Изучение нивелиров

Изучение нивелиров

Нивелирование – процесс измерения превышения одних точек местности над другими.

h = H_A - H_B

h – превышение;

H_A – высота точки А;

H_B – высота точки В.

Превышение одной точки относительно другой – разность отметок этих точек.

Нивелир – геодезический прибор, предназначенный для измерения превышения между двумя точками при помощи горизонтального визирного луча и двухсторонних шашечных реек с сантиметровыми делениями на обеих сторонах.

1. Классификация нивелиров

Нивелиры бывают трех классов точности:

1. Н-05, Н-1, Н-2 - высокоточные для нивелирования I и II классов;

2. Н-3 - точные для нивелирования III и IV классов;

3. Н-10 - технические для топографических съемок и других видов инженерных работ.

Число в названии нивелира означает среднюю квадратическую погрешность в мм нивелирования на 1 км двойного хода. Для обозначения нивелиров с компенсатором к цифре добавляется буква К, а для нивелиров с горизонтальным лимбом - буква Л, например Н-10КЛ.

2. Устройство нивелиров

1 – элевационный винт уровня; 2 – зрительная труба; 3 – корпус контактного цилиндрического уровня; 4 – целик; 5 – винт фокусировки трубы; 6 – закрепительный винт зрительной трубы; 7 – наводящий (микрометренный) винт трубы; 8 – круглый установочный уровень; 9 – подъемный винт; 10 – пружинящая пластинка

3. Нивелирные рейки

При выполнении геометрического нивелирования в качестве рабочей меры используются нивелирные рейки.

Рейка нивелирная - измерительное устройство, используемое при нивелировании; представляет собой деревянный брус прямоугольного или двутаврового сечения длиной 3—4 м с нанесённой на лицевой поверхности шкалой. Различают шашечные и штриховые рейки. На лицевой или на обеих сторонах шашечной рейки нанесены раскрашенные в чёрный и белый или красный и белый цвета шашки, имеющие ширину в 1 см и подписанные через дециметр, причём нули шкал на лицевой и обратной сторонах смещены относительно друг друга на известную величину. Для высокоточного нивелирования применяют штриховые рейки. Такая рейка на лицевой стороне имеет паз, в котором натянута силой около 200 кн (20 кгс) инварная полоса с двумя рядами штрихов толщиной 1 мм и расстоянием между их осями 5 мм, причём штрихи подписаны через полдециметра.

В соответствии с точностью выполнения нивелирных работ они подразделяются на классы:

1) высокоточные РН-05;

2) точные РН-3;

3) технические РН-10.

Перед началом работ выполняются необходимые поверки и исследования реек. К ним относятся:

1) поверка правильности нанесения дециметровых делений шкал рейки;

2) поверка перпендикулярности плоскости пятки к оси рейки;

3) определение стрелы прогиба рейки;

4) определение разности высот нулей реек;

5) контрольное определение длины метровых интервалов реек.

4. Оси нивелира

VV₁ – ось вращения прибора;

ZZ₁ – визирная ось зрительной трубы;

HH₁ – ось цилиндрического уровня;

UU₁ – ось круглого уровня.

Взаимное расположение осей нивелира:

1. UU₁  VV₁;

2. NN₁  VV₁;

3. ZZ₁  HH₁.

5. Поверки нивелира

1. UU₁  VV₁

Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира. Вращением подъёмных винтов приводят пузырёк уровня на середину (нуль-пункт). Верхнюю часть нивелира поворачивают на 180 град.. Если пузырёк не сместился, то условие выполнено. В противном случае юстировочными винтами уровня перемещают его к нуль пункту на половину дуги отклонения, затем подъёмными винтами приводят на середину. После этого нивелир поворачивают на 180 град. и если пузырёк опять сместился с середины, исправление повторяется.

2. ZZ₁  HH₁

Визирная ось зрительной трубы должна быть параллельна оси цилиндрического уровня. Поверку выполняют двойным нивелированием по способу вперёд точек А и В, прочно закреплённых металлическими костылями на расстоянии 50-70 м один от другого. Если визирная ось зрительной трубы не параллельна оси цилиндрического уровня, то в отсчёты по рейке войдёт погрешность Х.

Как видно из рисунков фактические отсчёты b₁ и b₂ по рейке должны быть исправлены, а в данном случае изменены на величину погрешности Х. Таким образом правильные отсчёты по рейкам будут:

С учётом этих равенств превышение точки В над точкой А, полученное дважды с учётом фактических отчётов выразится по формулам:

На первой станции: R=i-b₁=x;(1)

На второй станции: R=b₂-x-i₂; (2)

В связи с тем, что с обеих станций определялось превышение между одними и теми же точками А и В, левые части формулы (1) и (2) равны между собой.

Поэтому:

i-b₁+x=b₂-x-i₂

Откуда погрешность за несоблюдение основного геометрического условия нивелира:

Для установления допустимости погрешности x вычисляют угол i, характеризующий невыполнение основного геометрического условия, по формуле:

L – расстояние между точками, ρ" = 206265"

Если величина угла i превышает 15” у точных, 45” у технических нивелиров, то выявляют не параллельность осей. Для этого сначала вычисляют правильный отсчёт по рейке на второй станции Затем (у нивелира Н-3) исправляют положение оси уровня следующим образом: приводят горизонтальную нить сетки на исправленный отсчёт, после чего вертикальными исправленными векшами цилиндрического уровня совмещают изображение концов пузырька уровня. Для контроля поверку можно повторить.

3) Горизонтальная нить сетки нитей должна быть перпендикулярна оси вращения нивелира или (предполагается, что нити сетки нитей строго перпендикулярны) вертикальная нить сетки нитей должна совпадать с отвесной линией.

Применительно к нивелирам типа Н-3 (Н-ЗК) и Н-10 (Н-10К) поверку можно выполнять двумя способами: с помощью нитяного отвеса и с помощью линейки с миллиметровыми делениями.

При реализации первого способа на расстоянии 10 – 15 м от нивелира подвешивается нитяной отвес. После приведения нивелира в рабочее положение наводящим винтом вертикальная нить сетки совмещается с осью отвеса. Если нижний или верхний конец вертикальной нити будет отклоняться от отвеса более чем на 0,5 мм, то необходимо произвести исправление положения сетки нитей (ее необходимо повернуть).

При реализации второго способа на расстоянии 5 – 7 м от нивелира неподвижно устанавливается (закрепляется) линейка с миллиметровыми делениями. После приведения нивелира в рабочее положение производятся отсчеты по линейке с точностью 0,1 – 0,2 мм при трех положениях ее изображения в поле зрения зрительной трубы: в центре, слева и справа от центра. Если отсчеты отличаются между собой также более чем на 0,5 мм, то необходимо произвести исправление положения сетки нитей.

После исправления положения сетки нитей производится контрольная поверка.

Поверка положения сетки нитей высокоточного нивелира производится следующим образом.

После приведения нивелира в рабочее положение производятся отсчеты по неподвижно установленной на расстоянии 6 – 8 м линейке с миллиметровыми делениями. Отсчеты по штрихам линейки производятся с использованием оптического микрометра визированием четырьмя точками (а, в, с, d) сетки нитей. Каждой точкой сетки нитей производится по десять отсчетов.

После этого из средних отсчетов вычисляется разность

Если эта разность не будет превышать 0,1 мм, то условие перпендикулярности горизонтальной нити сетки к оси вращения нивелира выполнено.

4) Визирная ось зрительной трубы и ось цилиндрического уровня должны находиться в параллельных вертикальных плоскостях.

Поверка данного условия выполняется следующим образом. По направлению одного из подъемных винтов на расстоянии 40 – 50 м устанавливается рейка. После приведения нивелира в рабочее положение производится отсчет по рейке. Затем вращением в разные стороны двух других подъемных винта на 2 – 3 оборота нивелир наклоняется, но таким образом, чтобы отсчет по рейке не изменился, и определяется, в какую сторону расходятся изображения концов пузырька уровня. После этого этими же двумя винтами нивелир снова приводится в рабочее положение, при этом отсчет по рейке не должен измениться. Затем аналогичным образом нивелир наклоняется в другую сторону. Если в результате наклона нивелира в разные стороны концы пузырька уровня не расходятся или смещаются в одну сторону, то условие поверки выполняется. Если же концы пузырька уровня расходятся в разные стороны более чем на одно деление, то боковыми исправительными винтами производится исправление положения уровня. После этого поверка повторяется.

6. Измерение превышений

а – задний отсчет;

b – передний отсчет;

ч – отсчет по черной стороне нивелирной рейки;

к - отсчет по красной стороне нивелирной рейки;

h – превышение.

h_ч =a_ч – b_ч;

h_к =a_к – b_к;

a_ч = 1550; b_ч = 1132;

a_к = 6346; b_к = 5930.

h_ч = 1550 – 1132 = 418; h_к = 6346 – 5930 = 416;

= 417.

a_ч = 1944; b_ч = 1610;

a_к = 6746; b_к = 6408.

h_ч = 1944 – 1610 = 334; h_к = 6746 – 6408 =338;

= 336.

a_ч = 518; b_ч = 1624;

a_к = 5320; b_к = 6424.

h_ч = 518 – 1624 = - 1106; h_к = 5320 – 6424 = - 1104;

= - 1105