Островський А.Л. Геодезія. Частина перша. Топографія

Подождите немного. Документ загружается.

Розділ II

Вертикальні проекції світлових кривих

рГГн

Рйне4,а„о,

ерхня точкиА

рівнева поверхня початку відліку

Якщо d- 100 м і враховуючи, що R = 6371,19 км, отримаємо К = 0,78 мм.

Однак для розв'язання інженерних задач часто висоти точок необхідно знати з

точністю 0,2-0,5 мм. Це означає, що під час геометричного нівелювання

кривину Землі треба враховувати або виконувати нівелювання так, щоб

виключати вплив кривини Землі.

111.2.3.

Спільний вплив кривини Землі та вертикальної рефракції

на результати геометричного нівелювання

Використаємо рис. III.2.5, на якому світлова крива повернута випуклістю

вниз, що спричинено зростанням густини повітря з висотою у світлий період

доби. Істинне перевищення h можна отримати як різницю відліків рейок а' та в'.

h = a' -в'. (III.2.13)

На рис.

III. 2.5.

відліки а та в

—

це фактичні відліки рейок; К^, Кц

—

вплив

кривини Землі на відліки рейок; г

, г

- вплив вертикальної (нівелірної

)

рефракції на ці відліки.

Рис

НІ-2.5.

Геометрія дії вертикальної рефракції та кривини Землі

на результати геометричного нівелювання

>242

Іінртикальне знімання

Якщо віддалі від нівеліра до рейок рівні (рівність пліч), К

= Кц. Однак

ігідно з рис. III.2.5 г

<г

, тому що промінь на передню рейку проходить нижче

над поверхнею Землі та викривляється більше. Безпосередньо з рисунка маємо

=a-K

-г

в'=в-К

-г

(ІІІ.2.14)

Підставляючи значення а' і в' з формули (ІІІ.2.14) в (III.2.13), отримаємо

a-e-r

. (ІІІ.2.15)

Позначимо виміряне перевищення h

як a - в і диференціальну рефракцію

\/ через різницю г

-г

. З урахуванням позначень формула (ІІІ.2.15) набуде

нигляду

+Ar. (III.2.16)

Коли світлова крива повернута випуклістю вверх (якщо зменшується

устина повітря з висотою, переважно в нічний період доби), то формула

(III.2.16) матиме вигляд

- Аг. (III.2.17)

Рівняння (ІІІ.2.16) та (ІІІ.2.17) правильні як для додатних, так і для

від'ємних перевищень. У разі інверсії густини (вдень) виміряне перевищення

іменшене, а у разі зменшення густини з висотою (зазвичай вночі, рано-вранці та

увечері) - збільшене вертикальною рефракцією. Це означає, що в першому

иипадку поправки за рефракцію додатні, а в другому - від'ємні.

Отже, для зменшення дії вертикальної рефракції на середнє перевищення

необхідно прямий нівелірний хід прокладати за однієї стратифікації густини

повітря, а зворотний - за іншої. Розроблено декілька методів визначення

І н

фракції і введення поправок за рефракцію.

Щодо впливу кривини Землі на результати геометричного нівелювання,

їй, якщо рівні плечі нівелювання, впливом кривини Землі можна знехтувати.

III. 2.4 Державна нівелірна мережа

Державна геодезична мережа (ДГМ) - це сукупність пунктів, рівномірно

розташованих на поверхні Землі в межах території країни і закріплених на

місцевості спеціальними центрами, які забезпечують збереження та стійкість

ііупкгів у плановому та висотному відношеннях на тривалий час.

ДГМ є носієм системи координат та висот України і має дві складові:

планову та висотну. У цьому розділі розглянемо тільки висотні мережі.

Назвемо три головні групи задач, розв'язати які неможливо без Державної

висотної основи:

243

Розділ II

1. Топографічне знімання. Зобразити на картах та планах рельєф

місцевості в єдиній для всієї країни системі висот неможливо без достатньо

густої системи точок з відомими висотами.

2. Будівництво, меліорація та інші задачі інженерно-технічного

характеру. Не знаючи висот, неможливо збудувати найпростішу споруду, не

кажучи вже про фабрики, заводи, електростанції, метро та десятки інших склад-

них споруд.

3. Наукові задачі. Сучасна геодезія вивчає не тільки форму та розміри

Землі, але й їхні зміни в просторі та часі, а для цього потрібно багаторазово,

повторно визначати висоти з високою точністю, оскільки за рік-два вони

змінюються на декілька міліметрів.

На особливу увагу заслуговує вивчення локальних геодинамічних явищ на

важливих промислових об'єктах. Високоточні повторні вимірювання дають

змогу прогнозувати рухи земної кори, технологічного обладнання, запобігати

аваріям та катастрофам. Отже, нівелірна мережа має велике значення для

економіки, науки та оборони країни.

Державна нівелірна мережа України поділяється на чотири класи: мережі

I, II, III та IV класів.

За початкову нульову відмітку висот в Україні прийнято усереднений за

багато років спостережень рівень Балтійського моря - нуль-пункт Кронш-

тадтського футштока.

Державні нівелірні мережі І і II класів - головна висотна основа країни.

Нівелірні мережі III і IV класів згущують мережу точок із відомими висотами.

Нівелювання І класу виконують із найвищою точністю, якої можна досягти

завдяки сучасному рівню геодезичної техніки, використовуючи найточніші

прилади та методи нівелювання. Точність нівелірних мереж II, III, IV класів

поступово зменшується.

Нівелювання І класу виконують через кожні 25 років, а в сейсмічних

районах через кожні 15 років. Нівелювання II класу повторюють через 35 та 25

років відповідно.

Граничні значення випадкових та систематичних середніх квадратичних

похибок нівелювання різних класів на 1 км ходу та допустимі нев'язки в

нівелірних полігонах або ходах наведено в табл. ІІІ.2.1 [9].

У табл. ІІІ.2.1 L - периметр (довжина) нівелірного полігона чи ходу в

кілометрах. Похибки Т] та а обчислюють за нев'язками f

у полігонах або

ходах.

Схематично послідовне заповнення деякої території пунктами нівелірної

мережі різних класів можна уявити так, як це показано на рис. III.2.6.

>244

Норітіканьї ю знімні їїю

Таблиця 111.2.1

Клас

нівелювання

Граничні середні квадратичні похибки

Допустимі нев'язки

у ходах та

полігонах, мм

Клас

нівелювання

випадкові 71,

мм/км

систематичні О,

мм/км

Допустимі нев'язки

у ходах та

полігонах, мм

І 0,8 0,08

3 мм JL(KM)

II 2,0 0,20

5 мм ^L

(KM)

III 5,0

мм Щкм)

10,0

20 MM ^L (KM)

Лінії Державної нівелірної мережі I, II, III, IV класів закріплюючі

реперами не рідше ніж через 5 км. Репери - це фундаментально закріплені п.

місцевості пункти з відомими висотами.

Нівелірні мережі в містах, населених пунктах, на геодинамічних полігона>

мають певні особливості, які полягають в тому, що повторне нівелюванні

виконують частіше, ніж в державних мережах, полігони та ходи - коротші, і

репери закладають значно щільніше: I, II класи - через 2-3 км; III, IV класи -

через 300-800 м.

111.2.5.

Нівелірні знаки

Нівелірні знаки називають репером та маркою. Репери класифікують її;

і шунтові, скельні, стінні. Марки закладають тільки у стіни споруд. Головної*

відмінністю між репером і маркою є те місце (точка), висоту якої визначают

ь.

реперів такою точкою є верхній виступ зазвичай сферичної головки репера

Марка має круглий отвір, центр якого і є точкою, висоту якої визначають.

Залежно від важливості та специфічних призначень реперів їх можи:

поділити на:

1. Вікові (ґрунтові та скельні).

2. Фундаментальні (залізобетонні, азбестоцементні, трубчаті (металеві

іа скельні).

3. Звичайні (ґрунтові та стінні).

4. Тимчасові.

Вікові та фундаментальні репери закладають тільки на лініях нівелювати

І іа II класів у місцях перетину цих ліній та на геодинамічних полігонах. Вікон

репери дають змогу вивчати вертикальні рухи земної кори, оскільки ї:

іакладають у корінні породи.

Мі

Розділ II

Літі нівелювання І класу (блтько 1000 KMJ

— фу? —

і і і

III £-

* І І І *

§|і класно

50_км|_

І І І

Ь І І І

1 1

І _

gi ф.—9 ф Q .ф 9 е 5

і ! і І і

}

1V 'Клас\(до 26 кмі _

- - ^—<2—® о 9 9 ^

і і і : і

ф 9 © Q

І І І

& 6—

Нівелювання II класу (до 200 км)

Рис. III. 2.6. Схема послідовного згущення

(заповнення) полігона II класу

нівелірними ходами:

— лінія І класу;

- полігон II класу:

—

полігон III класу;

_ лінія IV класу;

в - репери

Фундаментальні репери забезпе-

чують багаторічне зберігання висотної

основи та дають змогу вивчати рухи

земної поверхні. їх закладають на лі-

ніях І і II класу не рідше ніж через

60 км, а в сейсмічних районах - через

40 км. Фундаментальні репери закла-

дають також поблизу морських, основ-

них річкових та озерних рівневих постів.

Звичайні репери закладають на

лініях I, II, III, IV класів. Ці репери

"звичайними" не називають, просто

ґрунтовими або стінними. Це означає,

іЯо вони не вікові і не фундаментальні.

Призначення тимчасових реперів

зрозуміле з їхньої назви.

Ґрунтові репери закладають

такими способами:

1. Котловинним. Цей спосіб використовують у місцях, де неможливо

використати механізми.

2. Свердловинним. Репер закладають у ґрунт за допомогою бурових

машин.

3. Забиванням безанкерних реперів палезабивними механізмами.

4. Загвинчуванням металевих труб у районах з піщаними та

заболоченими ґрунтами.

Стінні, скельні репери та марки закладають, як правило, бурінням із

застосуванням свердел та бурів або шлямбура. Існує дуже багато різних типів

реперів. Однак, оскільки уся територія України входить у зону сезонного

промерзання грунтів, то, як правило, на теренах нашої країни закладають

репери, призначені саме для таких районів.

Ґрунтові репери закладають у пробурені свердловини діаметром 50 см.

Ґрунтові репери, які закладаються на лініях нівелювання III, IV класів, скла-

даються із залізобетонного пілона у формі паралелепіпеда (рис. ІІІ.2.7) з попе-

речним перерізом 16x16 см та бетонної плити діаметром 48 см, які виготовляють

завчасно. Глибину закладання репера відносно поверхні Землі та межі

промерзання ґрунту показано на рис. III.2.7. Мінімальна глибина закладання

130 см (із висотою якоря). Біля репера на віддалі приблизно 1 м закладають

розпізнавальний стовп. У його верхній частині прикріпляють охоронну пластину,

яка також показана

на

рис. III.2.7. Вона повинна бути повернута в бік репера.

>246

Іінртикальне знімання

100

/ Охоронна

*• / пластина

і '

Межа

промерзання

ґрунту^

Рис.

III. 2.7.

Ґрунтовий репер

Г Ь

ИШЬЇ..^..,.

ч ! —т

Рис.

III. 2.8.

Нівелірні марки, які:

а - закладають у бетон; б - приварюють

до металевої труби

Рис.

III. 2.9.

Стінний репер

247

Розділ II

Посередині бетонної плити (якоря) роблять виїмку розміром 20х20х

СМі

в яку встановлюють залізобетонний пілон. Пілон можна замінити азбесто-

цементною трубою із зовнішнім діаметром не менше ніж 16 см, яку

заповнюють бетоном та арматурою. У верхню грань пілона або труби

зацементовують марку (рис. III. 2.8).

У південній частині зони промерзання грунтів, межа якої проходить по

лінії Ужгород-Харків, використовують якорі заввишки 20 см, у північній -

35 см. Допускають закладення реперів у свердловини діаметром 35 см, але у

такому разі висота якоря повинна становити 50 см у південній та 80 см у

північній частинах зони.

Стінний репер, який закладають на лініях нівелювання III та IV класів,

показано на рис. III. 2.9.

Виконавець робіт, заклавши репери, здає їх на зберігання місцевим

органам влади та підприємствам згідно з відповідним актом.

ІІІ.З. Прилади для геометричного нівелювання

III.3.1. Класифікація нівелірів. Основні осі нівелірів

Для нівелювання використовують прилади, які називаються нівелірами. їх

головна особливість - задавати горизонтальний візирний промінь після вста-

новлення нівеліра в робочий стан.

На рис. ІІІ.З.1 показано схеми сучасних оптичних нівелірів. Нівеліри

складаються з підставки 1 з трьома підіймальними гвинтами (на схемах видно

два гвинти), в яку входить вертикальна вісь обертання нівеліра 2. Зорова труба

схематично показана об'єктивом L\ та окуляром Ь

. Сітка ниток позначена

хрестиком.

Рис.

ІІІ.З. 1.

Схеми сучасних оптичних нівелірів

>248

Ноінінікальне знімання

Нівеліри доцільно класифікувати за трьома ознаками:

а) за точністю;

б) за способом встановлення візирної осі в горизонтальне положення;

в) за способом відлічування шкали нівелірної рейки.

За першою ознакою нівеліри поділяють на три групи:

1. Високоточні - використовуються для нівелювання І та II класів.

2. Точні - застосовуються для виконання нівелювання III та IV класів.

3. Технічні - використовуються для технічного нівелювання.

За другою ознакою нівеліри поділяють на два типи.

Перший тип - це нівеліри, в яких візирна вісь встановлюється горизої

іально за допомогою циліндричного рівня 4, який скріплений із трубої

нівеліра (див. рис. ІІІ.З.

а, б).

Другий тип - нівеліри, в яких лінія візування самостійно встановлюєтьс

горизонтально (рис. ІІІ.З.

в) за допомогою спеціального пристрою ком

пенсатора (номер 9 на рис.

111,3.1,

в). Такі пристрої детально описаи

наприклад, в [ЗО].

Є дві конструкції нівелірів першого типу. У одній з них (рис. ІІІ.З. І, і

груба наглухо скріплена з лінійкою 3. У цих нівелірах візирну nit

встановлюють точно в горизонтальне положення за допомогою циліндричної

рівняв. Інколи такі нівеліри мають сферичні рівні. Сферичний рівень всі;

новлюють на лінійці 3 (на рис. III.2.1, а цей рівень не показано). Ні

призначений для приблизного, попереднього встановлення вертикальної осі VI

и прямовисне положення.

У другій конструкції нівелірів (рис. III. 2.1, б) труба скріплена наглухо

лінійкою 5, яку можна повертати на невеликий кут навколо осі б за допомогої

і-ііеваційного гвинта 7. Вертикальну вісь W\ нівеліра приблизно встановлююі

прямовисно за допомогою сферичного рівня 8. Перед відлічуванням шкали рейк

иізирну вісь точно встановлюють в горизонтальне положення, за допомогої

гисваційного гвинта 7, встановивши горизонтально вісь циліндричного рівня 4.

За методом відлічування рейок нівеліри поділяють на два класи:

1. Оптичні нівеліри.

2. Електронні, цифрові нівеліри.

Під час роботи оптичними нівелірами виконавець відлічує шкали реііо

^комірно. Електронні нівеліри обладнані приладами зарядного зв'язку (1133

які й відлічують шкалу рейки автоматично. Значення відліків висвічуються н

дисплеї і можуть зберігатись у пам'яті електронного нівеліра.

Головними осями нівелірів є:

1) вісь обертання нівеліра (вертикальна вісь);

2) візирна вісь (для нівелірів з циліндричним рівнем);

3) вісь сферичного рівня;

Розділ II

4) вісь циліндричного рівня;

5) лінія візування (для нівелірів з компенсаторами).

Візирна вісь нівеліра - це лінія, що з'єднує центр сітки ниток з центром

об'єктива.

Лінією візування називають пряму, що проходить через центр об'єктива

(його передню головну точку), та проекцію центра сітки ниток на нівелірній рейці.

111.3.2.

Оптичні нівеліри

Розглянемо декілька найпоширеніших оптичних нівелірів.

Нівелір Н-3, зображений на рис. III. 3.2, має збільшення зорової труби

, ціну поділки циліндричного рівня - 15", ціну поділки сферичного рівня -

10', найменшу віддаль візування - 1,8 м.

Фокусувальний Приціл

Окуляр гвинт

\ об'єктив

Зорова труба

Циліндричний

рівень

Виправні гвинти

циліндричного рівня

Трегер

Сферичний

рівень

Елеваційний

гвинт

Закріпний

гвинт

Навідний

гвинт

Пружинна

пластинка

Рис.

111.3.2.

Нівелір Н-3

Відлічування чорної шкали рейки: 0884 мм

Рис.

111.3.3.

Поле зору нівеліра Н-3

та відлік чорної шкали рейки

Попередньо вертикальну вісь приладу

встановлюють прямовисно за допомогою

підіймальних гвинтів і сферичного рівня;

точного суміщення зображень кінців буль-

башки циліндричного рівня добиваються за

допомогою елеваційного гвинта.

Основне призначення нівеліра Н-3 -

виконання нівелювання III та IV класів. На

рис. III. 3.3 зображено поле зору зорової

труби нівеліра Н-3 та зображення у ньому

нівелірної рейки, сітки ниток і кінців буль-

башки циліндричного рівня.

>250

Іїортикальнв

знімання

Перед відлічуішішим шкали рейки за допомогою елеваційпого гвинта

приводять зображення кінців бульбашки циліндричного рівня у контакг (див.

юбраження кінців бульбашки циліндричного рівня в лівій частині поля зору,

наведене на рис. III.3.3).

Нівелір H-10J1. На рис. III.3.4 подано загальний вигляд нівеліра Н-10 JI.

Збільшення його зорової труби 23

, ціна поділки циліндричного рівня - 45",

сферичного - 10', мінімальна віддаль візування - 1,5 м. Зовні цей нівелір

відрізняється від Н-3 розташуванням елеваційного гвинта та дзеркалом

підсвічування циліндричного рівня, а також відсутністю підставки. Замість

і,ставки нівелір прикріплюється до спеціального штатива з кутовою п'яткою,

икц дає змогу нахиляти нівелір, тобто приводити в робочий стан. Якщо такий

нівелір має підставку, то його-шифр 2H-10JI.

Фокусувальний Об єктив

гвинт

Циліндричний

Нннривнігвинт

півня

вин ти

ного

рівня

І і Ґ ні цій ний

.•нинт

Рис.

111.3.4.

Нівелір Н-10Л

Нівелір H-10KJL У маркуванні нівеліра буква К означає компенсатор,

JI лімб (горизонтальний круг).

Компенсатор нахилу дає змогу підвищити точність і продуктивність

праці, оскільки спостерігачу не потрібно встановлювати за допомогою

• исваційного гвинта в контакт зображення кінців бульбашки циліндричного

рівня. Особливо ефективний нівелір H-10KJI на нестійких ґрунтах, але не на

території інтенсивного будівництва, яке спричиняє вібрацію ґрунту і, внаслідок

цього, дрижання компенсатора.

На рис. ІІІ.З.5 зображено загальний вигляд нівеліра H-10KJ1.

Нівелір H-10KJI - це технічний нівелір, оснащений компенсатором та

горизонтальним кругом. Мінімальна віддаль фокусування - 0,5 м. У зоровій

ірубі нівеліра, яка має збільшення 20

, на відміну від інших труб з внутрішнім

фокусуванням, відсутня фокусувальна лінза. Її функції виконує прямокутна

вільно підвішена призма маятникового типу.

251