32 Геометрическое нивелирование.

Нивелирование - совокупность измерений на местности, в результате которых определяют превышения между точками местности с последующим вычислением их высот относительно принятой исход­ной поверхности. Такой исходной поверхностью обычно является ос­новная уровенная поверхность, соответствующая среднему уровню воды морей и океанов в спокойном состоянии. В России абсолютные высоты точек земной поверхности определяются в Балтийской системе высот, т. е относительно нуля Кронштадтского футштока.

Геометрическое нивелирование – совокупность работ по определению превышений между точками с помощью нивелира и пары реек. Нивелир – геодезический прибор, у которого луч визирования в рабочем положении строго горизонтален. Нивелир представляет собой сочетание зрительной трубы с цилиндрическим уровнем либо оптическим компенсатором, которые служат для приведения визирной оси трубы в горизонтальное положе­ние. Нивелирные рейки имеют вид деревянных брусков с делениями, оцифрованными снизу (от «пятки» рейки) вверх.

Различают два способа геометрического нивелирования вперед и из середины.

При нивелировании вперед (а) нивелир устанавливают в точке А, отметка которой Нд известна, таким образом, чтобы окуляр зрительной трубы находился над этой точкой В точке В отвесно уста­навливают нивелирную рейку. С помощью рулетки или рейки измеря­ют высоту нивелира i, т е отвесное расстояние от центра окуляра до точки А, над которой установлен нивелир. Приводят визирную ось нивелира в горизонтальное положение и делают отсчет b по рейке. При нивелировании вперед превышение равно высоте прибора ми­нус отсчет по рейке.

Величина НА + i — ГП представляет собой высоту визирного луча нивелира над уровенной поверхностью и называется горизонтом при­бора.

Высота точки равна горизонту прибора минус отсчет по рейке, установленной в этой точке.

При нивелировании из середины (рис. 92, б) нивелир устанавливают на одинаковых расстояниях между точками А и В; в этих точках отвес­но устанавливают рейки и, последовательно визируя на рейки, берут отсчеты: по задней рейке — а, по передней — Ь. При нивелировании из середины превышение равно отсчету по зад­ней рейке минус отсчет по передней рейке («взгляд назад» минус «взгляд вперед»). Превышение будет положительным при а > Ъ (передняя точка выше задней) и отрицательным при а < b (передняя точка ниже задней). Тогда высота точки В HB=HA+a-b.

Величина НА+а = Нв + Ь = ГП,т.е. представляет собой горизонт при­ бора. Отсюда Нв = ГП — b.

Определение высот точек с помощью горизонта прибора удобно выполнять, когда с одной станции (точки стояния нивелира) можно взять отсчеты по рейке на несколько точек.

Способ нивелирования из середины имеет заметные преимущества по сравнению с нивелированием вперед, так как в 2 раза повышает производительность труда и позволяет исключить влияние ряда погреш­ностей на точность определения превышений.

Геометрическое нивелирование независимо от способа его выпол­нения может быть простым и последовательным. Если превышения между двумя точками местности получают в результате одной установ­ки нивелира (с одной станции), то такое нивелирование называется простым (рис. 92, б). Если нивелирование выполняют с целью передачи отметок на значительное расстояние либо построения профиля мест­ности, то оно проводится с нескольких станций; такое нивелирование называется последовательным или сложным (рис. 92, в).

При последовательном нивелировании линия АВ разбивается на части, каждая из которых нивелируется с одной станции. Установив нивелир на станции I, берут отсчеты а] и Ъ{ по задней и передней рейкам и определя­ют превышение ht точки х относительно точки А. Затем заднюю рейку Р, из точки А переносят в точку 1, нивелир устанавливают на станции II и, взяв отсчеты по рейкам а2 и Ь2, находят превышения h2 и т. д.

При последовательном нивелировании образуется нивелирный ход, в котором точки х, 1, 2, ..., п — 1, являющиеся общими для двух смежных станций (т. е. передними на предыдущей и задними на последующей станциях), называются связующими. Точки установки рейки, расположенные между связующими точками, называются промежуточными; они служат обычно для получения отметок характерных точек рельефа hn=an-bn.

Общее превышение между точками А к В будет равно алгебраической сумме превышений. Определив превышения между связующими точками, можно после­довательно вычислить их отметки

Отметки промежуточных точек вычисляются, как правило, через горизонт прибора ГП после определения отметок связующих точек.

Организация работ по нивелированию. Нивелирные сети III и IV клас­сов развиваются внутри полигонов высшего класса в виде отдельных ходов либо систем ходов с узловыми точками и служат для высотного обосно­вания топографических съемок и решения инженерных задач.

Организация нивелирования включает в себя составление проекта, рекогносцировку местности, закладку нивелирных знаков (реперов и марок), поверки и исследования приборов, производство полевых ра­ бот, обработку результатов полевых наблюдений и вычисление высот пунктов нивелирования.

Проектирование выполняется на картах масштаба 1:100 000 и круп­нее. На карту наносятся направления проектируемых нивелирных хо­дов, а также выполненные ранее работы по нивелированию всех клас­сов и пункты плановых геодезических сетей. Техническим проектом устанавливаются перечень работ, их объем и смета, порядок выполне­ния и технические указания по производству работ.

В процессе рекогносцировки местности проверяется сохранность исходных пунктов, выбираются места закладки реперов и уточняется проект. Нивелирные знаки закладываются в местах, где может быть обеспечена их неподвижность, долговременная сохранность и удобство пользования.

Нивелирование III и IV классов выполняют приборами, удовлетворяю­щими следующим требованиям: увеличение трубы — не менее 30х и 25х соответственно, цена деления контактного цилиндрического уровня — не более 25 — 30" на 2 мм.

Нивелирование выполняют с помощью штриховых инварных реек (при нивелировании III класса с использованием нивелиров с плоскопараллельной пластиной) или шашечных 3-метровых двусторонних реек типа РН-3. Перед началом работ нивелиры и рейки исследуют и пове­ряют. Случайные погрешности дециметровых и метровых интервалов реек не должны превышать: для III класса — 0,5 мм, IV класса — 1,0 мм.

Производство нивелирования III класса. Нивелирование III класса выполняют способом из середины в прямом и обратном направлениях секциями по 20 — 30 км. Расстояние от нивелира до реек измеряют тон­ким тросом, просмоленной бечевой или другими способами. Нормаль­ная длина визирного луча составляет 75 м. Неравенство плеч на стан­циях должно быть не более 2 м, а накопление их по секции — не более 5 м. Высота визирного луча над подстилающей поверхностью должна быть не менее 0,3 м. При работе на станции нивелир защищают от сол­нечных лучей с помощью зонта. Рейки устанавливают на костыли или башмаки в отвесное положение по круглому уровню.

Нивелирование на станции выполняют в следующем порядке.

1. Нивелир устанавливают в рабочее положение по круглому уров­ню и наводят зрительную трубу на черную сторону задней рейки Р} (рис. 101). Элевационным винтом приводят пузырек цилиндрического уровня в нуль-пункт и берут отсчеты по среднему (ач) и дальномерным штрихам (ач', ач"). При работе нивелиром с компенсатором наблюдения выполняют сразу после визирования на рейку

2.Визируют на черную сторону рейки Р2 и, выполнив те же дей­ствия, берут отсчеты Ъц, Ь'ц, Ъ"ч. 3.По сигналу наблюдателя реечники поворачивают рейки красной стороной, после чего наблюдатель производит отсчеты сначала по пе­редней Р2, а затем по задней рейке Р}, но только по среднему штриху.

Результаты измерений заносят в журнал установленной формы. На каждой станции выполняют вычисления и контроль наблюдений, для чего:

а) по отсчетам по дальномерным штрихам подсчитывают расстоя­ние от нивелира до реек;сравнивают их с результатами непосредственного измерения тросом (бечевой) и вычисляют неравенство плеч;

б) для контроля сравнивают среднее из отсчетов по дальномерным штрихам с отсчетом по среднему штриху той же рейки, которые могут различаться не более чем на 3 мм, т. е.

в) вычисляют превышения по черной и красной сторонам реек.Если расхождение между значениями превышения, полученными по черной и красной стороне реек с учетом разницы пяток пары реек, не превышает 3 мм, то за окончательное значение превышения принимается среднее арифметическое.

4. После этого нивелир переносят на следующую станцию II, а зад­ний реечник из точки 1 переходит с рейкой Р1 в точку 3, которая явля­ется передней для станции II. Измерения выполняют по той же про­грамме.

Обработка результатов нивелирования включает проверку вычисле­ний в полевых журналах, выполнение постраничного контроля, состав­ление ведомости превышений, исправленных за длину среднего метра пары реек, определение высотной невязки, увязку превышений и вы­числение отметок точек хода.

Если фактическая невязка не превышает допустимую, то проводят уравнивание нивелирной сети одним из строгих способов, основанных на принципе метода наименьших квадратов По исправлен­ным превышениям вычисляют отметки постоянных и временных репе­ров и значения их заносят в каталог высот пунктов нивелирования

Нивелирование IV класса. Нивелирование IV класса выполняют в одном направлении между пунктами, высоты которых определены нивелированием II и III классов. Нормальная длина визирного луча принимается равной 100 м. Расстояния от нивелира до реек измеряют шагами, неравенство плеч на станции не должно быть более 5 м, а на­копление в секции — Юм. Высота визирного луча над подстилающей поверхностью должна быть не менее 0,2 м. При нивелировании на за­болоченной местности рекомендуется применять нивелиры с компен­саторами.

Порядок работы при проложении нивелирных ходов IV класса в ос­новном тот же, что и при нивелировании III класса. При выполнении наблюдений на станции для учета неравенства плеч дополнительно берут отсчеты по черным сторонам реек по одному из дальномерных штрихов.