Геометрическое нивелирование способом вперед его схема

_______ Основными элементами жидкостного уровня являются его чувствительный элемент (ампула с жидкостью) и оправа для крепления. Жидкостные уровни бывают круглые и цилиндрические. В круглом уровне (рис. 1, а) в качестве ампулы используется стеклянный сосуд 1, верхняя часть которого отшлифована по сферической поверхности. Сосуд заполнен легкоподвижной жидкостью и содержит свободное пространство (пузырек уровня). В цилиндрическом уровне (рис.1, б) ампула представляет собой стеклянную трубку 1, внутренняя поверхность которой отшлифована в виде бочкообразного тела вращения и заполнена жидкостью.

_______ Свободное пространство с парами жидкости (пузырек уровня) обычно составляет 0,3— 0,4 длины ампулы при t = 20 °С. Ампулы 1 уровней заключены в оправы 2, имеющие регулировочные винты 3. Цилиндрические ампулы подразделяют на простые (АЦП), компенсированные (АЦК) и регулируемые (АЦР). При симметричном расположении пузырька относительно нуль — пункта ось цилиндрического уровня занимает горизонтальное положение (осью уровня является касательная к внутренней поверхности ампулы в нуль — пункте).

_______ Угол, на который надо наклонить ампулу, чтобы пузырек уровня переместился на одно деление (обычно 2 мм) — называется ценой деления уровня.

_______ Нежелательные для нивелира колебания могут быть вызваны сильными порывами ветра, вибрациями грунта на строительных и промышленных площадках, вблизи автомобильных и железнодорожных магистралей, линий метрополитенов и другими причинами. Не стоит забывать и о возможном остаточном наклоне при горизонтировании прибора или изменении наклона прибора в связи с проседанием ножек штатива в мягком грунте или расплавленном солнцем асфальте. Именно в такие моменты включается в работу компенсатор, важным элементом которого является де́мпфер.

_______ Термин демпфер произошел от немецкого слова «Dämpfer», которое переводится на русский язык как «гаситель колебаний», «успокоитель» или «амортизатор» и подразумевает устройство, предназначенное для гашения (демпфирования) или предотвращения колебаний различного типа, в том числе и механических.

_______ На сегодняшний день наибольшее распространение получили маятниковые системы компенсатора, как с воздушным, так и с магнитным демпферами. Давайте рассмотрим принцип работы обоих систем.

_______ Для начала необходимо понять, как же устроена оптическая схема нивелира. Все просто: луч, пройдя через объектив, попадает на приемную призму, которая преломляет его на подвешенное горизонтально зеркало. Далее, отражаясь от зеркала, луч попадает на передающую призму, а от неё на окуляр и сетчатку глаза человека.

_______ Оптическая схема нивелира

_______ Приемная и передающая призмы жестко закреплены в корпусе компенсатора, а следовательно, и в корпусе нивелира. Зеркало, наоборот — свободно подвешено в компенсаторе, конструктивно выполнено в виде маятника, и при наклоне прибора каждый раз стремиться занять строго горизонтальное положение, тем самым корректируя оптический луч. В случае , если компенсатор снабжен магнитным демпфером, верхняя часть маятника выполняется из магнитных материалов, например, из стального сплава. На некотором удалении от верхней части маятника в корпусе компенсатора встроен магнит, который и гасит колебания раскачивающего маятника (зеркала).

_______ Нивелир с магнитным компенсатором

_______ Компенсаторы с магнитным демпфером конструктивно могут быть устроены по-разному, но принцип их работы один — гашение колебаний под действием магнитного поля. Каждый раз в момент прохождения маятника мимо магнита, происходит его торможение — и так несколько раз до полной остановки маятника, полной стабилизации изображения в поле зрения трубы нивелира.

_______ Что касается компенсаторов с воздушным демпфером, то в этом случае гашение колебаний происходит за счет груза, закрепленного в нижней части маятника. Общеизвестно, что чем больше масса груза, тем большей инерцией обладает маятник и тем сложнее его раскачать. Подобного рода маятниковые системы оптико-механических компенсаторов очень тщательно рассчитываются, иначе — такие системы, просто-напросто, не будут работать.

_______ Нивелир с воздушным компенсатором

_______ Наконец, осталось дать ответ на самый главный вопрос: “Так какому же нивелиру отдать предпочтение — с магнитным или воздушным демпфером?”.

_______ Однозначно ответить на данный вопрос нельзя. Обе конструкции хорошо зарекомендовали себя, и в их надежности сомневаться не приходится. Правильнее всего, доверить выбор нивелира непосредственно исполнителю, который точно знает вид выполняемых работ, требуемую точность, место проведения работ и другие факторы. Например, при проведении нивелирных работ вблизи мощных источников электромагнитного поля, таких как трансформаторные подстанции и высоковольтные ЛЭП, предпочтение стоит отдать оптическому нивелиру, компенсатор которого имеет воздушным демпфер, не подверженный влиянию внешнего электромагнитного поля.

_______ У нивелиров с цилиндрическим уровнем визирная ось VV приводится в горизонтальное положение в два этапа. Вначале нивелир приводят в рабочее положение. Затем пузырек цилиндрического уровня приводят в нуль пункт вращением элевационного винта. Этот второй этап выполняют перед каждым отсчетом по рейке.

_______ У нивелиров с компенсатором углов наклона достаточно выполнить только первый этап, то есть привести ОО в приблизительно отвесное положение с помощью круглого уровня 7 и подъемных винтов 10. При этом визирная ось VV установится в горизонтальное положение автоматически, что значительно повышает производительность труда. В общем случае всякий компенсатор представляет собой механический или гидромеханический маятник.

_______ На этой схеме представлен нивелир с оптико-механическим компенсатором маятникового типа. Здесь роль компенсатора играет оптическая деталь 4 (в качестве которой может быть зеркало, призма, линза), укрепленная на подвесном маятниковом устройстве 3 и 5 (проволока, ленточки, струны, пружины, магнитная подвеска).

_______ Нивелир с оптико-механическим компенсатором маятникового типа

_______ Назначение компенсатора 4 заключается в изменении направления горизонтального визирного луча. Это изменение должно быть таким, чтобы горизонтальный луч, пройдя через оптический центр объектива 6 , попал под действием компенсатора 4 в перекрестие сетки нитей 2 , наблюдаемую через окуляр 1. В этом случае, несмотря на наклон зрительной трубы, по рейке будет взят правильный отсчет, соответствующий горизонтальной визирной оси VV. Визирование на рейку осуществляется с помощью винтов 8 и 9 .

_______ У нивелира с компенсатором выполняются те же поверки, что и у нивелира Н-3. Дополнительно проверяется правильность работы компенсатора путем сравнения отсчетов по рейке при различных положениях пузырька круглого уровня внутри круга на его ампуле.

_______ Входящее через линзу объектива изображение преломляется поверхностью входной стеклянной призмы, отражается в зеркале и через преломляющие грани выходной призмы фиксируется на плоскости окуляра и в дальнейшем на сетчатке глаза оператора. Эта оптическая система называется автоматическим компенсатором, который может быть воздушным и магнитным. Схема работы нивелира с компенсатором достаточно проста и в то же время надежна.

_______ Если бы оптическая ось нивелира при отклонении не совпадала с горизонтом, то при измерении превышения высот между точками на земной поверхности были бы допущены существенные ошибки. Для исправления этой ситуации и предназначена система компенсатора: свободно расположенные ленточки-торсионы постоянно выравнивают зеркало в горизонтальную плоскость независимо от угла наклона визирной трубы и сохраняют ось визирования параллельной горизонту.

Преимущества и недостатки

_______ Автоматические компенсаторы угла наклона имеют существенные преимущества перед используемыми издавна цилиндрическими уровнями:

_______ Из недостатков можно назвать:

_______ В настоящее время нивелиры с компенсаторами гораздо более востребованы и распространены, нежели приборы с цилиндрическими уровнями.

_______ Компенсатор является очень важным компонентом нивелира, его задача — исправить ход луча света, попадающего в объектив. Или проще говоря — компенсатор удерживает визирную ось в горизонтальном положении.

_______ Использование компенсаторов угла наклона существенно повлияло на ход геодезических работ. C применением компенсаторов точность, скорость и стабильность геодезических работ возросла. Компенсатор надежен и именно поэтому это изобретение на сегодняшний день находит применение в практически всех новых геодезических оборудованиях в отличие от цилиндрического уровня.

_______ Компенсаторы существуют в различном многообразии, и виды и конструкции этого изобретения так же применяются в зависимости от рода выполняемых геодезических работ.

_______ Причиной возникновения компенсаторов угла наклона является точность и скорость измерений, и поскольку геодезические приборы стоят не на незыблемой поверхности, а на строительных площадках, вблизи дорог или других поверхностях, что создает вибрации транспорта и различные движения поверхности земли вблизи геодезического прибора, необходимость точных геодезических работ возрастает, и как то компенсировать не идеальность среды удается компенсатору.

_______ Нивелиры с компенсаторами продолжают совершенствоваться с каждым годом, с каждой новой выпущенной моделью: они становятся все более надежными, точными и удобными в эксплуатации.

3. Геодезические приборы: нивелирные рейки

_______ Нивелирные рейки бывают трехметровые. На одной стороне нанесены сантиметровые деления черной краской, на другой – красной. Низ рейки называется пяткой .

_______ На черной стороне нуль рейки совмещен с пяткой. На красной стороне (контрольной) какое-то целое число.

_______ Например, 4687 или 4787.

_______ Цифры на рейке перевернутые, а в трубе они будут видны прямыми. Отсчет делают по средней нити.

_______ В случае, если нивелир прямого изображения, то рейка оцифровывается как на рис. 6.

4. Способы геометрического нивелирования вперед и из середины.

_______ Техническое нивелирование производится в основном при изысканиях и строительстве инженерных сооружений

_______ Существует два способа геометрического нивелирования.

_______ Формула вычисления превышения при движении «вперед»:

.

_______ Формула вычисления превышения при движении «из середины»:

.

_______ Наиболее целесообразно производить нивелирование способом «из середины» , так как в этом случае повышается производительность нивелирования вследствие увеличения расстояния между рейками, кроме того исключается ряд ошибок, присущих методу нивелирования.

5. Последовательное нивелирование.

_______ При нивелировании на значительные расстояния применяют последовательное нивелирование .

_______ Места постановки нивелира называют станциями .

6. Основные части нивелира

_______ Основные части нивелира – это подставка с тремя подъемными винтами , зрительная труба . Труба имеет закрепительный и наводящий винты.

_______ Для приближенной установки оси вращения нивелира в отвесное положение служит круглый уровень .

_______ Осью круглого уровня называется прямая, проходящая через нуль-пункт уровня перпендикулярно плоскости, касательной к внутренней поверхности уровня в его нуль-пункте.

_______ Установка трубы для наблюдений выполняется диоптрийным кольцом (по глазу) и кремальерой (по предмету).

_______ В настоящее время применяются нивелиры с самоустанавливающейся линией визирования. В этих нивелирах используются компенсатор.

_______ Сбоку от трубы располагается цилиндрический уровень , помещенный в металлическую коробку.

_______ При помощи оптических линз, расположенных над уровнем, изображение концов пузырька уровня передается в поле зрение окуляра. Совмещение изображений концов пузырька уровня производится с помощью элевационного винта, который выполняет медленные перемещения визирной оси в вертикальной плоскости.

7. Поверки нивелира Н₃

7.1. 1 проверка.Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира

_______ Подъемными винтами приводят пузырек в центр кружка на ампуле круглого уровня.

_______ Затем поворачивают верхнюю часть прибора на 180 о .

_______ При отклонении пузырька от центра ампулы перемещают его к центру на половину значения отклонения с помощью исправительных винтов круглого уровня.

7.2. 2 проверка.Горизонтальная нить сетки нитей должна быть перпендикулярна оси вращения нивелира

_______ С помощью круглого уровня приводят ось вращения нивелира в отвесное положение. Среднюю нить наводят на хорошо видимую точку и наводящим винтом плавно вращают трубу в горизонтальном направлении. Нить сетки не должна сходить с выбранной точки. Эту же поверку можно делать, наводя среднюю нить на нить отвеса. Средняя нить и нить отвеса должны совпадать.

_______ При несоблюдении условия необходимо снять защитный колпачок и развернуть сетку нитей, предварительно ослабив четыре винта в торце окулярной части трубы отверткой. Выполнение этого условия гарантируется заводом. Поверку делают путем вращения трубы по азимуту. Исправление делают поворотом сетки.

7.3. 3 поверка. Ось цилиндрического уровня должна быть параллельна визирной оси зрительной трубы (главное геометрическое условие нивелира)

_______ Поверка выполняется в полевых условиях двойным нивелированием одной и той же линии.

_______ Поверка производится нивелированием одной и той же линии способом «вперед». На ровной местности выделяют линию длиной примерно 50 м .

_______ Нивелир закрепляют таким образом, чтобы окуляр находился над одним из колышков.

_______ Определяют высоту прибора I₁

_______ Производят отчет b₁ по рейке, стоящей в точке В . Меняют местами нивелир и рейку и находят i₂ и b₂.

_______ X вычисляют по формуле:

_______ Если X превышает 4мм , необходимо вычислить b исправленное.

_______ В нашем случае X будет превышать допустимое значение:

_______ При наблюдении главного условия нивелира отсчеты по рейке b₁ и b₂ будут отличаться от правильных на величину X , которая возникает от того, что ось уровня горизонтальна, а визирная ось наклонена. Величина X вычисляется по формуле, приведенной на слайде. Если величина X не превышает 4 мм по модулю, то исправление не производится. В противном случае вычисляется исправительный отсчет b_исп.

_______ Наводим трубу на исправленный отсчет. В этот момент визирная ось придет в горизонтальное положение, а ось уровня отклонится, что будет заметно по расхождению концов пузырька. Отклонение концов пузырька уровня от середины исправляется исправительными винтами уровня .

_______ Техническое нивелирование производится в основном при изысканиях и строительстве инженерных сооружений.

8. Подготовка трассы для технического нивелирования

_______ Выполняется при изыскании и проектировании сооружений, вытянутых в длину (дорог, подземных коммуникаций и т.д.). По результатам нивелирования строится профиль, и по нему ведется проектирование.

_______ Вдоль оси трассы будущего сооружения прокладывается нивелирный ход – в виде магистрали с возможно более длинными сторонами. Ход обязательно должен быть привязан к точкам высотной геодезической сети – реперам или маркам .

_______ Подготовка трассы для нивелирования заключается в разбивке пикетажа .

_______ Пикеты намечаются через 100 м . Нумерация пикетов начинается с нуля . Между пикетами могут встретиться перегибы местности, эти точки закрепляются кольями и называются промежуточными , или плюсовыми .

_______ На поворотах трассы теодолитом измеряют горизонтальные углы (Уг.1). Вправо и влево от трассы снимается ситуация. Результаты съемки, а также пикеты и плюсовые точки заполняются в пикетажный журнал .

_______ Пикетажный журнал изготовляется из миллиметровой бумаги, все расстояния наносятся в масштабе. Углы поворота трассы показываются стрелками, подписывается их величина.

_______ Нивелирование пикетных точек выполняется методом «из середины».

9. Связующие, промежуточные, иксовые точки

_______ Пикетные и реперные точки являются связующими , т.к. они связывают между собой соседние станции.

_______ Точки, на которые отсчеты берутся с соседних станций, называются связующими точками .

_______ Между пикетами могут встретиться перегибы местности, эти точки закрепляются кольями и называются промежуточными , или плюсовыми .

_______ В некоторых случаях (при нивелировании крутых склонов ) с одной стоянки нивелира нельзя взять отсчеты на два смежных пикета.

_______ В этом случае берут дополнительные точки. Эти точки необходимы для передачи отметки с одного пикета на другой. На профиль эти точки не наносятся, поэтому их положение не определяется. Вследствие этого эти точки называют иксовыми , то есть неизвестными. Иксовая точка, так же как и пикетная, является связующей . Отсчеты на эту точку берутся по черной и красной сторонам рейки с обеих соседних станций.

10. Порядок работы и контроль измерений на станции при техническом нивелировании

_______ Нивелирование пикетных точек в основном выполняется методом «из середины». Расхождение в размерах плеч (± 5 м ), то есть L₁–L₂ = 5 м .

_______ Расстояние между нивелиром и рейкой называют плечом .

11. Приведение нивелира в рабочее положение

_______ Приведение пузырька цилиндрического уровня на середину выполняется непосредственно перед отсчетом с помощью элевационного винта .

_______ Работа на станции складывается из следующих действий:
• отсчет на заднюю рейку по черной стороне ( a_ч ),
• отсчет на переднюю рейку по передней стороне ( b_ч ),
• отсчет на переднюю рейку по красной стороне ( b_к ),
• отсчет на заднюю рейку по красной стороне ( a_к ),
• отсчеты по чёрной стороне на промежуточных точках.

Контроль:

_______ После нивелирования пикетных точек нивелируются промежуточные (или плюсовые) точки. Эти точки не являются связующими , поэтому отсчеты на этих точках берутся только по черной стороне рейки. Результаты нивелирования записываются в специальные графы нивелирного журнала .

_______ После того как работа на станции закончена, передняя рейка переходит на следующий пикет. В таком же порядке берутся отсчеты при привязке трассы к реперу.

Источник