Сущность и способы геометрического нивелирования

Для выполнения геометрического нивелирования необходимо наличие горизонтального луча визирования и отсчетной шкалы. Горизонтальный луч визирования формирует в пространстве специальный геодезический прибор – нивелир. Согласно ГОСТу 11158-83 выпускают три типа реек: РН-05, РН-3, РН-10 (для соответственно высокоточного, точного и технического нивелирования). Рейка представляет собой деревянную планку с делениями. Рейки изготавливают односторонние и двухсторонние. Последние имеют черную сторону – основную, оцифрованную от 0 мм и красную – контрольную, обычно оцифрованную от 4687 мм или 4700 мм (рис. 57, а, б, в). Разность отсчетов по красной и черной сторонам рейки называется пяткой рейки, которая должна быть постоянна во время измерений (контроль взятия отсчетов).

В зависимости от точности нивелирования применяют штриховые рейки с инварной полосой и круглым уровнем, односторонние, имеющие основную и дополнительную шкалы (РН-05) и шашечные рейки. Комплект штриховых реек состоит из двух трехметровых реек (по 6 кг каждая) и подвесной реечки длиной 1,2 метра. Шашечные рейки изготавливают длиной от 1,5 до 4 – х метров, они бывают складные и нескладные (рис. 57, д). Каждое деление рейки, затененное и белое равно 10 мм, они образуют дециметровые деления, подписанные на рейке. Для нивелирования кроме нивелира и реек используют металлический «башмак» с целью временного закрепления точки для установки рейки.

Различают два способа геометрического нивелирования в зависимости от места установки нивелира: «из середины» (рис. 54) и «вперед» (рис. 55) Расстояние от нивелира до рейки называется длиной визирного луча или «плечом».

Точка А – исходная, с нее начинают измерения на станции нивелирования, ее называют задней, точка В – определяемая, ее называют передней. Одна установка нивелира называется станцией. Н – отметка точки; h – превышение, h = задний отсчет – передний отсчет.

По отметке точки А – Н_А и превышению можно вычислить отметку Н_В точки В двумя способами:

1. При помощи превышения Н_В = Н_А + h.

2. Через горизонт инструмента. Выразим h через (а – в)

Н_В = Н_А + а – в. Обозначим ГИ = Н_А + а, тогда Н_В = ГИ – в.

Горизонт инструмента (ГИ) – высота визирного луча над исходной уровенной поверхностью. На данной станции он равен отметке точки плюс отсчет по рейке, установленной в этой точке.

По сложности нивелирование делят на простое и сложное или последовательное.

задняя рейка передняя рейка

в

а с В

........................................................................ h

А

+20

ГИ

Н_А Н_{+20 ....................................} Н_В

Уровенная поверхность

Рис. 54. Способ геометрического нивелирования «из середины»

в В

i h

А

ГИ

Н_А Н_В

Рис. 55. Способ геометрического нивелирования «вперед»

Простое нивелирование выполняется с одной установки нивелира. Сложное – путем нескольких установок, образующих нивелирный ход (высотный). Оно применяется при определении превышений между точками, расположенными на большом расстоянии друг от друга или намного отличающимися по высоте.

в₄ В

а₃ в₃ а₄

в₂ h₄

h₃

а₂

в₁ h₂ h

а₁

h₁ Н_Х2 Н_Х3

А Н_Х1

Н_А Н_В

Рис. 56. Сложное геометрическое нивелирование

На рис. 56 (А – Х₁ –Х₂ – … -В) – нивелирный ход. Точки, являющиеся задними и передними, называются связующими. Их нивелируют по двум сторонам рейки.

а – задние отсчеты, в – передние отсчеты. Из рисунка видно:

h₁ = а₁ - в₁, h₂ = а₂ – в₂, h_n = а_n – в_n.

Отметки связующих точек вычисляют следующим образом:

Н_Х1 = Н_А + h₁^испр.

Н_Х2 = Н_В1 + h₂^испр.

………………

Н_n = Н_n-1 + h_n^испр.,

где h_і^испр. – исправленное среднее превышение (с учетом распределенной невязки, т.е. с учетом поправки).

Если необходимо знать отметку только конечной точки, то

Н_В = Н_А + .

Кроме связующих точек на местности могут быть пронивелированы характерные точки рельефа, расположенные между двумя соседними связующими и называемые промежуточными (рис. 54). Нивелирование их производится после взятия отсчетов а и в взятием отсчета с по рейке, установленной в этой точке, только по черной стороне рейки. Отметки промежуточных точек вычисляют через горизонт инструмента по ранее приведенной формуле

Н₊₂₀ = ГИ – с.

Точки нивелирования закрепляют постоянными и временными знаками. К постоянным знакам относятся реперы – грунтовые и стенные и нивелирные марки. Грунтовые реперы – это металлические трубы, которые закладывают в пробуренную скважину и цементируют. Реперы, закладываемые на глубину до коренных пород, называются глубинными. При нивелировании определяют отметку верха репера. Стенные реперы цементируют в цокольную часть капитальных сооружений. К временным знакам относятся деревянные и металлические колья (костыли), рис. 57, u и «башмаки», рис. 57, ж, з.

Рис. 57. Нивелирные рейки и временные знаки

а) б) в) г)

Рис. 58. Современные нивелирные рейки: а) телескопическая алюминиевая рейка; рейки для цифровых нивелиров: б) инварная рейка с RAB-кодом;

в) фиберглассовая рейка BGS50; г) рейка с BAR-кодом