ГКИНП-10-186-84. Руководящий технический материал по изучению деформаций земной поверхности геодезическими методами на полигонах атомных электростанций

(утв. и введен в действие Приказом ГУГК СССР от 30.11.1984 № 9 ДСП)

РУКОВОДЯЩИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДЕФОРМАЦИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ГЕОДЕЗИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ НА ПОЛИГОНАХ АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Обязателен для всех предприятий, организаций и учреждений Главного управления геодезии и картографии при Совете Министров СССР.

Руководящий технический материал (РТМ) устанавливает схемы геодезических построений, методику измерений и обработки, а также формат представляемой отчетной документации при геодезических изысканиях в районах строительства атомных электростанций.

РТМ предназначен для предприятий, организаций и учреждений ГУГК, выполняющих работы на полигонах атомных электростанций. Разработан Центральным орденом «Знак Почета» научно-исследовательским институтом геодезии, аэросъемки и картографии им. Ф.Н. Красовского.

РТМ утвержден и введен в действие с 1 апреля 1985 г. приказом ГУГК от 30.11.1984 № 9 ДСП.

    Атомные  электростанции  (АЭС)  представляют  собой  сложные инженерные
сооружения,  которые  состоят  из  ядерного реактора и комплекса устройств,
обеспечивающих  безопасное производство электрической энергии. Требования к

устойчивости АЭС весьма высоки — предельно допустимый крен оснований зданий

                                       -4                         -6
и  сооружений  АЭС  составляет  1  - 10   за 30 лет или   3,3 - 10   в год.
Поэтому  строительству  АЭС  предшествует  период   исследований  различных
естественных  факторов,  влияющих  на  ее  устойчивость.  Эти  исследования
включают   специальные     геолого-геоморфологические,    сейсмологические,
геофизические  и  геодезические  работы по выявлению тектонических активных
структур, возможных тектонических нарушений и   получению   соответствующих

количественных характеристик.

Задача геодезических работ заключается в том, чтобы на основании повторных измерений определить численные характеристики контрастных вертикальных (а в некоторых случаях и горизонтальных) движений земной поверхности, которые в сочетании с другими данными позволят составить обоснованное заключение о сейсмических и тектонических условиях и об устойчивости земной поверхности в районе расположения АЭС.

При постановке геодезических работ следует учитывать, что изыскания для выбора местоположения АЭС ведутся в течение 4 — 5 лет по следующим трем последовательным этапам:

• изучение района строительства АЭС, который охватывает территорию радиусом 100 — 200 км;
• изучение одного или нескольких локальных участков в пределах района строительства, так называемых пунктов строительства <1>, имеющих размеры порядка 10 км х 15 км, и — изучение в пределах намеченного пункта строительства одной или нескольких площадок строительства размерами порядка 3 км x 3 км, на которой должны располагаться основные объекты атомных электростанций.

---

<1> Указанные названия соответствуют терминологии, принятой в организациях Минэнерго, занимающихся проектированием АЭС.

На каждом из этих этапов местоположение пунктов и площадок строительства уточняется на основании результатов предшествующего комплекса исследований, в том числе и геодезических работ.

Все геодезические работы, а также сбор, графическое оформление и анализ геодезической информации, имеющейся на район строительства, ведутся по заказу организаций Минэнерго, занимающихся проектированием атомных электростанций, которые именуются в дальнейшем «Заказчик», соответствующими (по территориальному признаку) предприятиями ГУГК, именуемыми в дальнейшем «Предприятие».

Настоящий нормативно-технический акт отражает специфику геодезических работ, связанную с их целевым назначением. Он разработан в соответствии с действующей «Инструкцией о порядке разработки и утверждения нормативно-технических актов на производство топографо-геодезических и картографических работ» в целях унификации технологии геодезических измерений и обеспечения необходимой точности определения деформаций на полигонах АЭС.

Геодезические работы выполняются на основе договоров, заключаемых между Заказчиком и Предприятием, в соответствии с техническими проектами, разрабатываемыми и утверждаемыми в установленном ГУГК порядке.

Комплекс работ, выполняемых для изучения деформаций на полигонах АЭС в соответствии с настоящим РТМ, включает:

• геодезическое изучение района строительства АЭС;
• составление технических проектов геодезических работ на выбранные пункты и площадки строительства АЭС;
• непосредственное выполнение и обработку запроектированных геодезических измерений;
• подготовку и представление соответствующей отчетной документации.

Указанные работы выполняются в соответствии с действующими общеобязательными нормативными актами ГУГК (см. раздел 7) с учетом организационно-технических требований настоящего РТМ.

Геодезические работы, выполняемые на каждом из указанных выше (см. раздел 1) трех этапов инженерных изысканий для выбора местоположения АЭС, имеют свои особенности, касающиеся состава работ, а также используемых методов и схем геодезических измерений.

3.1 Геодезическое изучение района строительства АЭС

Геодезическое изучение района строительства АЭС выполняется без постановки специальных измерений, с использованием только тех геодезических и космических фотосъемочных данных, которые уже имеются на исследуемый район. Сбор, графическое оформление и анализ этих материалов выполняется Предприятием на основании заявки, представляемой Заказчиком. К заявке должна прилагаться схема в масштабе 1:1000000 с нанесенными границами района строительства, а также геотектоническими элементами, выявленными по геофизическим и геологическим данным.

Не позднее, чем через 2 месяца после получения заявки, Предприятие готовит и направляет Заказчику следующие материалы на район строительства АЭС:

1. Космические снимки, которые используются Заказчиком для дешифрирования геотектонических структур. Подготовку и отсылку снимков в Предприятие выполняет Госцентр «Природа» на основании соответствующего запроса Предприятия.

2. Карту-схему в масштабе 1:500000, на которую наносятся существующие линии повторного нивелирования.

3. Графики накопления разностей превышений между циклами выполненного ранее повторного нивелирования по установленной форме [6].

4. Выкопировку с карты современных вертикальных движений земной коры (СВДЗК) в масштабе 1:2500000, составленной по данным повторного нивелирования (если она составлена на район исследований).

5. Объяснительную записку, содержащую основные сведения о выполненном нивелировании прошлых лет, а также о точности определения скоростей, показанных на карте СВДЗК.

3.2 Геодезические работы на пунктах строительства АЭС

Геодезические работы на пунктах строительства, намеченных Заказчиком в результате анализа имеющихся геофизических и геодезических данных на район строительства (см. 3.1), должны вестись не менее 3 лет и включать не менее 5 — 6 циклов повторных измерений. Изучению подлежат, как правило, только вертикальные движения земной поверхности. Полученные при этом данные служат для выбора наиболее устойчивых зон под площадки строительства.

3.2.1 Составление проекта

Основанием для разработки проекта на геодезические работы служит техническое задание Заказчика. К техническому заданию прилагается тектоническая схема на каждый конкурентный пункт строительства в масштабе 1:100000 — 1:200000, на которой показываются потенциально тектонически активные зоны.

Технический проект составляется Предприятием в кратчайшие сроки, не позднее 3 — 4 месяцев с момента получения технического задания Заказчика, с учетом настоящего РТМ, а также соответствующей действующей нормативной документации по проектированию топографо-геодезических работ, и утверждается в установленном порядке. Проект, разрабатываемый на основе данных о геодезической, геоморфологической и геофизической изученности территории, устанавливает схемы, объем и методы геодезических работ, сроки выполнения отдельных циклов измерений, а также сметную стоимость.

При проектировании следует учитывать, что закладка геодезических знаков в некоторых случаях может полностью или частично выполняться силами Заказчика. Поэтому Предприятие должно согласовывать с Заказчиком объемы работ по закладке, подлежащие выполнению обеими Сторонами, включать заложенные Заказчиком реперы в нивелирную сеть. Заказчик, со своей стороны, должен строго соблюдать требуемые технологии и сроки закладки геодезических знаков.

3.2.2 Методы и схемы геодезических измерений

Основным методом изучения современных движений земной поверхности на пунктах строительства АЭС является высокоточное повторное нивелирование. При этом с учетом сравнительно короткого интервала времени, на котором ведется изучение деформационных процессов, необходимо выполнять нивелирование I класса.

Исследование горизонтальных движений земной поверхности предусматривается лишь в особых случаях, указанных Заказчиком в техническом задании. Измерения углов и сторон в плановых геодезических построениях выполняется по программе триангуляции (трилатерации) I класса.

Схемы нивелирных сетей на пунктах строительства АЭС выбираются в зависимости от условий местности и расположения разломов, но, как правило, должны включать замкнутый ход, расположенный вдоль границы участка. Указанный полигон рассекается двумя — тремя линиями, проходящими вкрест потенциально активным разломам (см. приложение 1). Периметры образованных замкнутых полигонов не должны превышать 40 км. Расстояние между смежными реперами должно составлять в среднем 1 — 1,5 км.

Для изучения горизонтальных деформаций используются локальные плановые построения. Если изучаются движения по одному направлению, например, вкрест тектонического разлома, то используются схемы в виде отдельных створных линий, образованных в зависимости от поставленной задачи двумя или несколькими пунктами (см. приложение 2, схемы а)).

Если интерес представляют две компоненты векторов плановых смещений, то используются построения в виде либо вытянутых геодезических четырехугольников, в которых пара коротких сторон расположена по одному исследуемому направлению, а одна из диагоналей — по другому (см. приложение 2, схема б)), либо двух- или многолучевых систем, т.е. линий, измеряемых с одной общей точки по двум или нескольким направлениям (см. приложение 2, схема в)), а также иные построения. Длины измеряемых линий в таких построениях не должны превышать 3 — 4 км.

3.3 Геодезические работы

Геодезические работы на площадках строительства, намеченных Заказчиком в результате анализа материалов геофизических и геодезических исследований на пунктах строительства (см. п. 3.2), ведутся в течение 2 — 2,5 лет и должны включать не менее 6 — 8 циклов повторных измерений. Полученные при этом данные используются для окончательного выбора наиболее устойчивой площадки строительства АЭС <2>.

---

<2> В некоторых случаях геодезические работы на площадках строительства могут выполняться параллельно с работами на пунктах строительства АЭС.

3.3.1 Составление проекта

Основанием для разработки проекта на геодезические работы служит техническое задание Заказчика. К техническому заданию прилагается подробная тектоническая схема на каждую площадку строительства в масштабе 1:25000.

Технический проект для площадок строительства разрабатывается Предприятием в кратчайшие сроки, не позднее 2 — 3 месяцев с момента получения технического задания Заказчика, в соответствии с теми же нормативными документами, что и проект для пунктов строительства, но по форме представляет собой объяснительную записку и содержит лишь необходимые сведения о видах, объемах и сроках выполнения работ, а также графические приложения и сметную часть.

В текстовую часть проекта не включаются те сведения, которые уже содержались в техническом проекте на соответствующий пункт строительства, такие как характеристика физико-географических, геологических и сейсмических условий, сведения о ранее выполненных геодезических работах и др.

При проектировании на этом этапе также необходимо согласовать с Заказчиком объемы работ по закладке геодезических знаков.

3.3.2 Методы и схемы геодезических измерений

В пределах площадки строительства АЭС исследованию подлежат только вертикальные деформации земной поверхности, для чего на территории таких площадок развивается сеть нивелирования II класса.

Схема высотной сети выбирается в виде равномерной сети нивелирных ходов, прокладываемых на расстоянии 0,6 — 0,7 км друг от друга параллельно границам площадки строительства АЭС, при этом крайние ходы должны располагаться на расстоянии 0,4 — 0,5 км от границы (см. приложение 3). Расстояние между смежными реперами должно составлять в среднем 0,3 км. Указанная схема достаточно хорошо контролирует устойчивость всей территории площадки.

Вследствие многоэтапности и ограниченности сроков геодезических исследований на АЭС при их организации и выполнении необходимо обеспечивать максимальную согласованность действий Заказчика и Предприятия.

Для этого Заказчик должен:

• строго соблюдать установленные сроки завершения анализа геофизических и геодезических данных и подготовки технических заданий на соответствующие этапы геодезических работ;
• своевременно направлять своих компетентных представителей по запросу Предприятия на рекогносцировочные работы для уточнения мест расположения геодезических знаков.

Со своей стороны, Предприятие должно строго соблюдать сроки составления проектов, проведения полевых и камеральных работ и подготовки отчетных материалов.

В методическом отношении при выполнении геодезических работ на полигонах АЭС следует руководствоваться требованиями и рекомендациями инструкций и руководств ([1] - [6]), действующих в системе ГУГК.

Кроме того, при создании высотных и плановых сетей необходимо учитывать следующие требования:

Высотные сети. Высотные сети необходимо привязывать к главной высотной основе СССР, а также, по возможности, совмещать с пунктами плановых сетей.

Для закрепления линий нивелирования необходимо использовать грунтовые и скальные реперы стандартных типов, при этом отдавать предпочтение скальным реперам. Фундаментальные реперы закладывают только на пунктах строительства АЭС в количестве 1 — 2 на каждый пункт. Реперы следует закладывать способом бурения с соблюдением необходимых мер для исключения сезонных и климатических влияний на устойчивость реперов. Первое нивелирование можно выполнять не ранее, чем через 2 месяца после закладки.

При нивелировании применяют глухие нивелиры Н-05, Н I, Ni 004, нивелиры с компенсатором Ni 002 и Ni 007 или другие нивелиры, равноценные им по точности, а также инварные рейки НР-05, РИ-3000Т (с термодатчиками) и соответствующие рейки, выпускаемые зарубежными фирмами.

Поверки и юстировки инструментов выполняются до и во время полевых работ способами, указанными в [1] и [2]. Инварные рейки эталонируются на компараторе MK-I в начале, середине и конце полевого сезона, при этом не реже 1 раза в месяц выполняются исследования штрихов рейки при помощи контрольной линейки. Если по результатам полевого компарирования средняя длина метрового интервала комплекта реек изменится более, чем на 0,1 мм, то выполняют дополнительное эталонирование на компараторе MK-I.

Нивелирование выполняют в прямом и обратном направлении. По каждой секции в прямом и обратном направлении нивелируют в разные половины дня. Длина визирного луча должна быть не более 40 м. Неравенство расстояний от нивелира до реек не должно превышать 0,3 м, а накопление этих неравенств в секции — 0,5 м. Высота визирного луча над подстилающей поверхностью должна быть не менее 0,5 м. Наблюдения на станции выполняют по способу «совмещения». Все допуски должны соответствовать требованиям Инструкции [1].

Плановые сети. Рекогносцировка пунктов плановых сетей выполняется совместно с представителями Заказчика. Пункты закрепляют на местности центрами тех типов, которые предусмотрены действующими инструкциями. Наблюдения должны выполняться со штативов.

Для измерения длин сторон рекомендуется использовать светодальномеры типа Мекометр-3000, ЗСМ-2, ЕОК-2000 и др. Методика измерений должна соответствовать указанной в инструкциях по эксплуатации соответствующих приборов, а также удовлетворять требованиям «Рекомендаций...» [5] и «Методического руководства...» [6]. Для измерения углов рекомендуется использовать теодолиты Т05, ОТ-02 и другие соответствующие им по точности. Наблюдения должны выполняться на визирные марки с использованием принудительного центрирования.

Обработка геодезических измерений на полигонах АЭС включает два этапа. На первом этапе выполняется обработка измерений и подготовка соответствующих полевых и отчетных документов согласно требованиям действующих нормативно-технических актов [1, 2, 3, 4, 5]. В результате обработки для плановых сетей получают измеренные и уравненные на станции линии и углы, а также таблицы разностей соответствующих измеренных элементов, а для высотных сетей — неуравненные величины превышений между реперами, ведомости сопоставления результатов нивелирования разных циклов и графики накопления разностей превышений относительно I цикла. Такая обработка выполняется по завершению каждого цикла измерений. Материалы предъявляются к сдаче в соответствии с перечнями, приведенными в [1, 2, 3, 4, 5].

На втором этапе обработки определяются численные характеристики вертикальных и горизонтальных движений. Такая обработка выполняется после завершения всех предусмотренных циклов измерений на пунктах или площадках строительства АЭС согласно изложенной ниже методике.

5.1 Обработка данных повторного нивелирования

При обработке повторного нивелирования на пунктах и площадках строительства АЭС используется методика совместного определения скоростей движения и высот реперов по данным всех выполненных циклов измерений, которая позволяет определять как долго-, так и короткопериодические компоненты вертикальных движений.

5.1.1 Определение долгопериодических компонент СВДЗК

При определении долгопериодических компонент СВДЗК для сети повторного нивелирования, которая включает несколько узловых реперов, обработка ведется в следующей последовательности:

а) из числа узловых реперов выбирается исходный пункт сети, расположенный в геодинамически наиболее устойчивой части полигона, и начальная эпоха наблюдений (обычно начало года, в котором выполняется 1-й цикл измерений, например, 1984.0);

б) вычисляются приближенные высоты реперов (относительно произвольно выбранной высоты исходного пункта) и веса отдельных линий (обратно пропорциональные их длине);

в) для каждого превышения между узловыми реперами (А и В) составляются уравнения погрешностей следующего вида:

где \delta\text{Н}_{\text{А}},\delta\text{Н}_{\text{В}} — поправки в приближенные высоты (\text{Н}_{\text{А}}^{1},\text{Н}_{\text{В}}^{1}) реперов;

V_{A},V_{\text{В}} — скорости движений реперов (мм в год);

\Delta\text{Т}_{i} = \text{Т}_{i} - \text{Т}_{\text{о}} — разность эпохи \text{Т}_{i} проведения i-цикла измерений;

i — и начальной эпохи T (до десятых долей года); o

h — превышение между реперами, полученное в i-цикле; AB

г) составляется и решается соответствующая система нормальных уравнений, а также выполняется оценка точности полученных скоростей с использованием ср. кв. ошибки единицы веса, вычисленной по остаточным невязкам уравнений погрешностей, и диагональных членов обращенной матрицы нормальных уравнений;

д) вычисляются высоты узловых реперов на начальную эпоху;

е) с помощью операций, указанных в п. п. б), в) и г), по каждой линии вычисляют высоты и скорости движения для промежуточных реперов, при этом для вычисления свободных членов уравнений погрешностей использует высоты узловых реперов, приведенные на эпоху выполнения соответствующих циклов измерений (\text{Н}_{\text{А}} = \text{Н}_{\text{А}}^{\text{о}} + V_{\text{А}} \cdot \Delta T_{i}, обозначения см. п. «в»);

ж) с использованием полученных скоростей узловых и промежуточных реперов составляется карта долгопериодических компонент скоростей СВДЗК в масштабе 1:100000 для пунктов и 1:25000 для площадок строительства АЭС с высотой сечения изолиний 1 мм/год.

5.1.2 Определение и графическое изображение

Величинами, характеризующими короткопериодические компоненты СВДЗК, служат остаточные невязки уравнений погрешностей, которые получаются в результате указанной выше обработки (см. 5.1.1). Они используются для вычисления короткопериодических составляющих градиентов скоростей, которые вместе с долгопериодическими составляющими изображаются на схеме градиентов скоростей СВДЗК.

Для этого по каждой секции определяют ср. кв. величину остаточных невязок по формуле:

\Delta_{\text{ср}.} \sqrt{= \_\_\_\_ \frac{\sum_{1}^{n} \Delta_{i}^{2}}{n} |\_\_\_\_,(2})

где \Delta_{i} — остаточная невязка (в мм) для i-цикла измерений;

n — число циклов,

а также соответствующие градиенты короткопериодических компонент по формуле:

gradV_{\text{к}.} = \_\_\_\_ \frac{\Delta_{\text{ср}.} \cdot 10^{4}}{{}^{\text{п}.}l} \_\_\_\_,(3)

l — расстояние между реперами (м).

    где V , V  - долгопериодические компоненты скоростей реперов 1 и 2.
         1   2
    Схему   градиентов  совмещают  с картой  долгопериодических   компонент
движений,  т.е.  на этой  карте  соединяют  прямыми  линиями смежные реперы
и вдоль  каждой  линии подписывают  величины  долго- и короткопериодических

                                     -7

5.2 Обработка повторных измерений в плановых построениях

Обработка измерений на плановых построениях полигонов АЭС ведется в соответствии с требованиями Инструкции [3] и Руководства [6]. В связи с тем, что на полигонах АЭС используются максимально упрощенные схемы плановых построений (двух- и многолучевые системы, створные линии), обработка выполненных на них повторных измерений, как правило, сводится к сопоставлению непосредственно измеренных линейных элементов и вычислению компонентов векторов смещений по соответствующим направлениям.

В случаях, когда плановые построения имеют вид геодезических четырехугольников с измеренными сторонами и углами, обработка каждого отдельного цикла выполняется по обычной схеме уравнивания линейно-угловых или линейных сетей в условной системе координат. В качестве исходной стороны выбирается одна из сторон (или диагоналей) четырехугольника. По вычисленным разностям координат между отдельными циклами строят схему векторов, которые описывают относительные смещения.

После завершения первых 3-х и каждого последующего циклов геодезических измерений на пунктах и площадках строительства АЭС Предприятие готовит и направляет Заказчику следующую оперативную информацию:

• схему геодезических построений в масштабе 1:100000 для пунктов и 1:25000 для площадок строительства АЭС (направляется после выполнения 3-х циклов, а затем только в случае внесения изменений на схеме);
• ведомости сопоставления результатов нивелирования разных циклов по линиям повторного нивелирования;
• графики накопления разностей превышений по отдельным линиям повторного нивелирования, построенные относительно эпохи выполнения 1-го цикла измерений;
• таблицы разностей повторно измеренных линий в случае развития плановых построений (см. 5, приложение 3, 4).

В результате обработки и анализа всех циклов геодезических измерений на пунктах и площадках строительства АЭС Предприятие готовит и направляет Заказчику следующие материалы:

• карты долгопериодических компонент вертикальных движений в масштабе 1:100000 для пунктов и 1:25000 для площадок строительства АЭС, на которых показываются также градиенты скоростей (см. 5.1.2);
• векторные схемы горизонтальных смещений (в случае развития плановых построений);
• краткий научно-технический отчет по геодезическим работам для пунктов и объяснительную записку для площадок строительства, которые должны содержать основные сведения об использованных методах и инструментах, точности полевых измерений и вычисленных скоростей движений и др.

Кроме Заказчика, по одному экземпляру научно-технического отчета и объяснительной записки направляется также в ЦКГФ и ЦНИИГАиК.

1. Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов. М., Недра, 1974 г.

2. Нивелирование I и II классов (практическое руководство). М., Недра, 1982 г.

3. Инструкция о построении государственной геодезической сети СССР. М., Недра, 1966 г.

4. Инструкция по вычислению нивелировок. М., 1971 г.

5. Рекомендация по геодезическим работам на геодинамических полигонах, ОНТИ ЦНИИГАиК. М., 1975 г.

6. Методическое руководство по геодезическим работам на прогностических полигонах (готовится к публикации).

7. Инструкция о порядке разработки и утверждения нормативно-технических актов на производство топографо-геодезических и картографических работ. М., ЦНИИГАиК, 1980 г.

---