Геометрическое нивелирование. Его способы.

НИВЕЛИРОВАНИЕ И ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ

НА ТРАССЕ ЛИНЕЙНОГО СООРУЖЕНИЯ

Назначение нивелирования, его виды.

Назначение нивелирования. При многообразных видах на­учной и производственной деятельности необходимо знать вы­сотные координаты пунктов местности и превышения между ними. Различные способы измерения превышений между точка­ми называются нивелированием. Наиболее широко применяются такие виды нивелирования, как геометрическое, тригономет­рическое, гидростатическое, барометрическое, спутниковое. Ни­велирные измерения выполняют при определении высотных ко­ординат точек на земной поверхности, при составлении топогра­фических планов и профилей местности, перенесении на мест­ность проектов застройки в заданное положение по высоте. С помощью нивелирования строительные конструкции устанавли­вают на заданные проектные отметки, измеряют осадку фунда­ментов строящихся и эксплуатируемых сооружений.

Геометрическое нивелирование. Его способы.

Геометрическое нивелирование выполняется при помощи геодезического прибора с горизонтальной визирной осью и при­меняется для создания высотной геодезической сети, измерения вертикальных движений земной коры, при изысканиях и строи­тельстве инженерных сооружений, а также для измерения их осадки.

Рис.1. Способы геометрического нивелирования: а - из середины; б - вперед; в - нивелирный ход

По точности геометрическое нивелирование делят на классы (см. § 1.3).

При измерении превышений способом из середины нивелир (геодезический прибор с горизонтальным лучом визирования) ста­вят на равных расстояниях от точек А и В (рис. 1, а), а на точки А к В ставят отвесно нивелирные рейки (линейные мер­ные приборы со специальными шкалами). Визируя зрительной трубой на рейку А, берут отсчет а, равный высоте визирного луча над точкой А, а по рейке В — отсчет b, равный высоте визирного луча над точкой В. Превышение точки В над точкой А

(1)

При нивелировании вперед окуляр зрительной трубы нивели­ра располагают вплотную к рейке, поставленной вертикально на точку А (рис. 1, б). Отсчитывая по рейке высоту прибора i над точкой А, зрительной трубой визируют на рейку, поставленную отвесно на точку В, берут отсчет b и вычисляют превышение

(2)

Нивелирный ход применяют для последовательного измере­ния по частям превышения между точками А и D (рис. 1,в), разделенными значительными расстояниями или превышением. Нивелир последовательно ставят на станциях I₁, I₂, ..., I_n . На каждой станции измеряют превышение способом из середины. Сумма таких превышений составит искомое превышение h меж­ду точками А и D.

Вычисление отметок. Если известна высота Н_А — отметка точки А над исходной уровенной поверхностью (см. рис. 1, а), то высота точки (отметка) В

(3)

Высота визирной оси нивелира над исходной уровенной по­верхностью называется отметкой горизонта прибора (или гори­зонтом прибора, горизонтом нивелира) ГП. Согласно рис. 1, а

(4)

По известной величине горизонта нивелира вычисляют от­метку Н каждой точки С, для которой по горизонтальному лучу на рейке берут отсчет с_j:

(5)

например, Н_А = ГП — а; Н_B = ГП — b (см. рис. 1, а).

Нивелиры. В зависимости от принципа приведения визир­ного луча в горизонтальное положение изготавливают нивели­ры двух видов — с цилиндрическим уровнем на зрительной тру­бе и с компенсатором (самоустанавливающейся линией визиро­вания).

Нивелиры бывают трех классов точности: Н-05, Н-1, Н-2 — высокоточные для нивелирования I и II классов; Н-3 — точ­ные для нивелирования III и IV классов; Н-10 — технические для топографических съемок и многих видов инженерных работ.

Для обозначения нивелиров с компенсатором к цифре добав­ляется буква К, а для нивелиров с горизонтальным лимбом — буква Л, например Н-10КЛ.

Таблица 1 Некоторые технические характеристики точных и технических нивелиров

Схема нивелира с уровнем. Зрительная труба и закреплен­ный на ней цилиндрический уровень (рис.2) могут вращаться в небольших пределах вокруг горизонтальной оси с помощью элевационного винта. Круглый уровень служит для приведения

Рис. 2. Схема нивелира с уровнем и элевационным винтом:

1 — подъемный винт; 2 — подставка; 3 — ось; 4 — закрепительный винт; 5 — круглый уро­вень; 6 — горизонтальная ось вращения зри­тельной трубы 7; 8 — цилиндрический уро­вень; 9, 10 и 11 — исправительные и элеваци-онный винты соответственно; 12 — пружиня­щая пластина трегера

Рис.3. Нивелир Н-3:

1 — головка штатива; 2 — исправитель­ный винт круглого уровня; 3 — подстав­ка; 4 — элевационный винт; 5 — круг­лый уровень; 6 — окуляр; 7 — крышка окулярной трубки; 8 — коробка цилин­дрического уровня; 9 — зрительная тру­ба; 10 — головка фокусирующего уст­ройства; 11 — мушка; 12 — объектив; 13, 14,15 — закрепительный, наводящий и подъемный винты соответственно; 16 — пружинящая пластина трегера

Рис. 4. Поле зрения нивелира Н-3

Рис. 5. Схема компенсатора с подвешенной призмой:

1,2 — нити подвески; 3 — пластинка сетки

нитей; 4 — подвешенная призма;

5 — успокоитель колебаний

вертикальной оси ZZ_l нивелира в отвесное положение. Точные нивелиры Н-3 (рис. 3), НВ-1 и другие снабжены контактным уровнем: в поле зрения из трубы выведе­ны изображения концов пу­зырька цилиндрического уров­ня (рис. 4).

Схема нивелира с компен­сатором. Компенсатор малых наклонов зрительной трубы представляет собой оптический элемент, служащий для автома­тического удержания линии ви­зирования в горизонтальном по­ложении с высокой точностью (1" и точнее), но предваритель­но нивелир горизонтируют по круглому уровню.

В одной из конструкций ком­пенсатора стеклянная призма (рис. 5), подвешенная на скрещива­ющихся нитях, изменяет ход луча WO, но при этом сохраня­ет линию визирования горизон­тальной при наклонах зритель­ной трубы до 15—20' . Такой ком­пенсатор применен в нивелире Н-ЗК (рис. 6), зрительная труба которого обладает перископичностью, т.е. визирный луч прохо­дит через окуляр несколько выше, чем через объектив, поэтому высоту прибора над точкой относительно окуляра измерять нельзя. В техническом нивелире Н-10КЛ (рис. 7) перископичность устранена и его высота может определяться по отношению к оси окуляра.

Нивелирные рейки выпускаются трех типов: РН-05 — для ниве­лирования I и II класса; РН-3 — для нивелирования III и IV классов и инженерно-геодезических изысканий и РН-10 — для техническо­го нивелирования. Выпускаются также специальные рейки для автоматизированных нивелирных работ различной точности.

Рейки РН-3 и РН-10 изготавливаются длиной 3 м из де­рева (рейки РН-10 складные). На одной стороне рейки шашечные сантиметровые деления нанесены черным цветом (рис.8, a), на другой — красным.

Рис.6. Нивелир Н-ЗК:

1 — подъемный винт; 2, 3 — наводящий и фокусировочный винты соответственно; 4 — окуляр; 5 — откидное зеркало; 6 — котировочный винт; 7 — круглый уровень; 8 — подставка; 9 — трегер

Рис. 7. Нивелир Н-10 КЛ:

1 — корпус; 2 — зеркало; 3 - окуляр; 4 - наводящий винт; 5 — горизонтальный круг

Нуль делений черной стороны совмещен с опорной плоскостью пятки рейки — стальной пластины, жестко за­крепленной на рейке. На красной, не по­казанной на рисунке, стороне рейки с плос­костью пятки совпадает отсчет 4683 или 4783.

В комплекте к нивелиру рейки долж­ны быть парными. В паре реек с плоско­стью пятки совпадают одинаковые деления красной стороны.

Перед началом работ рейки компарируют: их кладут горизонтально и с помо­щью специального контрольного метра из­меряют длину дециметровых и метровых делений. Погрешность метровых делений допускается до 0,5 мм на рейках РН-3 и 1 мм на рейках РН-10, погрешность деци­метровых делений не должна превышать 0,5 мм. Рейка должна быть прямолиней­ной, величина ее прогиба (стрела прогиба) допускается до 10 мм.

Рис. 8. Нивелирные

рейка (а), костыли (б)

и башмаки (в)

Убедившись, что концы пузырька цилиндрического уровня практически совмещены (см. рис. 4), в поле зрения трубы об­ратного изображения деления рейки отсчитывают сверху вниз, десятые доли шашечного деления отсчитывают на глаз. В нашем примере отсчеты по среднему, верхнему и нижнему горизонталь­ным штрихам равны: а_с = 1146 мм; а_в = 1055 мм; а_н = 1231 мм.

При измерении превышений рейки ставят на устойчивые пред­меты: на нивелирные реперы, прочно вбитые в землю перенос­ные костыли, башмаки (рис. 8, б, в) или колышки.