Строительство городских подземных сооружений практически невозможно без геодезического обоснования, обеспечивающего вынос проекта сооружения в натуру, контроль за его положением и габаритными размерами. Геодезические работы выполняют на всех стадиях создания подземного сооружения: в процессе инженерных изысканий, проектирования и строительства, а также в период эксплуатации. Они включают в себя целый комплекс геодезических измерений и построений, методика и техника выполнения которых определяются в соответствии с видом подземного сооружения, особенностями его объемно-планировочной схемы, способами производства работ, а также условиями планировки и застройки данного городского района.
Проведение геодезических работ в городских условиях осложняется в связи с тем, что длина сторон государственных геодезических сетей короче, чем на внегородских территориях, что обусловливает увеличение ошибок измерений. Возникновение их вызвано также расположением опорных пунктов геодезической сети, часть которых закреплена на крышах высоких зданий, а часть — на поверхности земли. Кроме того, геодезические работы в городе зачастую приходится вести в условиях интенсивного движения транспорта и пешеходов.
В состав геодезических изысканий, выполняемых до начала строительства подземного сооружения, входят:
топографическая съемка;
создание плановой и высотной геодезических основ;
проектирование трассы и вынос осей сооружения в натуру.
Для создания наземной геодезической основы и проектирования трассы подземного сооружения необходимо иметь топографическую карту или план данного городского района, построенные на основе топографической съемки.
Топографическую съемку выполняют методами инженерной геодезии. В городских районах со спокойным рельефом при неплотной застройке и при наличии больших площадей изысканий применяют аэрофотосъемку. Используя контурно-комбинированные стереофотографические аэрофотосъемочные методы, составляют топографические планы в масштабе 1:10000, 1:5000 или ‘1:2000. В тех случаях, когда аэрофотосъемка по каким-либо причинам невозможна, применяют мензульную съемку, составляя план местности в масштабе 1:10000—1:1000.
При ограниченных площадях изысканий и плотной застройке* а также в сложных гидрометеорологических условиях целесообразно применение тахеометрической съемки, в результате которой получают планы местности в масштабе 1:5000—1:1000. На участках городской территории со сложным рельефом находит применение стереофотограмметрическая (фототеодолитная) съемка с составлением планов в масштабе 1:1000—1:1000. В ряде случаев на участках с плотной застройкой производят теодолитную и нивелирную съемки местности с последующим построением планов в масштабе 1:2000—1:1000. Возможно сочетание указанных выше способов топографической съемки.
В результате съемки должны быть получены планы улиц, дорог и площадей с нанесением застройки и мест озеленения, а также знаков государственной триангуляции и полигонометрии. Для разработки технического проекта строительства подземного сооружения составляют планы в масштабе 1:2000, 1:1000 и 1:500, а для разработки рабочих чертежей — в масштабе 1:500. Для проектирования необходимы также топографические планы с существующими и .проектируемыми инженерными сетями и коммуникациями в масштабе 1:500 и 1:200 и их поперечные профили по пикетам (через 20—40 м) или по некоторым характерным точкам. Съемку подземных инженерных коммуникаций производят с использованием колодцев, а также путем выполнения раскопок.
Для обнаружения силовых и телефонных кабелей, водопроводов, газопроводов, теплосетей и т. п. применяют индуктивные кабеле- и трассоискатели.
В последнее время топографические планы городских территорий зашифровывают в виде так называемой цифровой модели местности. Заложенные в запоминающие устройства ЭВМ основные данные могут быть быстро представлены в аналитическом или графоаналитическом виде и использоваться на различных этапах геодезических работ. По цифровой модели можно установить также рациональную методику производства геодезическо-маркшейдерских работ, оценить необходимую степень точности и надежность результатов геодезических измерений.
При проектировании подземных сооружений, расположенных в сложившихся городских районах, топографическую съемку местности иногда не производят, используя готовые планы, снятые при строительстве ранее построенных городских объектов. На эти планы должны быть нанесены сооружения и объекты, построенные после проведения съемки, и внесены все прочие изменения. Имея план местности, приступают к созданию плановой и высотной геодезических основ в районе строящегося подземного сооружения. Наземная основа представляет собой систему геодезических пунктов, опирающихся на знаки существующей государственной сети.
В зависимости от вида, размеров подземного сооружения в качестве плановой основы устраивают триангуляционную сеть, наземную полигонометрию, аналитическую сеть и пр.
При строительстве протяженных подземных сооружений прокладывают триангуляционную сеть в виде системы треугольников, близких к равносторонним (с углами а, не менее 40°), опирающуюся на включенные в сеть базисы. В каждом четырехугольнике, образованном двумя треугольниками, должно быть по две диагонали, располагаемые не реже чем через шесть треугольников. Форма триангуляционной сети определяется очертанием трассы подземного сооружения. Разряд триангуляции зависит от приведенной длины сооружения. Триангуляционная сеть прокладывается обычными средствами наземной геодезии (теодолитные ходы) с двухкратным повторением триангуляционных работ и контрольными измерениями длин базисов и углов в геодезических треугольниках, с последующим вычислением длин их сторон. Опорные пункты триангуляции фиксируют на местности жесткими геодезическими знаками, которые располагают с учетом размещения порталов тоннелей, шахтных стволов, рамп, входов и выходов с целью обеспечения условий видимости при ориентировании подземных выработок. Все знаки должны быть заложены за пределами участков возможных деформаций поверхности земли, вызванных строительством данного подземного сооружения.
В ряде случаев в качестве плановой наземной основы (особенно в плотно застроенных районах) применяют полигонометрию, состоящую из сети замкнутых полигонов или отдельных ходов между пунктами государственной триангуляции. Полигонометрия включает в себя главные долигонометрические ходы длиной 3— 5 км, промежуточные ходы длиной 0,4—0,8 км, основную разбивочную сеть длиной 0,2—0,3 км и рабочие ходы — 5—100 м.
Привязку к пунктам триангуляции производят не чаще чем: через 3 км. Вершины полигонов выносят от знаков государственной сети и закрепляют так же, как и триангуляционные знаки. Измеряют длины смежных сторон полигона и углы между ними.. В некоторых случаях для создания плановой наземной основы: используют комбинацию триангуляции и полигонометрии.
При строительстве подземных сооружений, имеющих небольшие размеры в плане, наземную основу выполняют в виде аналитической сети квадратов или ‘Прямоугольников со сторонами 50, 100 или 200 м, опирая ее на государственную триангуляцию. Пункты такой сети располагают на поверхности земли по возможности ближе к выносимым в натуру элементам подземного сооружения. При этом используют частную систему координат, в которой фиксируют места расположения знаков и дирекционные углы сторон прямоугольной сети. Помимо рассмотренных видов наземной основы в отдельных случаях применяют микротрилатерацию, метод геодезических засечек и др.
Высотную наземную основу создают преимущественно методами геометрического нивелирования. Ходы нивелирования образуют сеть замкнутых полигонов с привязкой к реперам и маркам городской нивелировки.
Построенную и закрепленную на поверхности земли плановую и высотную основы переносят на планы местности. После этого на плане разбивают главные и второстепенные оси подземного сооружения, вычисляют все необходимые геометрические характеристики, производят привязку осей к знакам наземной основы и к характерным точкам на местности. Кроме того, определяют координаты осей отдельных элементов подземных конструкций: колонн, фундаментов, стен, перекрытий и т.п. По такому плану выносят оси подземного сооружения в натуру.
Разбивочные работы по выносу осей подземного сооружения в натуру производят от наземной основы с закреплением направлений и высотных отметок постоянными или временными знаками. Для передачи координат и дирекционных углов от пунктов наземной основы к шахтным стволам, наклонным выработкам, стройплощадкам и т. п. дополнительно прокладывают одиночные ходы небольшой длины или замкнутые полигоны подходной полигонометрии, опирающиеся не менее чем на два знака основной полигонометрии.
До начала строительства подземного сооружения необходимо предварительно вычислить оптимальную точность геодезических измерений, проводимых на всем протяжении создания подъемного сооружения. Поскольку все геодезические измерения выполняются с какими-либо погрешностями, происходит неизбежное накопление ошибок, величины которых не должны превышать допустимых нормами. Предварительный расчет требуемой точности измерений дает возможность обосновать методику геодезических работ и выбрать целесоответствующие измерительные приборы и инструменты.