6.2 Геометрическое нивелирование

Способы геометрического нивелирования. Применяется два способа: из середины и вперед.

Нивелирование из середины (рис.6.1). В точках А и В отвесно установлены рейки P₁ и P₂ , а на равных расстояниях от них – нивелир (необязательно в створе линии АВ). Если направление нивелирования от А к В , то рейка P₁ будет задней, а рейка P₂ – передней. Визируют на заднюю рейку P₁ , приводят пузырек уровня в нульпункт и берут отсчет а по рейке. Затем визируют на рейку P₂ , снова приводят пузырек уровня в нульпункт и берут отсчет b по рейке. Превышение передней точки А над задней В

h = a - b - (6.1)

разность отсчетов по задней и передней рейкам.

Рис.6.1 Нивелирование из середины

Нивелирование способом вперед (рис.6.2). В точке А устанавливают нивелир, а в точке В рейку. Визируют на рейку, приводят пузырек уровня в нульпункт, по рейке берут отсчет в. Измеряют высоту прибора i – расстояние от точки А до центра окуляра. В этом случае

h = i – b - (6.2)

высота прибора минус отсчет по передней рейке.

Если отметка задней точки известна, то отметка передней точки

H_B = H_A + h. (6.3)

Высоту точки В можно определить через горизонт прибора (ГП) – расстояние от отсчетной поверхности до горизонтального луча (рис. 6.1)

ГП = H_A + a ; H_B = ГП – b . (6.4)

Вычисление отметок через ГП удобно, когда с одной станции (станцией называется установка прибора) нивелируется несколько точек.

Если расстояние между точками А и В большое, то между ними прокладывают нивелирный ход, состоящий из последовательных станций (рис.6.3).

Точки 1,2,3,…, через которые передаются высоты, называются связующими: H₁ = H_A + h₁ ; H₂ = H₁ + h₂ ; H₃ = H₂ + h₃ и т.д. Точки С, высоты которых определяются дополнительно для решения поставленных задач (например, определение отметки перегиба ската для детального построения продольного профиля), называются промежуточными . Отметки таких точек вычисляют через горизонт прибора: ГП_ст.2 = H₁ +a₂ = H₂ + b₂ ; H_C = ГП_ст.2 – с (отсчет по рейке на промежуточной точке). Отметку точки В можно вычислить через суммарное превышение:

H_B = H_A + . (6.5)

3. Нивелиры, нивелирные рейки и знаки

Применяются следующие нивелиры: высокоточные Н-0.5, точные Н-3, технические Н-10. Цифра после буквы Н обозначает среднюю квадратическую погрешность определения превышения в мм нивелирным ходом длиной в 1 км. Таким образом, погрешности нивелирования на 1 км хода соответственно равны: 0.5 мм, 3 мм, 10 мм. В среднем на 1 км хода приходится 9-10 станций. Следовательно, в соответствии с теорией погрешностей, средние квадратические погрешности определения превышения на одной станции (расстояния между точками порядка 100 м) соответственно равны 0.2 мм, 1 мм, 3 мм.

По конструкции нивелиры различают: нивелиры с цилиндрическим уровнем (уровенные нивелиры), нивелиры с компенсатором. При наличии компенсатора к шифру нивелира добавляется буква К .

Компенсатор обеспечивает приведение визирной оси трубы в горизонтальное положение автоматически при небольшом наклоне зрительной трубы. Диапазон работы компенсатора в отечественных нивелирах 15.

Некоторые нивелиры снабжены лимбом для измерения или построения горизонтальных углов. В этом случае к шифру добавляется буква Л . Так современные нивелиры 3Н-3КЛ: третья базовая модель нивелира с точностью нивелирования 3 мм на 1 км хода с компенсатором и лимбом. Относятся к классу технической точности. Нивелиры 2Н-2КЛ: средняя квадратическая погрешность нивелирования 2 мм на 1 км хода с компенсатором и лимбом. Относятся к классу точных нивелиров.

Освоив работу одним типом нивелира, самостоятельно можно освоить работу любым другим типом. На практических занятиях осваивается работа уровенным нивелиром Н-3, широко применяемым при архитектурно-планировочном проектировании

Устройство уровенного нивелира Н-3 (рис. 6.4).

Нивелир состоит из двух основных частей: неподвижной нижней 13 и верхней 2, которая может вращаться относительно нижней на 360⁰ и наклоняться в вертикальной плоскости на 20 элевационным винтом 9. При работе нивелир устанавливают на штатив. Закрепляется становым винтом.

1 – окуляр; 2 – корпус трубы; 3 – механический визир;4– объектив; 5 – кремальера; 6 – наводящий винт трубы; 7 – круглый (установочный) уровень; 8 – исправительные винты установочного уровня; 9 – элевационный винт; 10 – подъемные винты; 11 – закрепительный винт трубы; 12 – коробка цилиндрического уровня; 13 – подставка

Рис. 6.4. Устройство нивелира Н-3

Пузырек круглого (установочного) уровня 7 приводят на середину подъемными винтами 10. Диоптрийным кольцом окуляра 1 устанавливают сетку нитей по глазу (до резкой видимости нитей сетки, как при работе с теодолитом). По механическому визиру 3 трубу наводят на рейку, закрепляют винтом 11. Наводящим винтом 6 устанавливают вертикальную нить сетки на середину рейки. Элевационным винтом 9 приводят пузырек цилиндрического уровня, помещенного в коробку 12, на середину. Вначале выводят пузырек на середину на глаз, а затем концы пузырька уровня, видимые в поле зрения трубы, совмещают в одно изображение. Такой уровень называется контактным. Точность приведения пузырька контактного уровня на середину в 4 раза выше, чем на глаз. По рейке берут отсчет, оценивая доли деления рейки на глаз, в миллиметрах. Схема отсчетов по рейке приведена на рис. 6. 10.

При работе нивелирами с компенсатором, после приведения пузырька установочного уровня на середину и установки сетки нитей по глазу, визируют на рейку и берут отсчет по ней. При этом следят, чтобы пузырек установочного уровня не выходил за пределы окружности, а изображение рейки в момент отсчета было неподвижным. При необходимости положение пузырька уровня исправляют подъемными винтами подставки и выжидают, пока прекратятся вынужденные колебания маятника компенсатора.

Устройство нивелирных реек

Рейки к нивелирам: РН-05, РН-3, РН-10. Точностные характеристики реек соответствуют точностным характеристикам нивелиров.

Рейки РН-05 изготовлены из 3-х метровых цельных деревянных брусков, на которых укреплены инварные ленты с полусантиметровыми делениями. Отсчеты берутся по микрометру нивелира Н-0.5 с точностью 0.05 мм. На инварной полосе нанесены две шкалы: основная с началом отсчета 0 и дополнительная, начало отсчета которой смещено относительно основной.

Рейки РН-3 складные, 3-х метровые, деревянные, двухсторонние. На черной стороне рейки нанесены сантиметровые деления в виде шашечек, закрашенных в черный цвет. Подписаны дециметровые деления. Пятка рейки начинается с нуля. На красной стороне рейки такие же шашечные деления, закрашенные в красный цвет. Но отсчет красной стороны рейки начинается не с нуля.

В комплект реек к нивелиру входят рейки с разными нулями красных сторон: 4683 и 4783 мм (или 4700 и 4800). Две шкалы, черная и красная, смещенные на определенную величину, служат для контроля нивелирования.

Рейки РН-10 изготовлены аналогично рейкам РН-3. Разница – в точности нанесения дециметровых делений. Рейки РН-10 могут быть 4-х метровыми, складными.