Сущность и назначение нивелирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. СУЩНОСТЬ И НАЗНАЧЕНИЕ НИВЕЛИРОВАНИЯ

Нивелирование - определение высот точек земной поверхности относительно исходной точки («нуля высот») или над уровнем моря. Нивелирование - один из видов геодезических измерений, которые производятся для создания высотной опорной геодезической сети (т.е. нивелирной сети) и при топографической съемке, а также в целях проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сооружений, железных и шоссейных дорог и т.д. Результаты нивелирования используются в научных исследованиях по изучению фигуры Земли, колебаний уровня моря и океанов, вертикальных движений земной коры и т.д.

Нивелирование IV класса применяется при создании высотной съемочной сети (съемочного обоснования) для топографических съемок местности. Для нивелирования IV класса используют точные нивелиры (модели Н-3, Н-3К или их модификации) и шашечные рейки. Расстояние на станции от прибора до реек не должно превышать 100 м, а неравенство плеч не должно быть более 5 м. Порядок работы на станции при нивелировании IV класса такой же, как и при техническом нивелировании, за исключением контроля расстояний до реек, который определяют нитяным дальномером с помощью отсчетов по верхней дальномерной нити при наблюдениях черных сторон задней и передней реек. Расхождение между превышениями по черной и красной сторонам реек на станции не должно превышать ±5 мм.

Точность нивелирования IV класса выше технического нивелирования и составляет ±20 мм на 1 км нивелирного хода.

2. ОБОРУДОВАНИЕ И ИНСТРУМЕНТЫ

Нивелирование IV класса производят нивелирами с уровнем или компенсатором, удовлетворяющими требованиям, указанным в таблице 1.



Таблица 1

Наименование характеристики	Единицы измерения	Норма для IV класса нивелирования
Увеличение зрительной трубы, не менее	крат	20-22
Цена деления цилиндрического уровня, не более	// /2 мм	30
Коэффициент нитяного дальномера		100+1
Диапазон работы компенсатора, не менее	угл. мин	±15
СКП установки линии визирования, не более	угл. сек	0,5
Систематическая погрешность работы компенсатора на 1/ наклона от прибора не более	угл. сек	0,3
Изменение угла i при изменении температуры на 1° С, не более	угл. сек	0,8
Цена деления шкалы оптического микрометра для реек с ценой деления:	мм	-
Инструментальная СКП измерения превышений на 1 км двойного хода, не более	мм	6

Обычно используется нивелир ADA BASIS (рисунок 1), характеристика данного инструмента приведена в таблице 2.

Рисунок 1 - нивелир ADA BASIS



Таблица 2

Характеристика
Вес, кг	1.65
Диаметр объектива, мм	38
Диапазон температур, °С	-25...+50
Минимальное фокусное расстояние, м	0.3
Погрешность компенсатора, " / '	± 0.5 / 1
Рабочий диапазон компенсатора, '	± 15
Среднеквадратичная погрешность	2.5
Точность круглого уровня, дюйм / мм	8/2
Точность установки компенсатора, "	± 5
Увеличение, X	20
Цена деления, °	1

Для нивелирных работ применяют нивелирные рейки, выпускаемые по ГОСТ 10528, а так же равноценные им по назначению и точности отечественные и импортные рейки, разрешенные к эксплуатации.

Для нивелирования IV класса применяют двухсторонние шашечные рейки с сантиметровыми делениями. На одной стороне (например, черной) начало шкалы должно совпадать с плоскостью пятки рейки, а на другой (например, красной) с плоскостью пятки совмещают отсчет более 4000 (например, 4680). В комплект нивелиров с компенсатором допускается включать односторонние нивелирные рейки, в этом случае при работе на станции при нивелировании III и IV классов измерения проводятся при двух горизонтах нивелира. Возможность использования телескопических реек на дюралюминиевой основе должна оговариваться в техническом проекте на производство работ и обосновываться метрологически.

Обозначение типа нивелирной рейки включает буквы РН, погрешность нивелирования и длину рейки, например, рейка нивелирная для работы с погрешностью 3 мм на 1 км хода, длиной 3000 мм, складная - РН-3-3000С.

Общие требования к рейкам, предназначенным для нивелирования IV класса, указаны в таблице 3.



Таблица 3

Наименование характеристики	Единицы измерений	Норма для IV класса нивелирования
Цена деления шкалы	мм	10
Отклонение метровых интервалов от номинального значения, не более	мм	1,0
Случайные погрешности дециметровых интервалов, не более;	мм	0,6
Стрелка прогиба, не более	мм	10

При производстве нивелирных работ наряду с нивелирами и рейками используются вспомогательные приборы и оборудование, перечень которых приводится ниже:

· полевой электронный журнал (регистратор информации) для регистрации отсчетов по рейкам и обработки результатов измерений на станции и по нивелирному ходу; регистратор информации должен обеспечивать возможность применения технологии нивелирования в соответствии с требованиями настоящей инструкции;

· штатив нивелира по ГОСТ 11158 для установки прибора в рабочее положение;

· рейкодержатели (или подпорки) для надежного удержания рейки в вертикальном положении по уровню;

· термометр (в нивелировании IV класса используется в начале и конце работы);

· нивелирные костыли со сферической головкой для установки на них рейки (рисунок 2);



Рисунок 2 - типы костылей, применяемые для разных грунтов

· нивелирные башмаки, используемые наряду с костылями;

· стальной трос или рулетка длиной 50 (100) м для измерения расстояний от нивелира до рейки;

· топографический зонт для защиты прибора от солнечной радиации и одностороннего нагрева, а так же от атмосферных осадков.

3. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ПУНКТОВ ВЫСОТНОЙ СЕТИ

Высотную съемочную сеть создают для производства топографических съемок, привязки отдельных объектов и перенесения на местность проектов зданий и сооружений. Обычно ее совмещают с пунктами планового обоснования, определяя их высоты методом геометрического или тригонометрического нивелирования.

При геометрическом нивелировании прокладывают ходы между реперами и марками нивелирования II, III и IV классов с допусками технического нивелирования.

Длины ходов между исходными пунктами должны быть не более: при высоте сечения рельефа 0,25 м - 2 км; при высоте сечения рельефа 0,5 м - 8 км; при высоте сечения рельефа 1 м и более - 16 км.

Точность технического нивелирования характеризуется невязкой хода, которая не должна быть больше

а когда число станций более 25 на 1 км, то

где n - число станций.

При нивелировании IV класса длину плеч принимают равной 100 м, а допускаемое неравенство расстояний от нивелира до реек на станции -- 5 м. Нивелирование IV класса выполняют в одном направлении со взятием отсчетов по черной и красной сторонам реек. Невязка превышений по нивелирному ходу не должна превышать ±20 vL мм.

На сильно пересеченной и горной местности высоты пунктов съемочных сетей, развиваемых для съемок с высотой сечения рельефа 2 и 5 м, а в особых случаях и 1 м, определяют тригонометрическим нивелированием. При этом длины ходов должны быть не более: при высоте сечения рельефа 2 и 5 м - 2 км; при высоте сечения рельефа меньше 1 м - 1 км. Съемочную сеть закрепляют на местности временными знаками: деревянными столбами, металлическими трубами (рисунок 3), гвоздями и кольями (рисунок 4).

Временный характер закрепления большинства пунктов съемочных сетей соответствует их назначению - быть геодезической основой для единовременного решения поставленных конкретных задач. Пункты съемочных сетей закрепляются постоянными знаками, когда планируется долговременное их использование. Если съемочная сеть является самостоятельной геодезической основой, что допускается при выполнении топографических съемок на территории площадью до 1 кмІ, то не менее 1/5 всех пунктов закрепляется постоянными знаками.

Рисунок 3 - конструкция временного репера: а -из дерева; б - из трубы

Рисунок 4 - закрепление точек линии гвоздями и кольями

При создании съемочных сетей рекомендуется использовать предметы местности: углы капитальных зданий и центры смотровых колодцев подземных коммуникаций.

4. ИНСТРУКЦИЯ ГОСУДАРСТВЕННОГО НИВЕЛИРОВАНИЯ IV КЛАССА

Средняя квадратическая ошибка (случайная з, мм/км): 10,0*

* - ошибку вычисляют по невязкам линий или полигонов.

Допустимые невязки в полигонах и по линиям ѓ, мм: 20 ммvL**

**L - периметр полигона или длина линии, км

Средние квадратические ошибки нивелирования вычисляют по формулам:

где

; и - превышения по секциям, полученные соответственно в прямом и обратном ходах, мм;

r - длина секции, км;

n - число секций;

s - накопление разностей на участке (линии), мм;

L - длина этого участка (линии), км.

Протяженность участка (линии) должна быть не менее 100 км. Периметры полигонов нивелирования в зависимости от районов работ и других условий указаны в таблице 4.

Периметр нивелирного полигона IV класса, км
Обжитые районы России	Малообжитые районы Росии	Локальные и площадные геодинамические полигоны	Города
			Застроенная территория	Незастроенная территория
20-60	25-80	-	8	12

Периметр полигона зависит от назначения нивелирных работ.

Нивелирную сеть IV класса прокладывают внутри полигонов высшего класса, как отдельными линиями, так и в виде системы линий, при этом сети и линии должны опираться не менее чем на два репера высшего класса. Допустимые невязки в полигоне IV класса, его периметр и полученные из обработки значения средних квадратических ошибок, не должны превышать значений приведенных выше.

При создании высотного обоснования крупномасштабных топографических съемок нивелирную сеть IV класса прокладывают с расчетом обеспечения требуемой точности съемочного обоснования.

Линии государственной нивелирной сети I, II, III и IV классов закрепляют на местности реперами не реже чем через 5 км (по трассе).

В труднодоступных районах на отдельных участках, где выбор местоположения реперов затруднен, расстояние между ними может быть увеличено до 7 км (по трассе).

На линиях нивелирования I, II, III и IV классов закладывают реперы следующих типов: вековые, фундаментальные, грунтовые, скальные, стенные и временные.

Каждый репер должен иметь свой индивидуальный номер, не повторяющийся на данной линии, а по возможности и на ближайших линиях нивелирования.

При нивелировании IV класса обычно используются грунтовые, скальные, стенные и временные реперы.

На каждый репер составляют абрис и дают описание его местоположения. Кроме того, расположение реперов показывают на карте масштаба 1:100 000, которую прилагают к материалам нивелирования.

5. ПРОИЗВОДСТВО ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО НИВЕЛИРОВАНИЯ СПОСОБОМ ИЗ СЕРЕДИНЫ

Геометрическое нивелирование производится горизонтальным визирным лучом нивелира. Точность геометрического нивелирования характеризуется средней квадратической погрешностью нивелирования на 1 км двойного хода равной от 0.5 до 10.0 мм в зависимости от типа используемого прибора.

Перед нивелированием точки на местности закрепляют колышками, костылями, башмаками, на которые устанавливают вертикально нивелирные рейки. Место установки нивелира для работы называют станцией, а расстояние от нивелира до рейки - плечом нивелирования.

Рисунок 5 - способ геометрического нивелирования из середины.

Для определения превышения точки В над точкой А устанавливают в них вертикально рейки R1 и R2, а между ними по возможности на одинаковом расстоянии от реек нивелир (рисунок 5). Последовательно визируя на рейки средней горизонтальной нитью зрительной трубы берут отсчеты: по задней рейке aи по передней рейке b. Тогда:

h = a - b

т.е. превышение равно отсчету по задней рейке минус отсчет по передней рейке. При a > b превышение положительно, при a < b оно отрицательно. Если отметка точки А известна, то отметка точки В:

НВ = НА + h

т.е. отметка последующей точки равна отметке предыдущей точки плюс превышение между ними. Подставив значение h из формулы в формулу, получим:

НВ = НА + a - b



Введем обозначение:

Нi = НА + a

Величина Нi - называется горизонтом инструмента и является высотой визирного луча над уровенной поверхностью. Следовательно, горизонт инструмента на данной станции равен сумме отметки точки и отсчету по рейке установленной в этой точке. Выразив из формулы (4) значение НА и подставив в (3), получим:

НВ = Нi - b

т.е. отметка точки равна горизонту инструмента минус отсчет по установленной в ней рейке.

Способ нивелирования «из середины» является основным при производстве инженерных работ, поскольку практически не сказывается на результатах нивелирования точность юстировки прибора (нивелира), а также влияние кривизны Земли и рефракции земной атмосферы.

6. ОБРАБОТКА ЖУРНАЛА НИВЕЛИРОВАНИЯ IV КЛАССА

Каждая новая страница журнала нивелирования должна начинаться с отсчетов по рейке на задней точке и заканчиваться отсчетами по рейке на передней точке станции.

На каждой станции вычисляется превышение между задними и передними точками. Для этого из заднего отсчета вычитается передний отсчет сначала по черной, а затем по красной сторонам реек. Полученные превышения со своим знаком записываются в колонку "превышения" (табл.3) напротив отсчетов по передней рейке. Расхождения в дважды вычисленных превышениях в техническом нивелировании не должны быть больше 5 мм.

При выполнении этого требования определяется среднее превышение и заносится в колонку «средние превышения». В том случае, когда при вычислении среднего превышения получают 0,5мм, то его округляют до ближайшего четного. Например: 2713 и 2714, среднее значение: 2713,5 округленное значение 2714.

После вычисления всех превышений производится постраничный контроль. На каждой странице журнала отдельно складываются все задние, передние отсчеты, превышения и средние превышения. При этом обязательно учитывается знак превышения, результаты записываются внизу каждой страницы журнала. Постраничный контроль заключается в выполнении равенства: нивелирование сеть гвоздь геометрический

?aзадн -?bпередн = ?h ? 2?hср

Где:

?aзадн - сумма задних отсчетов;

?bпередн - сумма передних отсчетов;

?h - сумма превышений;

?hср - сумма средних превышений.

2?hср будет отличаться от ?h на величину округлений.

Для уравнивания вычисленных средних превышений складывают постраничные суммы средних превышений на протяжении всего нивелирного хода. Невязка определяется из выражения:

fh =?hср - (НRp2 - НRp1)

где НRp2 и НRp1 - соответственно высоты (отметки) конечного и начального реперов.

Допустимая высотная невязка нивелирного хода составит:



fh доп = ± 50vL, мм

где L - длина хода от первого до второго репера, выраженная в км

Если фактическая невязка fh ? fh доп , то она распределяется на все средние превышения поровну с обратным знаком. Значение их проставляется в колонке "поправки к средним превышениям". При этом сумма поправок должна равняться фактической невязке хода с обратным знаком. После этого производят алгебраическое сложение средних превышений с поправками к ним.

hиспр = hср + ?h

Журнал нивелирования является документом строгого учета и регистрируется инспектором отдела технического контроля. Страницы в журнале должны быть обязательно пронумерованы, прошнурованы и скреплены штампом ОТК.

Записи в журналах делают четким почерком чернилами, шариковой ручкой или простым карандашом. Запрещается пользоваться карандашами химическим и цветным.

Неудовлетворительные или неправильно записанные наблюдения на станции аккуратно зачеркивают с указанием причины переделки. Номер станции при повторных наблюдениях сохраняют с припиской слова «повторная».

Подчистка и исправление записей отсчетов в журнале запрещается. Ошибочные записи в вычислениях аккуратно зачеркивают (не затемняя прежде написанного отсчета) и сверху записывают правильные.

В журнале нивелирования аккуратно зарисовывают постановку рейки на каждом репере и записывают высоту ее места постановки относительно поверхности земли.

В журнале обязательно заполняют титульный лист (рисунок 6), зарисовывают схему ходов (рисунок 7) и дают описание местоположения занивелированных реперов. На оборотной стороне титульного листа записывают технические данные нивелира и реек, расположение надписей на рейках, знаки (плюс и минус) к отсчетам по подвесной рейке.

Рисунок 6 - титульный лист журнала нивелирования IV класса

Рисунок 7 - схема нивелирного хода IV класса

На начальной странице записи хода указывают название или номер начального и конечного репера. Записывают сведения о состоянии внешнего оформления репера и делают отметку о его восстановлении. На каждой странице журнала указывают начало и конец наблюдений, условия погоды.

Нумерацию станций на каждой секции начинают с первого номера. В конце журнала указывают число заполненных и незаполненных страниц.

Допускается использование электронных журналов (регистраторов, накопителей информации), программное обеспечение которых позволяет реализовать технологию нивелирования в соответствии с требованиями настоящей инструкции.

a. Полевые вычисления

При полевых вычислениях выполняют:

· обработку материалов исследований и поверок нивелира и реек;

· вычисления в полевых журналах;

· составление полевых ведомостей превышений;

· вычисления невязок по линиям и полигонам.

Перед полевыми работами подготавливают и проверяют следующие данные:

· уравнение контрольной линейки;

· материалы лабораторных исследований нивелира и реек.

Уравнения длин контрольной линейки и материалы исследований выдаются в копии, заверенной ОТК или метрологической службой.

Полевую ведомость превышений составляют в две руки. На каждой ведомости должны быть подписи составившего работника и считавших работников.

В средние превышения по секциям вводят поправку за среднюю длину метра комплекта реек, а при нивелировании I и II классов также поправку за различие температур инварных реек при эталонировании на компараторе и во время нивелирования.

b. Перечень материалов, подлежащих к сдаче

По окончании полевых работ исполнитель предъявляет следующие материалы:

· оформленные и проверенные полевые журналы;

· пояснительную записку о полевых работах, содержащую все сведения, необходимые для составления технического отчета;

· результаты лабораторных (заверенные копии) и полевых исследований нивелира и реек;

· выписку с уравнением инварных реек и контрольной линейки, заверенную лабораторией, выполнявшей исследование (поверку) приборов;

· полевую ведомость превышений (рисунок 9);

Рисунок 9 - полевая ведомость превышений нивелирования IV класса

· схему нивелирования (вычерчивают тушью на картах масштабов 1:100000-1:200000 или на чертежной бумаге); на схеме показывают исходные реперы, проложенные линии, все заложенные, включенные или привязанные реперы, пункты триангуляции и полигонометрии, уровенные посты, а также связь новых линий с линиями проложенными ранее. Схему составляют по установленным условным знакам. К материалам прикладывают опись всех сдаваемых документов с указанием числа листов.

· откорректированные описания, координаты и абрисы реперов или топографические карты масштаба 1:25000 и крупнее с нанесенными реперами;

· копии актов инспектирующих лиц и приемки работ.

На всех материалах должны быть даты исполнения и подписи исполнителя и помощника.

7. ВЫЧИСЛЕНИЕ ОТМЕТОК ТОЧЕК

Запись номеров точек и отсчетов по рейке ведется в нивелировочном журнале (табл. 3) в той последовательности, как они указаны в пикетажном журнале.

Таблица 3

Отсчеты по рейкам на связующих точках нивелирного хода берутся с перекладкой трубы дважды, а на промежуточных точках один раз.

Чтобы удобно было производить постраничный контроль, каждую страницу нивелировочного журнала следует заканчивать записью отсчета на переднюю связующую. При переходе на новую страницу журнала переносится только номер точки последней связующей (передней) и ее отметка.

Отсчет по рейке в этой точке берут с новой станции и записывают в графу задней связующей. Все вычисления отметок в журнале производят в поле в процессе нивелирования.

Отметки связующих и промежуточных точек вычисляют по горизонту инструмента.

Кроме того, чтобы не допустить ошибки в подсчете последующих отметок точек, на каждой странице журнала производят постраничный контроль, пользуясь формулой:

Результаты нивелирования ежедневно в конце рабочего дня сличаются и выписываются из нивелировочного журнала в сравнительную ведомость, форма которой приведена в таблице 4.

Таблица 4

Расхождение в суммах превышений между прямой и обратной нивелировками или первым и вторым нивелирами допускается в пределах:



где L -- длина нивелирного хода в км.

Допустимая невязка в ходах, опирающихся обоими концами на реперы или марки государственного нивелирования, определяется по формуле:

Для наглядного представления о величине невязки и суждения о ее допустимости составляется график невязок (рисунок 10):

Рисунок 10 - график невязок

Удобно вычерчивать такой график на миллиметровой бумаге. На горизонтальной оси графика наносится километраж линии и реперы (временные и постоянные), расположенные вдоль железной дороги, а на вертикальной-- величина невязок, т.е. разность между первым и вторым нивелирами в миллиметрах.

Размещено на Allbest.ru

...