23

Нивелиры: их устройство, поверки, исследования

Согласно ГОСТ 10528 – 76 в нашей стране выпускаются нивелиры трех типов: высокоточные с ошибкой измерения превышения не более 0.5 мм на 1 км хода, точные с ошибкой измерения превышения 3 мм на 1 км хода и технические с ошибкой измерения превышений 10 мм на 1 км хода.

Нивелиры всех типов могут выпускаться либо с уровнем при трубе, либо с компенсатором наклона визирной линии трубы. При наличии компенсатора в шифре нивелира добавляется буква К, например, Н-3К. У нивелиров Н-3 и Н-10 допускается наличие горизонтального лимба; в этом случае в шифре нивелира добавляется буква Л, например, Н-10Л.

Нивелир с уровнем при трубе изображен на рис.4.33.

Зрительная труба и уровень при ней являются важнейшими частями нивелира.

Элевационный винт служит для приведения визирной линии трубы в горизонтальное положение. С его помощью поднимают или опускают окулярный конец трубы; при этом пузырек уровня перемещается и когда он будет точно в нуль-пункте, визирная линия должна устанавливаться горизонтально.

Рис.4.33

1 – зрительная труба; 2 -цилиндрический уровень при трубе; 3 – элевационный винт; 4 -установочный круглый уровень (на рисунке не показан); 5,6 – закрепительный и микрометренный винты азимутального вращения; 7 -ось; 8 -подставка с тремя подъемными винтами.

 

Цилиндрический уровень обычно контактный; изображение контактов пузырька передается системой призм в поле зрения трубы, что очень удобно, так как наблюдатель видит сразу и рейку, и уровень.

Для нивелира с уровнем при трубе выполняются три поверки.

1. Ось цилиндрического уровня и визирная линия трубы должны быть параллельны и лежать в параллельных вертикальных плоскостях – это условие называется главным условием нивелира с уровнем при трубе. Первая часть главного условия проверяется двойным нивелированием вперед. На местности забивают два колышка на расстоянии около 50 м один от другого. Нивелир устанавливают над точкой А так, чтобы окуляр трубы находился на одной вертикальной линии с точкой (рис.4.34-а). От колышка до центра окуляра измеряют высоту инструмента i1. Затем рейку ставят в точку В, наводят на нее трубу нивелира, приводят пузырек уровня в нуль-пункт и берут отсчет по рейке b1. Затем нивелир и рейку меняют местами, измеряют высоту инструмента i2, приводят пузырек уровня в нуль-пункт и берут отсчет по рейке b2 (рис.4.34б).

Пусть главное условие нивелира не выполняется, и при положении пузырька уровня в нульпункте визирная линия не горизонтальна, а составляет с осью уровня некоторый угол i. Тогда вместо правильного отсчета b0 1 получается ошибочный – b1. Ошибку отсчета обозначим x, и превышение точки В относительно точки А будет равно:

h = i1 – (b1 + x).

При положении нивелира в точке В превышение точки А относительно точки В:

Рис.4.34

h’ = i2 – (b2 + x).

Но h = – h’, поэтому

i1 – (b1 + x) = – [i2 - (b2 + x)].

Отсюда получаем:

x = 0.5*(i1 + i2) – 0.5*(b1 + b2).            (4.59)

Если x получается больше 4 мм, необходимо выполнить юстировку уровня, т.е. устранить угол i. Для этого элевационным винтом наклоняют трубу нивелира до тех пор, пока отсчет по рейке не будет равен правильному отсчету:

b02 = b2 + x,

при этом пузырек уровня уйдет из нуль-пункта. Исправительными винтами уровня приводят пузырек в нуль-пункт и повторяют поверку заново. Полная программа поверки главного условия включает еще проверку параллельности вертикальных плоскостей, проведенных через визирную линию трубы и ось уровня; порядок этой проверки изложен в [15] на стр.62.

При нивелировании строго из середины ошибка отсчета по рейке из-за невыполнения главного условия нивелира не влияет на величину измеряемого превышения (рис.4.35)

Рис.4.35

2. Ось круглого установочного уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира. Приводят пузырек круглого уровня в нуль-пункт, затем поворачивают нивелир по азимуту на 180. Если пузырек отклонился от нуль-пункта, то на половину отклонения его перемещают с помощью подъемных винтов и на половину – исправительными винтами круглого уровня.

Существует и другой, более надежный способ поверки круглого уровня: сначала тщательно устанавливают ось вращения нивелира в отвесное положение с помощью элевационного винта и цилиндрического уровня при трубе, затем исправительными винтами круглого уровня приводят его пузырек в нуль-пункт.

3. Горизонтальная нить сетки нитей должна быть перпендикулярна оси вращения нивелира, т.е. быть горизонтальной. Рейку ставят в 30 – 40 м от нивелира и закрепляют ее, чтобы она не качалась. Затем берут отсчеты по рейке при трех положениях ее изображения: в центре поля зрения, слева от центра и справа. Если отсчеты отличаются один от другого более, чем на 1 мм, то сетку нитей нужно развернуть.

Предполагая, что сетки нитей строго перпендикулярны, можно проверить вертикальность вертикальной нити. Для этого в 20 м от нивелира подвешивают отвес, наводят на него трубу и проверяют совпадение вертикальной нити сетки с нитью отвеса.

Важнейшими характеристиками нивелира, определяющими точность измерения превышений, являются увеличение зрительной трубы и цена деления цилиндрического уровня при трубе. По этим характеристикам определяет пригодность нивелира для выполнения работ заданной точности. Чтобы получить численные значения увеличения трубы и цены деления уровня, выполняют соответствующие исследования нивелира.

Рекомендовать Google: 

24

Виды и способы нивелирования

Нивелирование — геодезическое измерение, в результате которого определяют превышения и отметки высот точек местности.

Последовательным измерением превышений от начального пункта через промежуточные пункты к конечному получают нивелирный ход.

Система таких ходов образует нивелирную сеть. Государственной высотной геодезической сетью является нивелирная сеть I—IV классов точности. Существуют следующие способы нивелирования: '. '

1) геометрическое нивелирование — превышения точек определяют горизонтальным визирным лучом; приборы для выполнения геометрического нивелирования называются нивелирами;

2) тригонометрическое нивелирование — превышения точек определяют наклонным визирным лучом, т.е. используют значения вертикальных углов, измеренных вертикальными кругами теодолитов и кипрегелей; этот вид нивелирования применяют для топографических съемок в горных, предгорных и всхолмленных районах с высотой сечения рельефа 2 и 5 м;

3) барометрическое нивелирование основано на измерении атмосферного давления, зависящего от высоты;

4) гидростатическое нивелирование — высоты точек вычисляют по расстояниям до уровня жидкости в сообщающихся сосудах; применяется в основном при строительстве зданий .и наблюдениях за их деформацией.

Нивелир оптико-механический прибор для геометрического нивелирования, снабженный зрительной трубой, вращающейся в горизонтальной плоскости, и чувствительным уровнем.

По точности нивелиры разделяются на высокоточные (Н-05, для нивелирования 1-П классов),точные (Н-3,Н-ЗК,Н-ЗКЛ, для нивелирования III и IV классов) и технические (Н-10, 2Н-10Л, Н-10К и Н-10КЛ, для инженерно-геодезических работ). Цифры указывают на точность нивелира (среднюю квадратическую погрешность на 1 км двойного хода).

Самым распространенным является нивелир Н-3, широко применяющийся в практике технического нивелирования III и IV классов и имеющий погрешность не более 3 мм на 1 км.

Основной принадлежностью любогр нивелира является нивелирная рейка (длиной 3—4 м), представляющая собой брусок двутаврового сечения, изготовленный из сухого выдержанного хвойного дерева или пластмассы. На рейке масляной краской нанесены деления. Цена деления реек, предназначенных для нивелирования I и II классов, - 5 мм, для нивелирования III и IV классов и технического - 10 мм. Счет делений ведется от нижнего окованного железом конца. Дециметры на рейке отграничены чертой и указаны перевернутыми арабскими цифрами для удобства пользования зрительной трубой, дающей обратное изображение. Деления на рейке проведены через 10 мм, объединены в виде буквы Б и исполнены в черном и белом цвете.

Для контроля отсчетов применяются двусторонние рейки с черной и красной окраской.

Рейки, предназначенные для точного нивелирования, снабжены отвесами или круглыми уровнями для установки их в строго вертикальное положение. Рейки рекомендуется содержать в хорошем состоянии, с четким изображением делений, с плотно прикрепленными ручками и металлическими пятками на конце.

Профиль трассы строится в заданном горизонтальном и вертикальном масштабе на миллиметровой бумаге.

Нивелирование поверхности проводят с целью изучения рельефа местности и осуществляют магистральным способом, при котором прокладываются нивелирные ходы по характерным точкам рельефа, водоразделам, водотокам, или квадратам, когда местность достаточно хорошо просматривается и все формы рельефа четко выражены. Способ ни-вотирования по квадратам является самым распространенным, простым и удобным в исполнении. Съемка по квадратам необходима при выравнивании поверхности поля, участка местности при их подготовке для орошения, для работы машинно-тракторных агрегатов и т.п.

25

 Способы геометрического нивелирования

Геометрическое нивелирование – это наиболее распространенный способ определения превышений. Его выполняют с помощью нивелира, задающего горизонтальную линию визирования.

Устройство нивелира достаточно простое. Он имеет две основные части: зрительную трубу и устройство, позволяющее привести визирный луч в горизонтальное положение.

Геометрическое нивелирование можно выполнять по следующей схеме:

Рис. 61. Способы нивелирования

При нивелировании из середины нивелир располагают между двумя точками примерно на одинаковых расстояниях (рис.61, а). В точках устанавливают отвесно рейки с сантиметровыми делениями. Их ставят на колышек, вбитый вровень с землей, или на специальный костыль, так как рейка под собственной тяжестью будет давить на землю и отсчет по ней будет меняться. Визирный луч зрительной трубы нивелира последовательно наводят на рейки и берут отсчеты З и П, которые записывают в миллиметрах в журнал нивелирования. Отсчет по рейке производят по средней нити нивелира, т.е. по месту, где проекция средней нити пересекает рейку. Превышение между точками определяют по формуле

h = З – П

где З – отсчет назад на заднюю точку А; П – отсчет вперед на переднюю точку B.

При нивелировании вперед прибор устанавливают над точкой А (рис. 61, б), измеряют его высоту V и берут отсчет П по рейке в точке В. Превышение определяют вычитанием из высоты прибора V отсчета П.

h = V – П.

Высоту передней точки В вычисляется по формуле:

Высоту визирного луча на уровенной поверхностью называют горизонтом инструмента H_ГИ (рис. 61) и вычисляют

Н_ГИ = Н_А + З = Н_А + V. 

 

Место установки нивелира называется станцией. Если для определения превышения между точками А и В достаточно установить прибор один раз, то такой случай называется простым нивелированием.

Если же превышение между точками определяют только после нескольких установок нивелира, такое нивелирование называют сложным или последовательным (рис. 62).

Рис. 62. Последовательное нивелирование.

В этом случае точки С и D называют связующими. Превышение между ними определяют как при простом нивелировании:

;    ;   

h = ∑З – ∑П

Такую схему нивелирования называют нивелирным ходом.

26

АБСОЛЮТНАЯ ОТМЕТКАчисло, показывающее высоту точки над уровнем; моря в метрах

относительная отметка - измеряют от любой условно взятой точки земной поверхности.

Репер (франц. repère — метка, знак, исходная точка) в геодезии, знак, закрепляющий точку земной поверхности, высота которой относительно исходной уровенной поверхности определена путём нивелирования.

27