В статье разморены вопросы нивелирования, последовательность работы на станции при техническом нивелировании, тригонометрическое нивелирование, сущность гидростатического нивелирования
4.1. Назовите главное условие нивелира с цилиндрическим уровнем.
Главное условие нивелира с элевационным винтом: визирная ось зрительной трубы (линия, соединяющая центр объектива и центр сетки нитей) должна быть параллельна оси цилиндрического уровня (касательной к внутренней поверхности ампулы уровня, проведенной вдоль его длины через пузырек, при нахождении пузырька в нуль – пункте).
Главное условие в нивелире Н-3 (НИ-3) исправляется вертикальными юстировочными винтами цилиндрического уровня, при этом сначала примерно на полуоборота шпилькой ослабляется один из боковых котировочных винтов. Затем ослабляется один из вертикальных винтов, после чего другой вертикальный винт на столько же поджимается. После совмещения концов пузырька уровня оба вертикальных винта и предварительно ослабленный горизонтальный винт должны быть затянуты. Повторно выполняется поверка главного условия.
Рис. 4.1. Оптическая схема нивелира Н-3:
1 — объектив; 2 — фокусирующая линза; 3 — сетка нитей; 4 — окуляр; 5 — ампула
уровня; 6 — пузырек цилиндрического уровня; 7 — блок из двух сфеноидов типа БМ-90″; 8 — призма АР-90°; 10 — микрообъектив; 9 и 11 – ромб — призмы БС-0°
4.2. Какова последовательность работы на станции при техническом нивелировании?
Ход технического нивелирования начинают и заканчивают на пунктах более высокого класса. По форме такие ходы бывают разомкнутыми или замкнутыми. Ход прокладывают в одном направлении.
Нивелир устанавливают по возможности на равных расстояниях от передней и задней реек. 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 hср. 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 fh, которую вычисляют по формулам:
— в разомкнутом ходе
fh = ? hср — (Hкон — Hнач) (4.1)
— в замкнутом ходе
fh = ? hср . (4.2)
Здесь Shср — сумма средних превышений в ходе; Hкон и Hнач — высоты конечного и начального реперов.
Невязка fh 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 ?h = — fh /n, где n – число превышений в ходе. Поправками исправляют измеренные превышения: . Используя исправленные превышения, последовательно вычисляют отметки всех точек нивелирного хода.
Hi+1 = Hi + (i = 1, 2, …, n) (4.3)
4.3. Как вычисляют превышение при тригонометрическом нивелировании, если длина линии измерена нитяным дальномером?
Тригонометрическое нивелирование – определение превышений по измеренным вертикальным углам и расстояниям.
Для определения превышения между точками А и B (рис. 4.2) 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, (4.4)
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 (4.4) получаем h = Kn cos2n tg n +k – l и окончательно
h = Kn sin2n + k – l (4.5)
Рис. 4.2. Тригонометрическое нивелирование
Формула (4.5) находит применение при тахеометрической съемке местности и носит название тахеометрической формулы для превышений.
4.4. В чем сущность гидростатического нивелирования?
Гидростатическое нивелирование дает широкие возможности автоматизации измерений и получения непрерывной информации о высотном положении наблюдаемых объектов. Гидростатическое нивелирование применяют:
— при нивелировании фундаментов и монтаже крупногабаритного оборудования;
— для контроля укладки крупных блоков, перемычек и панелей междуэтажных перекрытий;
— при устройстве облицовки, при отделочных и архитектурных работах;
— при работах по укладке полов и монтаже внутреннего сантехнического оборудования;
— при монтаже оборудования и трубопроводов в котельных и промышленных цехах;
— для измерения отклонений от горизонтальности и прямолинейности направляющих большой длины;
— при монтажных работах на строительстве шахт и метро;
— при наблюдениях за осадками и деформациями опор мостовых кранов, опор транспортных мостов и других сооружений, подвергающихся действию динамических нагрузок, а также за осадками зданий и сооружений, особенно таких уникальных, как ускорители заряженных частиц;
— при строительстве самотечных канализационных коллекторов с малыми уклонами;
— при передаче высот через крупные водные преграды;
— для создания стационарной аппаратуры для наблюдения за деформациями крупных сооружений, тектоническими движениями земной коры, для передачи высот через крупные водные преграды и т. п.
Гидростатическое нивелирование основано на том, что свободная поверхность жидкости в сообщающихся сосудах находится на одном уровне. Гидростатический нивелир состоит из двух стеклянных трубок, вставленных в рейки с делениями, соединённых резиновым или металлическим шлангом и заполненных жидкостью (вода, диметилфталат и т.п.). Разность высот определяют по разности уровней жидкости в стеклянных трубках, причём учитывают различие температуры и давления в различных частях жидкости гидростатического нивелира. Погрешности определения разности высот этим методом составляют 1-2 мм.
Гидростатическое нивелирование — выравнивание с помощью жидкости, свободная поверхность которой всегда устанавливается нормально к направлению силы тяжести и в сообщающихся сосудах располагается на одном уровне, независимо от массы жидкости и поперечных сечений сосудов.
Основное уравнение гидростатики:
p = p0 + ?z (4.6)
Величина р гидростатического давления в какой-либо точке М (рис. 4.3а) жидкости с объемным весом ? определяется давлением р0 над поверхностью жидкости и глубиной z погружения этой точки. Следовательно, в покоящейся жидкости давление во всех точках одной и той же уровневой поверхности одинаково.
Рис. 4.3 Гидростатическая система
а) к определению гидростатического давления в точке М; б) сообщающиеся сосуды
Пусть имеются два сообщающихся сосуда 1 и 2 (рис. 4.3б), заполненных жидкостями с различными значениями ?1 и ?2 объемного веса; давления на поверхностях жидкостей в сосудах соответственно р01 и р02.
Если z1 и z2 — высоты свободных поверхностей жидкостей над поверхностью I-II их раздела в одном из сосудов, то в соответствии с основным уравнением гидростатики гидростатическое давление в плоскости I-II:
р = р01 + ?1z1. (4.7)
С другой стороны, учитывая глубину z2 погружения поверхности I-II под уровнем жидкости в сосуде 2, получим:
р = р02 + ?2z2. (4.8)
Приравняв правые части (3.20) и (3.21), найдем уравнение равновесия жидкостей в сообщающихся сосудах:
р01 + ?1z1 = р02 + ?2z2, (4.9)
При равенстве давлений р01 и р02 на свободных поверхностях жидкостей в сосудах ?1z1 = ?2z2, откуда
?1/?2 = z2/z1. (4.10)
Если сосуды заполнены однородной жидкостью с одинаковыми значениями объемного веса (?1 = ?2), то поверхности жидкости в этих сосудах устанавливаются на равных высотах z1 = z2, отсчитываемых в данном случае от любой произвольно выбранной горизонтальной плоскости сравнения, и могут служить при нивелировании горизонтальной визирной плоскостью.