ГРУНТОВЫЙ ГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ РЕПЕР ДЛЯ ОБЛАСТЕЙ СЕЗОННОГО ПРОМЕРЗАНИЯ ГРУНТОВ
SUBSURFACE GEODETIC DATUM FOR SEASONAL EARTH FREEZING REGIONS

Изобретение относится к области маркшейдерско-геодезических наблюдений и может быть использовано в качестве рабочих пунктов при регистрации смещений земной поверхности в процессе ведения горных работ, например при добыче полезных ископаемых, подземном строительстве, эксплуатации подземных хранилищ углеводородов.
В практике мониторинга деформированного состояния земной поверхности и расположенных на ней объектов и сооружений при подработке используются различные типы рабочих нивелирных реперов и реперов сети контроля горизонтальной компоненты сдвижения (Правила закладки центров и реперов на пунктах геодезической и нивелирной сетей, М.: Картгеоцентр - Геодезиздат, 1993; Правила закрепления центров пунктов спутниковой геодезической сети. М.: ЦНИИГАиК, 2001). Их общий недостаток - отсутствие возможности совместного проведения нивелирования и спутниковой съемки с жестким принудительным центрированием геодезического оборудования.
Известен грунтовый репер - основной центр пункт ФАГС для районов с сезонным промерзанием грунтов (тип 187), представляющий собой железобетонный пилон на бетонной подушке, оборудованный устройством принудительного центрирования (Правила закрепления центров пунктов спутниковой геодезической сети. М.: ЦНИИГАиК, 2001).
Недостатком данной конструкции репера является отсутствие марки для установки на нем нивелирной рейки, что позволило бы избежать дополнительных расходов на обустройство нивелирных реперов, увязать и сопоставить результаты нивелирования с результатами других методов геодезических работ.
Известен донный репер (патент RU №2404408, МПК G01C 15/04, опубликован 20.11.2010), разработанный для неглубокого и устойчивого внедрения в дно водоемов, содержит стержень в виде пустотелого герметичного сосуда и стабилизатор в виде резонансных ножек камертона, на конце стержня установлен конический винт.
Указанный репер неприменим для маркшейдерско-геодезических наблюдений на земной поверхности.
Известен также репер, устанавливаемый в скважину и служащий для определения высотной привязки зданий и сооружений, контроля осадок в процессе их эксплуатации. Репер содержит металлический сердечник с обоймой, конусообразный наконечник, якорь на конце и противопучинные приспособления. Нижняя часть скважины с якорем заполнена скрепляющим составом, в частности бетоном, а оставшееся свободное пространство скважины - местным грунтом (Патент RU №2402748, МПК G01C 15/04, опубликован 27.10.2010 г.).
Данный репер лишен возможности принудительного центрирования, что негативно сказывается на точности производимых измерений.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является глубинный геодезический репер (патент RU №2282145, МПК G01C 15/04, опубликован 20.08.2006 г.), используемый в качестве опорных знаков при регистрации движений земной коры. Репер содержит металлическую трубу с индексом на верхнем конце, закрепленную в забое скважины и проходящую вблизи ее осевой линии без механического контакта со стенками. Скважина гидроизолирована и заполнена водой до уровня, превышающего верхний конец трубы. Труба изготовлена в виде полого цилиндра из материала с малым коэффициентом теплового расширения, например из инвара, а геометрические размеры трубы подобраны так, что отношение массы трубы к ее объему равно плотности воды.
Использование указанного глубинного репера предполагает предварительную гидроизоляцию скважины и применение инвара в качестве материала трубы, что удорожает производство работ по созданию репера. Отсутствие возможности жесткого принудительного центрирования геодезического оборудования снижает точность проводимых измерений и создает неудобства в работе, требующие применения дополнительных принадлежностей, например штативов и т.п. Заполнение скважины водой нежелательно в условиях промерзания грунта.
Техническая задача при разработке заявляемого грунтового репера заключается в обеспечении возможности использования его как в сети нивелирования, так и в сети спутниковых наблюдений.
В результате решения этой задачи достигается улучшение метрологических и экономических характеристик наблюдательных станций при мониторинге деформаций земной поверхности. Экономический эффект выражается в том, что исключается закладка отдельных реперов спутниковой сети и сети нивелирования, отпадает необходимость в использовании штативов для ведения спутниковых наблюдений. При этом на одном и том же репере может проводиться верификация результатов нивелирования и спутниковых наблюдений.
Решение указанной технической задачи обеспечивается при использовании конструкции геодезического репера, содержащей закрепленную в скважине и установленную вдоль ее оси металлическую трубу с маркой в верхнем конце. Согласно заявляемому техническому решению, верхняя часть металлической трубы размещена над уровнем земной поверхности, снабжена дополнительной маркой и выполнена с проемом для крепления геодезических приборов. Верхний конец этой трубы перекрыт пластиной с отверстием для принудительного центрирования геодезических приборов. Крепление металлической трубы осуществлено бетонированием свободного пространства скважины и полости трубы до нижнего уровня указанного проема, при этом глубина закладки трубы определяется уровнем максимального промерзания грунта.
Дополнительная марка предназначена для установки нивелирной рейки, что позволяет увязать и сопоставить результаты нивелирования с результатами спутниковых наблюдений.
Размещение на верхнем конце металлической трубы пластины с отверстием позволит избежать ошибок, связанных с неточным центрированием геодезических приборов в процессе их установки и проведения спутниковых наблюдений.
Указанное бетонирование металлической трубы в скважине создает наиболее прочное и устойчивое ее положение во вмещающих породах.
Создание проема в верхней части трубы предназначено для крепления станового винта к трегерам геодезических приборов.
На фиг.1 представлен грунтовый геодезический репер для областей сезонного промерзания грунтов (в вертикальном разрезе).
На фиг.2 изображен грунтовый геодезический репер для областей сезонного промерзания грунтов (вид сверху).
Грунтовый геодезический репер для областей сезонного промерзания грунтов (фиг.1) содержит вертикальную металлическую трубу 1, установленную вдоль скважины 2. Верхняя часть трубы 1 выполнена с проемом 3 для крепления станового винта к трегерам геодезических приборов (на фиг.1 не показаны) и размещена над уровнем земной поверхности 4.
Как показано на фиг.1, 2, верхний конец металлической трубы 1 перекрыт пластиной 5 с приваренной к ней маркой 6, относительно которой измеряются высоты антенн приемных пунктов спутниковых геодезических приборов. Марка 6 изготавливается из нержавеющего материала. По центру пластины 5 выполнено отверстие 7 для принудительного центрирования геодезических приборов.
В верхней части металлической трубы 1, размещенной над уровнем земной поверхности 4, установлена дополнительная марка 8, также изготовленная из нержавеющего материала и предназначенная для крепления на ней нивелирной рейки (на фиг.1 не показана).
Глубина закладки металлической трубы 1 в скважине 2 выбирается с учетом глубины максимального промерзания грунта 9 и должна превышать ее, по меньшей мере, на 75 см.
Крепление металлической трубы 1 в скважине 2 осуществляется бетонированием с заполнением свободного пространства скважины 2 и полости трубы 1 бетонным раствором 10 до нижнего уровня проема 3.
Использование заявляемого грунтового геодезического репера осуществляется следующим образом.
При регистрации вертикальных и плановых смещений земной поверхности в процессе ее подработки грунтовый геодезический репер закладывается в пробуренную с земной поверхности скважину 2 так, чтобы верхняя часть трубы 1 располагалась над уровнем земной поверхности 4, а ее нижний конец находился ниже глубины максимального промерзания грунта 9 на 75 см.
Крепление металлической трубы 1 производится бетонированием с заполнением свободного пространства скважины 2 бетонным раствором 10 до нижнего уровня проема 3. При проведении спутниковых наблюдений за смещением земной поверхности в рабочих пунктах сети наблюдений антенны спутниковых приемников устанавливаются через отверстие 7 для принудительного центрирования геодезических приборов. Высота указанных антенн измеряется относительно марки 6. Для проведения нивелирования и передачи высотной отметки с грунтового геодезического репера нивелирная рейка (на фиг.1, 2 не показана) устанавливается на дополнительную марку 8.
При проведении дистанционного зондирования Земли на грунтовом геодезическом репере могут быть также установлены уголковые отражатели (маркеры).
Таким образом осуществляется закрепление рабочих пунктов сети наблюдений за деформациями земной поверхности.