Применение новых методик для наблюдений за подкрановыми путями

Применение электронных тахеометров. Электронные тахеометры позволяют значительно облегчить труд и повысит производительность полевых и камеральных работ. Универсальные приборы объединяют в себе возможности электронных теодолитов и дальномеров, снабжены устройством хранения и обработки данных, имеют встроенное программное обеспечение для решения различных прикладных задач

В электронных тахеометрах реализованы последние достижения в области механики, оптики и электроники. Уникальный дальномер позволяет работать с призменными отражателями и без отражателя, обеспечивая измерение расстояний, в зависимости от марки прибора, с точностью от ±(1+1×10^-6D)мм до ±(5+3×10^-6D)мм. Точность измерения углов от 1" до 6" в зависимости от марки.

При использовании электронных тахеометров можно сразу получать с высокой точностью пространственные прямоугольные координаты (x, y, z) в относительной системе координат (при помощи полярной засечки и тригонометрического нивелирования). То есть при съемке подкранового оборудования можно одновременно получать плановые и высотные характеристики [58].

Предлагаемая методика включает в себя последовательность следующих работ.

Прибор устанавливают так, чтобы с данной точки были видны оба рельса по всей протяженности, либо их часть (при съемке подкрановых путей с нескольких станций). Тахеометр ориентируют вдоль оси (примерно параллельно) рельсов. Подкрановые пути разбивают на равные отрезки так, чтобы точки на разных рельсах находились в одном сечении перпендикулярном им (но не более 5 м). Схема расположения прибора относительно рельсов представлено на рис. 9.5.

Рис. 9.5. Схема наблюдений

Монтажник ходит по подкрановым путям крана опорного типа и через определенные интервалы ставит специальную марку представленную на рис. 9.6. При этом отражатель ориентируют в сторону тахеометра. Марку устанавливали по внутренней стороне рельса. При недостаточной освещенности марку для более точного наведения подсвечивали с помощью фонарика.

Для съемки подкрановых путей кранов подвесного типа применяли специальную марку представленную на рис.9.6. Она прицепляется к низу рельса при помощи прижимного колесика и катится по нему, приводимая в движение при помощи электромоторчика (или веревки).

Измерения тахеометром производились в относительной системе координат. Координаты тахеометра были x = 0, y = 0, z = 0.

Данная методика отличается простотой, быстротой и удобством и позволяет достичь, требуемую точность и учесть специфику данного вида работ.

Рис. 9.6. Специальная марка для кранов опорного типа

1 – трипель-призма заключенная в оправу; 2 – марка;

3 – П-образный кронштейн; 4 – закрепительный винт

Оценка точности данного способа определения пространственных координат при помощи полярной засечки и тригонометрического нивелирования представлена ниже.

Приращения координат и превышение определяют по формулам

; ; , (9.10)

где s – длина линии; n, – вертикальный и горизонтальный угол; h – превышение; Dx, Dy – приращения координат.

Продифференцировав уравнения (9.10) получим

; (9.11)

.

Тогда выражения для средних квадратических погрешностей будут следующими:

, (9.12)

где m – средная квадратическая погрешность.

При достаточной точности измерения длины тригонометрическое нивелирование по точности может конкурировать (не уступает) с геометрическим нивелированием.

По результатам полевых наблюдений мы имеем пространственные прямоугольные координаты рельсов.

Расстояния между точками L _i ^/ находящихся на плоскости перпендикулярной осям рельсов вычисляли при помощи обратной геодезической задачи. Расстояния между осями рельсов L _i равно расстоянию между данными точками и ширине рельса ш. Имея практические L _i и проектное значение L_пр расстояние между осями рельсов, можно получить их уклонения D _i по формуле:

, (9.13)

; .

Вычисление уклонений от створа производилось следующим образом. Значения уклонений имеют знак «плюс» – при смещении точки вправо от направления створа и «минус» – при смещении точки влево, при этом створ задается по направлению от начальной точки к конечной (рис. 9.7.).

Рис. 9.7. Знак величины отклонения

Вычислялись сначала расстояния от начальной точки до последующих и дирекционные углы этих линий (обратная геодезическая задача). Разность дирекционных углов дает малые углы между створом и направлением на данную точку. Решая прямоугольные треугольники находим уклонения от створа, используя формулы:

;

; , (9.14)

где S _i - расстояния от начальной точки до последующих; a _i - дирекционные углы; n _i - малые углы; d _i - уклонения от створа.

Для правого рельса выполняем аналогичные вычисления. Так как створы левого и правого рельса не параллельны, то нужно привести правый створ относительно левого по формуле

. (9.15)

Контролем вычислений является сходимость уклонений расстояний между рельсами от проектного и суммы уклонений от створа

. (9.16)

Рельсы при рихтовке могут только поднимать при помощи подкладок. Следовательно, от всех отметок вычитаем максимальную и получаем отрицательные условные отметки рельсов по формуле:

. (9.17)

По результатам вычислений строятся графики плановых и высотных характеристик подкранового оборудования.

В особо сложных условиях можно проводить съемку подкрановых путей с нескольких станций.

Преобразование декартовых прямоугольных координат при одновременном переносе и повороте осей.

Пусть х, у — координаты произвольной точки Р относительно первой декартовой системы координат. Пусть , – координаты этой же точки Р относительно второй декарто­вой системы координат. Начало координат второй системы O не совпадает с началом первой системы Oxy и имеет относительно последней координаты центра x ₀, y ₀, а оси первой системы соответственно развернуты на угол q осям второй системы; угол отсчитывается в положительном направлении [58].

Определение деформации подкрановых путей пространственной угловой засечкой с лазерной индикацией цели. Для обслуживания надземных подкрановых путей и выполнения ремонтных работ используют, как правило, подвесные кра­ны с дистанционным управлением с помощью кабеля. Подкрановые пу­ти таких кранов располагаются на значительной высоте от пола. Недоступность путей, отсутствие видимости с пола из-за оборудова­ния делают фактически невозможным применение традиционных способов определения планового и высотного положения путей.

В таких случаях положение путей может быть определено пространствен­ной прямой угловой засечкой двумя теодолитами 2Т2, установленны­ми над конечными точками базиса. Так как визирные цели на путях невозможно отметить из-за их недоступности, то визирные це­ли обозначались подсветкой нижней кромки двутавровых балок путей лазерным излучением. Для этого используется лазерный визир ЛВ-5М, который располагается на полу и устанавливается в любом удоб­ном месте. Лазерный визир ЛВ-5М имеет ограниченный угол наклона трубы в вертикальной плоскости до 10°. Поэтому для направления излучения под любым углом на объектив коллиматора одевалась пря­моугольная призма. На призме укреплялся поляроид для гашения из­быточной яркости излучения, так как сильная контрастность красно­го светового пятна подсветки лазером на темном фоне ведет к утом­ляемости глаз наблюдателя и снижению точности визирования.

Рассматриваемый способ был отработан на заблокированном из-за де­формации путей кране. Путь представляет собой три двутавровые балки, каждая из которых подвешена через 6 м в семи точках к строитель­ным элементам покрытия цеха. Расстояние между соседними балками (ширина колеи) 7,5 м.

Базис длиной 15 м был разбит рулеткой на площадке у торце­вой стены цеха, предназначенной для осмотра крана. Площадка рас­полагалась ниже путей. На концах базиса устанавливались теодоли­ты 2Т2 с электрической подсветкой сетки нитей трубы и отсчетного устройства, так как освещенность в цеха была недостаточной. Ла­зерный визир ЛВ-5М устанавливался на полу. Направление сфокуси­рованного излучения менялось вращением прямоугольной призмы на объективе и наклоном трубы визира до тех пор, пока не начинала подсвечиваться нижняя кромка двутавровой балки в точке, симметричной относительно элементов крепления балки. Точка наблюдалась одновременно обоими теодолитами. Так наблюдались три точки на трех балках одного поперечного сечения путей, затем три точки следующего через 6 м сечения в местах подвеса двутавровых балок. Схема наблюдения представлена на рис.9.8.

Рис.9.8. Схема прямой угловой засечки

А, В и С – наблюдаемые точки; 1-2 – базис в;

3 –точка установки лазерного визира.

Теодолитами измерялись горизонтальные углы засечки на соответствующие точки балок А,В и С одним приемом и вертикальные углы также одним приемом. Начальное направление теодолитов вдоль базиса устанавливалось взаимным визированием их через объективы на подсвеченную сетку нитей трубы. Все измерения выпол­нялись при одной установке теодолитов без изменения центрирования.

При вычислениях за начало координат принималась точка I. Ось абсцисс X совмещалась с базисом. Координаты засекаемых точек А,В и С определяют по формулам пространственной прямой угловой засечки.

Для решения используются формулы Гаусса, для некоторой наблюдаемой точки Р получим:

; ;

; ; (9.18)

,

где X_i, Y_i,H_i - координаты исходных пунктов; - дирекционные углы и горизонтальные проложения направлений засечки; - высоты приборов и точек визирования; - поправки за кривизну Земли и рефракцию; - коэффициенты рефракции (i=1,2); R - радиус Земли (R= 6378137 м).

Точность определения положения точки Р будет такова

Для нахождения ширины колеи необходимы значения ординат точек, их разность для соответствующих противоположных точек подкрановых путей даст ширину колеи.

Отметки точек определялись по измеренным вертикальным углам и вычисленным по координа­там расстояниям d, по известной формуле определения превышения h тригонометрическим нивелировани­ем.

При обработке измерений для рассматриваемого примера получены следующие результаты для наиболее удаленной точки (d = 40 м):

– углы наклона были близкими к 1,5°;

– при погрешностях измерений т = 4 мм, т = 10" погрешность опреде­ления превышения составила 2 мм, что допустимо правилами эксплуатации кранов;

– при допустимом отклонении 6 мм по высоте двух соседних точек вдоль пути были установлены отклонения до 25 мм.

По результатам измерений и вычислений на ЭВМ составляют графики положения путей и дают рекомендации по рихтовке. После ремонта путей на работающих кранах определение геометриче­ских параметров производят повторно.

8.6. Геодезические методы наблюдений за резервуарами для нефти и нефтепродуктов

Стальные сварные цилиндрические резервуары вместимостью от 100 до 50000 м³, предназначенные для хранения нефти и нефтепродуктов, являются энергоемкими и экологически опасными сооружениями. Поэтому они подлежат обязательному техническому диагностированию с целью контроля за текущим состоянием.

Система технического диагностирования резервуаров включает в себя 2 уровня проведения работ:

1 уровень: частичное техническое обследование резервуара с наружной стороны (без выведения его из эксплуатации).

2 уровень: полное техническое обследование резервуара, требующее его выведения из эксплуатации, опорожнения, зачистки и дегазации.

Частичное наружное обследование производится не реже одного раза в 5 лет для нормальных резервуаров, а для резервуаров, отработавших расчетный срок службы (20 лет), не реже 1 раза в 4 года.

Полное обследование резервуаров выполняется сразу перед введением в эксплуатацию резервуаров, а в дальнейшем, соответственно, не реже 1 раза в 10 и 8 лет.

Организация проведения работ по техническому диагностированию резервуаров возлагается на владельцев резервуаров. Исполнителями этих работ является организации, имеющие лицензии на их проведение.

Типовая программа полного технического диагностирования резервуаров является следующей:

– ознакомление с эксплуатационной технической документацией на резервуар;

– визуальный осмотр всех конструкций резервуаров, включая сварные соединения;

– измерение фактических толщин элементов резервуара (толщиномерами УТ93П, УТ80-81М, позволяющими измерить толщину в диапазоне 0,2 мм-50мм м с точностью 0,1мм);

– измерение геометрической формы стенки и нивелирование днища;

– контроль сварных соединений стенки неразрушающими методами (при необходимости), т.е. ультразвуковым, магнитопоршковым, рентгеновским;

– исследование химического состава, механических свойств металла и сварных соединений и их структуры (при необходимости);

– проверка состояния основания и отмостки;

– проверочные расчеты конструкций;

– проверочные расчеты конструкций резервуаров (при необходимости);

– анализ результатов обследования, составление заключения о техническом состоянии резервуара, разработка рекомендаций по их дальнейшей эксплуатации, ремонту или исключению из дальнейшей эксплуатации.

Частичное наружное обследование включает в себе следующие этапы:

1. Ознакомление с эксплуатационно-технической документацией на резервуар (паспорт, отчеты), сбор информации об объемах и методах выполнения ремонта.

2. Анализ конструктивных особенностей резервуара и имеющейся информации по технологии изготовления, монтажа, ремонта или реконструкции; анализ условий эксплуатации; определение наиболее нагруженных, работающих в наиболее тяжелых и сложных условиях элементов резервуара.

3. Натурное обследование резервуара:

а) визуальный осмотр всех конструкций с наружной стороны;

б) измерение толщины поясов стенки, выступающих окрайков днища и настила кровли;

в) измерение геометрической формы стенки и наружного контура днища;

г) проверка состояния основания и отмостки.

Как в полном, так и в частичном обследовании резервуаров включены геодезические работы по определению геометрических параметров резервуара. И следует отметить, что именно систематические геодезические наблюдения дают наиболее полную информацию о закономерностях изменения положения сооружения во времени. Покажем это на примере резервуаров.

При полном обследовании резервуара выполняются следующие геодезические работы:

1. Нивелирование наружного контура днища.

2. Площадное нивелирование днища внутри резервуара.

3. Измерение геометрической формы стенки с целью определения величины ее отклонения от вертикали.

При частичном обследовании резервуаров выполняется только пункты 1,3 [33].

Геодезические измерения выполняют с точностью ± 1мм. Порядок из выполнения следующий.

На наружном контуре днища не реже чем через 6 м намечают точки, соответствующие вертикальным стыкам 1-ого пояса, начиная от приемо-раздаточного патрубка с нумерацией по часовой стрелке, что возможно при отсутствии изоляции (рис.9.9). При наличии изоляции, к наружному контуру днища должны быть приварены специальные осадочные марки, выступающие наружу через изоляционной слой.

Рис. 9.9. Схема нивелирования наружного контура днища

От исходного нивелирного репера производится нивелирование намеченных точек (осадочных марок) по днищу резервуара. Допускается одновременное нивелирование группы резервуаров (рис.9.10).

Рис.9.10. Схема нивелирования наружных контуров днища группы резервуаров.

После нивелирования определяют отметки всех точек по каждому резервуару. Результаты нивелирования наносят на схему (рис.9.11) и выполняют анализ. При анализе руководствуются предельно допустимыми отклонениями наружного контура днища резервуара, представленными в таблице 1 (т.19, СНиП 3.03-01.87 «Несущие и ограждающие конструкции).

Рис. 9.11. Схема с результатами нивелирования наружного контура днища резервуара

(отметки даны в метрах)

Площадное нивелирование днища резервуара выполняют для определения высоты выпучин (вмятин). Количество точек по днищу намечают из расчета, что на днищах диаметром до 12 м предельная площадь хлопуна равна 2м² (допуск на высоту выпучин (вмятин) составляет 150 мм), а на днищах диаметром более 12 м предельная площадь хлопуна составляет 5м² (допуск на высоту выпучин (вмятин) -180мм). Результаты нивелирования наносят на схему и производят анализ по вышеуказанным требованиям.

Измерение геометрической формы стенки производят с целью определения величины ее отклонения от вертикали.

Схема работы с теодолитом изображена на рис.9.12 .

		Отсчетная вертикаль

стоянка теодолита

Рис. 9.12. Схема определения отклонений стенки резервуара от вертикали инструментальным способом

Отсчеты по горизонтальному кругу теодолита берут вблизи точек пересечения образующих с поясами резервуара. За отсчетный ноль, как правило, принимают точку пересечения с нулевым поясом резервуара.

Величину отклонения l от вертикали находят по формуле

. (9.19)

По значениям l строим график отклонения образующих резервуара от вертикали.При анализе графика руководствуются допусками, представленными в табл.20 СНиП 3.03.01-87.

Отклонения от вертикали определяют либо путем непосредственного измерения с помощью линейки по поясам величин отклонений стенки от вертикали, обозначенной отвесом, подвешенным на специальный крюк в верхней части резервуара, либо с помощью теодолита (способом малых углов). Для определения отклонений по вертикали стенок резервуара способом малых углов требуется точность угловых измерений – 4", измерения базиса – 10 мм [33].