Геометрическое нивелирование и способы его выполнения

Для выполнения геометрического нивелирования необходимо наличие горизонтального луча визирования и отсчетной шкалы. Горизонтальный луч визирования формирует в пространстве специальный геодезический прибор – нивелир. 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. 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 и подвесной реечки длиной 1,2 метра. Шашечные рейки изготавливают длиной от 1,5 до 4 – х метров, они бывают складные и нескладные. 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» и «вперед».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.

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.

(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. 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.

30.Устройствой и классификация нивелиров. Назначение основных частей.

Нивелиры классифицируют по двум признакам: по точности и по способу установки визирного луча в горизонтальное положение.

По первому признаку нивелиры делятся на:

1.Высокоточные – средняя квадратическая погрешность на 1 км двойного хода – 0,5 мм. К ним относятся такие марки, как Н-1, Н-2, НС-2, Н-05, 3Н-2 – КЛ. При работе с этими нивелирами допускается длина плеч (расстояние от нивелира до рейки) до 50 метров.

2.Точные – средняя квадратическая ошибка на 1 км двойного нивелирования 3 мм. Примером нивелиров являются марки Н-3, 2Н-3Л, НС-3, НС-4, 3Н – 2КЛ. Допускается длина плеч до 75 – 100 метров.

3.Технические – ошибка 10 мм на 1км двойного хода. К ним относятся такие нивелиры, как НТ, НТС, Н10 и другие. Длина плеч допускается до 100 – 150 метров.

По второму признаку нивелиры различают:

1. Уровенные (с цилиндрическим уровнем)

2. Нивелиры с самоустанавливающейся линией визирования (с компенсатором). Основные составные части нивелира:

1 – окуляр, для увеличения изображения цели; 2 – диоптрийное кольцо, для получения четкого изображения сетки нитей; 3 – круглый уровень, для приведения прибора в рабочее положение (приведения основной оси вращения в отвесное положение); 4 – кремальера, для получения четкого изображения цели; 5 – зрительная труба; 6, 9 – подставка, служит основанием прибора, несет вертикальную ось вращения зрительной трубы; 7 – наводящий винт трубы, для точного наведения на цель; 8 - пружина трегера с втулкой служит для закрепления нивелира на штативе становым винтом; 10 – элевационный винт для приведения в нульпункт пузырька цилиндрического уровня; 11 – нониус, для отсчета углов по горизонтальному лимбу при угломерных работах; 12 – объектив, для формирования изображения визирной цели; 13 – механический визир, для приближенного наведения на цель; 14 – цилиндрический уровень, для приведения визирной оси зрительной трубы в строго горизонтальное положение; 15 – исправительный винт уровня при трубе, для исправления положения пузырька цилиндрического уровня; 16 – три подъемных винта для приведения прибора в рабочее положение; исправительные винты круглого уровня, для исправления положения пузырька уровня (на рис. не видны), 17 – лимб, для измерения горизонтальных углов.

31.Поверка и юстировка нивелира элевационным винтом.

ОО – основная ось вращения прибора; uu – ось цилиндрического уровня; VV – визирная ось зрительной трубы; u'u' – ось круглого уровня, mm – средняя горизонтальная нить сетки.

Поверки выполняют после приведения прибора в рабочее положение и поверяют выполнение следующих условий:

1.Ось круглого уровня должна быть параллельна основной оси вращения нивелира. Уровень располагают между двумя подъемными винтами, вращая их одновременно в разные стороны, приводят пузырек круглого уровня на середину. Затем поворачивают трубу на 180º и наблюдают за перемещением пузырька. Если пузырек круглого уровня остался в нульпункте, условие поверки выполнено, в противном случае производят юстировку. При помощи исправительных винтов круглого уровня перемещают пузырек по направлению к нульпункту на половину схода. Окончательно возвращают пузырек на середину подъемными винтами. После исправления поверку повторяют.

2.Средняя горизонтальная нить сетки нитей должна быть перпендикулярна оси вращения инструмента. Наводят трубу на рейку, расположенную не менее чем в 30 метрах от нивелира. Работают наводящим винтом трубы, перемещая изображение рейки сначала в правое положение поля зрения трубы, затем в левое, каждый раз при этом берут отсчет по рейке. В случае совпадения отсчетов а_КП и а_КЛ условие поверки выполнено, в противном случае нужно развернуть сетку нитей на величину .

3.Ось цилиндрического уровня должна быть параллельна визирной оси зрительной трубы. Эта поверка считается основной поверкой нивелира. Один из способов ее выполнения – нивелирование «вперед» двух точек.

h = i₁ – в₀ = i₁ – (в – х)

х = ≤ 4мм

h = а₀ – i₂ = (а – х) – i₂

h_ср. = - безошибочно. То же получается при нивелировании «из середины» при равных плечах.

Если х > 4мм, необходимо произвести юстировку:

1.Вычисляют верный отсчет по рейке а₀=а – х

2.Элевационным винтом наклоняют зрительную трубу и устанавливают на рейке отсчет а₀. При этом пузырек цилиндрического уровня сместится из середины.

3.Исправительными винтами цилиндри-ческого уровня пузырек уровня возвращают на середину.

Повторяют поверку.