Нивелир с уровнем при трубе

Нивелиром с уровнем при трубе является, например, нивелир Н-3. Его устройство показано на рис. 9.3.

Для выполнения измерений нивелир устанавливают на штативе и подъемными винтами 7 приводят в нульпункт пузырек круглого уровня 5. Пользуясь закрепительным 3 и наводящим 4 винтами, наводят зрительную трубу на рейку. Вращением диоптрийного кольца окуляра 10 фокусируют трубу “по глазу” и вращением головки фокусирующего винта 2 - “по предмету”. В поле зрения трубы будут видны штрихи сетки нитей, изображение нивелирной рейки и в отдельном окошке - изображения двух половинок цилиндрического уровня (рис. 9.4).

Рис. 9.3. Устройство нивелира Н-3:

Зрительная труба; 2 - фокусирующий винт зрительной трубы; 3, 4 – закрепительный и наводящий винты; 5 – круглый уровень; 6 – исправительные винты круглого уровня; 7 – подъемные винты; 8 - подставка; 9 – элевационный винт; 10 – окуляр с диоптрийным кольцом для фокусировки трубы по глазу; 11 – исправительные винты цилиндрического уровня; 12 – цилиндрический уровень.

Вращая элевационный винт 9 (рис. 9.3), изменяющий наклон трубы 1 и цилиндрического уровня 12, приводят ось уровня в горизонтальное положение. Ось уровня горизонтальна, если его пузырек находится в нульпункте, на что указывает совмещение концов изображений половинок уровня в поле зрения трубы (рис. 9.4). Отсчет берут по среднему штриху сетки нитей.

Рис. 9.4. Поле зрения зрительной трубы нивелира: отсчет по рейке равен 1449 мм

9.5. Поверки нивелира

Необходимая точность нивелирования может быть достигнута только в том случае, если обеспечено верное взаиморасположение основных осей нивелира. Для контроля предъявляемых к прибору требований в начале и периодически в ходе работ выполняют поверки нивелира. Основными поверками являются следующие.

Поверка круглого уровня. Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения прибора.

Подъемными винтами нивелира приводят пузырек круглого уровня в нульпункт. Поворачивают нивелир на 180° вокруг оси его вращения ii (рис. 9.5). Если после поворота пузырек остался в нульпункте, проверяемое условие выполнено – ось круглого уровня ee параллельна оси вращения прибора ii.

Если пузырек ушел из нульпункта, исправительными винтами 2 изменяют наклон уровня так, чтобы пузырек сместился в сторону нульпункта на половину отклонения. Для поворота исправительных винтов пользуются шпилькой.

Рис. 9.5. Оси и исправительные винты нивелира: ss – визирная ось зрительной трубы; ii – ось вращения прибора; uu – ось цилиндрического уровня; ee – ось круглого уровня; 1 – исправительные винты цилиндрического уровня; 2– исправительные винты круглого уровня

Поверка цилиндрического уровня. Ось цилиндрического уровня должна быть параллельна визирной оси зрительной трубы.

У высокоточных и точных нивелиров проекция на отвесную плоскость угла между осью цилиндрического уровня и визирной осью не должна превышать 10". Это означает, что при расстоянии до рейки d = 100 м допустима ошибка в отсчете по рейке из-за непараллельности оси уровня и визирной оси, не превышающая = 5 мм, где ρ = 206 265" - число секунд в одном радиане.

Поверка выполняется путем измерения одного и того же превышения дважды - из середины и с неравными расстояниями до реек.

На расстоянии 75 – 100 м друг от друга закрепляют две точки, на которые устанавливают рейки (рис. 9.6). В середине, на равных расстояниях от реек устанавливают нивелир и, приводя пузырек цилиндрического уровня в нульпункт, берут отсчеты a и b по рейкам и вычисляют превышение .

Если визирная ось трубы не параллельна оси уровня и потому наклонена на угол i, то вместо верных отсчетов a и b будут прочтены отсчеты a₁ и b₁. Вследствие равенства расстояний до реек ошибки в обоих отсчетах будут одинаковыми, Da = Db. Вычисленное при этом превышение будет равно

h = a₁ – b₁ = (a + Da) – (b + Db) = a – b.

Следовательно, несмотря на ошибки отсчетов, вызванные непараллельностью оси уровня и визирной оси трубы, превышение, вычисленное по измерениям из середины - верное.

Рис. 9.6. Поверка цилиндрического уровня. Измерения из середины

Нивелир переносят и устанавливают на расстоянии 2-3 м от одной из реек (рис. 9.7). Берут отсчет b₂ по ближней рейке. Ввиду малости расстояния до рейки погрешность в отсчете b₂, вызванная наклоном луча визирования, мала. Поэтому отсчет b₂ считают безошибочным.

Рис. 9.7. Поверка цилиндрического уровня. Измерения с неравными расстояниями до реек

Вычисляют отсчет, который должен быть на дальней рейке, если луч визирования горизонтален: a₀ = b₂ + h.

Наводят нивелир на дальнюю рейку и берут фактический отсчет a₂. Сравнивают вычисленный и фактический отсчеты.

Если вычисленный a₀ и фактический a₂ отсчеты различаются меньше, чем на 5 мм, то считают, что ось цилиндрического уровня uu (рис. 9.5)параллельна визирной оси ss.

Если вычисленный и фактический отсчеты различаются больше, чем на 5 мм, то положение цилиндрического уровня необходимо исправить.

Для этого элевационным винтом наводят средний штрих сетки нитей на отсчет a₀ по дальней рейке. При этом пузырек цилиндрического уровня уйдет из нульпункта. Вертикальными исправительными винтами приводят пузырек цилиндрического уровня в нульпункт, совмещая изображения концов половинок пузырька в поле зрения трубы.

У нивелиров с компенсатором углов наклона цилиндрического уровня нет, и при выполнении поверки добиваются выполнения следующего условия.

Визирная ось зрительной трубы должна быть горизонтальна в пределах работы компенсатора.

Поверка выполняется в том же порядке, как и поверка цилиндрического уровня. Но при этом различие вычисленного a₀ и фактического a₂ отсчетов указывает на негоризонтальность визирной оси трубы.

Для исправления снимают колпачок, закрывающий исправительные винты сетки нитей зрительной трубы, и с помощью вертикальных исправительных винтов, наводят среднюю нить сетки нитей на отсчет по дальней рейке, равный вычисленному отсчету a₀.

9.6. Нивелирные рейки

Для высокоточного нивелирования служат цельные трехметровые инварные рейки. На рейке крепится круглый уровень, используемый для установки рейки в вертикальное положение.

Для точного и технического нивелирования служат трехметровые цельные или складные деревянные рейки. На двух сторонах рейки нанесены шкалы с сантиметровыми делениями в виде шашек, на одной стороне – черных, на другой – красных. Установка таких реек в вертикальное положение выполняется по круглому уровню или на глаз.

При измерениях цифровыми нивелирами пользуются специальными рейками со шкалой в виде штрих-кода.

Поверки реек состоят в определении с помощью контрольной линейки длины метровых и дециметровых интервалов, определении разности нулей пары реек, поверке установки круглого уровня на рейке.

9.7. Влияние кривизны Земли и рефракции на результаты нивелирования

На рис. 9.8 а, б показаны: точка 1 – отсчет по рейке В в том случае, если бы луч света распространялся прямолинейно; точка 2 – фактический отсчет по рейке; точка 3 – место пересечения рейки уровенной поверхностью.

Из треугольника DO1I (рис. 9.8 б) имеем (R + Dh)² = d², где R - радиус Земли и d – расстояние до рейки. Следовательно, кривизна Земли изменяет отсчет по рейке на величину Dh» d²¤ (2R).

Радиус кривизны светового луча равен R/ k, где – k коэффициент рефракции. Поэтому аналогично предыдущему получаем r» kd²¤ (2R).

Совместное влияние кривизны Земли и рефракции равно

f = Dh - r = .

В среднем в земной атмосфере k = 0,14. При этом f = . Так, если d = 300 м, то f = 6 мм.

а)	б)
Рис. 9.8. К влиянию кривизны Земли и рефракции: а - схема влияния (I – нивелир, B – рейка); б – кривизна Земли и расстояние d до рейки.

При нивелировании из середины влияние кривизны Земли полностью, а влияние рефракции в значительной степени нейтрализуется.

Вблизи к земной поверхности рефракция значительно возрастает, поэтому высоту луча визирования менее 0,2 м не допускают.

9.8. Нивелирные сети

Нивелирная сеть представляет собой совокупность закрепленных на местности точек, высоты которых определены путем геометрического нивелирования.

Основой для определения высот пунктов в России служит государственная нивелирная сеть I, II, III и IV классов.

Главной высотной основой страны является государственная нивелирная сеть I и II классов, назначением которой является распространение единой системы высот на территорию всей страны. Нивелирные сети I и II классов используются также для решения таких научных задач, как изучение фигуры физической поверхности Земли и ее гравитационного поля, определение разностей высот уровней морей и океанов, изучение вертикальных движений земной коры и др.

Государственная нивелирная сеть I класса имеет наивысшую точность и служит исходной для сетей следующих классов. Нивелирная сеть II класса опирается на пункты I класса, является ее сгущением. Невязки в сетях I и II классов не должны превышать соответственно 3мм× и 5мм× , где L – длина нивелирного хода, выраженная в километрах.

Нивелирные сети III и IV классов опираются на сеть I и II классов и служат основой для создания высотного обоснования топографических съемок местности и решения различных инженерных задач. Невязки в таких сетях не должны превышать соответственно 10мм× и 20мм× .

Пункты государственной нивелирной сети надежно закрепляют на местности с помощью знаков – реперов. В зависимости от условий местности и характера грунта реперы бывают грунтовые, скальные и стенные.

Грунтовый репер состоит из железобетонного пилона сечением 16х16 см с маркой вверху и бетонной плитой (якорем) внизу. Марка должна находиться на 0,5 м ниже поверхности земли, а якорь - не менее чем на 0,5 м ниже глубины сезонного промерзания грунта.

Скальный репер представляет собой вцеменированную в скалу чугунную марку.

Стенной репер – представляет собой вцементированную в стену чугунную марку с выступом для установки на него нивелирной рейки или отверстием для ее подвешивания. Стенные реперы закладывают в цокольной части фундаментальных зданий или сооружений (опора моста, здание пассажирского вокзала, водонапорная башня).

На застроенной территории реперы закладывают не реже, чем через 5 км, а на незастроенной – не реже, чем через 7 км.

Нивелирование с точностью II, III и IV класса применяется не только в государственной нивелирной сети, но и при геодезическом обеспечении строительства и эксплуатации различных сооружений. Так, на железных дорогах с помощью геометрического нивелирования решаются такие задачи, как съемка профиля пути на станциях и перегонах, контроль проектного уклона путей на сортировочных горках, съемка продольного и поперечных профилей на вновь сооружаемых и реконструируемых железных дорогах, создание высотных съемочных сетей для съемки станций и узлов, создание высотной основы для строительства мостов и тоннелей и др.

Нивелирование II класса используют при наблюдениях за осадками зданий и сооружений.

Техническое нивелирование. На изысканиях железных дорог и других линейных сооружений, при создании высотного съемочного обоснования выполняют техническое нивелирование.

Ход технического нивелирования начинают и заканчивают на пунктах более высокого класса. По форме такие ходы бывают разомкнутыми или замкнутыми.

Для измерения превышений используются точные или технические нивелиры (табл. 9.1).

Ход прокладывают в одном направлении.

Нивелир устанавливают по возможности на равных расстояниях от передней и задней реек (см. рис. 9.2). При этом расстояния до реек не должны превышать 150 м.

Отсчеты по рейкам берут по среднему штриху сетки нитей, придерживаясь следующей последовательности - отсчет по черной стороне задней рейки, отсчет по черной стороне передней рейки, отсчет по красной стороне передней рейки, отсчет по красной стороне задней рейки.

Вычитая из отсчетов по задней рейке отсчеты по передней рейке, вычисляют превышения по черным и красным сторонам, а затем – среднее превышение h_ср. Контролем правильности измерений служит разность между превышениями, полученными по черным и красным сторонам реек. Расхождение не должно превышать 5 мм.

Контролем точности измерений в ходе служит невязка f_h, которую вычисляют по формулам:

- в разомкнутом ходе

f_h = å h_ср -(H_кон - H_нач); (9.2)

- в замкнутом ходе

f_h = å h_ср . (9.3)

Здесь Sh_ср - сумма средних превышений в ходе; H_кон и H_нач - высоты конечного и начального реперов.

Невязка f_h считается допустимой, если она не превышает 50мм× , где L – длина хода, выраженная в километрах.

Невязку равномерно распределяют в измеренные превышения. Поправку к превышению вычисляют по формуле δ_h = - f_h /n, где n – число превышений в ходе. Поправками исправляют измеренные превышения: . Используя исправленные превышения, последовательно вычисляют отметки всех точек нивелирного хода.

H_i+1 = H_i + (i = 1, 2, …, n)

9.9. Тригонометрическое нивелирование

Тригонометрическое нивелирование – определение превышений по измеренным вертикальным углам и расстояниям.

Для определения превышения между точками А и B (рис. 9.9) на точке А устанавливают теодолит, а на точке B – рейку. Теодолитом измеряют угол наклона n.

Если известно горизонтальное расстояние d между точками А и B, то превышение h вычисляют по формуле:

h = d×tgn + k - l, (9.4)

где n - угол наклона, k - высота прибора, l - высота визирования.

Если расстояние AB измерено нитяным дальномером, то горизонтальное расстояние равно d = Kn cos²n, где K – коэффициент дальномера и n – отсчет по рейке. Подставляя это выражение для d в (9.4) получаем h = Kn cos2n tg n +k – l и окончательно

h = Kn sin2n + k – l (9.5)

Рис. 9.9. Тригонометрическое нивелирование

Формула (9.5) находит применение при тахеометрической съемке местности и носит название тахеометрической формулы для превышений.

Дата добавления: 2014-09-10; просмотров: 1058; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!