Курс лекций по дисциплине Инженерная геодезия

Тема 7. Нивелирование

Нивелированием называется определение высот точек местности относительно принятой исходной поверхности или их разностей - превышений одних точек над другими

Исходной поверхностью для определения высот является т.н. уровень моря, берущий начало у нуля Кронштадского футштока. Это Балтийская система высот. Высоты нередко определяют в какой-то относительной местной системе высот.

Существует несколько методов нивелирования: геометрическое, тригонометрическое, физическое (барометрическое, гидростатическое, аэрорадионивелирование), механическое, стереофотограмметрическое, спутниковое.

7.1 Геометрическое нивелирование

В геометрическом нивелировании пользуются горизонтальным лучом визирования. Основной прибор - нивелир. Различают 2 способа геометрического нивелирования: "из середины" (рис. 7.1) и "вперёд" (рис. 7.2).

В способе из середины в точках А и В ставят вертикально нивелирные рейки с нанесёнными на них сантиметровыми делениями. Счёт делений идёт от нижних концов реек вверх. Визируя последовательно горизонтальным лучом с помощью нивелира обычно вначале на заднюю рейку, затем на переднюю снимают отсчёты a и b, по которым вычисляют превышение

.

Если известна высота точки А, то высоту точки В вычисляют по формуле

.

Высоты можно вычислять через горизонт инструмента (ГИ)

,

поэтому

.

Нивелирование вперёд применяют реже. В нём

,

где - высота инструмента над точкой А, измеряемая рулеткой.

Нивелирование из середины даёт более высокую точность по сравнению с нивелированием вперёд, потому что основные ошибки в отсчёте по рейке: за кривизну Земли, за вертикальную рефракцию и за инструментальную ошибку (негоризонтальность визирного луча), одинаковы в отсчётах на заднюю и переднюю рейку, если расстояния до них одинаковы, и в разности эти ошибки исключаются.

При нивелировании вперёд эти ошибки содержатся только в отсчёте b, поэтому они содержатся и в превышении h.

Предельное расстояние от нивелира до реек при нивелировании 100-150 метров. Следовательно, с одной станции, если позволяют условия местности, можно нивелировать точки, расстояния между которыми на превышает 200-300 метров. При больших расстояниях нивелирование делают с нескольких станций, связанных между собой общими точками, т.е. прокладывают нивелирный ход

В нивелирном ходе превышение h точки F над точкой А и высота точки F равны соответственно

,

.

7.2 Приборы для геометрического нивелирования

Нивелиры

Согласно ГОСТ 10528-83 утверждены к серийному выпуску 3 типа нивелиров: высокоточные Н-05, точные Н-3 и технические Н-10. Число в шифре означает среднюю квадратическую ошибку в миллиметрах, получаемую в сумме превышений двойного хода длиной 1 км.

Нивелиры могут быть с уровнем при зрительной трубе или с компенсатором углов наклона. В последнем случае к шифру приписывают букву К. Некоторые нивелиры делают с горизонтальным лимбом для измерения горизонтальных углов. В их шифре дописывают букву Л, например Н-3КЛ

Компенсатор - это устройство, автоматически приводящее и удерживающее визирную ось зрительной трубы в горизонтальном положении.

Нивелиры без компенсатора имеют цилиндрический уровень. У нивелира Н-3 оба конца пузырька уровня видны в поле зрения зрительной трубы (рис. 7.4).

Для разных нивелиров делают разные поверки. Но 3 поверки делают всегда:

Поверка круглого уровня

Условие. Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира.

Выполнение поверки. Вращением трёх подъёмных винтов приводят пузырёк уровня в нуль-пункт. Затем поворачивают алидаду на 180°. Пузырёк не должен смещаться с нуль-пункта.

Поверка секи нитей

Условие. Горизонтальная нить сетки должна быть перпендикулярна оси вращения нивелира.

Выполнение поверки. Горизонтальную нить зрительной трубы наводят на хорошо видимую точку так, чтобы её изображение оказалось совмещенным с одним из концов нити сетки (точка k на рисунке). Наводящим винтом перемещают точку вдоль горизонтальной нити сетки, следя за совмещением точки с нитью (линия km).

Поверка соблюдается, если линия km совмещается с горизонтальной нитью.

Поверка главного условия

Условие. Визирная ось зрительной трубы должна быть параллельна оси цилиндрического уровня (для нивелира с уровнем).

Визирная ось зрительной трубы должна быть горизонтальна (для нивелира с компенсатором).

Выполнение поверки. Определяют 2 превышения h1 и h2 линии АВ длиной 50-70 м с двух точек 1 и 2.

Величина x по модулю не должна быть более 4 мм.

Нивелирные рейки

Согласно ГОСТ 11158-83 установлено 3 типа реек: РН-05 - для нивелирования 1 и 2 классов, РН-3 - для нивелирования 3 и 4 классов; РН-10 - для технического нивелирования и строительных работ.

Рейки РН-3 и РН-10, обеспечивающие точность 3 и 10 мм на 1 км хода, имеют двухсторонние сантиметровые шашечные деления. На чёрной стороне рейки счёт идёт от пятки рейки. На другой красной стороне шкала сдвинута и подписана так, что у пятки рейки отсчёт не нулевой, а, например 4687 мм. Рейка РН-3 имеет круглый уровень, у рейки РН-10 уровня нет. У рейки РН-05 шкала через 0,5 см нанесена на инварной полосе, закреплённой на деревянной рейке.

Башмаки и костыли

Для временного закрепления точек нивелирных ходов используют чугунные башмаки или костыли. Башмак с силой с размаха утапливают шипами в землю. Костыль забивают в землю. У костыля и башмака в верхней части имеется полусферическая поверхность для установки на неё пятки рейки. Костыль или башмак должен занимать строго неизменное положение по высоте при двух установках рейки: первый раз с предыдущей станции, когда рейка называется передней, второй раз с последующей станции, когда эта рейка называется задней.

Рейки, как и мерные ленты компарируют с помощью специального контрольного метра.