Геодезичний моніторинг короткоперіодичних зміщень напірних трубопроводів гідроенергетичних об'єктів (на прикладі Тереблє-Ріцької ГЕС)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет “Львівська політехніка”

УДК 528.02:621.311.2(477.87)

Геодезичний моніторинг короткоперіодичних ЗМІЩЕНЬ напірних трубопроводів гідроенергетичних об'єктів (НА ПРИКЛАДІ ТЕРЕБЛЄ-РІЦЬКОЇ ГЕС)

Спеціальність 05.24.01 - геодезія, фотограмметрія та картографія

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Грицюк Тетяна Юріївна

Львів 2010

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Національному університеті «Львівська політехніка» Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Третяк Корнилій Романович Національний університет «Львівська політехніка» директор Інституту геодезії

Офіційні опоненти - Доктор технічних наук Бурак Костянтин Омелянович, Івано-Франківський Національний технічний університет нафти і газу завідувач кафедри інженерної геодезії університету.

Кандидат технічних наук Заєць Іван Михайлович, перший заступник Голови Державної служби геодезії, картографії і кадастру.

Захист дисертації відбудеться «02» липня 2010 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.13 у Національному університеті «Львівська політехніка» за адресою: 79013, м. Львів, вул. Степана Бандери 12, ауд.502 навч. корп. ІІ

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Національного університету «Львівська політехніка» (79013, м. Львів, вул. Професорська, 1).

Автореферат розісланий «26» травня 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої ради,

Кандидат технічних наук, доцент Паляниця Б.Б.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Проблема забезпечення енергією швидко зростаючої кількості населення та інтенсивного розвитку промисловості стає все більш актуальною. Велике значення у вирішенні цієї проблеми має гідроенергетика. З кожним роком у світі вводяться в експлуатацію сотні гідроенергетичних об'єктів. Разом з тим експлуатаційний ресурс багатьох гідроенергетичних об'єктів є вичерпаний, внаслідок чого будь-які небезпечні природні та техногенні явища можуть спровокувати екологічну катастрофу. Тому геодезичний моніторинг деформацій інженерних споруд гідроенергетичних об'єктів є важливим та необхідним для запобігання руйнування гідротехнічних об'єктів, а також для прогнозування деформацій інженерних споруд.

Для виявлення деформацій, просідань споруд та своєчасного визначення термінів та об'ємів ремонтних робіт необхідний постійний геодезичний моніторинг за спорудами гідроелектростанцій (ГЕС) та гідроакумулюючих електричних станцій (ГАЕС) і впливом ендогенних факторів на стійкість споруд.

У минулому спостереження за деформаціями інженерних споруд в основному здійснювалось методами геометричного, тригонометричного нівелювання та методами тріангуляції і трилатерації. На даний час набули поширення комплексні методи, які використовують глобальні новітні супутникові системи, електронні тахеометри, сканувальні електронні системи, різноманітні геотехнічні давачі, тощо.

У наш час особливу увагу потрібно звернути на деформації, які є проявом впливу технології експлуатації ГЕС. Експлуатація практично всіх ГЕС та ГАЕС має циклічний характер. На ГЕС в денний час відбувається максимальний виробіток електроенергії, оскільки в цей період є максимальне споживання електроенергії, і навпаки, в нічний час виробіток електроенергії та експлуатація ГЕС зводиться до мінімуму. На ГАЕС в нічний час відбувається зворотне наповнення водою верхнього басейну, а в денний час йде максимальний виробіток електроенергії та спустошується водосховище.

Вплив циклічної експлуатації ГЕС призводить до добових (короткоперіодичних) зміщень та деформацій споруд. Оскільки ці зміщення носять короткоперіодичний характер і їх амплітуда, як правило, не перевищує декілька міліметрів, то для їх виявлення необхідно проводити безперервні виміри, використовуючи сучасні прецизійні геодезичні технології та застосовуючи спеціальний математичний апарат опрацювання вимірів.

Ці короткоперіодичні зміщення, в залежності від добових циклів експлуатації ГЕС та ГАЕС, можуть накопичувати остаточні деформації, які приводять до руйнування споруд та їх фундаментів. Також їх вплив може підсилюватись температурною деформацією, сейсмічною активністю, гідрологічними навантаженнями, повенями, зсувними процесами, карстовими явищами, підтопленнями та ін.

Дана робота спрямована на дослідження короткоперіодичних зміщень напірних трубопроводів ГЕС, викликаних добовим циклом їх експлуатації.

Необхідно зазначити, що проблемою визначення та дослідження деформацій інженерних споруд займались такі відомі вчені України і колишнього СРСР, як П.І. Баран, С.П. Войтенко, К.О. Бурак, К.Р. Третяк, П.Г. Черняга, В.Я. Чорнокінь, Ю. П. Гуляев, А.К. Зайцев, М.Е. Пискунов, Г.П. Левчук, А.А. Карлсон, а також закордонні вчені: Gikas V. Kangi Abas, Heidari Nematollah, Madhav N. Kulkarni.

У даній роботі зосереджується увага на теоретичному обґрунтуванні опрацювання результатів геодезичних вимірів короткоперіодичних зміщень анкерних опор напірних трубопроводів ГЕС під впливом добового технологічного циклу їх експлуатації та розробці методик визначення цих зміщень в режимі реального часу та прогнозування їх накопичення в часі.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Виконані аналіз та дослідження в роботі збігаються з державною науково-технічною програмою «Ресурс». У рамках цієї програми автор брала участь у проекті «Розробка керівної нормативно-технологічної інструкції визначення та прогнозу деформацій інженерних споруд АЕС, ТЕЦ та ГЕС із застосуванням супутникових GPS-технологій» № держ. реєстр. 0107U009398. Результати досліджень пов'язані з госпдоговірними, науково-дослідними роботами: «Спостереження за деформаціями інженерних споруд Тереблє-Ріцької ГЕС», № держ. реєстр. 0103U001375, „Визначення горизонтальних зміщень пунктів опорної геодезичної мережі Дністровської ГАЕС методом GPS”, № держ. реєстр. 0108U004764, „Визначення горизонтальних зміщень гідротехнічних споруд Канівської ГЕС методом GPS” № держ. реєстр. 0107U002858.

Науково-дослідні роботи автора збігаються з науковою тематикою робіт галузевої науково-дослідної лабораторії «Геодезичного моніторингу та рефрактометрії» (ГНДЛ - 18) Інституту геодезії Національного університету «Львівська політехніка».

Дана робота виконувалась на кафедрі вищої геодезії та астрономії Інституту геодезії Національного університету “Львівська політехніка”.

Мета і задачі досліджень

Основною метою в роботі є дослідження та визначення короткоперіодичних зміщень напірних трубопроводів гідроенергетичних об'єктів, викликаних добовим циклом їх експлуатації. Для досягнення цієї мети автор в своїй роботі розв'язує такі задачі:

- визначення та класифікація основних причин аварійності на гідроенергетичних об'єктах та методи їх попередження;

- експериментальне дослідження залежностей виникнення зміщень анкерних опор напірного трубопроводу Тереблє-Ріцької ГЕС (ТРГ) від зміни рівня води у водосховищі за результатами геодезичних вимірів;

- розробка теоретичних основ опрацювання геодезичних вимірів короткоперіодичних зміщень анкерних опор напірного трубопроводу ТРГ під дією добового технологічного циклу експлуатації ГЕС;

- розробка методів визначення короткоперіодичних зміщень анкерних опор в режимі реального часу;

- попередній розрахунок та прогнозування накопичення систематичних зміщень анкерних опор напірних трубопроводів.

Об'єктом дослідження є напірний трубопровід Тереблє-Ріцької ГЕС.

Предметом досліджень є короткоперіодичні зміщення напірних трубопроводів ГЕС під дією добового технологічного циклу експлуатації ГЕС. геодезичний анкерний трубопровід експлуатація

Методи досліджень. Під час проведення досліджень використано методи математичного аналізу, математичні методи опрацювання кінематичних геодезичних мереж, моніторингові прецизійні геодезичні виміри визначення просторових координат точок.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що в роботі на основі результатів геодезичного моніторингу анкерних опор напірного трубопроводу ТРГ вперше встановлено вплив добового технологічного циклу на короткоперіодичні зміщення напірних трубопроводів ГЕС та розроблена методика опрацювання результатів геодезичного моніторингу зміщень анкерних опор напірних трубопроводів у режимі реального часу.

На основі рядів Фур'є та теорії кінематичних коефіцієнтів теоретично обґрунтовано методику прогнозування накопичення систематичних зміщень анкерних опор напірного трубопроводу під дією добових технологічних циклів.

Практичне значення одержаних результатів.

На основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень:

- за результатами багаторічних кутових, лінійних та GPS-вимірів, виконаних на просторовій мережі Тереблє-Ріцької ГЕС, встановлено залежності зміни деформацій і напружень у напірному трубопроводі від рівня води у Тереблянському водосховищі;

- визначено величини короткоперіодичних зміщень анкерних опор напірного трубопроводу в залежності від добового циклу навантаження на трубопровід;

- на основі розробленої методики опрацювання результатів короткоперіодичних геодезичних вимірів визначаються максимально наближені до реальних зміщення анкерних опор напірних трубопроводів;

- виконані дослідження дозволяють прогнозувати накопичення систематичних зміщень анкерних опор і відкривають можливість зміною технологічного циклу експлуатації ГЕС частково компенсувати їх накопичення.

Особистий внесок здобувача. Основні положення та результати досліджень дисертаційної роботи, одержані автором самостійно, опубліковані в працях 2, 3, 5. У працях, опублікованих у співавторстві, автору належать: 4 - встановлення залежності точності GPS - вимірів від їх тривалості, довжини вектора та мінімальної висоти супутників над горизонтом; 1, 7 - дослідження та аналіз безпосередньої залежності зміни довжин усіх прогонів напірного трубопроводу Тереблє-Ріцької ГЕС від змін рівня води у водосховищі; 6, 8 - розробка методики опрацювання кінематичних мереж на прикладі напірного трубопроводу Тереблє-Ріцької ГЕС із застосуванням теорії кінематичних коефіцієнтів для визначення остаточних зміщень напірного трубопроводу Тереблє-Ріцької ГЕС.

Апробація результатів роботи. Основні теоретичні та експериментальні результати дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на:

1. Міжнародних науково-технічних симпозіумах «Геоінформаційний моніторинг навколишнього середовища: - GPS і GIS-технології» (Алушта, Крим) у 2007, 2008, 2009 рр.

2. Міжнародна наукова-технічна конференція «Геофорум 2008» (Яворів, Львів) у 2008 р.

3. Міжнародна наукова-практична конференція «Нові технології в геодезії, землевпорядкуванні та лісовпорядкуванні» (Ужгород) у 2008р.

4. II Міжнародна конференція молодих науковців "Геодезія, архітектура та будівництво - 2009", Львів.

Публікації. Результати досліджень за темою дисертації містяться у 8 публікаціях, які наведені у списку використаних джерел. Основний зміст робіт опубліковано у 6 роботах наведених в авторефераті. Серед них: 4 статті опубліковані у фахових виданнях.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, трьох розділів, висновків, списку використаних джерел (121 найменування). Загальний обсяг дисертації становить 139 сторінок, ілюстрації складають 19 рисунків, 26 таблиць, 2 додатків.

Основний зміст роботи

У вступі розкрито актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету та її основні завдання, охарактеризовано наукову новизну, практичне значення запланованих досліджень, сформульовано основні положення, що виносяться на захист, викладено відомості про апробацію роботи, повноту публікації результатів та їх впровадження.

У першому розділі дисертації “Комплексний моніторинг експлуатації гідротехнічних об'єктів” проаналізовані наслідки впливу експлуатації ГЕС, ГАЕС та гребель на довкілля. Внаслідок виконаного аналізу встановлені основні причини виникнення аварійних ситуацій на них. У цьому розділі проведений аналіз існуючих методів попередження аварійності на гідроенергетичних об'єктах. Проаналізовано геодезичні методи контролю та визначення зміщень і деформацій інженерних споруд гідроенергетичних об'єктів. Це дозволило встановити, що найпоширенішим методом для визначення вертикальних зміщень продовжує залишатись метод геометричного нівелювання, для визначення горизонтальних зміщень ще використовуються класичні лінійно-кутові методи, але все більшого застосування набувають супутникові технології, електронні, роботизовані тахеометри, сканувальні системи тощо. Саме вони дозволяють з високою точністю в режимі реального часу визначати просторові зміщення інженерних споруд гідроенергетичних об'єктів. Також широкого поширення набувають комплексні системи моніторингу, завдяки яким є можливість визначати планові та висотні зміщення як окремих елементів конструкцій, так і об'єктів у цілому.

У другому розділі роботи “Геодезичний моніторинг анкерних опор напірного трубопроводу ТРГ” виконаний аналіз геодезичних робіт за стійкістю інженерних споруд ТРГ, яка знаходиться в Українських Карпатах в 35 кілометрах на північ від районного центру м. Хуст Закарпатської області, та є гідроелектростанцією дериваційного типу. Внаслідок виконаного аналізу були виявлені постійні зміщення напірного трубопроводу зафіксовані геодезичними методами впродовж тривалого часу. Напрямок цих зміщень є південно-західним, тобто зворотнім до напрямку насуву структурних елементів Українських Карпат. Така спрямованість загального тренду зміщень напірного трубопроводу вказує на те, що вони викликані особливостями структурно-геологічної будови. Крім того простежується обернений взаємозв'язок між об'ємом води у водосховищі та накопиченням деформацій на стику дериваційного тунелю та напірного трубопроводу.

Найбільший вплив на стійкість споруд ТРГ мають структурно-геологічні - це прояв дрібної складчастості і зон кліважу, а також гідрогеологічні умови - це коливання рівня грунтових вод. Прояв періодичних рухів зафіксованих на спорудах ТРГ, які спрацьовують по схемі стиск - розтяг і мають зворотній характер, зв'язаний прямою залежністю зі ступенем заповнення водосховища. Прояв постійних зміщень, зафіксованих на напірному трубопроводі, відбувається у південно-західному напрямку. Величини зміщень за період експлуатації ТРГ склали біля 10 см та є сумою залишкових мікрозміщень викликаних зворотними періодичними рухами.

Визначення локальних деформацій та напружень напірного трубопроводу проводились із тримісячною періодичністю. Відповідно встановлена залежність між об'ємом води у водосховищі та деформаціями прогонів напірного трубопроводу є достатньо згладженою у часі і не відтворює короткоперіодичних деформацій трубопроводу, які можуть мати місце при різкій зміні рівня води.

З метою вивчення короткоперіодичних (добових) зміщень напірного трубопроводу було заплановано використання електронного тахеометра Leica TPS 1201. Для цього був проведений розрахунок апріорної оцінки точності результатів вимірів короткоперіодичних зміщень анкерних опор. Отримані результати дозволили стверджувати, що використання електронного тахеометра задовольняє міліметровій точності визначення координат об'єкта. Крім того, при проведенні тривалих короткоперіодичних вимірів зміщень анкерних опор частина похибок, таких, які викликані впливом атмосферних умов, центруванням та редукуванням приладу та систематичних похибок приладу, може компенсуватись. Для визначення достовірної точності результатів вимірів короткоперіодичних зміщень нами були проведені експериментальні дослідження роботи тахеометра. З цією метою був розроблений пристрій у вигляді рухомого відбивача, для якого були розроблені додаткові вузли, що являли собою мікрометренні гвинти, під'єднані для переміщення дзеркально-лінзового відбивача. За допомогою розробленого пристрою можна вимірювати задані еталонні величини зміщень. На рис. 1 представлено відбивач з вище вказаними мікрометренними гвинтами.

Для порівняння в табл. 1 приводяться скп визначення координат точки отриманої при апріорній оцінці точності та обчисленої за результатами експериментальних досліджень при різних відстанях від тахеометра до відбивача.

Таблиця 1

СКП визначення координат точок тахеометром Leica TPS 1201 за результатами апріорної оцінки точності та експериментальних досліджень, виконаних за допомогою рухомого відбивача

S (м)	(мм)	(мм)
50	1,1	0,3
100	1,5	0,6
200	2,5	1,2

Як видно з таблиці, при проведенні короткоперіодичних вимірів зміщень об'єкта отримуємо результати в два-три рази точніші, порівняно з виконаною раніше апріорною оцінкою точності.

Це пояснюється тим, що виміри проводились з високою частотою (періодом декілька хвилин), тому їх можна вважати майже безперервними. Отже, насправді точність визначення вимірів короткоперіодичних зміщень напірних трубопроводів є значно вища порівняно з апріорною.

З метою дослідження короткоперіодичних зміщень напірного трубопроводу протягом 4 - х днів було виконано цілодобові виміри. У цей час відбувалось наповнення водосховища після проведення планового огляду дериваційного тунелю. Виміри тахеометром заплановано проводили з однієї станції «0», розташованої на даху машинного залу ТРГ (рис. 2.), на чотири анкерних опори з встановленими відбивачами.

Виконані експериментальні дослідження зміщень анкерних опор напірного трубопроводу ТРГ дозволили встановити безпосередню залежність зміни довжин усіх прогонів напірного трубопроводу від зміни рівня води у водосховищі (рис. 3).

З рис. 3 виявлено безпосередню залежність між зміною довжин всіх прогонів напірного трубопроводу та зміною рівня води у водосховищі. Зростання рівня води у водосховищі на три метри призвело до зменшення довжини прогонів 1-2 і 3-4 відповідно на 9 та 6 мм та збільшення довжини прогону 2-3 на 10 мм. Очевидно, анкерна опора № 2 змістилась при наповненні водосховища у напрямку опори № 1, що і призвело до стиску прогону 1-2 та розтягу прогону 2-3.

Однією з причин зміщень анкерних опор та появи короткоперіодичних напружень у прогонах напірного трубопроводу є збільшення насичення водою Ріцького схилу при заповненні водосховища. Це підтверджується різким зниженням дебіту джерел Ріцького схилу при осушенні водосховища. Також можливою причиною появи напружень може бути підвищення кінематичної активності тектонічних блоків Ріцького розлому при заповненні водосховища. При цьому зростає зволоження стику тектонічних блоків, що призводить до зменшення тертя між ними і прояву їх зміщень. Поява різких короткоперіодичних деформацій і напружень напірного трубопроводу призводить до його зміщень на Ріцькому схилі і має суттєвий вплив на міцність інженерних конструкцій, що несе певну небезпеку і вимагає систематичного контролює

У третьому розділі “Методика опрацювання кінематичних мереж на прикладі напірного трубопроводу ТРГ” для дослідження впливу технологічного циклу на зміщення анкерних опор напірного трубопроводу ТРГ виконано добові короткоперіодичні спостереження.

За результатами добових короткоперіодичних геодезичних вимірів, виконаних електронним тахеометром Leica TPS 1201, встановлено добовий гармонічний цикл зміщення анкерних опор напірного трубопроводу. Амплітуда отриманих змін приростів координат коливається в межах від 0,8 мм до 12 мм в залежності від інтенсивності кінематики кожної опори. Це свідчить про вплив технологічного циклу експлуатації напірного трубопроводу на стійкість анкерних опор.

Оскільки результати вимірів ми отримали відносно базової станції (тахеометра), який ми приймали нерухомим, то ми отримуємо суб'єктивний результат про реальні зміщення напірного трубопроводу. Електронний тахеометр також знаходиться на будівлі ГЕС (напірному трубопроводі) і так само може зміщуватись. Виникає задача визначення реальних зміщень напірного трубопроводу, які не залежать від вибору нерухомого пункту. Для розв'язку цієї задачі скористаємося теорією кінематичних коефіцієнтів.

В зв'язку з тим, що зміна приростів координат виміряних векторів носить періодичний характер протягом доби (рис. 4), нами була виконана апроксимація цих зміщень рядом Фур'є, обмежена першими його членами:

, (1)

де - коефіцієнти гармонічного ряду.

Експериментально встановлено, що введення більшої кількості гармонік ряду Фур'є не є доцільним. Оскільки вони відображають в основному похибки вимірів, а не результати технології експлуатації трубопроводу.

Результати апроксимації представлені на рис. 4.

Для прикладу використовуємо висотну складову. Зміна координат анкерних опор по осях має аналогічний характер.

Основною задачею теорії кінематичних коефіцієнтів є розподіл поправок за результатами вимірів у координати точок, визначених у попередньому циклі. Для розв'язку цієї задачі визначаємо з вимірів прирости координат між точками або їх зміну між циклами спостережень , , де , - номери точок, на які опирається даний вектор:

де,, та,, зміни координат точок та між циклами спостережень. Задача визначення величин,,,,,, за значеннями,, не має однозначного розв'язку.

Оскільки опрацювання кінематичних мереж виконують за результатами значної кількості повторних циклів вимірів, то на параметри,, в рівняннях (2) накладемо такі умови:

де,,, - нормовані кінематичні коефіцієнти, що характеризують інтенсивність точок по відповідних осях координат. Для їх визначення використовуємо,, - середні квадратичні відхилення приростів координат між точками та за весь період спостережень. Формула для параметра має наступний вигляд:

де - виміряні різниці координат по осі між точками та , - порядковий номер останнього циклу спостережень, а l - порядковий номер поточного циклу спостережень, і = 1…n. Параметри, обчислюються за аналогічними виразами.

Оскільки частота вимірів роботизованим тахеометром може досягати декілька хвилин, то функцію (4) можна вважати практично неперервною. Тоді вираз (4) з врахуванням коефіцієнтів гармонічного ряду Фур'є набуває вигляду:

де - початок інтервалу спостережень, - момент часу, на який визначається зміщення анкерних опор. Початок інтервалу спостережень приймаємо . Тоді вираз (5) набуває вигляду:

Нормовані коефіцієнти кінематики точки спостереження «0» для осі Н, використані у виразі (3), обчислюються із залежності:

де - загальна кількість точок у мережі, - ненормований кінематичний коефіцієнт точки «0», який для осі обчислюється за виразом:

а з врахуванням (6)

де точка «і» - анкерна опора, - ненормований кінематичний коефіцієнт точки «i», для осі є:

а з врахуванням (6)

Нормовані коефіцієнти кінематики по осі Н для точок «0»та «i» обчислюються за виразами

Для визначення зміщень,,,, точок з урахуванням виразу (6), знаходимо середньовагове зміщення кожної пари точок - по осі Н за виразом:

де - зміна проекції виміряних векторів - між сусідніми циклами спостережень на вісь Н.

Середньовагове зміщення кожної пари точок - по осі Н знаходимо за виразом:

де - зміна проекції виміряних векторів - між сусідніми циклами спостережень на вісь Н.

Середньовагове зміщення мережі по осі Н:

Проекція середнього зміщення мережі на відповідну координатну вісь, визначена з класичного урівноваження, обчислюється з виразу:

Різниці між середнім зміщенням мережі по відповідній осі координат і визначеним із результатів вимірів:

де - зміна проекції виміряних векторів - між сусідніми циклами спостережень на відповідну координатну вісь.

Зміщення по відповідній осі координат і-тої точки визначається за виразом:

Враховуючи вирази (16,17), отримаємо:

Отриманий вираз для визначення остаточного зміщення кожної анкерної опори на момент часу залежить від коефіцієнтів гармонічної функції і кожної опори. На основі приведених добових спостережень визначені остаточні зміщення анкерних опор. На рисунку 4 показано остаточні зміщення точок на кінець доби. Остаточні величини для кожної опори на кінець добового циклу можуть систематично накопичуватись у часі, що несе загрозу накопичення деформацій напірного трубопроводу. За допомогою регулювання технологічного циклу експлуатації напірного трубопроводу можна протидіяти систематичному накопиченню цих величин.

Відповідно важливим є прогнозування зміщень . Для цього на підставі добових або тривалих спостережень можна встановити гармонічні функції зміщення анкерних опор та їх змін у часі. Що дозволить за допомогою розробленої методики прогнозувати накопичення остаточних зміщень.

Крім того, була розроблена методика опрацювання результатів геодезичного моніторингу зміщень анкерних опор напірних трубопроводів у режимі реального часу, яка, на відміну від класичних методів, враховує зміну положення базової станції.

Зміщення по відповідній осі координат і-тої точки, визначали за виразом (19).

Для визначення зміщень анкерних опор за будь-який період часу був розроблений програмний пакет. Всі обчислення виконувались у середовищі MATHCAD. За результатами опрацювання вимірів на рисунку 5 представлені графіки зміни висот точок на протязі доби та їх визначені остаточні зміщення.

Отримані остаточні зміщення не є значними протягом доби, але при постійному технологічному циклі ці зміщення можуть систематично накопичуватись.

Застосування цієї методики є ефективним при опрацюванні вимірювань у режимі реального часу. На сьогоднішній день планується встановлення моніторингових геодезичних систем на Дністровській, Дніпродзержинській, Каховській, Канівській ГЕС. При введенні в експлуатацію цих систем, використання цієї методики буде доцільним для опрацювання вимірювань у режимі реального часу.

ВИСНОВКИ

Результати теоретичних і експериментальних досліджень, виконаних у дисертаційній роботі, дали можливість виявити вплив добового технологічного циклу експлуатації ГЕС на зміщення анкерних опор напірного трубопроводу та розробити методику визначення у режимі реального часу короткоперіодичних зміщень анкерних опор та прогнозувати накопичення остаточних добових зміщень у часі. Внаслідок чого з'являється можливість зміною технологічного циклу експлуатації напірного трубопроводу мінімізувати або компенсувати накопичення цих зміщень. Головні наукові та практичні результати досліджень:

1. У результаті виконаного аналізу наслідків будівництва та експлуатації ГЕС, ГАЕС та гребель встановлено, що основними причинами аварій на них є ендогенні процеси, які відбуваються на територіях гідроенергетичних споруд та на прилеглих територіях, також екзогенні процеси, які в основному зумовлюються будівництвом та експлуатацією водосховищ, та техногенні фактори, які є наслідком зношеного устаткування технологічного обладнання, невчасними ремонтними роботами та недостатнім контролем за станом технологічного устаткування і за спорудами ГЕС.

2. Проаналізувавши геодезичні методи спостереження за зміщеннями та деформаціями інженерних споруд ГЕС та ГАЕС, встановлена необхідність розробки теоретичного обґрунтування досліджень та опрацювання короткоперіодичних зміщень інженерних споруд, які не вирішуються за допомогою застосування класичних геодезичних методів, але є однією з важливих проблем моніторингу гідроенергетичних об'єктів.

3. Багаторічний геодезичний моніторинг інженерних споруд ТРГ виявив систематичні зміщення напірного трубопроводу, крім цього експлуатація напірного трубопроводу призвела до появи тріщин та пустот у зоні дросельного затвору. Також на анкерні опори напірного трубопроводу діють сили, обумовлені зміною рівня води у Тереблянському водосховищі та короткочасні періодичні навантаження, обумовлені добовим технологічним циклом експлуатації ГЕС. За результатами геодезичного моніторингу анкерних опор напірного трубопроводу ТРГ під час планового осушення водосховища встановлено безпосередню залежність зміни довжин усіх прогонів напірного трубопроводу від зміни рівня води у водосховищі.

4. З метою вивчення достовірного впливу короткоперіодичних технологічних навантажень на анкерні опори напірного трубопроводу проведено експериментальні дослідження точності роботизованого електронного тахеометра Leica TPS 1201, розроблені теоретичні основи та методика опрацювання вимірів.

5. За результатами експериментальних досліджень встановлено, що добові короткоперіодичні зміщення анкерних опор напірного трубопроводу під дією технологічного циклу можуть досягати до 12 мм і приводять до появи остаточних зміщень на кінець добового циклу. Остаточні зміщення анкерних опор можуть систематично накопичуватись у часі.

6. З метою прогнозу накопичення систематичних зміщень анкерних опор на основі рядів Фур'є розроблена методика їх попереднього розрахунку.

7. Розроблена методика опрацювання результатів геодезичного моніторингу зміщень анкерних опор напірних трубопроводів у режимі реального часу, яка на відміну від класичних методів, враховує зміну положення базової станції, дає більш достовірний результат.

8. Виконані дослідження дозволяють прогнозувати накопичення систематичних зміщень анкерних опор і відкривають можливість зміною технологічної експлуатації ГЕС мінімізувати ці зміщення. Рекомендується застосовувати даний метод для геодезичного моніторингу інших інженерних конструкцій.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Статті у фахових і періодичних наукових виданнях, збірниках наукових праць, матеріалів і тез міжнародних конференцій:

1. Грицюк Т.Ю. Моніторинг напружень напірного трубопроводу Тереблє-Рікської ГЕС // Грицюк Т.Ю., Третяк К.Р. Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва. Вип. ІІ (15). 2008. Львів. 2008, ст. 146-157.

2. Грицюк Т.Ю. Визначення короткоперіодичних зміщень напірного трубопроводу Тереблє-Ріцької ГЕС // Грицюк Т.Ю. Вісник геодезії та картографії. Київ. 2009. № 2. с. 14-18.

3. Грицюк Т. Ю. До питання розробки методики моніторингу вертикальних зміщень інженерних споруд ГЕС за допомогою GPS технологій // Грицюк Т. Ю. Геоінформаційний моніторинг навколишнього середовища: GPS і GIS - технології. Збірник матеріалів XII міжнародного науково-технічного симпозіуму. Алушта: ЛАГТ. 2007, с. 215-219.

4. Грицюк Т.Ю. До питання оцінки точності виміру перевищень методом GPS // Грицюк Т.Ю., Третяк К.Р. Геодезія, картографія та аерофотознімання / Вип. 69, 2007, Львів. 2007, ст. 78-83.

5. Грицюк Т.Ю. Застосування теорії кінематичних коефіцієнтів для визначення короткоперіодичних зміщень Тереблє-Ріцької ГЕС // Грицюк Т.Ю. Матеріали ІІ Міжнародної конференції молодих вчених GAS - 2009 - Видавництво: НУ "Львівська політехніка". Львів. 2009. с. 126-130.

6. Грицюк Т.Ю. Методика опрацювання кінематичних мереж на прикладі напірного трубопроводу Тереблє-Ріцької ГЕС // Грицюк Т.Ю., Третяк К.Р. Геодезія, картографія та аерофотознімання / Вип. 69, 2009. Львів. 2009, с. 78-83.

7. Грицюк Т.Ю. Дослідження деформацій напірного трубопроводу Теребля-Рікської ГЕС з врахуванням інженерно-геологічних умов // Третяк К.Р., Кульчицький А.Я., Грицюк Т.Ю. Геоінформаційний моніторинг навколишнього середовища: GPS і GIS - технології. Збірник матеріалів XIII міжнародного науково-технічного симпозіуму. Алушта: ЛАГТ. 2008. с. 46-49.

8. Грицюк Т.Ю. Опрацювання геодезичної кінематичної мережі напірного трубопроводу Тереблє-Ріцької ГЕС // Третяк К. Р., Грицюк Т.Ю. Геоінформаційний моніторинг навколишнього середовища: GPS і GIS - технології. Збірник матеріалів XIV міжнародного науково-технічного симпозіуму. Алушта: ЛАГТ. 2009. с. 49-56.

АНОТАЦІЯ

Грицюк Т.Ю. Геодезичний моніторинг короткоперіодичних зміщень напірних трубопроводів гідроенергетичних об'єктів (на прикладі Тереблє-Ріцької ГЕС).

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.24.01 - геодезія, фотограмметрія та картографія. Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2010.

Дисертацію присвячено розробленню теоретичних основ та методики дослідження та визначення короткоперіодичних зміщень напірних трубопроводів гідроенергетичних об'єктів. У дисертації виконано аналіз геодезичного моніторингу за інженерними спорудами ТРГ, експериментально встановлено безпосередню залежність зміни довжин усіх прогонів напірного трубопроводу від зміни рівня води у водосховищі. За результатами добових короткоперіодичних геодезичних вимірів встановлено добовий гармонічний цикл зміщення анкерних опор напірного трубопроводу. З метою визначення та прогнозування остаточних зміщень анкерних опор на кінець доби розроблена методика опрацювання результатів спостережень із застосуванням теорії кінематичних коефіцієнтів і апроксимації спостережень рядом Фур'є. Розроблена методика опрацювання результатів геодезичного моніторингу зміщень анкерних опор напірних трубопроводів у режимі реального часу.

Ключові слова: короткоперіодичні зміщення, напірний трубопровід, системи геодезичного моніторингу, роботизовані тахеометри.

АННОТАЦИЯ

Грицюк Т.Ю. Геодезический мониторинг короткопериодических смещений напорных трубопроводов гидроэнергетических объектов (на примере Теребле-Рицкой ГЕС).

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.24.01 - геодезия, фотограмметрия и картография. Национальный университет “Львовская политехника”, Львов, 2010.

Диссертация посвящена разработке теоретических основ и методики исследования короткопериодических смещений напорных трубопроводов гидроэнергетических объектов. В диссертации выполнен анализ геодезического мониторинга за инженерными сооружениями ТРГ, экспериментально установлена непосредственная зависимость изменения длин всех прогонов напорного трубопровода от изменения уровня воды в водохранилище. По результатам суточных короткопериодических геодезических измерений установлен суточный гармоничный цикл смещения анкерных опор напорного трубопровода. С целью определения и прогнозирования окончательных смещений анкерных опор на конец суток, разработана методика обработки результатов наблюдений с применением теории кинематических коэффициентов и аппроксимации наблюдений рядом Фурье. Разработана методика обработки результатов геодезического мониторинга смещений анкерных опор напорных трубопроводов в режиме реального времени.

Ключевые слова: короткопериодические смещения, напорный трубопровод, системы геодезического мониторинга, роботизированные тахеометры.

ANNOTATION

Grytsyuk T.Y. Geodetic monitoring of the short-periodical displacement of support of the penstock HPS (for example Tereblya-Rikska HPS).

The dissertation on competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. on a speciality 05.24.01 - geodesy, photogrammetry and cartography. National University “Lviv Polytechnic”, Lviv, 2010.

The dissertation is devoted to the theoretical bases and the methods of the investigation and the determination of the short-periodical displacement of support of the penstock HPS.

The analyze of the geodetic monitoring for the engineering objects was done. The systematic displacement of support of the penstock HPS was find out. Besides the exploitation of the penstock leaded to the appearance of the slips and free spaces in the zone of the butterfly valve. For the results of the geodetic monitoring of the anchor supports of the penstock Tereblya-Rikska HPS on the planned drainage of the reservoir the direct dependence of the linear deformation all penstock's passes on the variotation of water level in the reservoir was established. For the purpose of study of the influence of short-periodical technologic load on the anchor supports of the penstock the experimental investigation of accuracy of electronic total station Leica TPS 1201 was realized, the theoretical bases and the processing technique of the measurements were developed. The day's harmonic cycle of displacement of the penstock's anchor supports was established for the results of the daily's short-periodical geodetic measurement. The processing technique of results of supervisions with application of theory of kinematics coefficients and approximations of supervisions by the Fourier series was done. The processing technique of results of the geodetic monitoring of the displacement of support of the penstocks was developed in real-time mode. Develop methods experiments made possible to predict the accumulation of the systematic displacement of the anchor supports and to minimize these displacements.

Keywords: the short-periodical displacements, penstock, the systems of the geodetic monitoring, the total station.

Размещено на Allbest.ru