Инженерно-геодезические изыскания для создания генерального плана НПЗ

Генеральный план (генплан) – проектный документ, на основании которого осуществ-ляяются планировка, застройка, реконструкция и иные виды градостроительного освоения территорий. Основной частью генплана является масштабное изображение, полученное методом графического наложения чертежа проектируемого объекта на топографический, инженерно-топографический или фотографический планы территории. При этом объектом проектирования может являться как земельный участок с расположенным на нем отдельным архитектурным сооружением, так и территория целого города или муниципального района.

В нашем случае объектом инженерно-геодезических изысканий для создания генплана является ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ». Изыскания выполнены ОАО «Омскнефтехимпроект».

Цель исследования – выполнить анализ геодезических изысканий, необходимых для создания генплана ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ».

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

• –    исследование точности создания топографических планов;

• –    сравнение и анализ современных приборов и программных продуктов для производства полного комплекса инженерно-геодезических изысканий на объекте;

• –    изучение современных методов инженерно-геодезических изысканий для создания генплана ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ».

ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» является достаточно сложной площадкой для производства инженерно-геодезических работ. Это один из наиболее высокотехнологичных заводов в России с мощностью переработки нефтепродуктов 19,5 млн тонн в год.

Предприятие обладает широким комплексом технологических производств, позволяющим вырабатывать практически все виды топлива и масел.

В настоящее время создание цифрового генплана нефтезавода является неотъемлемой составляющей его дальнейшего развития.

Экспериментальная часть

Топографо-геодезическая изученность объекта изысканий . На территории Омского нефтезавода хорошо развита сеть полигонометрии 1-го и 2-го разрядов и нивелирная сеть IV класса.

Система координат – местная. Город Омск (МСК-55). Система высот – Балтийская.

Имеются материалы крупномасштабной съемки (масштабы 1:5000, 1:2000, 1:500).

Технология инженерных изысканий для создания генплана промышленных объектов:

• 1.    Рекогносцировочное обследование местности. Перед началом изысканий было выполнено рекогносцировочное обследование территории съемки. В результате было определено наиболее оптимальное положение точек съемочного обоснования.

• 2.    Создание планово-высотного съемочного обоснования. На территории ОНПЗ уже имелась развитая сеть пунктов государственной геодезической сети (ГГС). Привязка точек съемочного обоснования к пунктам ГГС выполнялась прокладкой теодолитного хода с измерением горизонтальных углов и вертикальных проложений полным приемом электронного тахеометра.

• 3.    Топографическая съемка - это комплекс геодезических работ, выполняемых на местности для составления топографических карт и планов. Съемке и отображению на топографических планах подлежат все элементы ситуации местности, существующей застройки, благоустройства, подземных и наземных коммуникаций, а также рельеф. В нашем случае топографическая съемка была выполнена в масштабе 1:500 .

• 4.    Съемка подземных и надземных сооружений. При выполнении топографической съемки проводили работы по обследованию надземных сооружений, в результате чего установили их назначение, направления прокладок к смежным опорам (столбам), материал опор (столбов), диаметр, материал и число трубопроводов.

• 5.    Инженерно-геологические изыскания должны обеспечивать изучение инженерногеологических условий района (участка) строительства:

До начала полевых работ (съемка существующих подземных сооружений) были собраны исполнительные чертежи, инженерно-топографические планы, проектные, инвентаризационные и другие материалы, свидетельствующие о наличии, технических характеристиках и планово-высотном положении подземных сооружений. На основе анализа собранных материалов была установлена возможность их использования в намечаемых работах, а также были определены предварительные объемы съемки подземных сооружений.

Наряду с шурфованием использовали специальные приборы (трубокабелеискатели), которые предназначены для определения планового положения и глубины заложения трубопроводов и кабеля.

Съемке подлежали углы поворота трасс подземных коммуникаций, начало, середина и конец кривых, места присоединения и выпуска.

По данным измерений составляли эскизы, на них указывали технические характеристики сооружений, материал труб, диаметр, характеристику напряжений, давление, составляли планы и профили подземных коммуникаций.

• -    определение геологического строения, литологического состава, состояния и физикомеханических свойств грунтов;

• -    определение гидрогеологических условий;

• -    выявление неблагоприятных физико-геологических процессов и явлений;

• -    составление прогноза изменения инженерно-геологических и гидрогеологических условий района (участка) строительства при возведении и эксплуатации зданий и сооружений.

Анализ инженерно-геодезических работ, выполняемых для создания генплана ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ». Неотъемлемой частью геодезических работ является уравнивание планово-высотной съемочной сети. В нашем случае уравнивание проводилось в программе GeoniCS Изыскания (RGS, RgsPI) 8. Данная программа предназначена для автоматизации процесса обработки полевых измерений и рассчитана на специалистов, работающих в области геодезии [1].

В программу с прибора были переданы полевые данные. Были внесены планововысотные координаты пунктов ГГС и произведено уравнивание съемочного обоснования.

Анализ точности планово-высотной съемочной сети. Установление необходимой точности в ходе можно произвести в следующем порядке. Точность ходов характеризуется величиной относительных невязок. Нужно установить допустимые значения этих невязок.

Относительная средняя квадратическая ошибка (невязка) хода выражается формулой

1 т

C=[$] ’

где m – абсолютная средняя квадратическая ошибка (невязка) хода;

[ S ] – периметр хода.

Если принять, что наиболее «слабое место» хода (с ожидаемой максимальной ошибкой координат) находится в середине хода в точке К, т.е. Р к = Р min , а ошибка уравненного положения точки в середине хода в два раза меньше невязки хода, тогда

Т = 2т к .

Учитывая строгое выражение веса хода по формуле

P _ ^r, m получаем соотношение весов хода и точки К:

P _ Pp.

Если принять, что вес хода с достаточной точностью определяется формулой ^С

P _[s ],

из которой соответственно:

[s ] = p

тогда, подставляя в формулу (1) значения (2) и (6), с учетом (4) получаем выражение

¹ _ ^T K • P min

.

T IC ср

Согласно выражению (7), задаваясь допустимой величиной m к , можно установить допустимое значение 1/Т ср .

Допустимую предельную невязку хода 1/Т пр можно установить, приняв для проектирования с доверительной вероятностью 0,95 соотношение

— = 2 — , T

T пр

cp

или с учетом формулы (7):

T пр

тK

• P min

2 C

.

Задаваясь допустимой величиной 1/Т ср , получим допустимые значения ошибок измерения линий и углов:

ms S

_ 1 П .

= T V2 ’ ср

(10)    m, = P-j -6-,

” Т ср Vn + 3

где n – число сторон в ходе.

От применения допусков, вычисленных согласно формулам (10) и (11), при проектировании ходов будет создаваться определенный запас точности для конечных результатов [2; 3].

Допустимые длины ходов в масштабе 1:500 не должны превышать 600 м, следовательно, вычисляем вес хода по формуле (5):

P = — = 0,0016 .

По формуле P min = 4Р хода получаем: P min = 0,0064

Допустимая средняя квадратическая ошибка определения координат m к принимается равной 0,1 м. Подставив значение в формулу (7), вычисляем 1/Т ср :

1 = ^0,1 • 0,0064 = ¹ •                                       206265     6

Тс,       2       3000'                            m' " 3000 V13 + 3 =40 • ms      1     13      1 ;

5 " 3000 V 2 = 1225 ’

— = 2 —

T пр    3000

По полученным значениям т„ = 40''; m^ = —1—•    = —1— устанавливаем необходи- в        S 1200 Тпр 1500

мый вид построений по классификации геодезических сетей.

Необходимый вид построений – теодолитный ход 1-го порядка.

Затем производим проверку величины ожидаемой невязки ходов с подстановкой в нее табличных значений ошибок измерений углов и линий:

ms

Т с,  ^ 5

। 1 [ m p ] n + 3

+ 1           1               • n ( р ) 12

1      ( 1 Y 1    ( 30 Y13 + 3     1 .

= I I+1 I = •

T    vl 2000 ) 13 ( 206265 )   12    5100

ср

• ¹ <  ¹ , следовательно, вид построений установлен правильно.

5100  3000

Согласно полученным результатам определено, что планово-высотная сеть соответствует по точности выбранному нами виду построений – теодолитным ходам и техническому нивелированию. Технология создания съемочного обоснования и применяемые приборы обеспечивают заданную точность построения сети.

Исследование точности топографических планов (контроль и оценка качества создания топографического плана). При оценке точности топографических планов различали средние квадратические погрешности в плановом и высотном положении точек относительно ближайших пунктов съемочного обоснования.

Многочисленными исследованиями установлено, что средняя квадратическая погрешность m k положения контурной точки для планов в масштабах 1:500–1:5000 составляет величину порядка 0,3 мм.

На застроенной территории средние квадратические погрешности положения важных контуров (капитальных зданий, сооружений и т.п.) на плане составляют 0,2 мм относительно ближайших пунктов съемочного обоснования.

Принимая значение предельной погрешности Δ к в положении контурной точки на плане, равное 2 т к , получим соответственно величины 0,6 мм и 0,4 мм.

Инструкция приводит аналогичные числовые значения средних погрешностей планово- го положения контурных точек.

Средние и средние квадратические погрешности планового положения контурных точек практически равны между собой, а потому противоречия между приведенными значениями погрешностей и требованием инструкции нет.

Рядом авторов на основе анализа этих факторов выведены формулы средних квадратических погрешностей положения горизонталей по высоте и определения отметок точек по плану.

Формула проф. В.Д. Большакова:

формула проф. Н.Г. Видуева:

m H_T

( A

ц2 l + — + m i

l cp )

^H пик

+ m 02 M ² i Cp •

т н г = ( 0,19 h „ + 10 ^{- 5} Mi, ) •

формула проф. Б.И. Гержулы:     m H^ = ^ 2i²i + ( m 2 + m Г ) tg y ,                         (15)

где m – СКП определения отметки точки по горизонталям плана;

H _T

• m – СКП положения горизонтали по высоте;

• h 0 – высота сечения рельефа;

• μ – коэффициент случайного влияния обобщения рельефа при съемке;

• l    – расстояние между пикетами при съемке рельефа;

m = 0,03 м; m 0 = 0,9 мм;

^H пик

М – знаменатель численного масштаба;

т Г – величина смещения при интерполировании и рисовке рельефа;

т П – погрешность планового положения точки.

На точность положения горизонталей по высоте влияет главным образом погрешность т об - обобщения рельефа при съемке, которая определяется из выражения m об = ^Л , где ^ -коэффициент случайного влияния обобщения рельефа при съемке; l – расстояние между пикетами.

Установлено, что величина коэффициента μ зависит от характера рельефа и может колебаться в пределах от 0,01 до 0,019. Следовательно, прежде чем применять приведенные формулы, следует предварительно установить значение коэффициента μ , соответствующее характеру рельефа данной местности.

Для условий, близких к условиям строительных площадок, значение μ принимают обычно равным 0,012. Расчеты показывают, что при прочих равных условиях приведенные формулы дают практически одинаковые результаты [4].

Сравнительный анализ программ для создания топографических планов. На сегодняшний день имеется множество программных продуктов, при помощи которых возможно создание электронно-цифровых топографических планов. Условно их можно разделить на два вида:

• 1.    Программы для создания электронно-цифровых планов по результатам топографической съемки.

• 2.    Программы для создания электронно-цифровых планов с уже имеющихся бумажных.

Наиболее распространенным программным продуктом из первой группы является AutoCad 2007 с различными приложениями и модулями. Для создания генплана ОНПЗ мы использовали GeoniCS Топоплан-Генплан-Сети-Трассы. Это уникальный программный продукт, работающий на платформе AutoCad 2007, позволяющий автоматизировать проектноизыскательские работы и предназначенный для специалистов отделов изысканий и генплана.

Ко второй группе программных продуктов относится MapInfo. Выделим три основных этапа создания цифрового плана в MapInfo: а) сбор данных; б) формирование цифрового плана; в) вывод информации в файл, на принтер или плоттер.

Процесс сбора данных включает в себя сканирование топографических планшетов. Затем выполняется трансформирование растра по опорным точкам. После сбора данных выполняется конвертация информации в MapInfo, после чего производится векторизация растра, редактирование полученных данных и формирование цифрового плана.

Современные приборы и инструменты:

Лазерные геодезические приборы (Leica Scan Station 2) . Лазерное сканирование – технология, позволяющая создать цифровую трехмерную модель объекта, представив его набором точек с пространственными координатами.

Электронные тахеометры – многофункциональные геодезические приборы, сочетающие в себе теодолит, лазерный дальномер и компьютер, предназначенные для решения мно- жества строительных и геодезических задач. Для топографической съемки территории нефтезавода применялся тахеометр Nikon Nivo 5М.

GPS приемник (Trimble R8 GNSS) – многоканальный мультисистемный GNSS приемник и антенна с интегрированным радиомодемом в одном компактном корпусе.

Трассоискатель (RD4000) – предназначен для определения планового и высотного положения трубопроводов и кабелей. Он имеет широкий спектр дополнительных принадлежностей для расширения возможностей испытаний и локации, точного определения местоположения отдельных кабелей, определения дефектов оболочек и покрытий.

Заключение

Таким образом, для производства работ по созданию генерального плана Омского нефтезавода наиболее приемлемой и экономически целесообразной является топографическая съемка при условии максимальной автоматизации работ и использования современных приборов и программных продуктов.