Обоснование применения программного комплекса Топокад, для расчета геометрических параметров трассы при строительстве метрополитена
- DOI: http://dx.doi.org/10.30686/1609-9192-2019-2-144-90-91
- УДК: 625.42:624.19
Р.В. Шевчук, маркшейдер ООО НВК «Горгеомех»
Д.Ж. Акматов, маркшейдер ООО НВК «Горгеомех»
А.А. Тихонов, маркшейдер ООО НВК «Горгеомех»
В крупных мегаполисах при создании транспортной инфраструктуры, освоение подземного пространства, в частности строительство метрополитена, является одной из приоритетно направленных зон. Зачастую, строительные организации прибегают к помощи современных технологий, таких как щитовые тоннелепроходческие механизированные комплексы (ТПМК), обеспечивающие высокое качество и безопасное ведение работ при сооружении перегонных тоннелей, а также позволяют минимизировать воздействия на: окружающую среду, здания и сооружения, попадающие в зону влияния строительства, что особенно актуально в густо застроенных округах города. Строительство участка «Калининско-Солнцевской» линии метрополитена производилось с помощью ТПМК фирмы Herrenknecht S-328.
Сложность ведения работ по проходке обусловливается наличием по трассе тоннеля подземных коллекторов зданий и коммуникаций, попадающих в зону деформационного влияния, а также геологическими условиями. В связи с этими и другими факторами трасса тоннелей запроектирована с учетом возможности преодоления перепадов высот и совершения проходки с различными радиусами. Для управления ТПМК на всем протяжении вплоть до сбойки требуется высочайшая точность. Для достижения необходимой точности проходческие комплексы оснащают навигационными системами. ТМПК S-328 работает совместно с навигационной системой фирмы VMT Gmbh. Основными критериями при выборе оптимальной системы являются: геометрия маршрута, диаметр тоннеля, тип установки и экономическая эффективность. Таким образом, была выбрана лазерная система с роботизированным тахеометром и мишенью, которая монтируется в передней части щитового комплекса.
Тахеометр, который крепится к обделке тоннеля, постоянно контролирует процесс проходки. Система определяет горизонтальные и вертикальные отклонения от заданной оси трассы и отображает точное положение и направление движения установки. Для движения ТПМК по запроектированному положению необходимо произвести расчет трассы по основным элементам. Навигационная система позволяет это сделать, но с некоторыми нюансами.
В этой статье речь пойдет о таком программном продукте, как Topocad (Топокад), выбранном для исследовательской деятельности с целью изучения возможности автоматизации маркшейдерских работ, в том числе и при расчете геометрических элементов трассы. Топокад – это многофункциональная система автоматизированного проектирования, разработанная шведскими инженерами, предназначенная для обработки результатов площадных и линейных изысканий, создания цифровой модели местности, подготовки топографических чертежей, геодезического обеспечения строительства, маркшейдерского обеспечения разработки месторождений полезных ископаемых. Другими словами, Топокад – специализированная программа для геодезистов и маркшейдеров, позволяющая импортировать данные из измерительного прибора (тахеометра) и выполнять их обработку; экспортировать данные в тахеометр; вычерчивать топопланы; создавать модели рельефа, а также создавать 3D-модели выработки; выполнять расчет объемов полезных ископаемых; осуществлять планирование работ и оперативно вносить изменения и дополнения в модель.
Одной из важных функций, помогающей в производственных процессах маркшейдерской службе, является возможность построения профилей и описания планового положения трассы как по оси, так и со смещением от проектной оси, что особенно актуально на криволинейных участках трассы. В Топокад существует несколько вариантов задания трассы.
Рассмотрим один из них – так называемый графический способ. Этот вариант лучше всего подходит для случая, когда есть геометрическая и укладочная схема. Создаем чертеж в Топокад путем ввода координат вершин углов (ВУ) трассы. Когда ввод трассы происходит через ВУ это дает нам возможность быть уверенными в том, что мы «выйдем» именно в том месте, в котором нам необходимо. После этого с привязкой к созданным точкам создают линию трассы, начиная с точки начала и, последовательно, проходя через все введенные точки. Таким образом, был создан тангенциальный ход, проходящий через вершины углов, который не имеет переходных и круговых кривых – так называемых элементов сопряжений трассы (рис. 1).
Рис. 1 Тангенциальный ход
С помощью функции «Редактор трассы» указываем длины переходных кривых входа и выхода, а также радиус круговой кривой, взятые из укладочной схемы. Получив готовую трассу с клотоидами и кривой, сохраняем ее, после чего Топокад выдает табличные значения с вычисленными координатами точек сопряжения (НПК и КПК), дирекционными углами, длинами линий и пикетажем (рис. 2). После этого необходимо сверить вычисленные данные с проектными, указанными на чертеже.
Рис. 2 Таблица вычисленных координат точек сопряжения
Трасса в Топокад это табличный документ. Программа опирается на таблицу для того, чтобы нарисовать линию в плане или выполнить какие-либо расчеты. Таблица всегда является связующим звеном между готовым чертежом и проектными данными.
Создание профиля трассы может быть задано с помощью табличного документа, разница с плановым положением состоит в том, что вводятся не координаты «х» и «у», а высотные отметки и пикетаж. Правильность введенных значений определяется по уклонам и длинам элементов, которые вычислила программа. Все эти данные легко считываются с укладочной схемы.
Совместив табличные значения планового положения и профиля, можно создать 3D-линию, которую можно использовать для решения любых разбивочных задач, расположив эту линию либо по оси, либо со смещением от оси, а также на необходимую высоту. Например, удобно производить разбивочные работы на переходной или круговой кривой, вынося путевые реперы с помощью тахеометра и загруженного в него файла трассы, что в разы ускоряет производственный процесс. Также, расчет трассы с помощью данного программного продукта позволяет эффективно и в короткие сроки производить расчеты с выявлениями, если таковые имеются, отклонений в проектных чертежах, а это является одной из основных задач маркшейдера – проверка проектных данных геометрической и укладочной схемы перед началом производства работ. В сравнении с классическими методами разбивки и расчета, описанными в инструкции по геодезическим и маркшейдерским работам при строительстве транспортных тоннелей ВСН 160-69, которые занимают большое количество времени, а также не исключает такого понятия, как «человеческий фактор», что приводит к повторным вычислениям, – метод расчета с помощью Топокад показал себя превосходно, сводя к минимуму ошибку инженера. Что же касается вычислений с помощью навигационной системы, то здесь есть свои недостатки. Во всем мире, кроме стран СНГ, отсутствует такое понятие, как «неправильный пикет». Соответственно, навигационная система фирмы VMT Gmbh не понимает, что это такое и принимает все пикеты, даже те, которые расположены на кривых участках равных 100 м. Это в свою очередь создает некоторые трудности во время использования рассчитанной трассы на криволинейных участках во время разбивочных работ, но данная программа создавалась не для разбивочных работ. В сравнении с такими известными всему миру программными продуктами, как: Auto Cad Civil 3D и Bentley Systems, с помощью которых также можно производить расчеты трассы – Топокад «выглядит» выигрышнее, так как вышеупомянутое программное обеспечение (ПО) разрабатывалось для проектирования и трехмерного моделирования, и в большей степени создавалось для проектных институтов. Шведское ПО, напротив, разрабатывалось специалистами, которые изнутри знакомы со всеми профессиональными тонкостями, так как в прошлом занимались топографией и геодезическим (маркшейдерским) сопровождением строительства.
Таким образом, данный программный продукт зарекомендовал себя с лучшей стороны при расчетах трассы, а также во время производства разбивочных работ. Благодаря простоте интерфейса Топокад позволяет выполнять построения на интуитивном уровне. Основная задача Топокад – оптимизация работы на строительном объекте. Все вышеперечисленные преимущества позволяют экономить время во время производства работ, что благоприятно сказывается на производственных темпах.
