Тема 8. Продольное инженерно-техническое нивелирование. Построение профиля. Тригонометрическое нивелирование – 1 час

План лекции

1. Техническое нивелирование.

2. Разбивка трассы и закрепление пикетов.

2. Продольное инженерно-техническое нивелирование

Инженерно-техническое нивелирование, выполняемое для обеспечения строительства линейных объектов, ведется по предварительно намеченной линии, представляющей собой ось будущего сооружения и называемой трассой. Весь цикл работ по его производству слагается из составления проекта, полевых и камеральных работ.

Полевые работы включают рекогносцировку местности, разбивку пикетажа, поперечных профилей, съемку полосы местности вдоль трассы, нивелирование трассы.

Проектирование трассы выполняют по топографическим картам и планам либо по аэрофотоснимкам. В зависимости от характера рельефа местности различают трассирование линейного сооружения по заданному направлению и по заданному уклону.

Разбивка пикетажа

После вешения трассы производят на ней разбивку пикетажа. Для этого по всей трассе разбивают пикеты — расстояния в 100 м по горизонтальному проложению. В конце каждого пикета забивают вровень с поверхностью земли колышки (пикетные точки). Рядом с колышком забивают сторожек — деревянный брусок, выступающий над поверхностью земли на 20—30 см.

На каждом сторожке пишут номер пикета, например, ПК 17, что означает: пикет семнадцатый, который от начала трассы, отмеченного ПК 0, отстоит на 1700 м. Расстояние между пикетными точками в 100 м откладывают землемерной лентой ЛЗ. Между пикетными точками на всех перегибах местности, на пересечениях с трассой поперечных профилей, вблизи инженерных сооружений, у родников, ключей и в других характерных местах ставят «плюсовые» точки. На сторожках этих точек пишут порядковый номер ближайшего заднего пикета и расстояние по горизонтальному проложению от пикета до данной плюсовой точки, например, ПК 174+31 или ПК 17+64.

Для определения высот точек трассы (пикетных, плюсовых, точек поперечника) по ним прокладывается нивелирный ход. Абсолютная отметка нулевого пикета ПК0 определяется из привязки к пункту государственной высотной опорной сети.

Нивелирование выполняется техническим нивелиром способом из середины. Рабочее расстояние от нивелира до рейки – 100 м, в особо благоприятных условиях (в равнинной местности) – до 150 м, в неблагоприятных – 50 м и менее.

Нивелирование трассы по пикетажу производят для определения высот всех ее пикетных и плюсо­вых точек. В зависимости от рельефа местности, увеличения зрительной трубы нивелира и применяемых реек (односторон­них или двухсторонних) нивелирование трассы производят по-разному, но во всех случаях с сохранением равенства плеч свя­зующих точек в пределах 2—3 м. На каждой станции, незави­симо от программы отсчетов по рейкам, нивелир устанавливают в створе между ними или вне его и приводят прибор в рабочее положение вначале по круглому, а более точно по цилиндри­ческому уровню. Нивелиры с компенсатором на каждой стан­ции устанавливаются по круглому уровню.

На местности нивелир устанавливают между рейками, на­ходящимися на смежных связующих точках и на равных от них расстояниях в пределах 2—5 м. Работу на каждой станции производят в следующей последовательности, записывая от­счеты в журнал.

• 1) Визируют на заднюю связующую точку (пикетную или иксовую) и производят отсчёт по красной стороне задней рейки (а1);

• 2) Визируют на переднюю связующую точку и производят отсчёт по красной стороне передней рейки (в1);

• 3) Затем берут отсчёт по черной стороне передней рейки (в2);

• 4) Визируют на заднюю и берут отсчёт по черной стороне задней рейки (а2);

• 5) Вычисляют превышения Н между связующими точками. Разность в превышениях, вычисленных по черным (а_ч — b_ч) и красным (а_к — b_к) рейкам, должна удовлетворять условию (а_ч — b_ч) — (а_к — b_к)=l±5 мм, где l — разность высот пяток на красных сторонах задней и передней реек; как правило, l= 100 м и определяется при компарировании реек

• 6) При соблюдении приведенного выше условия задний реечник последовательно ставит рейку на все промежуточные для данной станции точки и по ней производит отсчеты с_ч только по черной стороне

После этого задний реечник переходит на переднюю связую­щую для следующей станции точку.

Перерыв в работе. Перерыв в работе необходимо делать на постоянном или временном репере. Если этого сделать нельзя, то работу прерывают не на одной, а на двух-трех близко расположенных впереди хода точках. Ими могут быть «ерши» или барочные гвозди, забитые в телеграфные столбы, прочные деревянные колышки, километровые столбики. В крайнем слу­чае в стороне от хода в выротой яме глубиной не менее 30 см прочно закрепляют «башмак» или «костыль» и для маскировки его слегка засыпают землей.

После перерыва работу начинают с проверки нивелирова­нием двух-трех передних точек, на которых закончили работу. Вычисленные превышения сверяют с теми превышениями, ка­кие были получены для тех же точек, на которых закончили работу до перерыва. Точка, сохранившая превышения в преде­лах ±5 мм, используется как связующая для дальнейшей ра­боты, при продолжении работы она будет задней связующей точкой.

Контроль нивелирования трассы. Если нивелирные ходы по трассе железной дороги прокладываются между двумя репе­рами (марками), высоты которых известны или ходы являются замкнутыми, то их нивелируют в одном направлении.

Висячие ходы по трассе нивелируют дважды — в прямом и обратном направлениях или двумя нивелировщиками. В этом случае первый из них нивелирует только связующие точки, а второй — все точки, разбитые по трассе.

Если нивелирование выполняется по односторонним рей­кам, то все связующие плюсовые точки нивелируют при одном горизонте нивелира, а затем в той же последовательности ори втором горизонте нивелира, изменив его высоту не менее чем на 10 см, нивелируют только связующие точки. Отсчеты при втором горизонте нивелира записывают в журналах на месте отсчетов по красным сторонам реек.

Прямолинейные участки дороги в углах поворотов сопрягаются плавными кривыми, из которых наиболее простой является круговая кривая. Разбивка ее на местности заключается в определении планового положения трех главных точек. Главными точками закругления является: - начало НК, середина СК и конец КК кривой (рисунок 26).

Рисунок 26 - Разбивка кривой в главных точках

Элементами кривой являются – тангенсы Т, кривая К, биссектриса Б, домер Д. Угол поворота трассы рассчитывается по измеренному горизонтальному углу в точке поворота φ = 180 – β, величина R назначается исходя из условий местности и технических параметров и нормативов.

Для обозначения на местности точек НК и КК от вершины угла УП в обе стороны по трассе откладывают длину тангенса Т и забивают колышки.

Затем при помощи теодолита отмечают направление биссектрисы и, откладывая по ней Б, забивают колышек, получая точку СК. Если величина Б не более 10 м, то направление биссектрисы можно получить откладыванием от точки УП по тангенсам равных отрезков длиной по несколько метров. Середина рулетки, соединяющая концы отрезков, покажет направление биссектрисы.

Вынос пикетов на кривую производится в процессе разбивки пикетажа методом прямоугольных координат. Координаты пикетов находятся по формулам:

• Xi=R·sinei; Yi=2R· sin² (ei/2),

где R - радиус кривой;

ei - центральный угол, стягивающий дугу Li, равную расстоянию от НК или КК до пикета на кривой, вычисляемый из выражения

• ei = 180 х Li : pR .

По вычисленным координатам пикеты наносятся на план кривой в выбранном масштабе. На местности вынос пикетов на кривую производится откладыванием рулеткой или мерной лентой от начала или конца кривой по направлению тангенсов абсцисс Xi , построением при помощи эккера перпендикуляров и откладыванием по ним ординат Yi .

Камеральные работы состоят из обработки журналов нивелирования и составления продольного и поперечных профилей. Профиль служит в дальнейшем основой для проектирования сооружения согласно заданным техническим условиям.

Обработка результатов нивелирования начинается с проверки полевых вычислений в нивелирном журнале. Для этого проводится постраничный контроль. На каждой странице журнала подсчитывается сумма отсчетов по задним рейкам Σ а, сумма отсчетов по передним рейкам Σ b и алгебраическая сумма средних превышений Σh_ср. Тогда

Далее определяют невязки в превышениях нивелирного хода. Если ход замкнутый, то

Если ход разомкнутый, т. е. проложен между двумя реперами, отметки которых H₁ и H₂ известны, то f =Σh_СР — (H₂—H₁),

где Σh_СР — сумма средних превышений по всему ходу.

f h = 50 мм√ L или f ==10 мм√ n,

где L — длина нивелирного хода в километрах; п — число станций.

Вторая формула используется при нивелировании местности со значительными углами наклона, когда число станций на 1 км хода значительно больше 10.

Допустимую невязку распределяют с обратным знаком поровну в превышения каждой станции или на сумму превышений пропорционально длине ходов с округлением до одного миллиметра. Сумма поправок должна быть равна невязке с противоположным знаком. Сумма исправленных превышений должна быть равна нулю для замкнутого нивелирного хода, и равна разности отметок конечного и начального реперов для разомкнутого хода. После этого вычисляют отметки связующих точек по формуле

H_B = H_A + h,

Отметки промежуточных точек вычисляются при помощи горизонта прибора (рисунок 27). Горизонтом прибора называется отметка горизонтального луча нивелира, которая равна ГП = Н_А + а.

Отметка промежуточной точки С будет H_С = ГП — с,

Рисунок 27 - Схема вычисления отметок связующих и промежуточных точек

Построение профиля трассы

Для проектирования сооружения линейного типа составляют продольный профиль трассы Профиль составляется по данным нивелирного и пикетажного журналов на миллиметровой бумаге. Для большей наглядности масштаб для вертикальных расстояний принимают в 10 раз более крупным, чем для горизонтальных.. Посередине этой графы проводится прямая, представляющая собой ось трассы.

Все нанесенные по отметкам точки последовательно соединяют прямыми линиями и получают профиль трассы.

После составления профиля выполняется проектирование линейного сооружения, например, дороги. Для этого на профиле наносится проектная линия под условием минимального объема земляных работ и минимального и максимального уклонов, обеспечивающих сток воды и безопасность движения транспорта.

В таком случае уклон проектной линии вычисляется по формуле

где H₁ и H₂ —отметки начала и конца проектной линии; d — расстояние между этими точками, взятые с профиля.

Вычисляются проектные отметки пикетов

H_k = H_k-1+ud

Записываются проектные отметки в соответствующую графу профиля

Разность между проектной отметкой и отметкой земли показывает высоту насыпи или глубину выемки и называется рабочей отметкой. Рабочие отметки вычисляются для всех точек профиля и записываются над проектной линией, если они относятся к насыпи, и под ней — при выемке.

При переходе от насыпи к выемке и наоборот находится точка нулевых работ. На профиле необходимо указать расстояние от этой точки до ближайшего младшего пикета. Находим это расстояние по формуле

где а и b — рабочие отметки в точках А и В; d — горизонтальное расстояние между этими точками.

Рисунок 28 -Профиль продольного нивелирования:

масштабы: горизонтальный 1: 2000; вертикальный 1: 200

Если расстояние до точки нулевых работ вычислено от промежуточной точки, то к найденному значению необходимо прибавить расстояние этой промежуточной точки до младшего пикета. Зная расстояние х, можно определить отметку нулевой точки М .

Рисунок 29 - Схема определения положения точки нулевых работ

Профиль (рисунок 28) оформляется тушью в три цвета. Все данные, относящиеся к полевым работам: графа расстояний, графа отметок земли, графа ситуации, линия профиля показываются черным цветом. Данные, относящиеся к проектированию: проектные линии, уклоны, проектные и рабочие отметки — красным цветом. Точки нулевых работ оформляются синим цветом.

Рекомендуемая литература:

1. [2] стр.249-259

2. [2] стр.259-264

3. [4] стр. 258 - 269

Раздаточный материал: [13, 14]

Контрольные задания для СРС (темы 8) [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9-12]

1.Вычисление невязки хода и проектных отметок.

2. Построение профиля трассы

3. Нивелирование по квадратам

4. Разбивка закруглений и вынос пикетов на кривую

5. Нивелирование трассы и поперечников.