Разработка и исследование технологии геодезического обеспечения строительства и установки технологического (стр. 1 из 4)
На правах рукописи
Разработка и исследование технологии геодезического обеспечения строительства и установки технологического оборудования ускорительно-накопительного комплекса (УНК)
Специальность – 25.00.32
«Геодезия»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой
степени кандидата технических наук
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Ускорители заряженных частиц открывают исключительные возможности получения новых сведений о фундаментальной природе окружающего нас мира. Развитие ускорительной техники идёт по пути увеличения интенсивности пучка заряженных частиц. Связанное с этим увеличение размеров физических установок при требованиях к точности сопряжения основных элементов порядка десятых и сотых долей миллиметра требует решения новых задач в области прикладной геодезии.
Появление новых прикладных направлений использования ускорителей, модернизация ранее созданных установок, участие специалистов нашей страны в реализации грандиозных международных проектов, таких, как Адронный Коллайдер (LHC) в ЦЕРНе, подтверждают актуальность темы диссертационной работы. Поэтому технология геодезического обеспечения строительства самого крупного (длина кольцевого тоннеля ~ 21км) из запроектированных в нашей стране ускорителей – ускорительно-накопительного комплекса (УНК) в г. Протвино представляет научный и практический интерес и для перспективы создания новых ускорителей, и как пример решения прецизионной задачи в пределах весьма значительного по размерам сооружения.
Целью диссертационной работы является проведение исследований и разработка технологии, позволяющей качественно дополнить теоретическую основу производства и обработки высокоточных геодезических измерений, выполняемых на ускорителях.
Направления исследований связаны с решением следующих научных задач.
Провести сравнительный анализ результатов математического моделирования вариантов построения наземной геодезической сети.
Оценить результаты решения редукционных задач в процессе создания наземных и подземных геодезических сетей УНК.
Разработать методику и определить степень влияния неоднородности гравитационного поля на установку оборудования в проектное положение по высоте по результатам астрономо-геодезического нивелирования.
Провести исследование, связанное с оценкой влияния кривизны поверхности относимости на измерения при строительстве тоннеля и при установке технологического оборудования в проектное положение по высоте.
Усовершенствовать и практически применить методику обработки плановых измерений с целью выявления деформаций, основанную на принципе конформного преобразования.
Объектом исследования являются строящийся ускорительно-накопительный комплекс УНК на территории Московской области, проектные данные и материалы геодезических измерений по этому объекту.
Методы исследований. Численное моделирование, метод наименьших квадратов, метод дифференциального исчисления, линейная алгебра.
Научная новизна работы. Основные результаты диссертационной работы, представляющие научную новизну, заключаются в следующем.
1.Усовершенствованы методические положения развития наземных и подземных геодезических сетей при строительстве кольцевых ускорителей.
2.Обоснованы необходимость и порядок учёта редукционных поправок в плановые измерения в процессе создания геодезического обоснования при строительстве и монтаже оборудования УНК.
3.Выявлены особенности, связанные с учетом поправок за кривизну поверхности относимости при строительстве тоннеля и при установке технологического оборудования в проектное положение по высоте.
4.Разработан метод оценки степени влияния неоднородности гравитационного поля на результаты высотных измерений при монтаже оборудования по результатам астрономо-геодезического нивелирования.
5.Разработан и практически применён алгоритм оценивания внешней и внутренней деформации плановых геодезических сетей кольцевых ускорителей.
Практическое значение работы заключается в решении проблемы повышения точности и надёжности геодезического обеспечения путем использования высокоточной технологии построения многоступенчатого геодезического обоснования для строительства ускорителей кольцевой формы, впервые обеспечивающей одновременное выполнение как строительных, так и монтажных работ. Разработанные в диссертации методические положения использовались при строительстве тоннеля УНК. Составлена и опробована прикладная программа уравнивания сетей с оценкой деформаций на основе принципа конформного преобразования, которая может использоваться при проведении геодезического мониторинга на кольцевых ускорителях.
Апробация и публикация работы. По материалам диссертации опубликовано 5 работ. Основные положения и результаты исследований докладывались на научно-технической конференции, посвященной 225-летию МИИГАиК в 2004г и конференции, посвященной 85-летию кафедры инженерной геодезии МГСУ в 2006г.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы. Основное содержание диссертации изложено на 117 страницах, содержит 27 таблиц и 25 рисунков. Список литературных источников включает 55 наименований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение содержит обоснование актуальности темы, определение цели и задач диссертанта.
Первая глава «Ускорительно-накопительный комплекс и аналитический обзор технологий и принципов построения опорных геодезических сетей ускорителей заряженных частиц» характеризует объект исследования в плане конструктивных особенностей и технических требований к строительству тоннеля и монтажным работам. В процессе поиска пути решения задач, связанных с УНК, приводится аналитический обзор технологий геодезического обеспечения при строительстве двух самых крупных ускорительных комплексов в мире (диаметры 8,6 и 2,0км): в ЦЕРНе (Швейцария) и в национальной ускорительной лаборатории им. Э.Ферми (США).
УНК создаётся на базе действующего кольцевого ускорителя У-70 с диаметром 470м. Его запуск даёт возможность благодаря переводу пучка из У-70 через канал инжекции в кольцевой ускоритель комплекса увеличить энергию пучка с 70 до 3000 Гэв (рисунок 1).
Кольцевой ускоритель УНК запроектирован в форме, близкой к эллипсу. Максимальная глубина заложения тоннеля – 60м. Наклон плоскости орбиты к горизонту – 0,67мрад (2′18″). Общее количество устанавливаемого технологического оборудования составляет 3000 единиц. Это магнитные линзы, поворотные магниты и корректирующие магниты. Точностные требования к строительству тоннеля и монтажу оборудования приведены в таблице 1.
Технология построения геодезического обоснования должна обеспечивать взаимосвязь этапов геодезических измерений с целью сохранения их преемственности для достижения заданных точностей монтажа оборудования и при этом возможности ведения строительных и монтажных работ на разных участках проходки одновременно.
Таблица 1
Требования к точности строительно-монтажных работ
| Ср.кв. погрешность (СКП) радиального положения магнитной линзы (квадруполя) относительно двух соседних | 0,05мм |
| СКП взаимного положения по высоте 2-х соседних квадруполей | 0,06мм |
| СКП радиального и высотного положения магнита (диполя) относительно квадруполей | 0,5мм |
| СКП азимутального положения диполя относительно квадруполей | 1,0мм |
| Отклонение оси тоннеля от проектного положения | 50,0мм |
| Максимально допустимая величина погрешности сбойки осей участков тоннеля, сооружаемых встречными забоями | 25,0мм |
| СКП положения базового квадруполя относительно пункта наземной сети | 5,0мм |
Специалистами геодезических служб Института физики высоких энергий (ИФВЭ) и ФГУП ГСПИ при участии автора [2] был разработан «принцип преемственности», задающий идеологическую основу методики измерений и обработки при последовательном развитии геодезических сетей.
На основании этих методических положений в технологическую схему построения планово-высотных сетей включено пять ступеней геодезического обоснования. Исходной основой для строительства является наземная тоннельная сеть. Она сгущается ходами основной полигонометрии с целью обеспечить исходными данными ориентирование и передачу координат в подземные выработки. Подземная маркшейдерская сеть необходима для строительства тоннеля и установки закладных деталей под основное технологическое оборудование. На этапе предварительного монтажа оборудования создаётся монтажная сеть. Окончательная установка электромагнитного оборудования будет выполняться не от опорной сети, а посредством измерений по знакам, расположенным на оборудовании (юстировочная сеть).
На начальном этапе создания многоступенчатого обоснования автором были проведены исследования методом численного моделирования различных схем и методов построения и обоснован выбор наиболее оптимального варианта наземной тоннельной сети, который был реализован на объекте.
В связи с большими размерами ускорителя и высокими требованиями выноса проекта в натуру исследовались вопросы учёта влияния редукционных поправок на плановые геодезические измерения, а также влияния кривизны поверхности относимости и неоднородности гравитационного поля на высотные геодезические измерения.