В) Стереофотограмметрический метод

В стереофотограмметрическом методе глубины определяются по разности продольных параллаксов точек аэрофотоснимков с изображением дна реки сквозь прозрачный слой воды. При аэрофотосъемке водоемов проектирующие лучи проходят две среды -- воздух и воду, имеющие различные коэффициент преломления. В результате проектирующий луч изменяет направление в воде, и точки дна изображаются на аэрофотоснимке с некоторым линейным искажением (рис. 237). Величина этого искажения находится из соотношения

.

Так как то

(11)

Как известно,

sin /sin = n, (12)

где n - показатель преломления воды.

Кроме того,

tg = r/fk . (13)

Рисунок 237. Измерение глубины стереофотограмметрическим методом

С учетом формул (12 и (13), выражение (11) приводится к виду:

(14)

где обозначено

(15)

Из формулы (14) следует, что искажения контуров на подводных аэрофотоснимках увеличиваются с возрастанием и расстояния от главной точки и уменьшаются с увеличением фокусного расстояния снимающей камеры. Параметр F также изменяется в зависимости от величины радиуса-вектора r до наблюдаемого контура.

Глубина водоема вычисляется по формуле

, (16)

где p- разность продольных параллаксов точек стереопары, измеряемая относительно урезов воды на видимые контуры дна; F1, и F2 -параметры, вычисляемые по формуле (41); хл и хп - абсцисса наблюдаемой точки на левом и правом аэрофотоснимках.

Если принять , то

(17)

При n=1,34, r=50 мм параметр F равен:

fk, мм
F	0,674	0,708	0,736
1/F	1,484	1,412	1,358

Следовательно, для определения глубины потока необходимо каждую измеряемую абсциссу умножать на величину F ,вычисляемую для этой точки, что является трудоемкой задачей.

При использовании аэрофотоснимков, полученных фотокамерой с фокусным расстоянием 200 м и более для рабочей площади, ограниченной радиусом - вектором 40 - 50 мм, можно принимать для всех точек среднее значение параметра F и вычислять превышения по формуле (17).

Для рек с песчаным и каменистым дном и хорошей прозрачностью воды глубина может измеряться стереометодом на крупномасштабных аэрофотоснимках до 5 -6 м с точностью 3 - 5%.

Влияние поперечного уклона реки.

Промеряя глубины, необходимо иметь в виду, что водная поверхность реки имеет некоторый поперечный уклон, вызванный вращением Земли, влиянием центробежной силы на поворотах, действием бокового ветра и др.

Вследствие вращения 3емли уровень воды у правых берегов рек северного полушария несколько возвышен. Величина этого возвышения равна

(18)

где - средняя скорость потока в м/с; - угловая скорость вращения Земли (0.0000729 l/c); - широта места; g- ускорение свободного падения (9,8 м/ ); s- ширина реки.

На поворотах реки дополнительно возникает центробежная сила, под влиянием которой точки водной поверхности, расположенные с внешней стороны поворота, возвышаются над точками, расположенными с внутренней стороны. Величина этого возвышения может быть найдена по формуле

, (19)

здесь R - радиус поворота.

Резкое искажение поперечного профиля водной поверхности вызывается боковым ветр о м и быстрым изменением уровня воды в паводки. В последнем случае вследствие того, что скорость течения в середине потока больше, чем у берегов, средняя часть водной поверхности будет несколько приподнятой при резком подъеме воды и опущенной при сильном спаде ее. На больших реках величина этого подъема или спада воды может достигать нескольких дециметров.

При промерных работах на больших реках необходимо учитывать поперечный уклон реки, развивать высотное обоснование на обоих берегах реки и периодически нивелировать в поперечных профилях правые и левые урезы воды.

2.1.10.4. Обработка материалов

Как уже отмечалось, одновременно с промерами глубин ведутся наблюдения на временных и постоянных водомерных постах за колебаниями уровня воды. Зная высоту уровня в момент промера и вычитая из нее измеренную глубину в зафиксированной промерной точке, получают ее высоту, которую выписывают на плане. По высотам рисуют горизонтали дна. Методом тахеометрической съемки или стереофотограмметрии изображают рельеф берегов и поймы.

Для целей судоходства измененные глубины по наблюдениям на водомерных постах и высотам точек однодневной связки приводят к одной дате, выписывают их на план и проводят линии равных глубин -- изобаты. По высотам дна и глубинам реки на плане изображают линию наибольших глубин.

1) Определение морфологических характеристик реки

Живое сечение реки определяется:

* площадью

* шириной

* смоченным периметром

* гидравлическим радиусом

* средней скоростью

* расходом воды

а) ширина реки – В (рис. 238).

B = S_п.б. - S_л.б.

Рисунок 238 – Определение ширины реки.

б) Площадь живого сечения реки - w в м² (рис. 239):

Рисунок 239.

h_i - отметки воды;

H_i - отметки дна.

в) смоченный периметр p_i (гипотенуза):

г) гидравлический радиус R:

д) средняя глубина h_ср.:

Для равнинных и неглубоких рек R»R_ср.

Профиль живого сечения строят от постоянного начала до промерных вертикалей 2, 3, 4, 5, 6, 7 (рис. 239) и по отметкам дна русла H₂, H₃, H₄, H₅, H₆, H₇. Для этого используют измерения глубин h_i и отметку уреза воды H_{ур в}.

H_{дна i} = H_{ур в.} - h_i

2) Определение скоростей и расходов воды

Скорость воды определяется с помощью поплавков или гидрометрических вертушек.

Первый способ ( с помощью поплавков) основан на перемещении вместе с водой тела, отличного от воды (рис. 240).

Во втором способе ( с помощью гидрометрических вертушек) скорость определяется по числу оборотов лопасти в единицу времени, вращающейся под действием потока.

Рисунок 240 - Способ поплавков

Для определения поверхностной скорости, на берегу разбивают три створа и устанавливают вехи (створы пусков, верхний, нижний, главный).

Расстояние между створами поплавок проходит за время 20-40 мин. Время пересечения верхнего, главного и нижнего створов фиксируется по секундомеру.

Во втором способе определяют число оборотов вертушки n за время t:

.

Затем, по специальной таблице в зависимости от n определяют скорость потока в данной точке:

n	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0
v, м/c	0,387	0,513	0,640	0.766	0,892	1,020	1,146	1,273

Расход воды - объем, протекающий через единицу сечения в единицу времени, определяется графоаналитическим способом с использованием средних скоростей на скоростных вертикалях:

(м³/с).

q_i- элементарные расходы;

q_i = v_cp. h_срезки

h_срезки - глубина реки со срезкой по данной вертикали;

b₁,...,b_n - расстояние между вертикалями;

v_ср. - средняя скорость по данной скоростной вертикали.

ПОДЗЕМНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

3.1. Назначение и способы возведения подземных сооружений

Возведение подземных сооружений представляет сложную техническую задачу, включающую:

-разработку и выемку горной породы;

-временное закрепление контура выемки;

-установку элементов постоянной обделки.

При этом должна быть обеспечена полная безопасность работающих.

По назначению подземные сооружения можно разделить наследующие виды:

1) тоннели на путях сообщения (железно-автодорожные, метрополитены , пешеходные, судоходные)

2) гидротехнические тоннели (в комплексах гидроэлектростанций, водоснабжения, мелиорации)

3) коммунальные тоннели (водостоки, коллекторы и др.)

4) промышленные и горнопромышленные подземные сооружения

5) специальные.

В зависимости от глубины заложения способы возведения подземных сооружений разделяют на две основные группы:

-открытые способы постройки в котлованах;

-открытые способы возведения сооружений глубокого заложения без нарушения обустройств на земной поверхности.

Открытым способом сооружают тоннели мелкого заложения. При этом важное значение имеет застроенность местности.

В незастроенной местности тоннели строят в котлованах с откосами; на застроенных территориях - в котлованах или шпунтовым ограждением; при строительстве вблизи зданий применяют траншейный способ.

Первый случай в комментариях не нуждается.

Во втором случае (рис. 1) по контуру будущих стен туннеля забивают сваи или шпунты (1) и производят разработку породы до проектной высоты дна. По мере разработки устанавливают расстрелы (2) из металлических балок или труб, а между сваями - деревянную затяжку.

Монтаж туннельной отделки из сборного железобетона выполняют в следующей последовательности:

- укладывают подготовку 3 из тощего бетона;

- устраивают кирпичную защитную стенку 4;

- производят гидроизоляцию лотка 5;

- монтируют лотковые 6 и стеновые блоки 7;

- устраивают перекрытие 8;

- выполняют гидроизоляцию стен и перекрытия 9;

- кладут защитную кирпичную стенку 10;

- устраивают защитную цементную стяжку 11 по перекрытию.

После окончания монтажа производят обратную засыпку до проектных высот вертикальной планировки.

Рисунок 1 – Схема строительства туннеля открытым способом

При траншейном способе строительства разрабатывают узкие траншеи на глубину стен, которые бетонируют до отметки перекрытия. После окончания сооружения стен и затвердения бетона над будущим тоннелем выбирают грунт и бетонируют перекрытия. Затем через отверстия, оставленные в перекрытии выбирают грунт и бетонирую и лоток. В местах, где тоннели проходят в непосредственной близости к зданиях вместо сплошных траншей роют отдельные колодцы, и стены тоннеля бетонируют небольшими по протяжению участками.

Тоннели глубокого заложения сооружают подземным способом через порталы или через вертикальные стволы и специальные камеры.

Через порталы сооружают тоннели в горной местности (рис. 2).

Портал - сооружение, оформляющее вход в тоннель и предназначенное для укрепления стенок откосов и лобовой стенки тоннеля, отвода воды от тоннеля и архитектурного оформления входа в него.

Если железнодорожная дорога под землю уходит не сразу, а постепенно, то перед тоннелем сооружают длинную, постепенно увеличивающуюся выемку, стены которой укрепляют бетоном или камнем. Сооружение, укрепляющее поход к тоннелю называется рамкой.

Рисунок 2 – Сооружение туннеля через порталы: МС – место сбойки

Тоннели метрополитена глубокого заложения сооружают обычно через вертикальные стволы. Стволы проектируют смещенными на 20-50 метров от трассы тоннеля (рис. 3).

После проходки и возведения ствола 1 до проектной глубины под землей строят рудничный двор 2. Для выхода от ствола на трассу 4 сооружают подходные штольни 3.

Один и тот же тоннель может одновременно сооружаться через стволы и через порталы.

По внешнему контуру поперечного сечения тоннеля сооружают постоянное крепление, называемое обделкой. Обделка бывает металлической или железобетонная, состоящая из отдельных колец шириной 0.75-1м. каждое кольцо собирается из отдельных сегментов, которые называются тюбингами.

Может быть обделка из монолитного бетона или железобетона. В крепких скальных породах контур тоннеля может оставаться без крепления - лишь неровности выравнивают бетоном.

Рисунок 3 – сооружение туннеля через вертикальные стволы: а) разрез; б) план

Для проходки тоннелей широко применяются щиты. Это мощное сооружение (диаметром 6м и более), которое с помощью домкратов подвигается в перед, а следом осуществляется крепление. Основное применение щитов - строительство перегонных тоннелей метрополитенов и коммуникационных тоннелей.

При щитовом способе в качестве временной крепи применяют стальной цилиндр - щит, имеющий диаметр, несколько больший, чем тоннельная обделка.

Породу перед щитом разрабатывают на ширину кольца обделки, после чего щит передвигают в образовавшиеся пространство при помощи расположенных в нем гидравлических домкратов, которые упираются в последние кольцо обделки.