ДОПОЛНЕНИЯ К МЕТОДИКЕ ТОПОСЪЁМКИ ИСКУССТВЕННЫХ ПЕЩЕР
Авторы: В.А. ЛОГИНОВ, П.Ю. ЯКУБСОН, САМ. СК
Большинство спелестологических объектов в Самарской области представляют собой горизонтальные подземные горные выработки. Проблема их картографирования решалась различными путями и методами на протяжении всей истории самарской спелеологии. Однако горные выработки, по сравнению с естественными пещерами, имеют ряд специфических особенностей:
1) достаточно большие сечения ходов (в среднем 7 на 7 м);
2) большое количество целиков, которые имеют различную конфигурацию: от почти круглых колонн диаметром от 2 м до прямоугольных столбов размером 10 на 10 м;
3) лабиринтообразное, реже взаимно перпендикулярное расположение штреков и штолен.
Все выше изложенные факторы осложняют ведение топографических работ по "классике", то есть так, как это принято в спелеологии. Проведение нитки хода вокруг каждого целика, запись результатов замеров с последующим построением на миллиметровке плана и разреза в данном случае дело очень долгое и кропотливое. Поэтому появилась необходимость в другом методе топосъёмки.
В данной работе мы попытаемся описать один из методов, который, на наш взгляд, является наиболее продуктивным, и был апробирован при картографировании Ширяевских штолен. В основу этого метода была положена методика, которую использовал Одесский клуб "Поиск" при работе в подземных горных выработках горы Верблюд. Как и любой другой метод, он не идеален и имеет свои плюсы и минусы, которые ниже мы попробуем подробно описать.
Первым и самым главным минусом этого метода является наличие только плана пещеры. То есть, топографические работы таким методом можно проводить только в полостях условно горизонтальных или с четко выраженной ярусностью, где разрезом можно пренебречь. В случае если это условие не выполняется, данный метод использовать не рекомендуется.
Описание метода. Основной особенностью описываемого метода является то, что все построения выполняются в момент проведения топосъёмочных работ без записи данных с приборов. Поэтому все неточности, допущенные при съёмке, сразу выявляются и соответственно оперативно исправляются. Суть метода состоит в следующем: внутри выработки прокладывается опорная сеть из кольцевых ходов, т.н. съёмочное обоснование. Так как работы выполняются по большому счёту бытовыми приборами, закольцовывание нитки хода является единственным способом обеспечения достаточной точности плана пещеры. Погрешности, допущенные при съёмке, обнаруживают себя при замыкании кольца, когда начальная и она же конечная точка не совпадают по данным замеров. Это расхождение начальной и конечной точек кольцевого хода на карте (которые на местности совпадают) и служит критерием оценки точности выполненных работ. Оно возникает по объективным причинам и, следовательно, полностью избавиться от этого расхождения принципиально невозможно. Но надо помнить, что точность, с которой выполняется съёмка, определяется конкретными задачами, которые будут решаться с использованием данной топоосновы. Исходя из этого, при съёмке обоснования выбирается процент допустимой невязки на "кольцах", так как существуют приближённые методы, которые позволяют, несколько изменив положение съёмочных точек на плане замкнуть контур или иначе "разогнать" невязку по пикетам. Но это можно сделать только при условии, что невязка не превышает предельно допустимого значения. В нашем случае ПДЗ невязки составляет 10% от длины кольцевого хода. Если процент невязки больше, то следует либо искать грубую ошибку в измерениях (что, скорее всего) либо переснимать ход заново. В большинстве же случаев невязку менее 5% можно оставлять "неразогннанной".
Обрисовка плана производится откладыванием перпендикуляров до стен от нитки хода, т.н. метод перпендикуляров, хотя в ряде случаев удобнее использовать метод угловых засечек, когда от точки кольцевого хода измеряется азимут на объект и расстояние до него. При обрисовке ситуации внутри небольших "колец", а также при обрисовке контура выработки уже можно не пользоваться мерным шнуром, ниткой хода может быть просто направление, взятое на глаз по компасу, а расстояния измеряться шагами.
Отличием нашего метода от методов подземной топосъёмки, описанных в статье А.А. Парфёнова (1), является одновременное построение съёмочного обоснования и обрисовка ситуации. Это и ряд других особенностей позволяет сказать, что он является синтезом мензульной и магнитных съёмок, фигурирующих в (1).
Съёмочное оборудование. Съёмочная бригада должна быть оснащёна следующим топографическим набором:
1. Жидкостный компас, имеющий линейку с миллиметровыми делениями по длинной и короткой сторонам и прозрачную колбу. Рекомендуется самостоятельно доработать существующие модели компасов, нанеся миллиметровые деления по линии визирования до пересечения их с линейкой на короткой стороне компаса (см. рис. 1).
2. Измерительный шнур. Лучше всего для этих целей подходит немагнитящий провод, оптимальная длина его составляет 20 метров, но не более 60-ти. Маркировку делений рекомендуется производить с точностью до полуметра. Удобнее и надёжнее всего это делать при помощи термоусадочной трубки. Неплохой альтернативой шнуру является измерительная рулетка аналогичной длины.
3. Планшет с креплением для листа миллиметровки формата А4. Рекомендуется снабдить его шнурком для привязывания к руке. Когда производится замер азимута жидкостным компасом, обе руки должны быть свободны, а со шнурком отпадёт необходимость класть планшет на землю при каждом замере.
4. Механический карандаш со стержнем 0,5 мм. Простой карандаш придётся часто точить.
5. Мягкий ластик, чтобы не наделать дыр в миллиметровке.
6. Лист миллиметровки, желательно с четкими и тонкими линиями.
Полости значительной протяжённости, осложнённые обвальными участками, требуют расширить указанный список, добавив в него следующие инструменты:
1. Прибор для измерения вертикальных углов. В нашем случае это транспортир с отвесом, деления которого проградуированы в косинусах углов. Так как мы строим только план пещеры, достаточно умножить значение, взятое с транспортира, на расстояние, измеренное рулеткой, и мы получим длину, которую следует отложить на плане.
2. Калькулятор, для вышеозначенного умножения.
3. Буссоль, для точного измерения азимута.
4. Геологическая рулетка, для точного измерения расстояния.
Подготовительная работа. Начинать работу рекомендуется с оценки особенностей горной выработки. Необходимо выяснить примерные размеры выработки и основные направления, в которых она развивается. В соответствии с этим определить оптимальное расположение плана на миллиметровке.
Сильный капёж со свода тоже должен стать объектом пристального внимания. Нитку хода следует вести в обход участков с капежом, поскольку данная система топосъёмки подразумевает перенос данных с компаса на планшет непосредственно в процессе работ. Намокшая миллиметровка может очень сильно затруднить работу!
Выбор масштаба должен быть обусловлен средней шириной ходов, поэтому выборочный замер ширины последних рекомендуется. В правильно выбранном масштабе все ходы пещеры должны ясно читаться на карте. Хотя чрезмерно крупный масштаб не только не сэкономит вам миллиметровки, но и сделает план пещеры громоздким и неудобным для дальнейшего использования. Применительно к выработкам Самарской области оптимальными масштабами являются 1:500 и 1:1000.
В зависимости от размеров картографируемой полости топосъёмочные работы могут выполняться, как одной, так и несколькими съёмочными бригадами. В процессе подготовки к топосъёмке, особенно это относится к протяжённым выработкам, следует разбить выработку на т.н. съёмочные участки, в каждом из которых будет работать одна съёмочная бригада, как правило, состоящая из двух участников.
После того, как все подготовительные работы закончены, необходимо точно определить задачи каждого участника в съёмочной группе.
Участник №1 - работает с планшетом, компасом и держит в руках отметку "0" на измерительном шнуре. На подготовительном этапе после определения оптимального масштаба и расположения плана на листе миллиметровки определяет направление севера на планшете и заполняет штамп. В штамп заносится дата проведения работ, фамилии участников и класс точности съёмки.
Участник №2 - занимается проложением нитки хода на местности, как бы ведя за собой участника №1. В его задачу входит ясная маркировка пикетов на местности и снятие показаний с измерительного шнура.
Проведение топосъёмки. Для проведения работ на местности члены топосъёмочной группы должны качественно и быстро выполнять следующие технологические операции: участник №1 должен уметь измерять азимут указанными приборами, как по натянутому шнуру, так и на глаз. Измерение азимута жидкостным компасом имеет свои особенности. Удерживая компас направленным длинной стороной на пикет, где находится участник №2, участник №1 поворачивает колбу компаса до тех пор, пока северный конец стрелки не совпадет с указателем N (или 0) на лимбе. При взятии азимута на глаз удобно визироваться на фонарь участника №2. После этого нужно следить за тем, чтобы не сбить положение колбы. Измеренный азимут переносится на миллиметровку следующим образом: компас располагают на листе так, чтобы ноль линейки на длинной стороне совпадал с точкой пикета участника №1, а параллельные штрихи колбы совпадали с северными линиями миллиметровки. При этом северные направления на колбе компаса и на миллиметровке также должны совпадать. После этого можно проводить черту, отображающую измеренное направление, тут же в масштабе отмечается следующий пикет, расстояние до которого сообщает участник №2, которое он, в свою очередь, уже считал по рулетке во время замера азимута участником №1. Желательно, чтобы участник №2 кроме расстояния в метрах сообщал и длину, которую необходимо отложить в масштабе. Во время отображения первым участником данных на планшете, участник №2 отмечает пикет туром - заметной пирамидкой из камней.
На практике всё проведение топосъёмки можно разделить на следующие этапы:
I. Если протяжённость выработки такова, что потребуется задействовать более одной съёмочной бригады, то необходимо первоначально отснять штольни (и/или штреки), расположенные по границам съёмочных участков - "централки". В виду большой значимости точности съёмки "централок" на этом этапе следует использовать приборы более высокого класса точности, нежели жидкостный компас и мерный шнур. Таковыми могут быть буссоль и геологическая рулетка. Отснятая нитка хода "централки" строится на планшетах съёмочных бригад, для которых эта "централка" является общей. При этом абрис ситуации на "централке" бригады чертят каждая только со стороны своего участка.
II. Если выработка обладает незначительной площадью и может быть отснята одной топосъёмочной группой, то нет необходимости в разделении выработки на участки. В этом случае данный этап, задача которого заключается в построении кольцевых ниток хода, будет первым.
Ведение кольцевой нитки хода в случае, если в выработке работает несколько топосъёмочных бригад, начинается от "централки". Данную кольцевую нитку хода условно назовём "основной". Следует учесть, что одной из задач основного кольцевого хода, является проверка точности съёмки самой "централки", поэтому первоначальный и конечный пикеты кольцевого хода должны являться пикетами "централки" и быть максимально удалены друг от друга. Основное кольцо снимается уже жидкостным компасом, но с максимально возможной точностью. Если основной кольцевой ход получается протяжённым, то для повышения точности съёмки лучше разбить его на несколько колец меньшей длины.
Далее, к "централке" и основной кольцевой нитке хода достраиваются вспомогательные кольца, которые выбираются так, чтобы они захватывали контур выработки.
III. Работа внутри колец, как правило, начинается тогда, когда вспомогательные кольца выведены к контуру выработки.
В первую очередь обрисовываются ходы соседние с кольцом. По середине обрисовываемого хода пробрасывается азимут, который указывает основное его направление. Вдоль этого направления измеряются расстояния до пересечений проведённых от него (основного направления) перпендикуляров с характерными особенностями обрисовываемого хода, которыми, в большинстве случаев, будут являться углы целиков. Порядок измерения расстояний показан стрелками на рис. 2 от точки 1 к 3. Измеренные перпендикуляры откладываются на плане от уже проведённого основного направления. Здесь пригодится линейка, которая нанесена по центру компаса, она накладывается на линию основного направления так, чтобы перпендикуляр, которым в данном случае будет короткая сторона компаса, находился на нужном расстоянии от начального пикета, а по линейке на короткой стороне компаса откладываются расстояния до углов целиков. После того, как съёмочная нитка обрисовываемого хода выходит на пикет кольца, съёмочная группа переходит в другой штрек и продолжает работу по тому же принципу.
На этом этапе могут потребоваться дополнительные построения, а именно в случаях:
- большой площади внутри "кольца";
- лабиринтообразного расположения ходов;
- и сочетания обоих факторов.
Под большим кольцом подразумевается кольцевой ход, длина которого превышает 200 метров. В этом случае целесообразно выполнить т.н. "рассечение" на два или более мелких колец.
Работа внутри кольца будет наиболее сложной в случае лабиринтообразного расположения ходов, поэтому здесь не рекомендуется проводить кольцевые нитки хода значительной длины. Обрисовка такой ситуации выполняется с использованием триангуляционного метода, реализуется который через угловые засечки. На практике это выглядит следующим образом: выбирается пикет на кольцевой нитке хода, от которого засекается угол целика. От этого угла засекается угол соседнего целика, с которого производится замер другого угла предыдущего целика. Т.о. получается треугольник с известными двумя углами и двумя сторонами, третья сторона которого проверяется сравнением измерений на местности и на плане. На рис. 3 цифрой 1 обозначены измеряемые направления, а цифрой 2 проверяемое. Этот способ может использоваться и в более простом случае - при обрисовке участков с взаимно перпендикулярным расположением ходов.
IV. Заключительным этапом работ является обрисовка контура выработки. Здесь работа может проходить двумя путями, в зависимости от морфологии забоев:
- если забои представляют собой достаточно протяжённые тупиковые хода (как в выработке Сокские-2), то в каждый необходимо провести топосъёмочную нитку от ближайшего пикета кольцевого хода;
- другим типичным контуром выработки являются разветвлённые продолжения штреков (как в Ширяевских выработках). Рекомендуемый способ обрисовки - триангуляционный.
После завершения работ на местности, необходимо выполнить камеральные работы, которые сводятся к переносу данных с полевой документации на чистовой экземпляр. Проще всего это выполнить, используя световой стол. Если съёмка велась несколькими группами, тут же происходит сведение результатов в единый план. Миллиметровки съёмочных групп, которые снимали смежные участки, соединяют так, чтобы их "централки" совпадали, а они одинаковы по построению.
Помимо общих принципов в методе есть ряд тонкостей, которые носят рекомендательный характер.
Наиболее удобным источником света при топосъёмке будет фонарь с узконаправленным лучом и мощностью достаточной, чтобы давать приемлемую освещённость на расстоянии до 10 метров.
Перед началом работ следует проверить всё оборудование. Если есть рулетка, по ней проверяются самодельные шнуры. Также нужно сравнить показания компасов.
По организации работ можно дать следующие рекомендации. Самый непродуктивный вариант - это организация ПБЛ-а. Ночёвка под землёй способствует быстрой утомляемости участников, из-за чего увеличивается количество ошибок. Поэтому лагерь на поверхности предпочтительнее. Если же пещера находится близко от населённого пункта, то наилучшим вариантом будет ночёвка в домашних условиях или приближённая к таковой. Нормальным считается 8-ми часовой рабочий день с часовым перерывом на обед (горячее питание обязательно).
Следует помнить, что топосъёмка является одной из самых сложных работ, проводимых спелеологами, которая требует не только выносливости, но и максимального сосредоточения и больших умственных усилий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Парфёнов А.А. Методика съёмки искусственных полостей на примере некрополя Пантикапея. Спелестологический ежегодник РОСИ 2001. Выпуск 3. М., 2002.