Основы Геодезии

Лекция№12

ТЕМА: Порядок работы по определению превышений. Технология полевых работ по проложению хода технического нивелирования

Нивелирование «вперед»

Нивелирование вперед производится следующим образом. В одной из точек устанавливают нивелир, в другой – рейку (рисунок 1).

Высоту инструмента i измеряют рулеткой от точки А до центра окуляра горизонтально установленной зрительной трубы. При правильной установке инструмента визирная ось зрительной трубы займет горизонтальное положение НН. После этого, наблюдая в трубу, по средней горизонтальной нити сетки берут отсчет b по рейке, установленной в точке В. Тогда можно записать i = Δh + b, откуда Δh = i – b.

Рисунок 1

Таким образом, чтобы определить (измерить) превышение последующей точки над предыдущей, нужно из величины i высоты инструмента, установленного в задней точке, вычесть отсчет по рейке, расположенной на последующей (передней) точке.

Нивелирование «из середины»

Превышение одной точки над другой можно определить также путем установки нивелира посередине между этими точками.

Такой способ называют нивелированием из середины. При этом способе на задней и передней точках устанавливают рейки, а нивелир располагают на середине между этими точками. После того, как визирная ось зрительной трубы нивелира будет приведена в горизонтальное положение, берут отсчеты по горизонтальной нити сетки поочередно по задней и передней рейкам. Отсчет по задней рейке обозначается буквой З (задний отсчет), а отсчет по передней рейке буквой П (передний отсчет).

Рисунок 2

Из рисунка 2 видно, что превышение Δh определиться как разность отсчетов З и П по рейкам Δh = З – П.

Следовательно, при нивелировании из середины превышение передней точки над задней определится как разность заднего и переднего отсчетов по рейкам; иногда говорят: «превышение – это взгляд назад минус взгляд вперед», подразумевая под «взглядами» отсчеты по рейкам.

При нивелировании из середины нивелир устанавливается необязательно в створе нивелируемых точек. Однако расстояния между рейками и нивелиром должны быть одинаковыми независимо от того, где стоит нивелир.

Преимущества и недостатки способов нивелирования

Способу нивелирования из середины обычно отдается предпочтение. Нивелирование вперед применяется на практике лишь в том случае, когда невозможно установить нивелир между точками.

Преимущество нивелирования из середины заключается в следующем. Как известно, при производстве измерений всегда возникают инструментальные ошибки; как бы тщательно ни был проверен нивелир, визирная ось трубы будет иметь некоторое отклонение от горизонтального положения. Поэтому при нивелировании вперед отсчет по рейке будет, например, не b, а b' = b + Δ, то есть в определении отсчета будет допущена ошибка Δ, которая целиком войдет в результат определения превышения. В этом случае учесть и исключить ошибку Δ практически невозможно.

Иная картина получается при нивелировании из середины. При визировании на заднюю рейку в отсчете будет также допущена ошибка. Вместо отсчета З будет взят отсчет З' = З + Δ. То же произойдет при визировании на переднюю рейку, то есть по рейке отсчет будет ошибочным также на величину Δ (по условию установка инструмента АС=ВС, а при визировании вперед угол наклона визирной оси к горизонту не изменится). Таким образом, отсчет по переднее рейке будет равен не n, а n' = n + Δ.

Подставив прочитанные отсчеты З' и n' в формулу, будем иметь

Δh = З' - n', или после замены З' и П' их значениями, получим

Δh = (З+Δ) – (П+Δ), откуда после раскрытия скобок Δh = З + Δ – П – Δ или Δh = З – П, то есть влияние систематической ошибки Δ автоматически исключается. В этом заключается основное преимущество нивелирования из середины. Поэтому на практике оно применяется чаще.

Простое и сложное нивелирование

Если превышение одной точки над другой, например точки В над точкой А определяют однократной установкой нивелира, то такое нивелирование называют простым нивелированием. В этом случае Δh = З – П.

Однако не всегда можно определить превышение одной точки над другой однократной установкой нивелира. Очень часто расстояние между нивелируемыми точками бывает настолько большим, или разность отметок между этими точками так велика, что нельзя получить превышение в результате одной установки нивелира.

Рисунок 3

В таком случае между точками А и В прокладывают линию по возможности по прямому направлению и разбивают ее на части с расчетом, чтобы каждую такую часть можно было пронивелировать простым нивелированием с одной установки нивелира. Такое нивелирование называется сложным.

В этом случае работы по нивелированию выполняются следующим образом. В точках А и 1 устанавливают рейки. На середине между точками А и 1 ставят нивелир. Приводят инструмент в рабочее положение. При горизонтальном положении визирной оси берут отсчеты З₁ и П₁ по рейкам установленным соответственно в точках А и 1. по этим отсчетам получают превышение Δh₁.

Условимся называть в дальнейшем цикл измерений, сделанных при одной установке нивелира, станцией. Выполнив измерения на первой станции, переходят с нивелиром вперед и устанавливают его на середине между точками 1 и 2, а рейку переносят из точки А в точку 2. установив нивелир и приведя визирную ось в горизонтальное положение берут отсчеты З₂ и П₂ по рейкам, расположенным в точке 1 и в точке 2. по отсчетам находим превышение точки 2 над точкой 1: Δh₂ = З₂ – П₂ .

Затем операции повторяют. В общем случае таких установок потребуется n. Тогда получим другие превышения:

Δh₃ = З₃ – П₃

Δh_n = З_n – П_n , и т.д.

Превышение Δh конечной точки В над начальной А определится как сумма превышений нивелируемых точек:

Δh = Δh₁ + Δh₂ + … + Δh_n

или сокращенно:

Δh =  Δh₁ , или

Δh =   - 

В зависимости от назначения различают продольное нивелирование и нивелирование поверхности (площади).

Если нивелирование выполняют для определения высот (отметок) точек, расположенных вдоль какой-либо трассы или пунктов полигонометрии, нивелирных и теодолитных ходов, то такое нивелирование принято называть продольным.

Если необходимо выявить и изобразить слабо выраженный рельеф какого-либо участка земной поверхности, то для этого производят нивелирование системы точек в пределах площади этого участка. Такой вид нивелирования называют нивелированием площади поверхности.

Закрепление пунктов нивелирования

Ходы нивелирования всех классов закрепляют реперами или марками через каждые 5-7 км, а в малонаселенных местах – через 10-15 км.

Нивелирные знаки бывают двух типов – знаки, на которых рейку устанавливают непосредственно, и знаки, к которым подвешивают специальную рейку. Первые знаки называют реперами, а вторые - марками

Реперы бывают стенные и грунтовые, марки – только стенные.

Стенные реперы и марки представляют собой металлические стержни с дисками. Диск стенного репера намного толще диска марки и имеет форму цилиндра. Часть цилиндра вырезана, а образовавшийся на диске репера выступ имеет двугранный угол, ребро которого несколько закруглено и служит для установки рейки.

Марки устроены иначе. В центре диска марки высверлено углубление, куда во время наблюдений вставляют штифт для подвески специальной рейки.

У стенного репера отметка относится к ребру выступа, а у марки к центру отверстия.

Рисунок 4 Стенной репер и марка.

Стенные реперы и марки закладывают в фундаментах и стенах каменных зданий, в устоях мостов. Для закрепления стенного репера или марки в месте закладки знака пробивают шлямбуром неглубокий шпур. Шпур заполняют цементным раствором. Репер или марку вдавливают в шпур с раствором так, чтобы диск стал заподлицо со стеной, а ребро выступа стенного репера было горизонтально.

Грунтовый репер представляет собой отрезок рельса или железной трубы длиной не менее 1,5 м, а нижний конец, которого заделывают в бетонный монолит. Верхнему концу головки рельса придают форму сферической поверхности; в верхний конец трубы вставляют чугунную марку со сферической головкой.

Во избежание выпучивания грунтовые реперы закладывают так, чтобы основание монолита было ниже глубины промерзания почвы. Верх репера располагается ниже поверхности земли примерно на 30 см; его закрывают доской и засыпают землей. Над репером насыпают курган с круглым или квадратным основанием. Вокруг кургана роют канавку.

Для закрепления точек на небольшой промежуток времени, рассчитанный только на период съемочных работ, а также при длительном перерыве полевых работ устанавливают временные реперы в виде железных костылей, забиваемых в стены зданий, устои мостов или фундаменты труб и в другие прочные предметы, или же в виде деревянных столбов с крестовиной внизу.

На каждый постоянный нивелирный знак составляется глазомерный план местности, сопровождаемый зарисовками и описанием по установленной форме.

Техническое нивелирование. Продольное геометрическое нивелирование, выполняемое для инженерно-технических целей, называется техническим нивелированием. Обычно его производят для определения отметок отдельных точек нивелирной сети, пунктов полигонометрии и теодолитных ходов, или для того чтобы составить профиль линии местности, например, профиль оси проектируемой дороги, канала, траншеи и т.п.

Рисунок 5 - Грунтовый репер.

В первом случае задача нивелирования заключается в том, чтобы по известным отметкам одних пунктов определить отметки других.

Во втором случае задача состоит в определении отметок не только закрепленных точек, но также и точек, расположенных в характерных точках рельефа местности по линии нивелирования.

Техническое нивелирование выполняется также в процессе строительства, когда необходимо вести наблюдение за тем, чтобы действительные отметки элементов сооружений соответствовали заданным проектным отметкам этих элементов. Подобные работы относятся к решению обратной задачи нивелирования, т.е. когда требуется определить не отметку точки местности, а найти или установить на местности точку, отметка которой наперед задана.

Контрольные вопросы

1.Какую величину называют высотой инструмента.

2. Объясните принцип работы при нивелировании «из середины».

3.Назовите недостатки нивелирования «вперед».

4.В каком случае нивелирование называют сложным?

5.Что такое станция?