Принципи та послідовність робіт на станції при нівелюванні ІV класу

Способи нівелювання.

Нівелюванням називають вид геодезичних робіт, при яких вимірюють перевищення між точками земної поверхні або будівельних конструкцій.

Розрізняють такі види нівелювання:

• * геометричне — виконується за допомогою нівеліра і базується на принципі горизонтального променя візування;
• * тригонометричне — виконується за допомогою теодоліта і базується на принципі похилого променя візування;
• * гідростатичне — базується на властивості поверхні рідини знаходитися на одному рівні в сполучених посудинах;
• * барометричне — базується на залежності зміни атмосферного тиску від зміни висоти точки;
• * стереофотограметричне — базується на вимірюванні перевищень за аерофотознімками земної поверхні.

При виконанні інженерно-будівельних робіт найчастіше застосовують геометричне, тригонометричне і гідростатичне нівелювання. [8].

Рис. 4 Прокладення теодолітного ходу

Щоб уникнути помилок у знаку перевищення точку, позначка якої відома, уважають задньої, а точку, оцінку якої визначають, — передньої, тобто перевищення це завжди різниця відліків назад і вперед. Іноді відлік по рейці називають «поглядом» і тому перевищення дорівнює «погляду назад» мінус «погляд уперед». [6].

Місце установки нівеліра називається станцією. З однієї станції можна брати відліки по рейках, установленим у багатьох точках. При цьому перевищення між точками не залежить від висоти нівеліра над землею. Якщо поставити нівелір вище, обидва відліки Х й У будуть більше на ту саму величину, але різниці між ними будуть однакові. [6].

Для обчислення позначки шуканої точки можна застосовувати спосіб обчислення через горизонт інструменту (ГІ). Цей спосіб зручний, коли з однієї станції роблять нівелювання декількох точок. Очевидно, що якщо до відмітки точки, А додати відлік по рейці на точці А, то вийде позначка візирної осі нівеліра. Ця відмітка і називається горизонтом приладу. Якщо тепер з горизонту приладу відняти відліки на всіх точках, узяті на цій станції, вийдуть відмітки цих точок.

Якщо для визначення перевищення між точками, А і В досить один раз установити нівелір, такий випадок називається простим нівелюванням.

Якщо ж перевищення між точками можна визначити тільки після декількох установок нівеліра, таке нівелювання умовно називають складним. У цьому випадку точки D и С називають сполучними. Перевищення між ними визначають за схемою простого нівелювання. [6].

Таку схему нівелювання називають нівелірним ходом. Кілька ходів із загальними початковими й кінцевими точками утворять нівелірну мережу.

Залежно від необхідної точності визначення позначок нівелювання ділять на 1, 2, 3, 4-й класи й технічне. [6].

Технічне застосовують для згущення нівелірної мережі більше високих класів. Ці мережі є висотним обґрунтуванням для топографічних зйомок при складанні карт і планів, будівельно-монтажних, меліоративних й інших роботах.

Якщо рельєф ділянки слабко виражений (плоский), точки нівелювання розташовують на ділянці рівномірно, а довжини сторін квадратів збільшують. При ясно вираженому рельєфі у місцях зміни профілю їхню частоту збільшують.

Схема нівелювання вершин квадрата залежить від розмірів ділянки, складності форм рельєфу, необхідності додатково до позначок вершин квадратів одержати ще точки з позначками. [6].

Відліки по рейках записують у журнал нівелювання або на схему квадратів, причому числові значення відліків підписують біля вершин тих квадратів, на яких вони отримані. Границі роботи на станції відокремлюють пунктирною лінією. При обробці результатів вимірів спочатку обчислюють перевищення й позначки сполучних точок ходу. Позначки вершин квадратів обчислюють через горизонт інструменту (ГІ). [6].

Тригонометричне нівелювання виконують теодолітами — приладами, які дозволяють виміряти вертикальні кути. Якщо з точки, А в точку В або з точки В на точку С виміряти кути нахилу н і визначити горизонтальне прокладання d, визначити перевищення. [6].

Гідростатичне нівелювання ґрунтується на властивості рідин перебувати в сполучених посудинах на одному рівні. Перевищення, А між точками, А та. У може бути отримане як різниця відліків по шкалах посудин 2. Як правило, відстань між точками обмежується довжиною сполучного шланга 1 між посудинами й досягає декількох десятків метрів. Достоїнство гідростатичного нівелювання, застосовуваного для будівельних цілей, простота роботи, можливість виробництва роботи в тісних місцях (кімнатах, спорудах, серед устаткування), швидкість дії. До недоліків ставляться невисока точність (±10мм) і скрутні роботи зі шлангами. [6].

При барометричному нівелюванні використовують властивість різниці повітряного тиску в різні по висоті над упущеною поверхнею точках. Нівелювання виконують барометрами-анероїдами або мікробарометрами.

Найбільш простий випадок барометричного нівелювання, коли точки, між якими визначається перевищення, з'єднуються замкнутим маршрутом; тривалість маршруту не більше 2 — Згод.

Для вимірів використовують один анероїд. На вихідній точці маршруту вимірюють температуру повітря tВ° С, температуру анероїду tА ° С, його висоту над точкою й зчитують по ньому показання тиску.

Потім переходять на другу та інші точки і проводять аналогічні вимірювання. Спостереження закінчують на початковій точці. Припускаючи, що тиск повітря і температура в початковій точці змінювалися пропорційно часу, по барометричних таблицях знаходять висоти точок. Відстань між точками може бути будь-яким й обмежується тільки різницею часу між першим й останнім спостереженнями на вихідній точці. [6].

1. Будова та перевірки нівеліра Н3. Характеристика нівелірних рейок Нівелір — геодезичний прилад для визначення перепадів висот між точками на земній поверхні та у відкритих і підземних гірничих виробках. Складається з штатива, зорової труби, пов’язаного з нею горизонтального рівня. Додаються також нівелірні рейки. [4].

Нівеліри широко використовуються у геодезії, маркшейдерії, картографії, землевпорядкуванні, під час будівництва.

Нівеліри поділяють:

• · За способом вимірювання:
  • *прилади з горизонтальним променем візування (які у свою чергу поділяють на дві групи):
    • 1) з циліндричним рівнем, до яких належать глухі, з перекладною трубою, лазерні (візирна вісь замінена або дублюється лазерним променем);
    • 2) з компенсатором;
  • *мікронівеліри;
  • *нівеліри гідромеханічні.
• · За способом зчитування відліків:
• *звичайні (відлік по рейці, відлічує людина);
• *цифрові (відлік автоматизовано).
• · За точністю:
• *високоточні (для нівелювання I і II кл. та високоточних інженерних задач);
• *точні (для нівелювання III і IV кл.);
• *технічні (для пошукових та будівельних робіт). [4]

З 1977 р. у вітчизняній практиці нівеліри з горизонтальним променем візування застосовують трьох типів під шифрами Н-05, Н-3 і Н-10. Вони обладнані компенсатором або рівнем при трубі. Крім того, Н-3 та Н-10 можуть мати лімби горизонтального круга для вимірювання горизонтальних кутів. Число в шифрі нівеліра визначає припустиму середньоквадратичну похибку нівелювання в мм на 1 км подвійного нівелірного ходу. Для нівеліра з компенсатором додається літера «К», а за наявності лімба — літера «Л». Таким чином, шифр Н-10 КЛ означає нівелір горизонтального променя візування, що має компенсатор і лімб горизонтального круга, і забезпечує припустиму середньоквадратичну похибку нівелювання 10 мм на 1 км подвійного ходу. [4].

Рис. 5 Будова нівеліра

Перед початком польової роботи прилад слід важно оглянути і встановити справність всіх частин нівеліра. При цьому звертають увагу на стійкість штатива, чи плавно повертається зорова труба, діють мікрометричний, елеваційний та підйомні гвинти, чи не хитаються вони; переконуються в наявності чіткого зображення сітки ниток та об'єктів спостереження. При необхідності проводять регулювання та змазування гвинтів згідно з вказівками, наведеними у паспорті нівеліра. Слід звернути увагу на те, щоб червона сторона комплекту рейок починалась з одного і того ж числа (47 або 48). [5].

Для нівелірів Н-3 і НВ-1 та їх модифікацій виконують такі перевірки:

• 1. Перевірка круглого рівня. Вісь круглого рівня має бути паралельною до осі обертання нівеліра. Обертанням підйомних гвинтів трегера бульбашку круглого рівня встановлюють у центр сферичної поверхні (центр кружка, зображеного на склі). Повертають трубу на 180°. Якщо бульбашка рівня лишилась на середині, — умову виконано. Якщо ж бульбашка відхилилась від центра, виправними гвинтами круглого рівня її виводять до середини на половину величини відхилення, а підйомними гвинтами — повністю на середину. Перевірку повторюють.
• 2. Перевірка правильності положення сітки ниток. Горизонтальна нитка сітки має бути перпендикулярною до осі обертання нівеліра. Рейку розміщують на відстані 20−30 м таким чином, щоб зображення її було на межі зору труби, й читають відлік по рейці. Зорову трубу повертають мікрометричним (навідним) гвинтом у протилежний бік поля зору труби. Якщо відлік по рейці не змінився, то умова виконана. У противному разі треба зняти кришку сітки ниток, послабити виправні гвинти сітки й повернути її в потрібний бік (за чи проти годинникової стрілки); після цього гвинти сітки закріпити. Перевірку повторити.
• 3. Перевірка циліндричного рівня. Це головна перевірка нівеліра: вісь циліндричного рівня і візирна вісь зорової труби нівеліра мають бути паралельними. Перевірка цієї умови складається з двох частин:

а) вісь циліндричного рівня і візирна вісь зорової труби повинні лежати у паралельних вертикальних площинах.

Нівелір розміщують на відстані 50−75 м від рейки так, щоб при наведенні на неї зорова труба знаходилась посередині між двома підйомними гвинтами. Елеваційним гвинтом виводять бульбашку циліндричного рівня на середину і беруть відлік по рейці. Обернувши підйомні гвинти в різні сторони на 2−3 оберти, дають зоровій трубі боковий нахил. При цьому стежать щоб відлік по рейці не змінився. Після цього зорову трубу нахиляють у інший бік, обертаючи підйомні гвинти в протилежних напрямках. Якщо в обох випадках кінці бульбашки не відхиляються або відхиляються обидва рази в один бік, то рівень встановлено правильно. В противному разі положення циліндричного рівня виправляють за допомогою бокових юстированих гвинтів.

б) вісь циліндричного рівня і візирна вісь зорової труби повинні лежати у паралельних горизонтальних площинах. [5].

Нівелірні рейки — дерев’яні бруски шириною 10 см і товщиною 2 см з металевими пластинами (п'ятками) на кінцях. Пластини кріпляться наглухо до брусків шурупами. На рейки, попередньо пофарбовані білою фарбою, нанесено поділки у вигляді шашок чорного кольору на одній стороні і червоного — на другій. Рахунок поділок ведуть від нижньої п’ятки. На чорній стороні з нею співпадає 0 (нуль), на червоній — відлік 4787 мм. Згідно з ГОСТ 11 158–76 нівелірні рейки для геометричного нівелювання виготовляють трьох типів:

• а) РН-05 — односторонні штрихові рейки для нівелювання І і II класів з помилкою 0,5 мм на 1 км ходу;
• б) РН-3 — двосторонні шашкові рейки для нівелювання III і ІV класів з помилкою 3 мм на 1 км ходу;
• в) PH-10 — двосторонні шашкові рейки для технічного нівелювання з помилкою 10 мм на 1 км ходу. [5]

Рейки мають таку довжину: РН-0,5 — 3000 і 1200 мм; РН-3 — 1500, 3000 і 4000 мм; РН-10 — 4000 мм. Рейки довжиною 4000 мм виготовляють складними, а рейки типу РН-3 довжиною 3000 мм можуть бути складними і суцільними. [5].

Ціна найменших поділок рейок встановлена така (мм):

Рис. 6. Нівелірна рейка

Перевірки нівелірних рейок роблять такі:

1.Перевірка правильності встановлення круглого рівня на рейці.

Виконується за допомогою виска, гачка і штифта, закріплених на рейці або по вертикальній нитці нівеліра.

Для перевірки на гачок підвішують висок і нахиляють рейку у потрібному напрямку до тих пір, поки гострий кінець виска буде точно знаходитись під гострим кінцем штифта. Потім виправними гвинтами рівня приводять бульбашку рівня на середину (у нуль-пункт). По вертикальній нитці нівеліра перевірку виконують у такому порядку. На відстані близько 50 м від нівеліра встановлюють рейку. Встановлюють вертикальну вісь нівеліра у прямовисне положення. За командою спостерігача встановлюють рейку так, щоб її ребро співпадало з вертикальною ниткою сітки. Потім виправними гвинтами круглого рівня приводять бульбашку у нуль-пункт. Після цього рейку повертають на 90° і знову виправляють рівень. Операцію повторюють до тих пір, поки бульбашка рівня буде знаходитись у нульпункті.

• 2. Визначення середньої довжини метра комплекту рейок. Виконується у приміщенні за допомогою контрольної лінійки. Перед початком дослідження краї шашкових поділок 01, 10, 20 і 29 поділок чорної сторони і 48, 57, 67 і 76 червоної сторони відмічають на контрольній металічній лінійці тонким олівцем. Рейку кладуть горизонтально. щоб вона не прогиналась. Кожен інтервал рейки 1−10, 10−20 і 20−29, 48−57, 57−67 і 67−76 вимірюють двічі у прямому і зворотному напрямках. Різниці відліків по правому і лівому кінцях контрольної лінійки на кожному інтервалі рейки не повинні розрізнятись між собою більше ніж на 0,1 мм. Різниця між середньою довжиною метра пари рейок комплекту допускається 0,8 мм для рейок типу РН-3 і 1,5 мм для рейок типу РН-10.
• 3. Визначення похибок дециметрових поділок. Дослідження проводять за допомогою контрольної лінійки у інтервалі штрихів 1−29 по чорній стороні і 47−76 по червоній стороні рейки. За допомогою лівої лупи нуль контрольної лінійки суміщають з нульовим штрихом рейки, після чого, переміщуючи праву лупу, роблять відліки по всіх дециметрових поділках. Перед початком дослідження по металічній лінійці тонко заточеним олівцем відмічають краї дециметрових поділок. Вимірювання кожного метрового інтервалу виконують двічі. Перед другим вимірюванням контрольну лінійку трохи переміщують. В процесі дослідження записують температуру контрольної лінійки. Похибки дециметрових поділок не повинні перевищувати 0,4 мм у рейок, призначених для нівелювання III класу, 0,6 мм — IV класу і 1,0 мм — при технічному нівелюванні.

Одночасно із дослідженням похибок дециметрових поділок перевіряють співпадання нульової поділки чорної сторони рейки із площиною п’ятки. Відхилення нульової поділки від площини п’ятки не повинно перевищувати 0,5 мм для рейок. призначених для нівелювання III і IV класів і 1 мм для рейок технічного нівелювання.

4. Визначення стрілки прогину. Рейку кладуть горизонтально на бокове ребро, натягують тонку дротину або нитку між кінцями увігнутої сторони рейки і лінійкою з міліметровими поділками вимірюють відстань від дротини (нитки) до поверхні дерев’яної рейки у трьох місцях: на початку (а1), середині (а2) і кінці рейки (а3) за цими значеннями обчислюють стрілку прогину рейки:

[5].

2. Опрацювання журналу нівелювання Мета обробки журналу нівелювання — визначення відміток (висот) точок пронівельованих вздовж і поперек осі траси. Дані журналу обробляють у такому порядку. [5].

1. В кінці кожної сторінки журналу роблять посторінковий контроль. користуючись формулою, тобто піврізниця суми задніх і передніх відліків по рейках повинна дорівнювати півсумі обчислених перевищень і сумі середніх перевищень. [5].

За цією ж формулою проводять контроль по всьому нівелірному ходу. Для нашого прикладу контроль буде таким:

Посторінковий контроль: (9720−6860)/2= 1430.

Посторінковий контроль: (5800−8400)/2= -1300.

Таблиця. 6 Довжини секцій ходу.

3. Відомість перевищень та висот точок Таблиця 7. Відомість перевищень і висот точок.

Якщо піврізниця сум задніх і передніх відліків не дорівнюватиме сумі середніх перевищень, треба шукати помилку в обчисленнях.

Нев’язка у перевищеннях обчислюється в такому порядку. Якщо нівелірний хід зімкнутий (нівелювання почалось у пікеті ПК 0 і на ньому й закінчилось), то сума середніх перевищень ходу повинна дорівнювати нулю. Практично ж ця сума завжди буде дорівнювати якомусь додатному або від'ємному числу, яке і буде нев’язкою. [5].

У незамкненому ході сума середніх перевищень повинна дорівнювати різниці висот кінцевого (Нкін.) і початкового (Нпоч.) реперів.

Нев’язка буде дорівнювати.

Для нашого прикладу = 9553-(144 262−134 721)=12 мм.

Знайшовши нев’язку у перевищеннях, порівнюють її з допустимою, яку обчислюють за формулою:

де Lдовжина нівелірного ходу в км.

На місцевості із значними ухилами. коли кількість станцій на 1 км ходу перевищує 25, допустиму нев’язку підраховують за формулою:

де — кількість станцій нівелірного ходу.

Якщо фактична нев’язка (12) буде дорівнювати допустимій (12 доп.) або буде меншою від неї, то фактичну нев’язку розподіляють з оберненим знаком порівну на всі перевищення. Поправки при цьому заокруглюють до цілих міліметрів. Поправки записують у «Журналі нівелювання» над середніми значеннями перевищень. Правильність розподілу нев’язки контролюють сумою всіх поправок. яка має дорівнювати нев’язці з оберненим знаком. [5].

Якщо ж фактична нев’язка виявиться недопустимою і помилок в обчисленнях нема, треба повторити нівелювання зв’язуючих точок. [5].

Розподіливши висотну нев’язку, обчислюють відмітки зв’язуючих точок за формулою:, тобто висота наступної точки дорівнює висоті попередньої точки плюс відповідне перевищення. [5].

Висоти проміжних точок обчислюють через горизонт інструмента (ГІ). Його визначають на кожній станції, де є проміжні точки. за формулою :

= ГІ - Пр. відл., де — висота задньої зв’язуючої точки, а — відлік по чорній стороні рейки, встановленої на цій точці. [5].

Приклад обчислень наведено в таблиці 8.

Таблиця 8. Нівелірний хід.