Геометрическое нивелирование

Геометрическое нивелирование выполняют, используя нивелир и нивелирные рейки. Нивелир – устанавливаемый на штативе прибор, в котором визирный луч приводится в горизонтальное положение. Отсчеты берут по шкалам устанавливаемых вертикально нивелирных реек. Шкалы нанесены на обеих сторонах реек, на одной стороне черная, на другой - красная. Оцифровка шкал на рейках возрастает от пятки рейки вверх. Если на пятке рейки расположен ноль шкалы, то отсчет по рейке равен расстоянию от пятки до луча визирования.

Геометрическое нивелирование выполняют двумя способами - “из середины” и “вперед”.

Рис. 8.1. Нивелирование: а - из середины; б - вперед; ee – исходная уровенная поверхность

Нивелирование из середины – основной способ. Для измерения превышения точки B над точкой A (рис. 8.1 а) нивелир устанавливают в середине между точками (как правило, на равных расстояниях) и приводят его визирную ось в горизонтальное положение. На точках А и В устанавливают нивелирные рейки. Берут отсчет a по задней рейке и отсчет b по передней рейке. Превышение вычисляют по формуле h = a - b.

Обычно для контроля превышение измеряют дважды – по черным и красным сторонам реек. За окончательный результат принимают среднее.

Если известна высота H_A точки А, то высоту H_В точки В вычисляют по формуле

H_B = H_A + h_AB . (8.1)

При нивелировании вперед (рис. 8.1 б) нивелир устанавливают над точкой A с известной высотой и измеряют (обычно с помощью рейки) высоту прибора k. В точке B, высоту которой требуется определить, устанавливают рейку. Приведя визирную ось нивелира в горизонтальное положение, берут отсчет b по рейке. Вычислив превышение h = k – b, по формуле (8.1) находят высоту точки В.

Нивелирование вперед часто применяют на строительной площадке, где на земляных работах, укладке бетона или асфальта и пр. требуется с одной стоянки нивелира определить высоты многих точек. Тогда сначала вычисляют общую для всех точек высоту H_ГИ горизонта инструмента, то есть высоту визирной оси нивелира H_ГИ = H_A + k, а затем – высоты определяемых точек H₁ = H_ГИ - b₁, H₂ = H_ГИ - b₂, …, где 1, 2, … - номера определяемых точек.

Отметим, что при нивелировании вперед отсчеты берут только по черной стороне рейки, где ноль шкалы совмещен с пяткой рейки.

Если точки А и В, расположены так, что измерить между ними превышение с одной установки нивелира невозможно, превышение измеряют по частям, то есть прокладывают нивелирный ход (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Нивелирный ход

Превышения вычисляют по формулам (см. рис. 8.2):

h₁ = a₁ - b₁;

h₂ = a₂ - b₂;

h₃ = a₃ - b₃;

Превышение между конечными точками хода А и В равно сумме вычисленных превышений

h_AB = h₁+ h₂ + h₃,

а высота точки В определится по формуле (8.1).

Нивелиры

Отечественная и зарубежная промышленность выпускает приборы различной конструкции и точности.

По устройству различают следующие типы нивелиров.

Нивелиры с уровнем при трубе снабжены точным цилиндрическим уровнем, приводимым для измерений вместе со зрительной трубой в горизонтальное положение вручную. Нивелирами с уровнем при трубе являются нивелиры российского производства Н-3, Н-05, 3Н-5Л и др.

Нивелиры с компенсатором углов наклона отличаются наличием устройства, автоматически приводящего визирную ось зрительной трубы в горизонтальное положение. Компенсатор работает в пределах 12 - 15¢, поэтому прибор предварительно устанавливают в рабочее положение по круглому уровню. Такими нивелирами являются Н-3К, 3Н-2КЛ и др.

Нивелиры с оптическим микрометром (например, нивелир Н-05) имеют перед объективом стеклянную пластину, повороты которой смещают луч света параллельно самому себе. Это позволяет наводить визирную ось точно на штрих рейки. Величина смещения измеряется оптическим микрометром, чем достигается высокая точность отсчета по рейке.

Лазерные нивелиры излучают видимый пучок света. Отсчет берут по световому пятну на рейке.

Цифровые нивелиры автоматически формируют отсчет по рейке, шкала которой представляет собой штриховой код. Снабжены компенсатором углов наклона. Отсчеты по рейкам регистрируются на магнитном носителе. Примером такого прибора является нивелир SDL30M, Япония.

По точности нивелиры делят на высокоточные, точные и технические в зависимости от величины средней квадратической погрешности m_h измерения превышения на 1 км двойного хода (табл. 8.1).

Таблица 8.1