Учебное пособие 800498

Определение длины линии включает три этапа: подготовку, измерение и вычисление.

Подготовка линии к измерению состоит в расчистке и планировке трассы, ее закреплении и вешении.

Линии на местности закрепляются в зависимости от назначения металлическими стержнями, специальными геодезическими центрами (рис. 2.16) и столбиками или кольями.

При измерении длинных линий бывает недостаточно двух вех, установленных по их концам. Для обозначения на местности такой линии в ее створе – вертикальной плоскости, проходящей через конечные точки линии, - устанавливают несколько дополнительных вех на расстоянии 50 – 100 м в зависимости от рельефа местности (рис. 2.17).

Установка вех в створе называется вешением линии.

Перед началом работ все мерные приборы обязательно компарируют. Компарирование – это определение фактической длины мерного прибора

путем сравнивания его с эталоном.

Разность между фактической длиной l мерного прибора и длиной lo эталона называется поправкой за компарироваиие, которая определяется по

где D – измеренная длина линии, l – номинальная длина мерного прибора. Измерение линии выполняют два исполнителя, один из которых

устанавливает нулевой штрих прибора в начальной точке, а другой укладывает его в створе линии и, выровняв прибор по высоте, отсчитывает длину или,

41

закрепив положение второго конца прибора, протягивает его по створу и продолжает измерение.

Для исключения грубых ошибок и повышения точности измерение выполняется дважды: в прямом и обратном направлениях.

Рис. 2.18. Приведение наклонных линий к горизонту

Если измеряемая линия имеет уклон, то для определения ее горизонтального проложения на местности измеряют длину линии D и ее угол наклона ν теодолитом. Тогда горизонтальная проекция d определяется из рис. 2.18 по формуле

Поправка за наклон линии к горизонту определяется по формуле

Необходимо иметь в виду, что чем больше угол наклона линии, тем точнее его нужно определять, т. к. ошибка с увеличением угла быстро возрастает.

При точных измерениях обязательным является учет поправки на температуру, которая вычисляется по формуле

где K – коэффициент линейного расширения стали, равный 12·10-6 ,

tn – tk – температуры при измерении и компарировании (tk = + 20oС).

Вычислить линию – это значит найти наиболее вероятное ее значение d с учетом всех перечисленных поправок по уравнению:

Ошибки длин линий не должны превышать величин, указанных в инструкции для данного вида работ.

42

2.3.1. Механические мерные приборы

Механические мерные приборы представляют собой линейные отрезки различной длины, изготовленные чаще всего из металла в виде лент, рулеток, проволок.

Ленты землемерные выпускаются двух типов: ЛЗ – лента землемерная и ЛЗШ – лента землемерная шлаковая. Существуют ленты длиной 20, 24 и 50 м.

В комплект к штриховым лентам входят стальные шпильки. Относительная ошибка измерения линий лентами в зависимости от

методики и условий измерений равняется 1/1000 – 1/3000.

Рулетки (рис 2.19). Для измерений в строительстве наиболее удобны стальные рулетки типов: РС – рулетка самосвертывающаяся; РЖ – рулетка желобчатая; РЗ – рулетка в закрытом корпусе; РК – рулетка на крестовине.

Рис. 2.19. Геодезические рулетки

Изготавливаются рулетки стальные, пластмассовые и тесмяные длиной 5, 10, 20, 50 и 100 м.

Стальные и пластмассовые компарированные рулетки служат для точных измерений линий и привязки капитальных сооружений, тесмяные – для обмера сооружений и элементов местности.

Относительная ошибка измерения линий рулетками составляет 1/1000 – 1/20000 в зависимости от класса рулетки, условий и методики измерений.

К механическим мерным приборам относятся также мерные проволоки и длинномеры, но на строительной площадке они практически не используются.

2.3.2. Тригонометрические способы определения расстояний

Если непосредственное измерение линии на местности по тем или иным причинам невозможно, то применяются косвенные способы определения расстояний, называемое неприступным.

Первый случай. Пусть требуется определить расстояние АВ = d (рис. 2.20, а), которое не может быть измерено непосредственным способом. При этом искомое расстояние d. Определяется из решения двух треугольников, в которых измерены на местности две стороны (базисы) b и b1 и

43

горизонтальные углы α и α1, β и β1 Базисы выбирают по возможности на ровной местности, удобной для линейных измерений, и измеряют не менее двух раз. В точках А, С и И последовательно устанавливают теодолит и измеряют углы α и α1, β и β1 Если имеется возможность, то для контроля угловых измерений следует измерить также утлы γ и γ1. Значение неприступного расстояния вычисляют по теореме синусов дважды по формулам

Желательно, чтобы каждый из базисов был не менее 0,6 длины определяемой стороны.

Рис. 2.20. Определение неприступных расстояний:

а— при наличии видимости между точками линии;

б— при отсутствии видимости между точками

Для получения наиболее точных результатов (при прочих равных условиях) треугольники по форме должны приближаться к равносторонним.

Второй случай. Если между точками А и В нет взаимной видимости (рис. 2.20, б) и невозможно измерить углы в точках А и В, измеряют длину базисов b и b1,и угол β между ними. Неприступное расстояние вычисляют по теореме косинусов как

Для контроля разбивают новый треугольник АВС´ с базисами β´ и β´1 измеряют угол β´ при точке С´ и вновь по формуле (2.33) вычисляют расстояние d. В данном случае наиболее благоприятным считается вариант, когда b = b1 и угол β близок 90°.

2.3.3. Физико-оптические дальномеры

Дальномеры делятся на оптические (геометрические) и электронные.

Оптический дальномер представляет собой оптико-механическое устройство, принцип действия которого основан на решении треугольника

44

(рис. 2.21), в котором измеряется базис в и угол β. Наиболее простым оптическим дальномером является нитяной дальномер с постоянным параллактическим углом, устанавливаемый в зрительных трубах геодезических приборов. Он состоит из стеклянной пластинки с нанесенными на ней тремя горизонтальными нитями, расположенной в окулярной части зрительной трубы геодезического прибора.

Из рис. 2.21 следует, что Д = Е + f + S, где Е – расстояние от переднего фокуса до рейки, f – фокусное расстояние объектива, S – расстояние от

дальномера, – 206265''.

Рис. 2.21. Определение расстояний по оптическому дальномеру

Для удобства работы при изготовлении приборов стремятся к тому, чтобы ctg = 100, тогда:

где k = 100 – коэффициент дальномера; n – количество делений между проекциями верхней и нижней нитей; С – постоянная дальномера, которая для зрительной трубы с внутренней фокусировкой, как правило, равна нулю.

Точность определения расстояний нитяным дальномером характеризуется относительной ошибкой 1/200 – 1/400 и зависит от ошибки отсчета по рейке.

Электронные дальномеры делятся на светодальномеры и радиофизические.

45

Светодальномеры – устройства для измерения расстояний на основе фиксации времени прохождения света от генератора, установленного в начальной точке линии, и установленным в конечной точке отражателем. По принципу измерения расстояний светодальномеры делятся на фазовые и импульсные.

Существующие светодальномеры практически обеспечивают измерение расстояний в десятки километров с любой требуемой точностью (до 0,1 мм). Однако, учитывая их специальное назначение, громоздкость и высокую стоимость в строительстве, их применение ограничено.

Радиофизические дальномеры измеряют расстояния, проходимые электромагнитными радиоволнами. Принцип их действия такой же, как у светодальномеров.

Радиофизические дальномеры имеют ряд серьезных недостатков (отражение волн от земной поверхности и различных объектов, влияние атмосферы и т.д.), которые в ряде случаев искажают представление об истинном расстоянии. В строительной практике используются очень редко.

Ручные безотражательные дальномеры (рис. 2.22) предназначены для измерения расстояний до 200 метров с точностью 1,5 мм. Компактные размеры и небольшой вес делают эти приборы удобными в применении. Специальные функции позволяют получать арифметические функции сложения и вычитания, вычисление недоступных расстояний, площадей, объемов.

Рис. 2.22. Ручной безотражательный дальномер DISTO A5

2.4. Нивелирование

Нивелированием называется определение разности высот (превышений) двух или нескольких точек с целью вычисления их высот над уровенной поверхностью.

Нивелирование делится: на геометрическое, тригонометрическое, физическое, автоматическое, стереофотограмметрическое.

46

2.4.1. Устройство нивелиров

Нивелир – прибор, предназначенный для определения разности высот точек. Его устройство основано на восстановлении визирного луча зрительной трубы в горизонтальное положение с помощью уровня (рис. 2.23, а) или компенсатора (рис. 2.23, б).

Рис. 2.23. Устройство зрительной трубы нивелира: а) с уровнем; б) с компенсатором

Основными частями нивелиров являются: подставка с тремя подъемными винтами, цилиндрический уровень (или компенсатор) и зрительная труба (рис. 2.24).

Рис. 2.24. Схема устройства нивелира с цилиндрическим уровнем:

1 – подставка нивелира (трегер); 2 – подъемные винты; 3 – круглый уровень; 4 – закрепительный винт; 5 – наводящий винт; 6 – элевационный винт;

7 – исправительные винты круглого уровня; 8 – зрительная труба; 9 – окуляр; 10 – объектив; 11 – кремальера;12 – цилиндрический уровень

Наведение трубы нивелира на цель осуществляется закрепительным 4 и

наводящим 5 винтами. Фокусировка изображения – кремальерой 11.

Приведение пузырька круглого уровня на середину осуществляется подъемными винтами 2, а пузырька цилиндрического уровня – элевационным винтом 6. Для удобства работы изображение концов пузырька выведено в поле зрения трубы нивелира (рис 2.25).

При горизонтальном положении визирной оси нивелира концы пузырька совмещаются, а при наклонном – расходятся.

47

Рис. 2.25. Поле зрения трубы нивелира с цилиндрическим уровнем

В комплект к нивелиру входят штатив и нивелирные рейки (рис. 2.26).

Рис. 2.26. Нивелирная рейка: а) цельная, б) складная

Рейка имеет две стороны: черную (основную) и красную (контрольную). На каждой из них чередуются черные (красные) и белые шашечные деления величиной 1 см. Счет делений идет по черной стороне от нуля, по красной стороне – от цифры 4785 или 4685 (пятка рейки). Принцип взятия отсчетов по рейке показан на (рис. 2.27).

Рис. 2.27. Взятие отсчета по рейке

Электронные нивелиры сочетают в себе удобство, простоту эксплуатации и легкость в освоении. В этих приборах используются устройства с зарядовой связью для взятия отсчетов по специальному штриховому коду.

Для выполнения измерений пользователю достаточно навести прибор на специальную рейку и нажать клавишу, после чего нивелир самостоятельно возьмет отсчет, вычислит превышение и определит расстояние до рейки.

48

Результаты измерений выводятся на экран и могут быть сохранены в памяти прибора. Электронные нивелиры неприхотливы к условиям наблюдений и могут использоваться в неблагоприятных погодных условиях, при слабом освещении, конвекционных движениях воздуха и вибрации.

На рис. 2.28 представлены электронные нивелиры серии SDL и DiNi.

Рис 2.28. Электронные нивелиры: а) серии SDL; б) серии DiNi

2.4.2. Классификация нивелиров

Согласно действующему стандарту нивелиры делятся :

-на высокоточные – точность 0,5 мм на 1 км хода (Н-0.5);

-точные – точность 3 мм на 1 км хода (Н-3; Н-3К, Н-3Л);

-технические – точность 10 мм на 1 км хода (Н-10; Н-10к …).

Цифрами в названии нивелира указана средняя квадратическая ошибка измерения превышений на 1 км двойного хода (в прямом и обратном направлениях).

Буквами обозначают следующие понятия: Н – нивелир; Т – технический; К

– с компенсатором; С – с самоустанавливающейся линией визирования (тоже с компенсатором). Некоторые нивелиры выпускают с лимбами для измерения горизонтальных углов. В этом случае к названию нивелира добавляется буква Л.

2.4.3. Поверки нивелиров

Оси нивелира представлены на рис 2.29.

Поверка 1. Ось круглого уровня 4-4 должна быть параллельна оси вращения нивелира 3-3.

Круглый уровень устанавливают параллельно двум подъемным винтам и выводят его на середину. Повернув нивелир на 90о, вновь устанавливают пузырек по третьему винту. При развороте нивелира на 180о от

49

первоначального направления пузырек уровня должен оставаться на середине. Отклонения пузырька уровня уменьшают наполовину подъемными винтами, а вторую половину – исправительными винтами уровня.

Рис. 2.29. Схема осей нивелира:

1-1– визирная ось; 2-2 – ось цилиндрического уровня; 3-3 – ось вращения инструмента; 4-4 – ось круглого уровня

Поверка 2. Вертикальная нить сетки нитей должна быть параллельна оси вращения нивелира 3-3 (рис. 2.30).

Рис. 2.30. Поверка сетки нитей

На расстоянии 25-30 м от нивелира вешается отвес, трубу нивелира наводят на него так, чтобы вертикальная нить сетки нитей точно совпала с нитью отвеса.

Несовпадение нити с отвесом устраняется исправительными винтами окуляра.

Поверка 3. Визирная ось 1-1 должна быть параллельна оси цилиндрического уровня 2-2.

Поверка выполняется двумя способами.

В первом случае производится двойное нивелирование одной и той же линии с разных ее концов (рис. 2.31).

50