu určeného polární metodou. Při zaměření je σω = *σω (měřený úhel), při vytyčování je σω = √(σ2ωvytyčovaný + *σ2ω), kde σωvytyčovaný se určí dle (2.1.2.3).
29
Použité indexy znamenají: A, B, C – známé body, i – určovaný bod.
2.2 Geodetické práce při výstavbě technologií štítování, klasických štol a protlaků 2.2.1 Hodnocení přesnosti geodetických úloh prováděných na povrchu Vytyčovací síť Dle [4] vytyčování stavby navazuje buď na body závazných geodetických referenčních systémů S-JTSK a Bpv nebo na body takzvaného primárního systému, což jsou především body vytyčovací sítě nebo místní vytyčovací sítě a další, viz kapitola 2.4. Použití jednotlivých variant závisí na požadované přesnosti vytyčovaných veličin a hustotě těchto sítí. Hlavním požadavkem na vytyčovací síť je, aby z ní bylo možno vytyčit veličiny s požadovanou přesností. Vytyčuje se pomocí vytyčovacích prvků v daném vytyčovacím systému, který je použit v projektové dokumentaci. Jeho přesnost je dána prvky kovarianční matice z vyrovnání. Projekt a vyrovnání větších systémů svým rozsahem překračuje rámec této práce a nebudou dále rozebírány. Menší systémy byly tvořeny vyrovnanými polygonovými pořady a zhušťování bodového pole tvořeno rajony a volnými polygonovými pořady.
Přesnost prostorového vytyčení stavby je dále vztažena k bodům vytyčovací sítě. Další text se zabývá vytyčováním prostorové polohy z existující vytyčovací sítě, případným zhuštěním tohoto bodového pole a podrobným vytyčením.
2.2.1.1 Vytyčení šachet na povrchu Nejprve se provede vytyčení a vyhloubení startovací šachty. Cílová šachta se může vytyčit a vyhloubit současně se startovací, nebo se tyto práce provedou později. Po vyhloubení se provede zaměření šachty a tím se zjistí souřadnice skutečně vykopané šachty, které se mohou od vytyčených z různých důvodů lišit (viz komentář 1).
30
Přesnost vytyčení rohů šachet vůči síti stavby:
Meřická metoda: polární metoda. Přesnost odpovídá přesnosti bodu určeného polární metodou, viz vzorec (2.1.3.3). Chyba z realizace bodu nemá další vliv, protože šachta je hloubena těžkou technikou s nižší přesností. Po dokončení šachty se provede její opětovné zaměření.
Obr. 9
2.2.1.2 Vytyčení osy ražby Ze známých souřadnic bodů, tvořících osu ražby – kterým je například střed šachty (již reálné šachty, protože ta se většinou od projektované trochu liší)*komentář 1, ale i jiný bod, který nemusí nutně ležet ve středu šachty, ale může být ke středu šachty excentrický se vypočtou souřadnice pomocných bodů B1, B2, ležících na ose, tak, aby bylo možno vyznačit směrové rysky (R1, R2), určující směr ražby. Ty se vytyčí na vnitřním rámu šachty. Body B1, B2 se určí buď přímo na ose metodou měřické přímky z přímky S1, S2 a vytyčí z vytyčovací sítě (síť stavby) A, B, nebo se zvolí přibližně na ose ražby a poté zaměří z vytyčovací sítě. Poloha bodu B1 na ose je výhodná z důvodu přesnosti připojovacích měření viz níže a vytyčování rysek. Souřadnice středu šachty S1, S2 určíme metodou průsečík přímek, daných rohy šachet či zaměřením přibližného středu šachty.
V dalším textu budou značeny lomové body osy ražby symboly S1, S2, ať už to jsou středy šachet či jiné body tvořící osu.
Komentář 1: Například při hloubení startovacích šachet se zjistí přítomnost jiných inženýrských sítí, jejichž poloha nebyla při projektování díla známa. Z tohoto důvodu se musí
31
umístění startovací šachty změnit, aby stávající sítě nebyly ohroženy (spouštění razícího zařízení - štít, protláčečka a vytahování kontejnerů s vytěženou zeminou). Dále tu působí faktor, s jakou přesností byly provedeny stavební a výkopové práce na vytyčené šachtě.
Obr. 10
Přesnosti:
Pro přesnost určení bodu S1, S2 zavedeme zjednodušení a položíme
σ XS = σ X −roh . i
(2.2.1.1)
(přesnost určení souřadnic bodů osy je zhruba stejná jako např. bodů, které jsou rohem šachty)
Vzhledem ke vzdálenosti pomocných bodů Bi od šachty položíme
σ 2 XB i = σ 2 XS + σ 2 vytyceni .
(2.2.1.2)
Protože je používáno polární metody, tak přesnost vytyčení odpovídá přesnosti bodu určeného polární metodou, viz (2.1.2.3). Př. 1: A=[0,0], B=[100,0], B1=[10,-10], *σω=14 cc, *σd=0,003 m, σYA,B=σXA,B=0, odtud σXS=0,002 m, σω(BAB1-vytyčovaný)=64 cc, σω=66 cc, σvytyčení=0,0024 m, pak σXB1=0,003 m. Vytyčení směrových rysek je výhodné provést z pomocného bodu B1, který leží na ose ražby, protože potom lze vytyčení provést zařazením do přímky B1, B2 v případě viditelnosti mezi
32
šachtami, či nastavením vytyčovacího úhlu osy B1, B2 v případě, že mezi šachtami není viditelnost a sklopením dalekohledu na rám šachty, viz obr. 14. Případ s nastavením vytyčovacího úhlu osy se vyskytuje převážně, proto bude dále rozebrán.
Výchozí vztah: X Ri = X B1 + d Ri , B1 * cos α B1, Ri = X B1 + d Ri ,B1 * cos(α B1, A + 400 − ω RiB1 A ) .
Směrodatná odchylka vytyčeného bodu Ri v souřadnici X se určí ze vztahu (2.1.3.3).
σ 2 XRi = σ 2 XB1 + σ 2 dB1, Ri * cos 2 (α B1, Ri ) +
σ 2ω σ 2 αB1, A 2 2 2 2 * d B1, Ri * sin α B1, Ri + d B1, Ri * sin (α B1, Ri ) * ρ2 ρ2 (2.2.1.3)
Př. 2: dB1,R2=6 m, σαB1,A=95 cc, αB1,R=300 g, σω=97 cc, potom σXR2=0,0031 m. Zaměření rysek se potom může znovu provést ze stanoviska B1 či bodů vytyčovací sítě. Při zaměření z bodu B1 se směrodatná odchylka souřadnice X určí opět dle vztahu (2.2.1.3) s uvážením, že jde o zaměřování.
Přítomnost startovací a cílové šachty je pravidlem u technologie štítování z důvodu spuštění štítu do šachty před startem ražby a jeho vytažení cílovou šachtou při jeho dojezdu. U klasických štol a protlaků může cílová šachta chybět a ražený úsek končí například v jiné štole či v budově - častý příklad u protlaků.
2.2.1.3 Připojovací a usměrňovací měření 2.2.1.3.1 Připojovací a usměrňovací měření metodou štíhlého trojúhelníku Používá se v případě řízení tunelovaných štol.
Obr. 11
33
Přesnost přenesení směru na povrchu (usměrnění, orientace) je dána přesností, s jakou bude určen úhel β v připojovacím trojúhelníku. Ten je tvořen body B1, což je takzvané pomocné stanovisko a body R1, R2, které značí zaměřené směrové rysky na horním rámu šachty.
Odvození vztahu pro určení směrodatné odchylky přenesení směru vychází ze vztahu pro určení úhlu β:
sin β =
sin α *b , a
(2.2.1.4)
pro výhodnější tvar funkce pro diferencování je vhodné vztah zlogaritmovat [1]:
log(sin β ) = log(sin α ) + log(b ) − log(a ) .
(2.2.1.5)
Přechodem na skutečné chyby:
1 1 1 1 * cos β * ε β = * cos α * ε α + * ε b − * ε a , b a sin β sin α
(2.2.1.6)
εβ ε ε ε = α + b− a . tgβ tgα b a Po úpravách dostaneme:
εα ε b ε a + − tgα b a
ε β = tgβ *
.
(2.2.1.7)
Přechodem na směrodatné odchylky:
σ β = tgβ *
σ 2α σ 2 b σ 2a 2 + * ρ + *ρ2 , tg 2α b 2 a2
po zjednodušení [1, str.19] dostaneme
34
(2.2.1.8)
σ β = σα *
b . a
(2.2.1.9)
Vzorec (2.2.1.8) udává vztah pro výpočet směrodatné odchylky úhlu β.
Směrodatná odchylka směrníku αR1,R2: Výchozí vztah:
α R1, R 2 = α B1, 2 + ω1 + (200 − β ) ,
(2.2.1.10)
po přechodu na směrodatné odchylky:
σ αR1, R 2 = σ 2αB1, 2 + σ 2ω1 + σ 2 β .
(2.2.1.11)
Vzorec (2.2.1.11) udává vztah pro výpočet směrodatné odchylky připojovacího směrníku αR1,R2 na povrchu určeného štíhlým trojúhelníkem. Ze vztahu (2.2.1.8) vyplývá, že čím je trojúhelník štíhlejší (α→0), tím je úhlové připojení přesnější. Viz také tab. 1 a rozbory v [1]. Z tohoto důvodu je výhodné připojení provádět ze stanoviska (B1), jehož poloha vůči ryskám v šachtě R1,R2 je na přímce. Dalším důvodem pro použití pomocného bodu (B1) je fakt, že se zřizuje poblíž šachty, což má za výhodu snadnější průhled do šachty a i možnost případného snadnějšího použití měřického pásma pro délková měření.
Tab. 1 a
b (m)
4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 Vstupní hodnoty:
α
β (gon)
σ(β) (cc)
5,80 23,48 164,98 351 5,90 16,52 175,29 231 5,95 11,65 182,55 158 5,97 9,02 186,49 122 5,99 5,20 192,20 72 6,00 0,16 199,75 21
σα = 14cc … směrodatná odchylka úhlu α
35
σa = 0.001m … směrodatná odchylka délky a měřené pásmem σb = 0.005m … směrodatná odchylka délky b měřené dálkoměrem Tab. 1 udává závislost směrodatné odchylky úhlu β na konfiguraci připojovacího trojúhelníku.
Pro přenesení směru z povrchu do podzemí se používá olovnicových závěsů , které jsou zavěšeny mezi ryskami R1 a R2 na napnutém provazu. Souřadnice olovnicových závěsů O1, O2 se určí odměřením vzdáleností od R1 a R2. Přesnost přenášeného směru je stejná jako u směru R1, R2, protože směrové rysky a olovnicové závěsy leží na přímce, respektive závěsy jsou od přímky O1, O2 odchýleny o malou konstantu ve stejném směru, ale směr osy zůstává zachován (viz obr. 12). Potom platí, viz (2.2.1.12)
Obr. 12
σ αO1,O 2 = σ αR1, R 2 .
(2.2.1.12)
Totéž lze uvažovat pro souřadnice O1, O2 a při zanedbání délkové chyby při použití svinovacího metru s mm dělením lze psát:
σ XO = σ XR
.
(2.2.1.13)
2.2.1.3.2 Připojení a usměrnění podle vytyčených a zaměřených směrových rysek Používá se pro směrové řízení protlaků.
Ke směrovému nastavení osy protlaku slouží body R1, R2. Jejich fyzická realizace spočívá ve vyseknutí rysek do železné výztuže šachty tvořené I-profily.
36
Chyba realizace = vyseknutí rysek může dosáhnout 1 mm. Proto přesnost směru protlaku R1, R2 závisí nejen na přesnosti vytyčení vlastních bodů R1, R2 (viz 2.2.1.3), ale i na přesnosti vyseknutí rysek. Pro chybu z nepřesného vytyčení by platilo
σ vytyč = ρ * arctg
2σ XR , a
(2.2.1.14a)
kde σXR je směrodatná odchylka souřadnice X rysek, symbol a značí vzdálenost rysek
V případě, že lze osu R1, R2 vytyčit ze stanoviska B1 sklopením dalekohledu na zadní rám (R2) a přední rám (R1), je přesnost směru vytyčené osy R1, R2 rovna přesnosti vytyčovaného úhlu σω=√(σ2ω-vytyč + *σ2ω), kde první člen vyjadřuje vliv základu a druhý člen vliv měření.
σ vytyč = σ ω = σ 2ωvytyc + * σ 2ω .
(2.2.1.14b)
Př. 3: σvytyč = σω=97 cc – viz také příklad 2. Dále pro chybu z nepřesného vyseknutí rysek platí, viz také obr. 15:
2∆ , a
σ vyseknutí = ρ * arctg
(2.2.1.15)
kde ∆ = chyba vyseknutí rysek (1mm), a = vzdálenost rysek.
Po uvážení uvedených vlivů dostaneme:
σ 2αR1, R 2 = σ 2 vytyč + σ 2 vyseknutí .
(2.2.1.16)
Vzorec (2.2.1.16) udává vztah pro výpočet směrodatné odchylky připojovacího směrníku αR1,R2 na povrchu daného směrovými ryskami na šachtě pro případ že mezi šachtami není viditelnost.
37
Obr. 13
Obr. 14
Obr. 15
Př. 4: Pro vzdálenost rysek a = 4 m, chybu vyseknutí rysek ∆=1 mm a směrodatnou odchylku vytyčovaného úhlu σvytyč=97 cc , σvyseknutí=318 cc vychází pro směrodatnou odchylku směru rysek R1, R2 dle vzorce (2.2.1.16) hodnota σαR1,R2 = 332 cc. Pro přenesení směru z povrchu do šachty se používá olovnicových závěsů , které jsou zavěšeny mezi ryskami R1 a R2 na napnutém provazu. Přesnost přenášeného směru je stejná jako u směru R1, R2, protože směrové rysky a olovnicové závěsy leží na přímce, respektive závěsy jsou od přímky O1, O2 odchýleny o malou konstantu se stejným znaménkem, ale směr zůstává zachován, viz (2.2.1.17) a obr. 12.
σ 2αO1,O 2 = σ 2αR1, R 2 = σ 2 vytyč + σ 2 vyseknutí .
(2.2.1.17)
Pro souřadnici X prorážky (příčný směr) při ražbě z bodu S1 potom platí: X S 2 = X S 1 + d S1,S 2 * cos α S1,S 2 ,
38
(2.2.1.18)
kde α S1, S2 = αR1,R2, symboly Si znamenají viz kapitola 2.2.1.2.
Přechodem na směrodatné odchylky:
σ
2
XS 2
σ 2 αR1, R 2 σ 2 αR1, R 2 2 = σ XS 1 + d S1, S 2 * sin α R1, R 2 * = d S1,S 2 * , (2.2.1.19) ρ2 ρ2 2
2
pro předpoklady: σXS1 = 0 , sinαR1,R2 = 1 (jde o místní systém pro účely ražby).
Tabulka 2 udává příklad vypočtených směrodatných odchylek v souřadnici X dle vzorce (2.2.1.19) pro různé délky protlačovaných úseků za předpokladu, že směrodatná odchylka ve směru směrových rysek R1,R2 je σαR1,R2 = 332 cc. Neuvažuje chybu v nesprávném osazení protláčecího stroje do směru dle olovnicových závěsů, která u největších zařízení může dosáhnout 1cm ve směru od každé olovnice. Osazení strojního zařízení je již předmětem činnosti jiných profesí bez asistence měřiče.
Tab. 2 délka protlaku (m) 5 10 20 50
σxn (m) 0,004 0,007 0,012 0,028
2.2.2 Hodnocení přesnosti polohopisných měření prováděných v podzemí 2.2.2.1 Tunelování 2.2.2.1.1 Připojovací a usměrňovací měření Připojovací a usměrňovací měření v podzemí se provádí zařazením přístroje do přímky, realizované olovnicovými závěsy v šachtě, z důvodu vytyčování přímých úhlů. Výhodou oproti zalomenému polygonovému pořadu v podzemí je, že směrové kontroly ve štole mohou z bodového pole provádět i méně zkušení pracovníci stavby.
39
Tvorba bodů základní orientační přímky (ZOP) probíhá tak, že ve štole se provede zařazení přístroje do přímky tvořené body O1, O2 (olovnicové závěsy). Z takto určeného volného stanoviska – bod T, viz obr. 16 se provede vytyčení směrových bodů (ZOP) A, B na přímce.
Zařazování do přímky v podzemí:
Pro body zařazené do přímky O1,O2 má platit:
α A, B = α O1,O 2 .
(2.2.2.1)
Přechod na skutečné chyby:
Vzhledem ke přesnosti technologie ale není vztah (2.2.2.1) přesně splněn a mimo skutečné chyby αO1,O2 na směr A, B vytyčený na přímce O1, O2 ještě působí nejistota ze zařazení do přímky δ, viz [2], obr. 17 a vzorec (2.2.2.4).
ε αA, B = ε αO1,O 2 + δ .
(2.2.2.2)
σ 2αAB = σ 2αO1O 2 + δ 2 .
(2.2.2.3)
Přechodem na směrodatné odchylky:
Rovnice (2.2.2.3) udává vztah pro určení směrodatné odchylky směrníku ZOP A, B v podzemí.
Obr. 16 e a+b = ⇒e , r b
δ=
Postup určení úhlu δ [2] vyplývá z obr. 17, 40
e r *ρ = *ρ . a+b b
(2.2.2.4)
kde r = poloměr olovnicového závěsu, a = vzdálenost olovnicových závěsů, b = vzdálenost zařazeného bodu T od bližšího závěsu, e = poloměr nejistoty pro zařazení do směru na druhém závěsu, δ = úhlová odchylka od přímého směru způsobená nejistotou v zařazení do přímky.
Obr. 17
Ze vztahu (2.2.2.4) vyplývá, že přesnost zařazení přístroje do přímky klesá s rostoucím poloměrem olovnicového závěsu a roste se vzdáleností b od bližšího závěsu. Př. 5: Pro b=5 m, r=0,001 m, vychází δ=71 cc, s dosaženým σαO1,O2=30 cc potom dle (2.2.2.3) a (2.2.1.12) vychází σαA,B=77 cc. V kapitole 4.1.1.1.1 jsou navrženy postupy, vedoucí ke zvýšení přesnosti a rychlosti metody. Vzhledem k tomu, že bod B leží na přímce O1, O2 lze psát: X B = X O1 + d O1B * cos α O1B ,
ε XB = ε XO1 + ε dO1B * cos α O1B − d * sin α O1B * ε αO1B , σ
2
XB
σ 2 αO1B = σ XO1 + d * sin α O1B * . ρ2 2
2
2
Dále lze psát, že σαO1,B = σαA,B ,
σ 2 XB = σ 2 XO1 + d 2 * sin 2 α O1, B *
σ 2 αA , B . ρ2
(2.2.2.5)
Rovnice (2.2.2.5) udává vztah pro určení směrodatné odchylky v souřadnici X bodu B, který spolu s bodem A a dalším zajišťovacím bodem tvoří ZOP v podzemí, σXO1 určíme z (2.2.1.13), σαAB z (2.2.2.3).
41
Protože je ale bod R hlavním bodem (viz kapitola 2.3.1), posuzuje se další působení měřických chyb vůči němu. Z toho důvodu lze psát σXR=0, potom i σXO=0 (viz 2.2.1.13). Pro zjištění celkového vlivu hromadění chyb by se ale hodnota σXR a σXO musela uvažovat. Př. 6: Pro σXO1=0, d=5 m, α=100 g , σαA,B =77 cc dostaneme σXB=0,0006 m , pro d=10 m σXB=0,0012 m.
Z rovnic (2.2.2.3) a (2.2.2.5) se vychází při určení směrodatné odchylky v příčném směru koncového bodu volného polygonového pořadu při ražbě štoly, viz níže.
2.2.2.1.2 Ideální polygonový pořad Body v ražených štolách se určují v polygonových pořadech, které jsou vzhledem k charakteru díla přímé, proto lze uvažovat zjednodušující předpoklady. Takový polygonový pořad, použitý pro teoretické rozbory potom nazýváme ideálním.
Obr. 18
Bod B na obr. 18 je bodem základní orientační přímky a je počátečním připojovacím bodem volného polygonového pořadu v podzemí. V dalším odvozování je bod B totožný s bodem 1 ve vzorcích níže.
Výchozí vztahy (určení souřadnice X n-tého bodu volného polygonového pořadu):
X 2 = X 1 + d * cos α 12 = X 1 + d * cos(α AB + ω1 − 200) , X 3 = X 2 + d * cos α 23 = X 1 + d * cos α 12 + d * cos α 23 = X 1 + d * cos(α AB + ω1 − 200) + + d * cos(α AB + ω1 + ω 2 − 400) ,
42
X 4 = X 3 + d * cos α 34 = X 1 + d * cos(α AB + ω1 − 200) + d * cos(α AB + ω1 + ω 2 − 400) + + d * cos(α AB + ω1 + ω 2 + ω 3 − 600) ,
……………..
X n = X 1 + d * cos(α AB + ω1 − 200) + d * cos(α AB + ω1 + ω 2 − 400) + + d * cos(α AB + ω1 + ω 2 + ω 3 − 600) + .... + d * cos(α AB + ω1 + ω 2 + ω 3 + .... + ω n −1 − (n − 1) * 200) ,
X n = X1 +
k = n −1
∑ k =1
j =k . d * cos α − k * 200 + ω k ∑ AB j j = 1
(2.2.2.6)
Přechodem na skutečné chyby:
ε Xn = ε X 1 + ε d 1 * cos α 12 + ε d 2 * cos α 23 + .... + ε dn −1 * cos α n −1,n − d1 * sin α 12 * (ε αAB + ε ω1 ) − − d 2 * sin α 23 * (ε αAB + ε ω1 + ε ω 2 ) − .... − d n −1 * sin α n −1,n * (ε αAB + ε ω1 + ε ω 2 + .... + ε ωn −1 ) . (2.2.2.7)
Předpoklady:
αA,B=100 g, ωi=200 g, potom cos αi=0, sin αi=1 (pořad je přímý, vliv chyb délek se neprojeví) di=d (délky v polygonovém pořadu jsou přibližně stejné)
ε Xn = ε X 1 − d * [(n − 1)* ε αAB + (n − 1)* ε ω1 + (n − 2) * ε ω 2 + .... + (n − (n − 2))* ε ωn−2 + (n − (n − 1))* ε ωn−1 ] = ε X 1 − d * {(n − 1) * ε αAB + ε ω * [(n − 1) + (n − 2 ) + .... +(n − (n − 1))]} (2.2.2.8)
Přechodem na směrodatné odchylky:
σ 2 Xn = σ 2 X 1 + d 2 * (n − 1)2 *
[
]
σ 2αAB σ 2ω 2 2 2 + 2 * (n − 1) + (n − 2) + ....+ (n − (n − 1)) , 2 ρ ρ
po sečtení mocninné řady, viz [5] dostaneme: 43
σ 2 Xn = σ 2 X 1 + d 2 * (n − 1)2 *
σ 2αAB σ 2ω + 2 * [n * (n − 1) * (2n − 1) / 6] , (2.2.2.9) 2 ρ ρ
kde σX1 určíme dle (2.2.2.5) a σαAB dle (2.2.2.3). Rovnice (2.2.2.9) udává vztah pro určení směrodatné odchylky v souřadnici X (v příčném směru) n-tého (koncového) bodu ideálního polygonového pořadu. V [5] je odvozen poněkud jiný tvar rovnice (2.2.2.9), který ale vychází z předpokladu bezchybnosti výchozích bodů A, B. Tyto body jsou v našem případě základní orientační přímkou, jejíž poloha a směrník jsou určeny s přesností viz výše. Není v něm tedy zohledněno působení chyby v souřadnici - 1 krát a směrníku základní orientační přímky - (n-1) krát.
Př. 7: V tab. 3 jsou vypočteny hodnoty směrodatné odchylky v souřadnici X koncového bodu volného polygonového pořadu pro různé délky pořadu, dané počtem vrcholů n. Vstupní hodnoty σX1=0,0006 m, σαA,B=77 cc, *σω=14 cc, di=50 m: Tab. 3 n
σXn [m]
2
0,006
4
0,019
6
0,031
2.2.2.2 Protlaky Součinnost měřiče spočívá ve vytyčení a vyznačení směru ražby na horním rámu startovací šachty. Práce v podzemí spočívá v osazení a nastavení protláčecího zařízení do požadovaného směru, což je předmětem činnosti jiných profesí. Ten je reprezentován ryskami R1,R2 které vyseknul do ocelové výztuže měřič. U delších protlaků většího průměru (DN2000 s maximální délkou do 50m) bývá požadavek v určité fázi zaměřit polohu čelby.
44
2.2.3 Hodnocení přesnosti výškopisných měření 2.2.3.1 Tunelování Pro výškopisná měření použita metoda geometrické nivelace ze středu. Při metodě tunelování bývá zaměřování prováděno postupně, v závislosti na postupu od posledních zaměřených bodů. Proto vzdálí-li se čelba od posledních výškově zaměřených bodů o určitou hodnotu, provede se přenesení výšky dále do štoly. Výškové měření většinou následuje hned po polohopisném měření.
Při rozborech přesnosti se vychází z kilometrové směrodatné odchylky obousměrné nivelace σ0. Jedná se o nejpoužívanější charakteristiku přesnosti nivelačních přístrojů. Pro výšku koncového bodu volného nivelačního pořadu platí:
H B = H A + ∆hAB
(2.2.3.1)
a pro přesnost výšky koncového bodu volného nivelačního pořadu platí rovněž jednoduchý vztah:
σ 2 HB = σ 2 HA + σ 2 ∆h , kde symboly znamenají:
(2.2.3.2)
A – výchozí bod, B – koncový bod, ∆h – převýšení,
a σ 2 ∆h = σ ´2 0 *R [3] ,
kde R je délka pořadu v km, přičemž
σ ´2 0 = σ 2 0 * 2
je kilometrová směrodatná odchylka jednosměrné nivelace.
45
(2.2.3.3)
2.2.3.2 Protlaky Činnost měřiče spočívá v určení nadmořské výšky orámování šachty nebo přenesení výšky do šachty či určení výšky podkladního betonu. Nastavení protláčecího stroje do požadovaného sklonu je předmětem práce jiných profesí. U delších protlaků většího průměru (DN2000 s maximální délkou do 50m) bývá požadavek v určité fázi zaměření výškových poměrů štoly.
Při stavbě díla se připojuje na známé okolní body ČSNS, jejichž převýšení se ověří. Výškové body sítě stavby jsou pak určeny a součástí nivelačních pořadů vložených mezi ověřené výškové body ČSNS. Z výškových bodů sítě stavby se potom určí nadmořská výška orámování šachty. Takto určené body pak složí pro přenesení výšky do podzemí a pro sledování vertikálních posunů. Pro účely hloubení šachty se hloubka výkopu určí měřickým pásmem s počátečním čtením na již zmíněném horním rámu šachty.
Závěr V kapitole 2.2 jsou uvedeny vztahy a postupy ke zjištění velikosti působení měřických chyb a technologie měření na výsledky měřické činnosti. Těchto vztahů bude dále využito pro rozbory přesnosti v kapitole 2.3. U většiny úkonů není uvažována chyba z realizace, protože po vytyčení následuje ihned zaměření a bodové pole slouží jen k určení polohy a směru ražby.
2.3 Rozbory přesnosti před měřením Geometrická přesnost zhotovení stavebního díla se často řídí hodnotami, přímo uvedenými ve smlouvě o zhotovení stavebního díla mezi stavebníkem a zhotovitelem. Z těchto hodnot lze potom postupem, uvedeným v [3] určit mezní odchylky vytyčení. Pokud tyto hodnoty nejsou výslovně uvedeny ve smlouvě, určí se mezní odchylky vytyčení stavebního díla dle hodnot, uvedených v [4].
Pro účely vytyčování a hodnocení přesnosti vytyčení se bodové pole stavby dle [3] rozdělí na primární systém, sekundární systém a podrobné body.
46
Primární systém Jedná se o soustavu trvalých bodů tvořících vytyčovací (měřickou) síť pro vytyčování polohy a výškových úrovní stavby. Přesnost primárního systému musí vyhovovat požadavkům kladeným na vytyčení hodnot geometrických veličin.
Sekundární systém U liniové stavby jde o - soustavu hlavních bodů (HB) osy liniové stavby ve vzájemně vymezené vzdálenosti, - soustavu hlavních výškových bodů (HVB).
Podrobné body Jedná se o ostatní body určující rozměr a tvar stavby a další funkční či konstrukční prvky uvnitř stavby. Vytyčování stavby dle [3]] navazuje na: a) body závazných geodetických referenčních systémů S-JTSK a BPV, to je na: 1) body základního bodového pole, 2) body základního výškového bodového pole,
b) body primárního systému, to je na: 1) body vytyčovací sítě, které slouží k vytyčení prostorové polohy staveb s požadovanou přesností, 2) body místní vytyčovací sítě, ve které nejsou zavedeny opravy ze zobrazení a z nadmořské výšky.
Pokud vyhovují svojí přesností, lze použít:
3) body podrobného polohového bodového pole, 4) body podrobného výškového bodového pole.
Vytyčování staveb se třídí na:
a) zřízení sekundárního systému, 47
b) podrobné vytyčování.
2.3.1 Přesnost vytyčení prostorové polohy stavby Vytyčením prostorové polohy stavby se rozumí vytyčení charakteristických bodů, hlavních bodů (HB), a hlavních výškových bodů (HVB) na místě určeném ve stavební projektové dokumentaci. Vytyčuje se pomocí vytyčovacích prvků v daném vytyčovacím systému nebo ve vztahu ke stávajícím stavbám.
Přesnost vytyčení prostorové polohy nových stavebních objektů se vztahuje k hlavním bodům trasy, popřípadě k charakteristickým bodům a hlavním výškovým bodům a vyjadřuje se mezními vytyčovacími odchylkami. V případě štol, stok a kolektorů vzhledem nejbližším bodům, definujícím souřadnicový a výškový systém použitý v projektové dokumentaci.
Přesnost vytyčení prostorové polohy štoly, stoky a kolektoru se posuzuje podle kritérií pro přesnost vytyčení hlavních bodů trasy a určení výšky hlavních výškových bodů. Hlavními body trasy štoly, stoky nebo kolektoru jsou v zastavěném území koncové body osy a body v těžebních šachtách a v začátku bočních těžebních štol, v nezastavěném území a při souvisle ražené délce větší než 200 m ještě body rozdělující osu na úseky o délce 150 až 300 m. Hlavní výškové body se umisťují do maximální vzdálenosti 100 m od hlavních bodů trasy v koncových bodech a v bodech těžebních šachet a bočních těžebních štol. Kritériem přesnosti vytyčení hlavních bodů osy štol, přivaděčů, stok a kolektorů v nezastavěném území jsou mezní vytyčovací odchylky souřadnic x, y hlavních bodů osy, mezní vytyčovací odchylka souřadnicových rozdílů ∆x a ∆y sousedních hlavních bodů osy a mezní vytyčovací výšková odchylka, uvedené v tab. 4. V zastavěném území jsou to mezní vytyčovací odchylky v délce a směru spojnice sousedních hlavních bodů osy a mezní vytyčovací odchylka výškového rozdílu sousedních hlavních výškových bodů, uvedené v tab. 5.
48
Tab. 4 Mezní vytyčovací
Mezní vytyčovací
odchylka
Mezní vytyčovací
souřadnicových
výšková odchylka
rozdílů ∆x, ∆y HB
HVB δxM
δxM∆x a δxM∆y
(mm)
odchylka souřadnic Druh stavby
x, y HB osy δxMx a δxMy (mm)
(mm) Spádové
Štoly a přivaděče
± 80
± 50
±8 tlakové ± 16 Sklon ≤ 1% ±8
Kanalizační stoky
± 40
± 25
1% ≤ sklon ≤ 10% ± 16 sklon ≥ 10% ± 25
Kolektory
± 40
± 25
49
± 16
Tab. 5 Mezní vytyčovací relativní odchylka Druh stavby
v délce d v m
Mezní vytyčovací odchylka ve směru spojnice HB δxM
spojnice HB δxM
(mgon)
(mm)
Mezní vytyčovací výšková odchylka výškového rozdílu HVB δxM (mm) Spádové
Štoly a přivaděče
± d/5000
±5
± 10
tlakové ± 10 Sklon ≤ 1% ±5
Kanalizační stoky
± d/10000
±5
1% ≤ sklon ≤ 10% ±8 sklon ≥ 10% ± 15
Kolektory
± d/10000
±5
± 12
Hlavní bod Prvním hlavním bodem je zvolen bod R2 – poloha rysky na rámu sloužící pro přenesení polohy a směru do podzemí. Důvodem je, že se vyskytuje u tunelovaných štol i protlaků.
Odvození vztahu pro určení směrodatné odchylky bodu R2:
Dle (2.2.1.3) platí pro přesnost souřadnice X bodu R2:
σ 2 XR 2 = σ 2 XB1 + σ 2 dB1, R 2 * cos 2 (α B1, R 2 ) + d 2 B1, R 2 * sin 2 α B1, R 2 *
kde σXB1 se určí (viz 2.1.3.3) jako
50
(σ 2 αB1, A + σ 2 ω )
ρ2
,
(2.3.1.1)
σ 2 XB1 = σ 2 dA, B1 * cos 2 α A, B1 + d 2 A, B1 * sin 2 αA, B1 * +d
2
A, B1
* sin
2
αA, B1
(σ *
2
αA, B
+ σ 2ω
ρ2
)
σ 2 αA, B1 = σ 2 dA, B1 * cos 2 α A, B1 + 2 ρ
(2.3.1.2)
za předpokladu: σαA,B = 0, potom σ 2αAB1 = σ 2αB1 A = σ 2ω . Po dosazení do (2.3.1.1) a zjednodušení dostaneme:
σ
2
XR 2
=σ
2
d
σ 2ω 2σ 2 ω 2 2 2 = σ dA, B1 * cos α AB1 + d A, B1 * sin α AB1 * 2 + σ dB1, R 2 * cos α B1R 2 + d B1R 2 * 2 = ρ ρ 2
2
2
2
σ 2ω * (cos α AB1 + cos α B1R 2 ) + 2 * (d 2 AB1 * sin 2 α AB1 + 2d 2 B1R 2 ) . ρ 2
2
(2.3.1.3)
V případě nezastavěného území:
Vytyčení hlavního bodu musí být provedeno s mezní vytyčovací odchylkou
δxMx = 0,04m
a zároveň pro sousední hlavní body splněna mezní vytyčovací odchylka souřadnicových rozdílů
δx M∆x = 0,025m . Mezní vytyčovací odchylka souřadnicových rozdílů má význam při delším úseku ražby, kdy je osa vytyčena více než dvěma hlavními body. Má za úkol eliminovat nepřípustné lomy trasy na hlavních bodech.
V případě, že je prostorová poloha osy vytyčována jen dvěma hlavními body (krátké dílo), vychází se pro další výpočty z hodnoty δxMx = 0,04 m.
51
Požadovaná směrodatná odchylka:
σp =
δxMx u
,
kde u je hodnota normované náhodné veličiny s normálním rozdělením. Př. 8: Pro δxMx = 0,04 m a u = 2 vyjde σp = 0,02 m.
Požadovaná směrodatná odchylka jednoho měření:
σ0p = σ p * n ,
kde n je počet měření.
Př. 9: Pro σp = 0,02 m , n =2 vyjde σ0p = 0,028 m.
V případě, že je prostorová poloha osy vytyčována více hlavními body, vychází se pro výpočty z hodnoty δxM∆x = 0,025 m.
Požadovaná směrodatná odchylka:
σ p∆x =
δxM∆x u
.
Př. 10: Pro δxM∆x = 0,025 m a u = 2 vyjde σp∆X = 0,0125 m.
Pro určení požadované směrodatné odchylky vytyčení souřadnice x vyjdeme ze vztahu pro souřadnicový rozdíl:
∆x = x1 − x2 ,
ε ∆x = ε x1 − ε x 2 , σ 2 p∆x = σ 2 px1 + σ 2 px 2 = 2 * σ 2 px , σ 2 px =
σ 2 p∆x 2
.
Př. 11: Pro σ p∆x = 0,0125 m vyjde σpx = 0,0088 m.
52
Požadovaná směrodatná odchylka jednoho měření:
σ 0 p = σ px * n . Př. 12: Pro σpx = 0,0088 m , n =2 vyjde σ0p = 0,0125 m.
V případě zastavěného území:
Vytyčení hlavních bodů musí být provedeno s mezní vytyčovací odchylkou ve směru spojnice hlavních bodů
δx M = 5mgon , tomu pro vzdálenost d hlavních bodů odpovídá odchylka v příčném směru (souřadnici x):
δxMx =
d * tan δxM . 2
Př. 13: Pro d = 200 m je δxMx=0,0078 m.
Požadovaná směrodatná odchylka: Př. 14: Pro δxMx =0,0078 m, u=2 je σp=0,0039 m.
Požadovaná směrodatná odchylka jednoho měření:
σ0p = σ p * n . Př. 15: Pro σp =0,0039 m, n=2 je σ0p =0,0055 m.
Odvození požadovaných směrodatných odchylek určujících veličin:
σ 0 p = σ XR 2
, viz (2.3.1.3)
σ 0 p = f (σ ω ,σ d ) , 53
σ
2
d
2 σ 20 p = * 3 cos 2 α AB1 + cos 2 α B1R 2
,
σ
2
ω
ρ2
σ 20 p = * . (2.3.1.4) 3 d 2 AB1 * sin 2 α AB1 + 2d 2 B1R 2
Tab. 6: Pro konfiguraci αA,B1=150 g, αB1,R1=300 g, dA,B1=14,142 m, dB1,R2=6 m v závislosti na různých hodnotách σ0p z příkladů výše jsou určeny hodnoty požadovaných σd a σω. Tab. 6 σ0p [m] σd [m] σω [cc ] 0,024
0,014
1040
0,0125
0,007
541
0,011
0,006
476
Vytyčení a zaměření rohů šachty se provede s přesností odpovídající vytyčení hlavního bodu.
2.3.2 Přesnost podrobného vytyčení stavby Podrobným vytyčením stavby se rozumí vytyčení dalších bodů pro určení rozměrů a tvaru stavby ve vodorovném a svislém směru a vytyčení jednotlivých částí a konstrukčních prvků stavby. Kritériem přesnosti vytyčení podrobných bodů štol, kanalizačních stok a kolektorů jsou mezní podélné a příčné odchylky, vztažené k hlavním bodům trasy a mezní výšková odchylka, vztažená k hlavním výškovým bodům. Tyto hodnoty jsou uvedeny v tab. 7.
54
Tab. 7 Mezní
Mezní vytyčovací příčná odchylka pro
vytyčov
vzdálenost d od HB osy δxM
ací
(mm)
Mezní vytyčovací
Druh stavby relativní podélná
D ≤ 100
100 m ≤ D ≤ 350
D > 350
odchylk
m
m
m
výšková δxM (mm)
a δxM Spádové Štoly a
±
přivaděče
1/4000
± 30
± 50
± 80
±8 tlakové ± 20 Sklon ≤ 1%
Inženýrské sítě (s
±
výjimkou kanalizačníc
1/5000
±6 ± 25
± 45
± 70
10%
h stok)
± 12
Kanalizační
±
stoky
1/6000
kolektory
1% ≤ sklon ≤
± 1/6000
± 20
± 40
± 60
± 20
± 40
± 60
sklon ≥ 10% ± 15 ± 12
Tunelování: Mezní vytyčovací odchylka:
δx M = 0,2m (dle firemních prospektů Ingstav Brno) , δxM = 0,02m (pro vzdálenost do 100 m od hlavního bodu dle [4]) , δx M = 0,04m (hodnota dle [4] pro 100-350 m úsek ) .
55
Požadovaná směrodatná odchylka:
σp =
δxM u
,
kde u = 2.
Př. 16: σp = 0,01 m pro δxM =0,02 m a σp =0,02 m pro δxM = 0,04 m.
Požadovaná směrodatná odchylka jednoho měření:
σ0p = σ p * n . Př. 17: σ0p = 0,028 m pro σp =0,02 m a n=2.
Odvození požadovaných směrodatných odchylek určujících veličin prorážky:
σ 0 p = f (σ ω ,σ αO1,O 2 ) . Dle (2.2.2.9) platí:
σ 2 0 p = σ 2 Xn = σ 2 X 1 + d 2 * (n − 1)2 *
σ 2αAB σ 2ω + 2 * [n * (n − 1) * (2n − 1) / 6] , (2.3.2.1) 2 ρ ρ
kde σ 2 X 1 = σ 2 XO1 + d 21,O1 * sin 2 α O1,1 *
Předpoklady:
σ 2 αO1,1 σ 2 αA , B 2 = d . 1,O1 * ρ2 ρ2
(2.3.2.2)
σXO1=0 (jedná se o olovnicový závěs, který je od hlavního bodu vzdálen o délku v řádu decimetrů. Ta je určena svinovacím metrem s mm dělením a leží na ose, dané směrovými ryskami, viz také (2.2.1.13)).
σ
2
0p
σ 2αAB σ 2ω 2 = d O1,1 *σ αA,B + d * 2 * (n − 1) + 2 * [n * (n − 1) * (2n − 1) / 6] . (2.3.2.3) ρ ρ 2
2
2
56
σ
2
0p
[
]
σ 2αA,B σ 2ω 2 2 2 2 = * d O1,1 + d * (n − 1) + 2 * d * [n * (n − 1) * (2n − 1) / 6] . ρ2 ρ
(2.3.2.4)
Ze zkoumaných veličin závisí přesnost prorážky na přesnosti připojení a přesnosti měřeného úhlu v polygonovém pořadu. Vzhledem k použití připojení štíhlým trojúhelníkem na povrchu a zařazení do přímky v podzemí je přesnost připojení známa (důraz na konfiguraci podávající nejlepší výsledky při současném dodržení zavedených pracovních postupů) – viz výše. Zbývá již jen určit požadovanou přesnost měřeného úhlu. Požadovaná směrodatná odchylka měřeného vodorovného úhlu σω:
σ 20 p − σ
2
ω
=
[
σ 2 αA, B 2 * d 2 O1, B + d 2 (n − 1) 2 ρ
d * [n * (n − 1) * (2n − 1) / 6] 2
]
*ρ2 .
(2.3.2.5)
Př. 18: Pro σ0p= 0,028 m, σαA,B=77 cc , n=10, d=20 m, do1,B=6 m dostaneme *σω=53 cc.
Protlaky: Přesnost koncového bodu (prorážka) je závislá na délce díla a přesnosti realizace řídících směrových rysek R1, R2, ale podrobné body se nevytyčují. Protože délka protlaků je menší než 50 m, δxM= 0,02 m, u=2, n=2, σ0p= 0,014 m.
σ 2 0 p = σ 2 XS 2 = d 2 S1, S 2 *
σ 2 αR1, R 2 , ρ2
(2.3.2.6)
požadovaná přesnost určení směrníku R1, R2:
σ
2
αR1, R 2
=
σ 20 p d
2
*ρ2 .
(2.3.2.7)
S 1, S 2
Ze vztahu (2.3.2.7) se určí požadovaná přesnost zadání směru protlaku na základě požadované příčné směrodatné odchylky bodu prorážky a délky úseku.
57
Tab. 8 Hodnoty σαR1,R2 při σ0p= 0,014 m a různých délkách úseku. dS1,S2 [m] σαR1,R2 [cc] 20
446
25
356
27
330
50
178
Z tab. 8 vyplývá, že pro delší úseky, než 27 m by se musel směr protlaku zadat přesněji, než dle (2.2.1.16), aby byly splněny hodnoty dle [4].
2.3.3 Přesnost výškového vytyčení stavby Hlavní výškový bod (HVB) je zpravidla reprezentován značkou s výškou na spodním tělese vyztužení šachty tvořeném ocelovými I-PROFILY. Od tohoto hlavního výškového bodu se pak vychází k zanivelování výšky podkladního betonu a určování výšky podrobných bodů uvnitř štoly.
Pro přesnost výšky koncového bodu štoly (prorážka) vzhledem k ČSNS tedy platí, viz vztah (2.2.3.3):
σ 2 Hprorazky = σ 2 Hl .bod + σ 2 ∆h = σ ´2 0 *R1 + σ ´2 0 *R2 = σ ´2 0 *R ,
(2.3.3.1)
kde R1 – délka nivelačního pořadu bod ČSNS – HVB 1 v [km], R2 - délka nivelačního pořadu HVB 1 – prorážka (konec, HVB 2) v [km]. Pro přesnost vytyčení HVB [4] udává mezní vytyčovací výškovou odchylku. Nejpřísnější pro sklon ≤1% má hodnotu δT∆H=0,005m v zastavěném území.
Požadovaná přesnost metody k určení výšky HVB se určí ze vztahu :
σ 2 HVB = σ ´2 0 *R1 . Předmětem rozborů přesnosti pro podrobné vytyčení je relativní přesnost podrobných výškových bodů vůči HVB. Vztah má tedy tvar: 58
(2.3.3.2)
σ 2 Hprorazky = σ ´2 0 *R2 .
(2.3.3.3)
Mezní vytyčovací odchylka:
δxM = 0,005m (hodnota dle [4] pro zastavěné území).
Požadovaná směrodatná odchylka:
σp =
δxM u
.
Požadovaná směrodatná odchylka jednoho zaměření:
σ0p = σ p * n , σ 2 0 p = σ 2 Hprorazky = σ ´2 0 *R2 ,
σ´ 0 = 2
σ 20 p R2
.
Př. 20: Při δxM=0,005 m, n=2 a R2= 0,2 km je σ´0=7,9 mm, potom σ0 = 5,6 mm.
Odtud vyplývá, že je možno použít nivelační přístroj s kilometrovou směrodatnou odchylkou obousměrné nivelace 5,6 mm nebo lepší.
2.3.4 Přesnost vytyčování objektů budovaných v otevřené rýze Není – li možno potřebné hodnoty určit z údajů ve smlouvě o zhotovení díla, požadované mezní vytyčovací odchylky se určí z [4], odstavec 6.10 Nadzemní a podzemní vedení.
59
2.4 Přesnost polohového zaměření v S-JTSK Zaměření objektů na povrchu Použita polární metoda, proto přesnost zaměření vyplývá ze vztahu (2.1.3.3). Mezi objekty zaměřované na povrchu patří např. osazení betonových trub v otevřeném výkopu před zasypáním, zařízení vstupu do kanalizace (revizní šachta) či poklopy.
Zaměření objektů v podzemí Takovýmto objektem je vyražená štola. Po jejím vyražení a vytažení štítu lze štolu zaměřit polygonovým pořadem připojeným dvěma jamami (šachtami). Jedná se o vetknutý nebo 2x připojený a 1x orientovaný polygonový pořad. Ten začíná na některém již známém bodu (ZOP na počátku štoly) s orientací na některý z olovnicových závěsů buď ve startovací šachtě úseku nebo i v předchozí průběžné šachtě přes vyraženou štolu, jehož souřadnice lze určit z povrchu. Koncovým připojovacím bodem je olovnicový závěs v cílové šachtě. V případě použití 2x připojeného a 1x orientovaného polygonového pořadu máme 2 nadbytečná měření a pořad lze vyrovnat MNČ metodou podmínkových vyrovnání, viz níže.
Stručný postup vyrovnání Detailní postup s odvozením je uveden v [6, str.125-140], dále jsou z této literatury uvedeny především vztahy potřebné pro výpočet.
1) Tvorba podmínkových rovnic: Protože jsou 2 nadbytečná měření, lze stanovit 2 podmínky, které má vyrovnané měření splňovat.
_T
ϕ (t
)=0 .
(2.4.1.1)
( 2 ,1)
2) Přetvořené podmínkové rovnice:
D
( 3, 2 k −1)
*
v
( 2 k −1,1)
60
+
u=0
( 2 ,1)
( 2 ,1)
,
(2.4.1.2)
kde k −1 0 δ xi − δ 2 x1k u1 ∑ , = = ki =−11 u 0 2 ( 2 ,1) u2 ∑ δ yi − δ y1k i =1 − δy1k / ρ cc = D δx1k / ρ cc ( 2 , 2 k −1)
− δy 2 k / ρ cc
δx 2 k / ρ
... − δy k −1,k / ρ cc
cc
...
δxk −1,k / ρ
cc
0 cos ϕ1 0 sin ϕ1
(2.4.1.3)
cos ϕ 2 ... cos ϕ k −1 . sin ϕ 2 ... sin ϕ k −1 (2.4.1.4)
3) Váhy měřených parametrů:
*
P = diag ( pα *
12
,* pω 2 ,* pω 3 ,...,* pωk −1 ,* p d 1 ,* p d 2 ,...,* p dk −1 ) ,
(2.4.1.5)
( r ,r )
kde *pα12 = 2t/(t+1), *pωi = 1, *pdi = m02/mdi2, m0 = mω, symbol t znamená počet orientací. 4) Výpočet korelát: k = −( D** P −1 * D T ) −1 * u = − P * u .
(2.4.1.6)
5) Výpočet oprav měřených veličin: v = *P −1 * D T * k .
(2.4.1.7)
6) Vyrovnané měření:
_
t = *t + v .
(2.4.1.8)
7) Kovarianční matice vyrovnaných měření 1Mt:
1
M t = L** M t * LT + S *2 M x * S T ,
kde
61
(2.4.1.9)
L = E − *P −1 * D T * P * D
( r ,r )
*
M t = m0 ** Pt 2
−1
2
,
S = *P * D T * P * A ,
,
( r ,r )
( r , 4)
M X = diag (σ 2 Xk ,σ 2 Yk , σ 2 Xp ,σ 2 Yp ) .
8) Kovarianční matice vyrovnaných souřadnic:
1
* *M * K + T * 2 M * T . t ( r , 2 rs ) ( 2 rs , 4) x ( 4, 2 rs ) ( 2 rs , r )
Mx = K
( 2 rs , 2 rs )
T
T
( r ,r )
(2.4.1.10)
( 4,4 )
Určení jednotlivých matic:
K
( 2 rs , 2 rs )
= E2 * R ( 2 rs , 2 rs )
F2 E 2 = ( rs ,rs ) ( 2 rs , 2 rs ) ( rsO,rs )
O ( rs ,rs ) F2 ( rs ,rs )
1δ X 1 / ρ BY = ( k −1, 2 ( k −1)) .
( 2 rs , 4 )
,
( 2 rs , 4 )
( 2 rs , 2 rs )
1 1 F2 = . 1
,
B * E1 * L R = X ( 2 rs , r ) BY * E1 * L − δ Y1 / ρ BX = . ( k −1, 2 ( k −1))
T = E2 * N
,
( 2 rs ,r )
0 0 0 1 0 0 , . . . 1 1 1
B *E *S N = X 1 , ( 2 rs , 4 ) B Y * E1 * S
,
cos1ϕ1 −δY2 / ρ .
.
.
.
cos1ϕ 2 .
.
− δ Yk −1 / ρ
sin 1ϕ1
δ X2 / ρ
1
.
sin ϕ 2 . 1
.
.
δ Xk −1 / ρ
1
62
.
.
, . cos1ϕ k −1
, . sin 1ϕ k −1
F1 E1 = ( k −1,k ) O ( 2 k − 2 , 2 k −1) ( k −1,k )
O ( k −1, k −1) E ( k −1, k −1)
,
0 1 0 1 1 F1 = . . . . . . 1 1 1 1 0
2.5 Přesnost zaměření v závazném výškovém systému Zaměření objektů na povrchu Výškové zaměření bývá prováděno trigonometricky současně se zaměřením polohopisu, případně nivelací.
Výchozí vztah pro trigonometrické určení výšky bodu: H 2 = H 1 + vt *s d * cos z − vc .
(2.5.1)
Přechodem na skutečné chyby:
ε H 2 = ε H 1 + ε vt *s d * cos z + vt *s d * cos z * ε d − vt *s d * sin z * ε z − ε vc .
(2.5.2)
Přechodem na směrodatné odchylky:
σ 2 H 2 = σ 2 H 1 + σ 2 vt *s d 2 * cos 2 z + vt 2 *s d 2 * cos 2 z *σ 2 d + vt 2 *s d 2 * sin 2 z *σ 2 z + σ 2 vc . (2.5.3)
Zaměření objektů v podzemí Takovýmto objektem je vyražená štola – 1) před vystrojením, aby se dle zaměřených výškových značek mohlo provést konečné vystrojení, 2) vystrojená štola (kanalizace). Jako měřická metoda je použita geometrická nivelace ze středu, přesnost viz kapitola 2.2.3 a 2.3.
V případě vyrovnání vloženého nivelačního pořadu mezi dva pevné body (výškové body ve startovací a cílové šachtě) se vyrovnané souřadnice bodů nivelačního pořadu určí postupem uvedeným v [7] (kapitola vyrovnání měření s daným součtem). 63
2.6 Zhodnocení kapitoly Kapitola 2 obsahuje rozbory přesnosti používaných měřických metod a u většiny i jejich odvození. Důvodem samostatného odvození byla snaha získat vztahy, použitelné pro tuto problematiku, protože v jiné odborné literatuře, především [5] jsou dílčí vzorce odvozovány za pro náš účel nevyhovujících předpokladů, v nevhodném tvaru nebo úplně chybí. Vzorce převzaté z [1] a [2] jsou podrobněji odvozeny z důvodu možnosti poukázat a zdůvodnit případná použitá zjednodušení pro naše účely. V rozborech přesnosti jsou zkoumány odchylky v souřadnici X, tedy příčném směru vzhledem ke směru stavebního díla. Protože jde o liniové stavby, vytyčovací síť sleduje stavbu a je také liniového tvaru. Z tohoto důvodu lze uvažovat pro teoretické rozbory, že stavba se nachází v souřadnicovém systému, zvoleném tak, že osa Y je ztotožněna se směrem stavby a osa X s příčným směrem, ve kterém jsou zkoumány odchylky. Uvedené postupy a vztahy mají být vodítkem a pomůckou pro další využití v praxi, zejména při působení měřiče na stavbách městských inženýrských sítí budovaných postupem popsaným v této diplomové práci. Komplexně zpracované rozbory přesnosti těchto měřických prací umožní rychlejší orientaci v této problematice a umožní na základě uvedených vztahů rychle vybrat vhodnou měřickou techniku pro navrženou technologii. Rozbory jsou uvedeny v takovém časovém sledu, v jakém probíhají měřické práce. V kapitole je uvedena řada početních příkladů, které dokazují, že použité postupy spolu s měřickou technikou definované přesnosti vedou k dosažení požadované přesnosti vytyčení stavebních objektů. Dále na základě uvedených vztahů uvádí parametry přístrojů, se kterými lze této přesnosti dosáhnout. Kapitola 2.3 obsahuje hodně citace z [3] a [4] ale také autorův vlastní komentář. V kapitolách 2.4 a 2.5 je pojednáno o přesnosti zaměření hotové stavby v závazných systémech S-JTSK a Bpv.
64
3. Hodnocení technologií a navržení některých změn 3.1 Návrhy použití nových technologií a jiného postupu prováděných prací
3.1.1 Zhodnocení různých použitelných připojovacích metod a posouzení nejvýhodnější metody z hlediska přesnosti a typu prováděné stavby V zásadě existuje několik možností připojovacích a usměrňovacích měření:
- připojení jednou jamou a dvěma olovnicemi, - připojení bodem a usměrnění gyroteodolitem, - připojení polygonovým pořadem z povrchu, - připojení polygonovým pořadem přes existující štolu.
3.1.1.1 Připojení jednou jamou a dvěma olovnicemi Připojení na povrchu Směrové body ražby jsou na povrchu stabilizovány ryskami, vyseknutými na horním rámu šachty. Ty jsou nejprve vytyčeny a potom realizovány vyseknutím. Chyba realizace takového bodu však může vlivem nehomogenity materiálu nebo třeba nepatrným zahnutím sekáče dosáhnout hodnot, viz (2.2.1.15). Tyto rysky se potom znovu zaměří. V případě protlaků je směr ražby již pevně dán těmito směrovými body. U štítovaných nebo klasických štol tento směr postačí pro směrové vedení začátku ražby. Pro další vedení je však u těchto štol, které mají oproti hodnotám u protlaků větší délku, vhodné tuto chybu z vyseknutí eliminovat. To se provede připojovacím měřením, kterým se určí směrník olovnicových závěsů, natažených mezi směrovými ryskami.
65
Připojení v podzemí
3.1.1.1.1 Zařazení do přímky Výhodou oproti ostatním typům připojovacích a usměrňovacích měření je, že měřické práce jsou relativně rychlé. Doba pro zařazení přístroje na klasickém stativu do přímky je pro zacvičeného měřiče zhruba 5-10 minut. Existují však i speciální nástavce pro tento typ připojení, umožňující pomocí ovládacích mechanizmů plynulé nastavení přístroje do přímky v příčném směru. Použití tohoto zařízení potom vede mimo časové úspory také k pohodlnějšímu nastavení přístroje do požadované polohy [2]. Další velkou výhodou je to, že z takto určeného volného stanoviska přístroje, které leží s olovnicovými závěsy na linii, lze bezprostředně vytyčit body základní orientační přímky v ose ražby bez nutnosti znát jejich vytyčované souřadnice. To platí za předpokladu, že základní orientační přímka bude ležet na přímce s olovnicovými závěsy a volným stanoviskem zařazeného přístroje. Takovou základní orientační přímku lze realizovat prostým nastavením a vytyčením směru na body olovnic či vytyčením přímého úhlu 200 g v závislosti na tom, kde se vytyčované body budou vzhledem ke stanovisku přístroje nacházet. Tento předpoklad je však u tohoto typu staveb splněn vždy. Nevýhodou oproti ostatním typům připojení je o něco nižší přesnost (zhruba 70 cc), ta je ale i tak pro tyto účely postačující. Dle (2.2.2.4) závisí přesnost připojení zařazením do přímky na průměru olovnicového závěsu (tloušťce). Vliv tloušťky olovnicového závěsu by ale šlo snížit použitím speciálních rámečků navržených pro tyto účely, viz [2].
3.1.1.1.2 Připojení metodou štíhlého trojúhelníku Výhodou tohoto typu připojovacího a usměrňovacího měření je jeho velká přesnost. Při splnění všech požadavků na měřické vybavení a konfiguraci připojovacího obrazce lze dosáhnout směrodatné odchylky směrníku olovnicových závěsů dle (2.2.1.9) a tab. 1 σβ = 21 cc. [1] uvádí hodnotu až σβ = 7,5 cc Nevýhody této připojovací a usměrňovací metody jsou:
66
- musí se změřit parametry štíhlého trojúhelníku (vrcholový úhel α a tři délky), - bez znalosti vypočtených souřadnic a směrníku olovnicových závěsů nelze přímo vytyčit značky, definující směr ražby (je potřeba určit vytyčovací prvky), - z důvodu použití trojúhelníku jako připojovacího obrazce nelze vytyčením přímého úhlu získat body na linii s olovnicovými závěsy, které udávají směr ražby a je prakticky téměř nemožné z takového stanoviska vytyčené body důlního bodového pole, které by ležely na linii s olovnicovými závěsy stabilizovat. Vytyčování přímého úhlu (200 g) je oproti lomenému polygonovému pořadu u těchto stavebních děl výhodné z důvodu stabilizace důlního bodového pole ve spárách mezi stavebními dílci ve stropě štoly. Kdyby byly vytyčovány obecně položené body důlního bodového pole, jejich stabilizace zatloukáním ocelových hřebů do materiálu stavebních dílců by byla velmi obtížná, ne-li nemožná (viz také kap. 1.1). Kromě toho by také při rozbití stavebního dílce, který má rovněž ochranné funkce, mohlo dojít k ohrožení života či zdraví osob. Stabilizace bodového pole v linii také poskytuje rychlou kontrolu stability bodů a možnost prodlužování linie ražby a kontrolu směrového vedení ražby z posledních bodů bodového pole do dalšího příjezdu měřiče. To má význam pro stavaře, kteří na rozdíl od měřiče neovládají měřickou techniku ani souřadnicové výpočty, nutné při počítání zalomeného rajonu či polygonového pořadu. Řešením pro realizaci bodového pole na středu štoly by bylo vytyčení těchto bodů pomocí vytyčovacích prvků ze ZOP, ležící přibližně na středu štoly. To by se provedlo tak, že druhý bod ZOP by se zvolil ve středu štoly, přibližně v zákrytu s olovnicovými závěsy a byl by zaměřen z prvního bodu ZOP (vrchol trojúhelníku), který by také musel být stabilizován ve stropě. Z koncového bodu této ZOP by potom byly vytyčeny další směrové body ražby. Opět platí, že je nutno pro vytyčení znát souřadnice ZOP, proto tato metoda je časově náročnější a použití doporučuji spíše pro delší díla, u kterých by svou přesností nepostačovala metoda zařazení do přímky.
3.1.1.1.3 Připojení metodou Foxova čtyřúhelníku Výhodou je přesnost určení směrníku bodů stanovisek přístroje. [1] uvádí směrodatnou odchylku směrníku připojovací strany tvořené stanovisky přístroje A,B σαA,B = 15 cc Oproti metodě štíhlého trojúhelníku nejsou měřeny žádné úhly, pouze délky.
67
Nevýhody této metody jsou stejné, jako u předchozího typu připojovacího a usměrňovacího měření. Oproti metodě štíhlého trojúhelníku je tu složitější výpočet hledaných hodnot, který lze ale naprogramovat. Další nevýhodou je, že měření probíhají na dvou stanoviskách a aby se měřická stanoviska nenacházela v těžební šachtě, je nutné oboustranné náraží.
3.1.1.2 Připojení bodem a usměrnění gyroteodolitem Výhodou této metody je možnost získání směrníku určované strany, která se může nacházet kdekoliv v podzemí, bez nutnosti úhlového připojení na existující bodové pole. Pro tuto metodu hovoří i přesnost určení azimutu měřené strany. Podle [1, str. 26] lze takový azimut určit s přesností, v závislosti na kvalitě použitého přístroje a podmínkách měření, σA = 10 až 100 cc.
Nevýhodou je nutnost pořízení další přístrojové techniky (gyroteodolitu) a jeho větší rozměry. Mimo samotného gyroteodolitu, který sám o sobě má větší hmotnost než klasické měřické přístroje či totální stanice, je pro něj potřeba mít mohutný stativ a poměrně těžký zdroj napětí (akumulátor).
Použití gyroteodolitu je z výše uvedených skutečností výhodné u delších tunelovaných děl, jako jsou například tunely dopravních staveb či hlubinné doly. U staveb kanalizací a kolektorů, kde ražené úseky mezi šachtami málokdy překračují hodnotu 200 m, jsou výhodnější jiné typy připojení. Jde-li však o delší ražené úseky či ekonomicky důležitější stavbu, jde o přesnou a účinnou měřickou metodu, kterou lze využít třeba jen ke kontrole usměrnění bodového pole v podzemí.
3.1.1.3 Připojení polygonovým pořadem z povrchu Umožňují-li parametry startovací šachty, jako jsou hloubka a délka, viditelnost do šachty a přenesení bodového pole z povrchu do podzemí polygonovým pořadem, jedná se o nejvýhodnější variantu připojení podzemního díla. Výhodou je přesnost určení směrníku základní orientační přímky a rychlost, kdy odpadá ztráta času s instalací olovnicových závěsů a docílení jejich klidové polohy. Body základní orientační přímky lze vytyčit přímo ve směru ražby.
68
3.1.1.4 Připojení polygonovým pořadem existující štolou Dojde-li k proražení předchozího úseku trasy do startovací šachty nového úseku, lze připojovací a usměrňovací měření provést s využitím této proražené štoly.
Výhodou je výchozí bodové pole v předchozí štole, sloužící jako vytyčovací stanovisko, které se nachází v podzemí a jeho souřadnice jsou z důvodu uzavření polygonového pořadu na bodu realizovaném olovnicovým závěsem ve startovací šachtě nového úseku vyrovnány. Díky relativně dlouhé záměře, která může cílit například až na orientační bod v předchozí šachtě tvořený třeba olovnicovým závěsem je přesnost připojovacího směrníku vysoká. Vzhledem k tomu, že předchozí štola bývá před začátkem ražby následujícího úseku proražena zřídka kdy, není většinou tato možnost pro usměrnění bodového pole při začátku ražby použitelná. Lze ale použít po proražení do startovací šachty ke zpřesnění nebo kontrole usměrnění bodového pole této ražené štoly.
Závěr Dle uvážení všech výhod i nevýhod výše uvedených metod připojovacího a usměrňovacího měření, které jsou tam uvedeny, jsem je seřadil sestupně od nejvýhodnější až po nejméně vhodnou pro tento typ staveb: 1. Připojení polygonovým pořadem z povrchu – pokud je proveditelné, 2. Připojení polygonovým pořadem přes existující štolu – pokud je proveditelné, 3. Připojení v podzemí zařazením stanoviska přístroje do přímky – proveditelné vždy, 4. Připojení metodou štíhlého trojúhelníku – proveditelné vždy, doporučuji použít pro delší díla, 5. Připojení bodem a usměrnění gyroteodolitem – proveditelné vždy, 6. Připojení metodou Foxova čtyřúhelníku – pokud je proveditelné,
3.1.2 Použití stavebního laseru Dle možnosti využití lze stavební lasery rozdělit do dvou skupin. Na lasery kanálové (kanalizační) a laserové rozmítače. Rozdíl mezi oběma typy laserů spočívá v odlišném využití
69
laserového paprsku. Kanalizační lasery vytváří záměrnou laserovou přímku, zatímco laserové rozmítače vytváří rovinu pomocí rotace laserové hlavy v přístroji.
3.1.2.1 Kanalizační laser Výhoda nasazení kanalizačního laseru spočívá v možnosti sledovat směrové i výškové vedení pokládaného potrubí nebo ražené štoly v reálném čase. To lze kontrolovat pomocí viditelného laserového paprsku, který je možno nastavit v požadovaném směru a sklonu. Detektorem je obvykle terč dodávaný jako příslušenství stavebního laseru, který obsahuje soustavu soustředných kružnic o známém rozestupu. Z velikosti a směru výstřednosti dopadeného laserového paprsku vůči středu tohoto terče potom lze okamžitě zjistit polohu konce pokládané trouby či čelby štoly a rozhodnout o velikosti příčné a výškové korekce stavebního tělesa.
Tunelovaná díla Použití kanalizačního laseru pro tunelovaná díla má řadu omezení. Osazení laseru v takové poloze, aby jím bylo možno vytyčovat osu ražby ve středu štoly není často možné provést. Důvod je ten, že kdyby byl trvale umístěn ve štole, bránil by potom v průchodu pracovníků ve štole a rovněž by zavazel důlní dopravě. Řešením by mohlo být umístění v šachtě, ale tady by zase mohl být ohrožen při vytahování vany s vytěženým materiálem nebo padajícím předmětem. Tady by záleželo na velikosti šachty. Umístění na boku štoly by zase vyžadovalo speciální zásah měřiče v podobě vytyčení centračního bodu – stanoviska pro laser a orientačního bodu odsazené osy spolu s několika zajišťovacími body. Řešením by bylo dočasné umístění ve štole s centrací pod některým existujícím bodem osy s nastavením směru na další bod osy. Tato varianta však už představuje oproti předchozím určité navýšení práce při centraci a orientaci a omezení stavebních prací v šachtě, podobně jako v případě klasických geodetických metod.
Použití kanalizačního laseru selhává při výskytu oblouků v trase. Důležitou roli také hraje, do jaké bezpečnostní třídy je daný přístroj zařazen. Z toho vyplývá možnost jeho použití při probíhajících stavebních pracích s výskytem pracovníků v zasaženém prostoru. Z výše uvedených důvodů je použití laseru u tohoto typu staveb méně výhodné.
70
Pokládka potrubí Naopak s výhodou lze kanalizačního laseru použít pro pokládaná potrubí. Směr osy pokládky se v takovém případě nastaví orientací na některý vzdálenější bod osy, vytyčený klasickými geodetickými metodami. Sklon osy se realizuje nastavením požadované hodnoty na přístroji. Nutností však je znát nadmořskou výšku výchozího bodu pokládky a je vhodné občas výšku položeného potrubí zkontrolovat i klasickou metodou.
V případě volně položených přístrojů je důležité stabilní postavení. Důležitou vlastností přístroje z tohoto pohledu je, zda je vybaven kontrolním mechanismem pro zjištění změny polohy.
Přesnost kanalizačního laseru Dosah běžných kanalizačních laserů udávaný různými výrobci je kolem 200 m i více. Co se týče přesnosti vytyčení vodorovného směru a hlavně sklonu, katalogové údaje některých prodejců nebo výrobců ji buďto neudávají, nebo udávají ne zcela jednoznačné formulace o této přesnosti. Jedná se například o uvedení hodnoty 0,5 – 1,5 mm bez udání vztahu k délce záměry. Dalším příkladem je formulace „nejmenší rozlišitelná hodnota sklonu je 0,001 %“. Z tohoto tvrzení zase není zřejmé, zda se skutečně jedná o přesnost realizace sklonu, nebo jen o nejnižší zobrazitelnou hodnotu na displeji přístroje nebo jde o parametry kompenzátoru přístroje. Proto doporučuji přesnost přístroje ověřit u prodejce nebo přímo u výrobce.
Cena kanalizačního laseru Důležitým faktorem v rozhodování, zda kanalizační laser pořídit je jeho cena a návratnost investice v porovnání s prostředky dnes již klasické měřící techniky. Například cena kanalizačního laseru výrobce LASER ALIGNMENT , model 6700 je zhruba 166 tisíc Kč s DPH.
Výhodou kanalizačního laseru je zvýšení efektivity určitých typů prací – platí hlavně pro pokládku potrubí. Výhodou totální stanice je zase její univerzálnost.
71
Závěr Kanalizační laser doporučuji pořídit a zavést v případě staveb pokládaných kanalizačních trub.
3.1.2.2 Laserové rozmítače Použití laserového rozmítače připadá v úvahu při povrchových činnostech plošného charakteru, jako je vytyčování rovin. Jeho využití v podzemí je u zaměřování výškových poměrů štoly. Po zjištění nadmořské výšky laserového horizontu lze zaměřit výškové poměry ve štole pouze s jedním pracovníkem, který chodí s nivelační latí a zapisuje hodnoty laťového úseku. To spolu se zrychlením měřického postupu, kdy odpadá přenášení přístroje z důvodu krátké viditelnosti zvyšuje efektivitu práce.
Přesnost laserového rozmítače Přesnost většiny přístrojů je udávána výrobci v rozmezí 4 až 5 mm na 100 m délky.
Cena laserového rozmítače Cena těchto přístrojů se pohybuje zhruba v rozmezí od 45 tisíc Kč.
Závěr Pořízení tohoto přístroje není z důvodu účelu použití hlavně pro povrchové práce plošného charakteru vhodné. Stavby typu například čističek odpadních vod, kde se vytyčování roviny hodně vyskytuje, nebyly u firmy, kde jsem se zúčastnil odborné praxe příliš časté. Použití přístroje v podzemí je díky přesnosti na úrovni stavebních nivelačních přístrojů vhodné spíše pro kontrolní zaměření nižší přesnosti a hledání hrubé chyby ve výšce.
Z výše uvedených důvodů pořízení takového přístroje pro firmu s výše uvedenou činností nedoporučuji.
72
3.1.3 Zaměřování vnitřních prostor Takovými prostorami jsou v případě městských inženýrských sítí objekty revizních šachet. Jejich velikost závisí na průměru kanalizace či kolektoru a hloubce uložení. U kmenových kanalizačních sběračů nebo kolektorů, které mohou být umístěny ve větší hloubce může jít o objekt velkých rozměrů, který může mít i více výškových horizontů (pater).
Měření těchto prostor pomocí pásma, skládacích metrů či nivelačních latí je často velmi namáhavé. Použití totální stanice není většinou možné z důvodu nedostatku místa pro stanovisko přístroje a také z důvodů efektivity práce, navíc většina těchto dnešních přístrojů neposkytuje možnost délkových měření bez odrazného hranolu.
Výhodným řešením pro tyto situace jsou ruční dálkoměry. Jejich předností jsou malé rozměry, nepříliš velká hmotnost a hlavně možnost měření délek i bez odrazného hranolu. Zástupcem této techniky jsou například laserové dálkoměry DISTO od firmy LEICA. Naměřené délky lze odečíst přímo z displeje nebo elektronicky registrovat. Přesnost délek udávaná dle modelu 1,5 – 5 mm je naprosto dostačující, dosah bez odrazné destičky je 30 m.
Cena takového přístroje je zhruba 16 tisíc Kč u modelu bez možnosti elektronické registrace
3.2 Zhodnocení nešvarů se kterými jsem se setkal, návrh řešení 3.2.1 Kvalita projektu Z pohledu kvality projektu stavby lze tyto projekty rozdělit do dvou skupin. Jsou to projekty lepší a horší.
U lepších projektů jsou mimo grafické a písemné dokumentace se zákresem stavby v mapě vhodného měřítka i koordinační výkres celé stavby. Ten obsahuje celkové znázornění situace nebo i časové údaje pro výstavbu jednotlivých větví kanalizačního sběrače. Z
73
obecných informací tu lze zjistit počet šachet, délky jednotlivých ražených úseků, průměr ražené štoly či potrubí a spád. V grafické mapě bývá ve vhodném měřítku zakreslena startovací a cílová šachta se zákresem trasy spojovací štoly. Při vhodném měřítku může být na jednom listu zobrazeno i více úseků. Charakteristické body šachet jako rohy jsou očíslovány a mají projektantem stanoveny souřadnice. Dále je součástí projektu výškopisná část s uvedením výškopisného určení stavby.
Poněkud volnější způsob zadání trasy je ten, že jsou zadány pouze souřadnice lomových bodů osy. Umístění a orientace takové šachty potom závisí na rozhodnutí dodavatele s omezením, aby nebyla překročena případná ochranná pásma a aby samozřejmě obsahovala projektovaný lomový bod osy. Dalším požadavkem u takto zvolené orientace a umístění štoly je, aby vjezd štoly či zápich do stěny při startu štoly nevedl přes ocelové pilíře vyztužení šachty. Tím by byla ohrožena statika šachty. Umístění takové šachty potom obvykle naprojektuje geodet dodavatele nejčastěji dle dohody s odpovědným pracovníkem stavby.
U horších projektů se geodet často setkává s případy, kdy trasa stavby je zakreslena pouze na kopii katastrální mapy měřítka třeba 1 : 2880. Souřadnice lomových bodů nejsou vůbec dodány a ty se potom musejí odečíst z takovéto mapy. Náležitosti projektu z hlediska stavebního zákona jsou uvedeny v [13, §18]. Z hlediska přesnosti vytyčování si myslím, že poslední varianta není moc vhodná, protože přesnost prostorové polohy takové stavby je potom ovlivněna kvalitou mapového podkladu a chybou souřadnic, sejmutých z mapy. Proto navrhuji zadávat polohu bodů stavby výhradně číselnými hodnotami souřadnic.
3.2.2 Problematika přesnosti prostorového umístění stavby Katalogové údaje a propagační dokumenty stavební firmy mohou obsahovat ne příliš jasně formulované údaje o přesnosti prostorového umístění stavby či jejích parametrů. Informace typu, že „odchylka skutečné osy štoly od projektované se povoluje v rozmezí ±200 mm směrově a ±100 mm výškově“ neobsahuje údaje o tom, zda se jedná o parametry nevystrojené štoly, to je pouze vyraženého díla chráněného železobetonovým ostěním či již vystrojené štoly, to je hotového stavebního výrobku se zabudovaným obložením z keramických tvarovek či sklolaminátových trub. 74
Z takových informací také nelze usoudit, co tyto hodnoty znamenají z hlediska rozborů pro určení přesnosti geodetických vytyčovacích prací. Není příliš jasné, zda se jedná o stavební toleranci či mezní vytyčovací odchylky nebo nějakou jinou veličinu. Také číselná hodnota je udána bez vysvětlení, zda tato přesnost je vztažena k nějakému určitému intervalu délky díla či je platná pro všechny stavby bez omezení ve vztahu ke geometrickým rozměrům. Takto nepříliš jasně formulovaná přesnost může být splněna krátkým stavebním dílem, ale u dlouhého díla pak může být v důsledku zákona hromadění chyb při geodetických i stavebních pracích již nedosažitelná.
Vzhledem k malému povědomí o souvislostech při geodetických pracích potom třeba ani odpovědný pracovník firmy, který takové katalogy či směrnice tvoří, není schopen na takovouto otázku uspokojivě odpovědět. Proto možnosti, jaké přesnosti lze reálně dosáhnout by se měly před vydáním zkonzultovat se zeměměřičem. Ten by měl být k tvorbě takovýchto dokumentů přizván a vyslechnut jeho odborný posudek a návrhy.
V případě, že požadovanou přesnost prostorového a podrobného vytyčení stavby nelze jednoznačně určit dle hodnot, uvedených ve smlouvě o zhotovení díla, určí se požadovaná přesnost vytyčení dle hodnot uvedených v [3].
3.2.3 Zhodnocení problematiky zaměření skutečného provedení stavby Na dokončenou stavbu je kladen požadavek zaměření provedení skutečného stavu stavby, viz [12-§104 odst. 2] a [13-§30 odst. 2, písm. b]. Z důvodu objektivity takovéhoto zaměření si myslím, že zaměřování skutečného provedení stavby by měl provádět geodet investora. Častým nedostatkem bývá, že toto zaměření provádí v lepším případě geodetická firma najatá zhotovitelem. V horším případě pak je prováděna geodetem stavební firmy. Na geodetickou firmu či zaměstnance s takovým postavením vůči objednateli – tedy stavební firmě, která je zhotovitelem stavby pak mohou vznikat tlaky na řekněme „příznivější prezentaci výsledků zaměření“. Proto by investor měl ve svém zájmu geodetickou firmu najímat sám, protože tady není již teoretický důvod k obavám o objektivitu zpracovaných výsledků.
75
Je-li tato praxe prováděna jen z důvodu, aby investor ušetřil prostředky, které by za měřické práce najaté geodetické firmě zaplatil, je možné tento případ ošetřit ve smlouvě o zhotovení stavebního díla. V té se může uvést odstavec, že před převzetím dokončené stavby si investor vyhrazuje právo na zajištění vlastí geodetické firmy pro zdokumentování skutečného provedení stavby a že náklady na pořízení geodetické dokumentace takovou firmou budou zpět proplaceny investorovi, s uvedením předběžné ceny zakázky.
3.3 Polemika s požadovanou přesností vytyčování dle normy ČSN 73 0420-2 3.3.1 Zdůvodnění, proč nejsou v teoretické části použity rozbory přesnosti pro vytyčované body v podélném směru (ve směru ražby) Mezní vytyčovací odchylkou v podélném směru (při vytyčování v místním souřadnicovém systému stavby se jedná o souřadnici y) je z časového hlediska u tohoto typu stavebních objektů nehospodárné se zabývat. Důvodem k tomuto tvrzení je skutečnost, že z hlediska pohledu chybového modelu geodetických úloh se vytyčované body nachází s jistou pravděpodobností danou intervalem konfidence u v geometrickém útvaru, který se blíží chybové kružnici. Rozdíly směrodatné odchylky v podélném a příčném směru nejsou velké a tedy chybovou kružnici lze pro hromadění chyb uvažovat. Dalším důvodem je technologie výstavby kanalizačních stok a kolektorů. Ať už se jedná o výstavbu štítováním, protlaky či klasickými štolami, společné je to, že před vlastní ražbou je již délka raženého úseku pevně dána buď startovací a cílovou šachtou, startovací šachtou a cílovým bodem či bodem prorážky. Navíc koncové body osy, které jsou dle projektu lomovými body osy štoly se nacházejí zhruba uprostřed šachty a při jejím vyhloubení musí být tedy na povrchu nutně zničeny. Za hlavní body jsou potom zvoleny body osy, které se vytyčí a stabilizují již na existujícím tělese šachty. S výhodou se za hlavní bod ve startovací šachtě může zvolit značka, tvořená vyseknutou směrovou ryskou, která slouží k přenesení směru ražby do podzemí. Jako druhý hlavní bod osy buď slouží lomový bod osy dle projektu, stabilizovaný například hřebem před vykopáním cílové šachty. Ten může být po vykopání cílové šachty nahrazen značkou na rámu, která značí bod osy a zároveň místo zápichu osy ražby do stěny šachty. U tohoto typu staveb je důležité hlavně směrové a výškové vedení. Případná malá nejistota v délce má vzhledem k liniovému charakteru díla zanedbatelný vliv na přesnost v příčném
76
směru. Na zjištění staničení od začátku úseku také rozhodně není důležitá přesnost v řádu milimetrů, i když v důsledku použitých měřických metod a univerzálního přístrojového vybavení je s těmito požadavky dosažená přesnost v podélném směru slučitelná. V důsledku by však ani případná nepřesnost v řádu centimetrů v podélném směru neměla z důvodu již zmíněného liniového charakteru vliv na funkčnost a stabilitu či životnost stavby.
3.4 Zhodnocení kapitoly Tematicky se kapitola 3 zabývá zhodnocením použitelných měřických technologií u některých typů činností a navrhuje některé inovace nebo nové postupy. V části 3.1.1 je provedeno zhodnocení možných technologií připojovacího a usměrňovacího měření s doporučením nejvýhodnějšího postupu. Kapitola 3.1.2 se zabývá možnostmi použití laserové techniky na stavbách uvedených v této práci. Hodnotí přínos této technologie s názorem na její využití. Použita literatura [8] a [9]. V kapitole 3.1.3 je pojednáno o zaměřování vnitřních prostor a je navrženo použití jiné přístrojové techniky. Použita literatura [9]. Část 3.2.1 obsahuje zamyšlení nad kvalitou projektů stavebního díla z hlediska prostorového umístění, se kterými jsem se setkal a navrhuje změny. Kapitoly 3.2.2 a 3.2.3 popisují některé nedostatky firemní dokumentace a v zadávání zaměření skutečného provedení stavby z mého pohledu a je navrženo řešení. V poslední části 3.3.1 poněkud polemizuji s přesností uvedenou ve [4] a zdůvodňuji svůj použitý postup hodnocení přesnosti geodetických prací, viz kapitola 2.
4. Závěr Byly splněny cíle práce, popsané v úvodu. Dílčí závěry jsou uvedeny vždy na konci příslušné kapitoly.
77
Seznam příloh Příloha 1: Vyhodnocení průběhu vytyčovacích geodetických prací z ražby štítované štoly DN 3050 pro kanalizační sběrač „D“ III. stavby I. etapy, z šachty č. 5 do šachty č. 12, kterou prováděl Ingstav Brno a.s., Kopečná 20 podle projektu zpracovaného v Hydroprojektu Ostrava.
Příloha 2: Ukázka z dokumentace skutečného provedení stavby.
Příloha 3: Situace důlního a povrchového důlního bodového pole, kanalizační sběrač „D“ Ostrava, III. stavba mezi Š5 a Š12 v měřítku 1 : 2000.
Příloha 4: Fotografie z provozů.
Příloha 5: Protokoly o vytyčení stavby firmou Musco-Geo s údaji o bodovém poli.
Příloha 6: CD obsahující text diplomové práce, přílohu 1, přílohu 2, přílohu 4, měřické zápisníky, výpočetní protokoly a datové soubory ve formátu GEUS.
78
Použitá literatura: [1] Novák Z. , Hánek P.: Geodézie v podzemních prostorách, Praha, ČVUT 1995. [2] přednášky z předmětu Geodézie v podzemních prostorách, školní rok 2002/2003. [3] ČSN 73 0420-1 Přesnost vytyčování staveb – základní požadavky, ČNI 2002. [4] ČSN 73 0420-2 Přesnost vytyčování staveb – vytyčovací odchylky, ČNI 2002. [5] Novák, Z., Procházka, J.: Inženýrská geodézie I, Praha, ČVUT 1996. [6] Jandourek, J.: Geodézie 50 – Vyrovnání účelových geodetických sítí v E2 a v E3, Praha, ČVUT 2000. [7] Böhm, J., Radouch, V., Hampacher, M.: Teorie chyb a vyrovnávací počet, Praha, GKP 1990. [8] Kašpar, M.: Laserová technika ve stavebnictví, Praha, STAMP – Stavební informace 1996. [9] firemní prospekty Pentax, Laser alignment, Geodezie Brno, Ingstav Brno, projektová dokumentace z Ingstav Brno. [10] Vyhláška č. 435/1992 Sb. Českého báňského úřadu o důlněměřické dokumentaci při hornické činnosti a některých činnostech prováděných hornickým způsobem ve znění vyhlášky Českého báňského úřadu č. 158/1997 Sb., kterou se mění a doplňuje vyhláška Českého báňského úřadu č. 435/1992 Sb., o důlněměřické dokumentaci při hornické činnosti a některých činnostech prováděných hornickým způsobem. [11] Vyhláška č. 55/1996 Sb. Českého báňského úřadu o bezpečnosti a ochraně zdraví při práci a bezpečnosti provozu při činnosti prováděné hornickým způsobem v podzemí. [12] Zákon 50/1976 o územním plánování a stavebním řádu (stavební zákon). [13] Vyhláška Ministerstva pro místní rozvoj č. 132/1998 Sb., kterou se provádějí některá ustanovení stavebního zákona.
79
80
