6.2. Нивелиры, нивелирные рейки и знаки. Поверки нивелиров

Н и в е л и р ы

Нивелиры выпускаются технические Н-10, точные Н-3, высокоточные Н-0.5 с уровнем при трубе – уровенные нивелиры. Цифра обозначает среднюю квадратическую погрешность нивелирного хода длиной 1 км в мм: m_h1км = 10 мм, 3 мм, 0.5 мм соответственно. При среднем расстоянии от нивелира до реек 60 м, между рейками 120 м, на 1 км нивелирного хода приходится 9 станций. В соответствии с теорией погрешностей средняя квадратическая погрешность определения превышения на одной станции m_hст = m_h1км / = m_1км / 3 . Следовательно , m_hст = 3 мм, 1 мм, 0.5 мм для Н-10, Н-3, Н-0.5. Или, приняв предельную погрешность равную утроенной средней квадратической, получим пред._hст = 10, 3, 0.5 мм для Н-10, Н-3, Н-0.5.

Выпускаются технические нивелиры Н-10Л , снабженные лимбом с ценой деления 1⁰ и точностью отсчета 0.1⁰ для измерения или построения горизонтальных углов.

Принцип работы с уровенными нивелирами: устанавливают нивелир на станции, подъемными винтами подставки выводят пузырек круглого уровня на середину, визируют на рейку, элевационным винтом, расположенным у окуляра, приводят пузырек цилиндрического уровня на середину. При помощи системы призм концы пузырька цилиндрического уровня передаются в поле зрения трубы. Элевационным винтом совмещают концы пузырька в одно изображение и по рейке берут отсчет. Такой уровень называется контактным. Приведение пузырька уровня в нульпункт контактным способом в 4 раза точнее , чем на глаз.

Точность нивелирования зависит от увеличения v^x зрительной трубы и цены деления  цилиндрического уровня. В нивелирах Н-10, Н-3, Н-0.5 v^x =23, 30, 44 и  = 45, 15, 12 соответственно. В нивелирах Н-10, Н-3 доли делений шкалы рейки при отсчетах оцениваются на глаз, а в нивлире Н-0.5 - при помощи микрометренного винта, что значительно повышает точность нивелирования.

Промышленностью выпускаются точные нивелиры с компенсатором: Н-3К. Цилиндрический уровень заменяет компенсатор, который при наклоне трубы до 15 приводит визирную ось трубы в горизонтальное положение автоматически. Принцип работы нивелиром с компенсатором: устанавливают нивелир на станции, подъемными винтами подставки приводят пузырек круглого уровня на середину, визируют на рейку и берут отсчет по ней. Точность приведения визирной оси трубы в горизонтальное положение (чувствительность компенсатора) 0.4".

В настоящее время промышленностью выпускаются точные нивелиры 3-го поколения : 3Н-2КЛ, 3Н-3КЛ - нивелиры с точностью нивелирования 2, 3 мм на км хода с компенсатором.

В строительстве технические нивелиры применяются при изысканиях линейных сооружений, при съемочных работах. Точные нивелиры используются на строительных площадках при выносе проектных отметок на местность, для передачи отметок на монтажные горизонты, для контроля по высоте строительно-монтажных работ, при определении осадок инженерных сооружений. Нивелиры Н-0.5 применяются для определения осадок сооружений, требующих высокой точности измерений (например, осадки фундаментных плит машинных залов АЭС), при монтаже высокоточного оборудования (например, на АЭС точность монтажа по высоте в ряде случаев 0.5 мм).

Н и в е л и р н ы е р е й к и

Рейки для нивелирования выпускаются трех видов: РН-10, РН-3, РН-05. Цифра в шифре обозначает тоже самое, что и в цифрах нивелиров.

Рейки РН-10 и РН-3 изготавливаются складными, 3-х метровыми. Могут быть РН-10 4-х метровые, складные. На обеих сторонах рейки нанесены сантиметровые деления в виде шашек: на одной стороне черным цветом – черная сторона, на другой стороне красным цветом – красная сторона. Отсчеты по черным сторонам всех реек начинаются с нуля. На красных сторонах с пяткой рейки совпадают другой отсчет, например 4687 (или 4700). Разность отсчетов по красной и черной сторонам одной и той же рейки величина постоянная и служит контролем отсчетов. В комплект для нивелира входят две рейки с разными нулями красных сторон: 4687 и 4787 мм (или 4700 и 4800, в старых выпусках 4683 и 4783). Превышения, вычисленные по формуле (6.1) по отсчетам черных сторон реек, будут равны фактическим, а превышения по отсчетам красных сторон реек будут искажаться на 100 мм. При выводе среднего значения на станции это искажение необходимо учитывать.

Различие РН-10 и РН-3 в точности нанесения делений. Предельные погрешности метровых и дециметровых интервалов в рейках РН-3 0.5 мм, в рейках РН-10 1.0 мм.

Рейки РН-3 снабжаются круглыми уровнями для установки их в отвесное положение на точках. Рейки РН-10 при отсчетах менее 1000 мм устанавливаются в отвесное положение на глаз. При отсчетах более 100 мм их плавно покачивают вперед и назад вдоль линии визирования. Наименьший отсчет по рейке будет соответствовать ее отвесному положению. Отсчеты по рейкам берутся в мм с оценкой их на глаз (а = 2435 мм, b = 1242 мм, по формуле (6.1) h = +1193 мм).

Рейки РН-05 состоят из деревянных брусьев, на которые натягиваются ленты со штрихами 5 мм. На ленте две шкалы – основная и дополнительная. Ленты изготовляют из инвара (сплав железа с никелем, обладающим малым коэффициентом линейного расширения). Отсчеты по шкалам при помощи микрометра нивелира Н-05 берутся с точностью 0.1 мм. Рейки снабжены круглыми уровнями.

Н и в е л и р н ы е з н а к и

Точки, которые определяют в процессе нивелирования, закрепляют постоянными или временными нивелирными знаками – реперами грунтовыми или стенными, рис.6.2.

аб в д г

Рис.6.2. Закрепление точек

постоянные знаки: а – грунтовый репер, б и в – стенные реперы; временные знаки : г – грунтовые, д – стенные

На строительной площадке постоянный грунтовый репер (рис.6.2,а) может быть выполнен из отрезка металлической трубы диаметром 60 мм, опущенный в пробуренную скважину на 0.5 м ниже глубины промерзания. Внизу трубы якорь, внизу приваривается головка для установки рейки. Репер ограждается или опускается ниже поверхности земли и закрывается крышкой.

Стенной репер (рис.6.2,б) устанавливают в цокольной части каменных зданий на 0.5 м выше поверхности земли. В пробитом отверстии на цементном растворе закрепляют репер. Внутри зданий , цехов репер может быть приварен к металлической части конструкции или прибит дюбелями при помощи строительно-монтажного пистолета к бетонным частям конструкций, (рис.6.2,в)

Временные знаки могут быть выполнены в виде кованного гвоздя или железнодорожного костыля, вбитого в асфальтовое или бетонное покрытие, или откраской (рис.6.2,г). В процессе строительства временные знаки могут быть обозначены несмываемой краской в виде треугольника или черты 1х10 см , верхнее основание которых соответствует проектной высоте (рис.6.2, д). Знаки могут быть сопровождены надписями. Например, Ур.ч.п. +0.50 - «уровень чистого пола» +0. 50 м.

П о в е р к и у р о в е н н ы х н и в е л и р о в

До начала полевых работ нивелир должен быть поверен и отъюстирован.

1. Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира. Подъемными винтами приводят пузырек уровня на середину. Вращают верхнюю часть нивелира на !80⁰. Если пузырек уровня не вышел за пределы большой окружности, условие выполнено. В противном случае производят исправление винтами уровня, расположенными под его оправой.

2.Вертикальная нить сетки должна быть параллельна оси вращения нивелира. Визируют на рейку, приводят пузырек уровня в нульпункт, берут отсчеты по левому и правому концам горизонтальной нити сетки. Если разность отсчетов не более 2 мм, условие выполнено. Исправление производят поворотом сетки нитей.

3. Визирная ось трубы и ось цилиндрического уровня должны быть параллельны (главное условие нивелира). Поверка выполняется двойным нивелированием одной и той же линии способом вперед, рис.6.3.

На ровной местности закрепляют две точки А и В. Расстояние между ними примерно 60 м (нормированное расстояние от нивелира до реек при нивелировании). Определяют превышение точки В над точкой А способом вперед в прямом направлении, рис.6.3, а, и в обратном направлении, рис.6.3, б

aб

i_a

Рис.6.3. Схема поверки главного условия

а – прямое нивелирование; б – обратное нивелирование

Пусть угол между осями i не равен нулю. Тогда отсчеты по рейкам a и b будут отклоняться от теоретических на х . В соответствии с формулой (6.2) запишем: h = i_a - b₀ = i_a – (b - x) ; h = a₀ - i_b = a – x – i_b , откуда следует, что

x = (a + b) / 2 – (i_a + i_b ) / 2. (6.6)

Если х 4 мм, условие выполнено. Угол между осями i = (x / d)  =(4 мм / 60000 мм) / 206265 = 14 - не превышает цены деления уровня нивелира Н-3. При х  4 мм необходима юстировка. Порядок исправления: 1) вычисляют отсчет a₀ = a – x ; 2) элевационным винтом наводят нить сетки на отсчет а₀ ; 3) вертикальными исправительными винтами уровня приводят пузырек уровня в нульпункт.

Поверку главного условия можно выполнить на основе высотного базиса, представляющего собой постоянно закрепленные точки А и В, превышение h₀ между которыми определено высокоточным нивелиром. Поверяемый нивелир устанавливают над точкой А базиса, измеряют высоту прибора i_a и берут отсчет b по рейке в точке В базиса. Если условие (i_a – b)=h₀ не выполнено на величину  4 мм, производят исправление. На рейке элевационным винтом устанавливают отсчет b₀ = i_a – h₀ . Исправительными винтами уровня приводят пузырек уровня в нульпункт.

Выполнение первых двух условий необходимо для удобства работы с нивелиром. Выполнение главного условия обеспечивает необходимую точность нивелирования.

П о в е р к и н и в е л и р о в с к о м п е н с а т о р о м

Поверки круглого уровня и сетки нитей в нивелирах с компенсатором выполняют также как и в уровенных нивелирах. Главное условие формулируется так: визирная ось нивелира, установленного в рабочее положение, должна быть горизонтальной. Проще выполнить и исправить на основе высотного базиса. Вычисленный отсчет b₀ = i_a – h₀ устанавливают на рейке перемещением сетки нитей при помощи ее вертикальных исправительных винтов.

П о в е р к и р е е к. Для реек, снабженными круглыми уровнями, должно быть выполнено условие: ось круглого уровня должна быть параллельна оси рейки. Устанавливают рейку вертикально по отвесу и пузырек круглого уровня выводят в нульпункт исправительными винтами уровня. Определяют разности нулей красной и черной сторон каждой рейки и разность нулей красных сторон пары реек. Они необходимы для контроля отсчетов в процессе нивелирования. Контрольным метром, как и при компарировании рулеток, определяют длины метровых и дециметровых интервалов (компарирование реек). Отклонения от номинальных значений нормируются инструкциями в зависимости от точности измерений.