4. Нивелирование

4.1. Сущность и методы нивелирования

Для изображения рельефа на планах и картах, а также при проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений необходимо знать высоты точек местности и сооружений.

Определение разности высот (превышений) точек местности называется нивелированием. После нивелирования по известным высотам закрепленных точек (реперов) и превышениям вычисляют высоты всех остальных точек.

Репер - закрепленная на местности или сооружении точка с известной отметкой.

Основные методы нивелирования:

1. Геометрическое. При геометрическом нивелировании превышение между точками местности определяют с помощью горизонтального визирного луча. Горизонтальный визирный луч реализует специальный геодезический прибор - нивелир. Кроме того, могут использоваться теодолит или кипрегель, если они имеют уровень при трубе для установки ее в горизонтальное положение.

2. Тригонометрическое. Превышения точек определяются с помощью наклонного визирного луча. При этом измеряются угол наклона луча и наклонное расстояние между точками (менее точное за счет влияния рефракции).

3. Барометрическое. Основано на физическом законе уменьшения атмосферного давления с высотой. Используется в горных условиях. Точность - не более 0.5 м.

4. Гидростатическое. Основано на законе равенства уровней жидкости в сообщающихся сосудах вне зависимости от высот точек, где установлены эти сосуды. Точность до 8 мкм - наивысшая. Кроме того - передача отметок через водные преграды. (Например, на о. Сахалин по нефтепроводу была передана отметка с материка и затем развита сеть в БС.)

Геометрическое нивелирование выполняется специальным геодезическим прибором – нивелиром (рис. 4.1).

Рис. 4.1 Нивелир 2Н-3Л.

Способы геометрического нивелирования:

Различают два способа геометрического нивелирования: "из середины" и "вперед". При нивелировании " из середины " нивелир устанавливается на примерно равных расстояниях от точек А и В (расстояния называются плечами - рис. 4.2 а). В точках А и В устанавливаются специальные рейки с сантиметровыми делениями. Точка А называется задней, В - передней, если ход от А к В. Приведя визирный луч в горизонтальное положение берут отсчеты а и b, затем вычисляют превышение h = a - b (задний минус передний).

Рис. 4.2. Нивелирование «из середины» а; и «вперед» б.

При нивелировании "вперед" нивелир устанавливают так, чтобы окуляр был над задней точкой по отвесу, а рейку ставят в передней точке (рис. 4.2 б). Приводят визирный луч в горизонтальное положение и измеряют высоту прибора (i - расстояние по вертикали от центра окуляра до точки А) и берут отсчет b по рейке в точке В. Превышение h = i - b.

Нивелирование с одной станции (стоянки прибора) называется простым. Однако при необходимости определить превышения между точками, находящимися на значительном расстоянии друг от друга, производится последовательное нивелирование с нескольких станций. Такое нивелирование называется сложным и образует нивелирный ход (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Схема нивелирного хода.

Точки нивелирного хода, на которых рейка вначале являлась передней, а потом - задней называются связующими. Например, рейка в точке А для станции J₁ передняя, а для станции J₂ - задняя, то есть является связующей. Расстояние между связующими точками не должно быть более 150 м.

Если известна высота точки А и превышение h точки А над следующей точкой, то получим высоту связующей точки:

H_св1 = H_А + h₁

........................

H_В = H_свn + h_n

или в общем виде H_i+1 = H_i + h_i.

Высота последующей связующей точки равна высоте предыдущей точки плюс превышение между ними. Просуммировав все равенства, можно для высоты точки В получить выражение:

H_В = H_А + Σ h_i.

Нивелирные ходы для контроля обычно опираются на реперы. Если ход опирается на два разных репера, то он разомкнутый. В этом случае теоретически сумма превышений в ходе должна равняться разности отметок реперов. Если ход замыкается на один и тот же репер (конечная точка совпадает с начальной), то ход замкнутый. В этом случае теоретически сумма превышений в ходе должна быть равна нулю.

Характерные точки местности (точка С), для которых необходимо определять высоты, но расположенные между связующими точками (рис. 4.4) называются промежуточными.

Рис. 4.4. Определение отметки промежуточной точки.

Для определения высоты промежуточной точки С на ней устанавливается рейка и берется отсчет с по рабочей стороне рейки. Высота H_с определяется через горизонт прибора ГП или H_i - это расстояние по отвесной линии от визирного луча до уровенной поверхности. Из рисунка следует: H_i =H_A+a=H_B+b т.е. ГП равен высоте точки плюс отсчет по рейке в этой точке.

Зная ГП определяют высоту точки С: H_C = H_i - c, т.е. высота промежуточной точки равна ГП минус отсчет по рейке в этой точке.