Инженерно-геодезические работы при реконструкции трубопроводов нефтегазовых промыслов

Основополагающими техническими параметрами наземных лазерных сканеров считаются скорость, точность и дальность  измерений. Выбор модели во многом зависит от видов работ и объектов, на которых сканеры будут использоваться. К примеру, на больших карьерах лучше применять устройства с повышенной точностью и дальностью. Для архитектурных работ вполне хватит 100-150 метров дальности, но потребуется прибор с точностью до 1 см.

Наземная система лазерного сканирования из серии LMS состоит из цифровой камеры с высоким разрешением, лазерного трехмерного сканера и программного обеспечения (во многих моделях стоит RiSCAN PRO). Система представляет отсканированные данные и данные цифровой фотосъемки, которые впоследствии могут быть обработаны в полу или автоматическом режиме. В результате можно получить панорамные съемки с высоким разрешением и триангуляционные поверхности с цветной наложенной текстурой. Riegl LMS – переносной надежный сканер, предназначенный для быстрого мониторинга и сбора данных в нормальных и неблагоприятных условиях.

Лазерные измерительные  системы применяются для бесконтактного отслеживания запрограммированной  зоны. Лазерные сканеры не потребуют  использования каких-либо дополнительных отражателей, удобны и легки в эксплуатации, объединяют в одном корпусе излучатель и приемник. Они легко монтируются в любом положении, в том числе на небольших летательных беспилотных аппаратах, вертолетах, транспортных средствах и работают по принципу оптической триангуляции. Излучение лазера формируется в форме линии и затем проецируется на объект.

Рисунок 9 - Наземный лазерный сканер Trimble TX5

 

Таблица 2- Технические характеристки Наземного лазерного сканера Trimble TX5

Производитель	Trimble
Макс. измеряемое расстояние	120 м
Мин. измеряемое расстояние	0,6 м
Точность измерения	2 мм
Скорость сканирования	122 000 / 244 000 / 488 000 / 976 000 точек/сек
Поле зрения	300° x 360°
Класс лазера	3R, фазовый
Питание	Напряжение питания: 19 В (при использовании внешнего источника); 14,4 В (при использовании встроенной батареи)   Потребляемая мощность: 40 Вт (при использовании внешнего источника); 80 Вт (при использовании встроенной батареи и её зарядке)  Время работы от батареи до 5 ч
Диапазон температур	От +5°C до +40°C
Габаритные размеры	240 мм x 200 мм x 100 мм
Вес	5,0 кг

 

Камеральная обработка  данных лазерного сканирования в  подавляющем большинстве случаев – самый трудоёмкий и длительный этап. Там, где конечным результатом проекта является точная и высокодетальная трехмерная модель, соотношение по времени между полевым и камеральным этапом может достигать 10:1 и более.

И если работе со сканером можно научиться за 1-2 дня, то на освоение всех особенностей обработки данных может уйти несколько месяцев.

Правильность выбора соответствующей технологии во многом определяет успех проекта в целом

Типовые работы, выполняемые  камеральным способом:

• регистрация (сшивка, геопривязка) данных НЛС, сделанных с разных станций,
• построение крупномасштабных топографических планов,
• построение полноценных трёхмерных CAD-моделей,
• построение сечений, профилей,
• расчёт объемов и площадей поверхностей,
• построение планов трубопроводов,
• обмер зданий, сооружений, производственных объектов,
• построение карт отклонений при сравнении сложных поверхностей.

Пример использования  лазерного сканирования при съемке трубопроводов приведён на рисунке 10 а,б.

а)

б)

Рисунок 10 а, б - Пример использования  лазерного сканирования

 

2.3 Практический опыт выполнения геодезических изысканий для реконструкции магистрального нефтепровода «Дружба-1»

 

2.3.1 Общие сведения по объекту работ

Исследуемый регион расположен на юге Восточно-Европейской равнины в центральной части Окско-Донской низменности. В административном отношении участок изысканий расположен на территории Никифоровского района Тамбовской области.

Реконструкция нефтепровода «Дружба-1» (рисунок 11) происходит на земельном участке, отведенном ОАО «МН «Дружба» для землепользования, в соответствии с законодательством в области охраны окружающей среды, государственными санитарно-эпидемиологическими правилами и нормативами и законом Российской Федерации «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения [2].

 

Рисунок 11 - Нефтепровод  «Дружба»

 

Район расположения участка  изысканий специфичен по экологическим и природно-географическим условиям и подвержен антропогенному воздействию. Своеобразие ландшафтов определяет относительную устойчивость территории к различным нагрузкам.

Особенности экологической  обстановки района изысканий обусловлены местными природно-климатическими условиями и характером воздействия на них. Влияние рельефа сказывается на облачности, на температуре воздуха и количестве осадков.

Зимний период характеризуется  резкими похолоданиями и морозами, связанными с вторжением воздуха из Арктики и влиянием западного отрога сибирского антициклона. В весенне-летний период происходит ослабевание азиатского термического максимума и усиление над Атлантикой азорского антициклона, который способствует быстрому росту температуры воздуха, оттаиванию и прогреванию почвы [3].

В геоморфологическом отношении  участок изысканий расположен в  центральной части Окско-Донской  низменности, на границе с Приволжской  возвышенностью.

По схеме зонально-ландшафтного районирования территория Тамбовской области расположена в лесостепной зоне. Рельеф пологоволнистый, расчленённый балками и оврагами.

Участок изысканий пересекает надпойменные террасы р. П. Воронеж, пойму и русловую часть. Рельеф рассматриваемой  территории представляет собой низменную  равнину. Речные долины, их водоразделы, а также балки и овраги являются основными формами рельефа, определяющими характер поверхности территории.

До начала проведения инженерно-изыскательских работ на объекте был произведен сбор данных топографо-геодезической изученности, на основании которого произведено обследование геодезических пунктов.

При обследовании на местности  найдены в сохранности пункты триангуляции Зеленый Луг, Федоровка и Дмитриевка с  координатами  в системе 1942 г. и отметками в Балтийской 1977 г. системе.

Пункты использованы в качестве исходных в плане и  по высоте при создании съемочной сети методом GPS.

Выписка из каталога получена в Нижневолжской ТИГГН

На объекте выполнена  топографическая съемка коридора магистрального нефтепровода «Дружба-1» основной и резервной ниток на переходе через р. П. Воронеж в масштабе 1:1000 с сечением рельефа горизонталями через 0,5 м с составлением плана в масштабе 1:500.

Ширина коридора  200 м,  длина участка по нефтепроводу 1100 м на правом берегу, 1200 м – на левом.

Согласно техническому заданию ГИПа выполнена топографическая съемка площадок под сварку дюкера и размещения буровой установки в масштабе 1:500 с сечением рельефа горизонталями через 0,5 м.

Проезд к участку работ на правом берегу возможен от ЛПДС «Никольское» по асфальтированной и улучшенной грунтовой дорогам на протяжении 31 км, далее – по проселочным дорогам на протяжении 1,5 км.

Транспортная схема  с характеристикой покрытия автодорог  и расстояниями между населенными пунктами представлена в приложении Б.

Трубопровод на участке  работ обслуживает ЛПДС Никольское, Мичуринского РНУ

Целью данной работы являлось определение пространственного положения основной нитки нефтепровода «Дружба-1» и получение достоверных топографических планов и профилей для разработки рабочего проекта реконструкции ППМН с прокладкой новой основной нитки методом ННБ (наклонного направленного бурения) и демонтажем существующей.

 

2.3.2 Создание планово-высотного съемочного обоснования при инженерно-геодезических изысканиях на объекте

Специфика топографо-геодезических изысканий трасс линейных сооружений не позволяет создать съемочное обоснование методами, применяемыми при площадных крупномасштабных съемках. Геодезические работы на изысканиях мало обеспечены пунктами государственной геодезической сети, поэтому длинна теодолитного хода зачастую получается больше, чем этого требует инструкция. Для обеспечения участка работ опорной геодезической сетью и выполнения требований инструкции, выполнено сгущение ГГС с помощью комплекта спутниковой системы GPS типа «Promark 2».

Спецификой инженерно-геодезических  работ при изысканиях магистральных трубопроводов является большая вытянутость полосы исследуемой местности вдоль трассы и сравнитетельно небольшая её ширина. Это обстоятельство предопределяет выбор метода построения геодезической сети при создании обоснования топографических планов  трасс. При тахеометрической съемке, когда ширина коридора не превышает 0,5 км, очевидно, что съемочное обоснование строиться в виде теодолитного хода [15].

В данном случае ширина коридора 200 м,  длина участка по нефтепроводу 1100 м на правом берегу, 1200 м – на левом. Сгущение опорной геодезической сети выполнено проложением теодолитных ходов по методике полигонометрии 2 разряда, полярным методом и проложением ходов технического нивелирования.

Съемочная геодезическая сеть является геодезической сетью сгущения, создаваемой для производства топографической съемки.

Плотность пунктов съемочной сети устанавливают техническим проектом с таким расчетом, чтобы выполнить требования инструкции[1].

Коридор основной нитки нефтепровода «Дружба-1» через р. П. Воронеж закреплен шестью пунктами долговременного закрепления: вр.рп.1, вр.рп.2, вр.рп.3, вр.рп.4, вр.рп.70, вр.рп.122, расположенными на обоих берегах р. Воронеж.

Съемочная сеть (плановая и высотная) развивается от пунктов государственной геодезической сети и геодезических сетей сгущения I и 2 разрядов и технического нивелирования.

Плановую съемочную сеть строят в виде теодолитных ходов, триангуляции, прямых, обратных и комбинированных засечек.[9] В данном случае было выполнено построение теодолитных ходов.

Инструкция [1] предусматривает проложение теодолитных  ходов с допустимыми относительными невязками  (погрешностями)

                                          

,                                                      (1)

где fs - абсолютная невязка в теодолитном ходе, a [s] — длина хода между исходными пунктами, равными 1/3000, 1/2000, 1/1000.

Допустимая длина теодолитного хода между исходными пунктами зависит как от масштаба топографической съемки и принятой относительной невязки хода, так и топографических условий местности.

Длина хода между узловыми точками  или между исходной и узловой  точкой должна быть на 30% меньше приведенных в таблице 3 .

При съемке в масштабе 1:10000 можно принять допустимую длину хода в 2 раза большей (для соответствующих условий местности и относительных ошибок хода) по сравнению с данными таблицы для съемки в масштабе 1:5000.

Теодолитные ходы могут быть одиночными (рисунке 12а), с одной (рисунок 12б) и более (рисунок 12в) узловыми точками. Длины сторон в теодолитных ходах не должны быть более 350 м (на застроенных и незастроенных территориях) и менее 20 и 40 м соответственно для этих же территорий.

При построении съемочной  сети можно допустить проложение висячих теодолитных ходов (ход, отражающийся на один исходный пункт).

 

Таблица 3 - Допустимая длинна теодолитного хода

Масштаб топографической съемки	Открытая местность			Закрытая местность
	1/Т=1/3000	1/Т=1/2000	1/Т=1/1000	1/Т=1/2000	1/Т=1/1000
	Допустимая длинна теодолитного хода, км
1/5000	6,0	4,0	2,0	6,0	3,0
1/2000	3,0	2,0	1,0	3,6	1,5
1/1000	1,8	1,2	0,6	1,5	1,5
1/500	0,9	0,6	0,3	-	-