17.1. Приборы для геометрического нивелирования

Современные приборы для геометрического нивелирования можно разделить

на две группы: 1) нивелиры оптико-механические и лазерные неавтоматизирован-

ные, причем по принципу горизонтирования визирного луча такие нивелиры пред-

ставлены двумя подгруппами – нивелиры с цилиндрическим уровнем и нивелиры с

компенсатором; 2) нивелиры автоматизированные – лазерные, электронные (циф-

ровые). В настоящей лекции рассматриваются оптико-механические нивелиры,

нивелирные рейки к ним и другие приспособления.

Нивелирные рейки изготавливаются в России под общими обозначениями РН-

05, РН-3, РН-10 для нивелирования соответственно высокоточного (I и II классов),

точного (III и IV классов) и технического. В рейках РН-05 высокоточная шкала на-

несена на инварную полосу (инвар – металл с малым коэффициентом температур-

ной деформации). Ряд фирм других стран к цифровым нивелирам поставляет высо-

коточные рейки со штрих-кодовыми и метрическими шкалами. Все рейки для вы-

сокоточного и точного нивелирования оснащены круглым уровнем для контроля их

установки в вертикальное положение.

Рейки РН-3 (сплошные), РН-10 (складные), двутаврового поперечного сечения

(рис. 16.5, а) изготавливают из дерева. Их длина 3 м. Рейка РНР-3 (раздвижная), ее

длина 4 м (2 + 2 м). На одной стороне рейки шашечная шкала сантиметровых деле-

ний (см. рис. 16.5, а) нанесена черным цветом, на другой – красным. Нуль шкалы

черной стороны совмещен с нижней плоскостью пятки рейки – стальной пластины,

жестко закрепленной на рейке. На красной стороне рейки с нижней плоскостью

пятки совмещена шкала начальным делением 4683 или 4783 мм (на других типах

реек – иным делением).

В комплекте к нивелиру рейки должны быть парными: у них с нижней плоско-

стью пятки должны быть совмещены одинаковые деления красной стороны.

Применяются также облегченные металлические (из сплава на основе алюми-

ния) рейки, составные и телескопические, их полная длина 3 или 4 м. На одной сто-

роне рейки нанесена шкала шашечных сантиметровых делений, на другой – шкала

миллиметровых делений.

Перед началом работ рейки компарируют: их кладут горизонтально и с помо-

щью 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. Прямолинейность рейки проверяется относительно натянутой на ней нити – ве-

личина прогиба (стрелы прогиба) допускается до 10 мм.

Опоры под нивелирные рейки. При измерении превышений рейки ставят на

устойчивые предметы: на нивелирные реперы, прочно вбитые в землю переносные

костыли или устойчиво поставленные башмаки (рис. 16.5, б, в) или же на деревян-

ные колышки, другие неподвижные предметы.

Рис. 16.5. Нивелирные рейки и переносные нивелирные опоры:

а – шашечные деления шкалы; б – костыль; в – башмак; г, д – рейка складная РНТ;

е – рейка с инварной полосой для нивелирования I и II классов

Основные виды нивелиров. В зависимости от способа приведения визирного

(оптического) или лазерного луча в горизонтальное положение различают нивели-

ры двух видов – с цилиндрическим уровнем при зрительной трубе или при лазер-

ном излучателе (в них для горизонтирования визирного или лазерного луча пузы-

рек уровня необходимо приводить в нуль-пункт) и нивелиры с компенсатором (в

них визирный или лазерный луч автоматически удерживается в горизонтальном

положении при небольших наклонах прибора).

Оптико-механические нивелиры применяются, как правило, в комплекте со

стандартными нивелирными рейками или с применением специальных шкал. Ла-

зерные нивелиры обеспечивают получение лазерного пятна на шкале рейки или по-

верхности строительной конструкции.

Согласно принятому в России стандарту оптико-механические нивелиры по

точности подразделяют на три класса (таблица 16.1): высокоточные Н-05, Н-1, Н-2

– для нивелирования I и II классов; точные Н-3 – для нивелирования III и IV клас-

сов; технические Н-10 – для нивелирования технического, топографических съе-

мок и многих видов инженерных работ. В обозначениях (шифрах) российских оп-

тико-механических нивелиров с компенсатором к цифре добавляется буква К, а ни-

велиров с горизонтальным угломерным кругом (лимбом) – буква Л. Например

нивелир Н-3К четвертого поколения обозначается 4Н-3КЛ. Шифр лазерного ниве-

лира-автомата (лазерного построителя плоскости) – НЛ-20К. Основные техниче-

ские характеристики нивелиров приведены в таблице 16.1.

Оптико-механические,

лазерные, а также кодовые нивелиры западно-

европейских, американских, японских и других фирм широко используются на

практике. Характеристики их точности используются для отнесения их к соответст-

вующему классу точности, принятому в России и выбора области применения.

Краткие сведения о современных лазерных, кодовых и других видов нивелиров

приведены в п. 16.5.

Схема оптико-механического нивелира с цилиндрическим уровнем. Зри-

тельная труба и цилиндрический уровень, закрепленный на ее корпусе (рис. 16.6),

могут вращаться в небольших пределах вокруг горизонтальной оси с помощью эле-

вационного винта. Круглый уровень предназначен для приведения вертикальной

оси ZZ1 нивелира в отвесное положение. Точные нивелиры Н-3 (рис. 16.7) и другие

снабжены контактным уровнем: в них в поле зрения трубы выведены изображения

концов пузырька цилиндрического уровня (рис.16.8).

Таблица 16.1.

Основные технические данные оптико-механических нивелиров

Показатель

Н-1

Н-3

4Н-3КЛ

Н-10

Н-10КЛ

НЛ-20К

Средняя квадратическая погрешность

измерения превышения, мм:

двойное нивелирование на 1 км

на станции при расстоянии 2×100 м

Увеличение зрительной трубы, крат

Коэффициент оптич. дальномера

0,5

0,1

44

100

3

3

30

100

3

5

30

100

10

5

20

100

10

5

20

100

2,5 мм/20 м

Цена деления уровней:

цилиндрического, с

12

15

45

-

круглого, мин

Масса, кг

10

7

10

2

10

2,5

10

2

10

2

10

1,3

Отсчет по шкале нивелирной рейки РН-3 или РН-10 производится после при-

ведения пузырька цилиндрического уровня в нуль-пункт (совмещения его концов,

видимых в окуляре зрительной трубы согласно рис. 16.8). В поле зрения трубы об-

ратного изображения деления рейки отсчитываются сверху вниз, значения милли-

метров (десятые доли сантиметрового шашечного деления) определяются на глаз.

В нашем примере отсчеты по среднему, верхнему и нижнему горизонтальным

штрихам сетки равны: ас = 1146 мм; ав = 1055 мм; ан = 1231 мм.

В поле зрения трубы прямого изображения деления рейки отсчитываются снизу

вверх.

Схема оптико-механического нивелира с компенсатором. Компенсатор ма-

лых наклонов зрительной трубы представляет собой оптический элемент, который

автоматически удерживает линию визирования в горизонтальном положении с вы-

сокой точностью (1" и точнее), но предварительно нивелир горизонтируют по круг-

лому уровню.

В одной из конструкций маятникового компенсатора (рис. 16.9) стеклянная

призма, подвешенная на скрещивающихся нитях, при наклонах трубы до 8 - 15' из-

меняет ход визирного луча WO и сохраняет горизонтальность линии визирования

(визирного луча). Такой компенсатор применен в нивелире Н-3К (рис. 16.10) и

его

зрительная

труба

получила некоторую перископичность: в ней визирный

луч проходит через окуляр несколько выше, чем через объектив, поэтому высоту

такого нивелира над точкой нельзя измерять относительно окуляра (см. примечание

к формуле (16.2). В большинстве конструкций нивелиров с компенсатором пери-

-

скопичность зрительной трубы устранена (например, в нивелире Н10КЛ – см. рис.

16.10, а).

Рис. 16.6. Схема нивелира с

цилиндрическим уровнем:

1 – подъемный винт; 2 – подставка;

3 – ось; 4 – закрепительный винт;

5 – круглый уровень; 6 – горизон-

тальная ось наклонов зрительной

трубы 7; 8 – цилиндрический уро-

вень; 9 – юстировочные винты ци-

линдрического уровня; 10 – юсти-

ровочные винты визирной сетки;

11 – элевационный винт; 12 – пру-

нящая пластина трегера

Рис. 16.8. Поле зрения

нивелира Н-3

подвешенная призма;

Рис. 16.7. Нивелир Н3:

1 – головка штатива; 2 – юстировочный

винт круглого уровня; 3 – подставка;

4 – элевационный винт; 5 - круглый уро-

вень; 6 – окуляр; 7 – крышка окулярной

части трубы; 8 – коробка цилиндричес-

кого уровня; 9 – зрительная труба;

10 – головка кремальеры; 11 – мушка;

12 – объектив; 13, 14, 15 – закрепитель-

ный, наводящий и подъемный винты

соответственно; 16 – пружинящая

пластина трегера

Рис. 16.9. Схема компенсатора с

подвешенной призмой:

1, 2 – нити подвески; 3 – пластинка визирной сетки; 4 –

5 – гаситель колебаний призмы

а

Нивелир Н10 КЛ:

1 – круглый уровень и зеркало;

2 – окуляр; 4 – подъемный винт;

5 – подставка с угломерным

кругом 3; 6 – объектив

б

Нивелир Н-3К:

1 – наводящий винт; 2 – зрительная труба;

3 – окуляр; 4– зеркало при круглом уровне;

5 – подставка; 6 – подъемный винт;

7 – трегер

Рис. 16.10. Нивелиры оптико-механические