Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Конспект лекции - Инженерная геодезия - файл ПГС1-лк.с.12-24.doc


Конспект лекции - Инженерная геодезия
скачать (333.7 kb.)

Доступные файлы (7):

ПГС1-лк.с.12-24.doc349kb.03.07.2008 21:15скачать
ПГС1-ЛК.с.1-4.doc93kb.03.07.2008 21:15скачать
ПГС1-ЛК.с.25-31.doc150kb.03.07.2008 21:15скачать
ПГС1-ЛК.с.32-40.doc283kb.03.07.2008 21:15скачать
ПГС1-ЛК.с.41-50.doc304kb.03.07.2008 21:15скачать
ПГС1-ЛК.с.5-11.doc192kb.03.07.2008 21:15скачать
ПГС1-ЛК.с.51-63.doc358kb.03.07.2008 21:15скачать

содержание
Загрузка...

ПГС1-лк.с.12-24.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
-12 -

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ СЪЕМКИ


Тема 4. УГЛОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ


    1. Принцип измерения горизонтального угла. Теодолиты



Принцип измерения горизонтального угла. Пусть угол АВС на местности, горизонтальная проекция которого получена проектированием направлений ВА и ВС отвесными плоскостями Q на горизонтальную плоскость Р, рис.16. Если над вершиной В измеряемого угла установить



градуированный круг ^ L (круговой транспортир) параллельно плоскости Р, то проекция угла АВС на плоскость L также будет горизонтальным углом . Подписав деления круга L по часовой стрелке, получим измеряемый угол как разность отсчетов =а–с. Данная схема измерения горизонтального угла реализована в теодолитах.

Теодолиты. Первый угломерный прибор Герона, 6 век до н. э., состоял из круга, окружность которого разделена на 360 частей, - лимба. В центре лимба вращалась линейка – алидада, на которой закреплены диоптры (приспособления для наведения на точки местности) и штрихи для отсчета по лимбу – отсчетные устройства. Центр лимба устанавливался над вершиной угла по отвесу – центрирование прибора.



В настоящее время теодолиты различаются по точности измерения углов и конструктивным особенностям. Согласно ГОСТ 10529 – 86 г. теодолиты подразделяются на технические – Т30, Т15, точные – Т5, Т2, высокоточные (прецизионные) – Т1, Т0.5. Цифра – средняя квадратическая погрешность измерения угла одним приемом в лабораторных условиях в секундах. В строительстве применяются технические и точные теодолиты.

В последние годы выпускаются теодолиты 2-го, 3-го и 4-го поколений. Например, 2Т30, 2Т30М, 4Т5КП (2, 4 - базовые модели, М – маркшейдерский, К – компенсатор, П – прямое изображение трубы). В теодолитах Т15, Т5 для измерения вертикальных углов установлен дополнительный уровень, а в теодолитах Т15К, Т5К – компенсатор для приведения алидады вертикального круга в горизонтальное положение автоматически при угле наклона не превышающем 2, что ускоряет процесс измерения вертикальных углов. Зрительная труба с прямым изображением более удобна в работе, чем труба с обратным изображением.

В теодолитах любой конструкции должны быть уровни и подъемные винты для приведения лимба в горизонтальное положение. Закрепительные винты лимба, алидады и зрительной трубы для закрепления их при взятии отсчетов. Наводящие (микрометренные) винты лимба, алидады и зрительной трубы для повышения точности наведения на точки местности, приспособления для центрирования.


    1. Основные части теодолита, их метрологические характеристики


Зрительная труба. В современных приборах применяются зрительные трубы с внутренней фокусировкой. Труба состоит из окуляра, объектива, фокусирующей линзы в середине трубы, которая перемещается при фокусировании кремальерой, и сетки нитей, установленной в окулярной части трубы, рис.17.

Вертикальные нити а, а служат для измерения горизонтальных углов, горизонтальная нить в - для измерения вертикальных углов, горизонтальные штрихи d (дальномерные нити) - для измерения расстояний. Сетка нитей может смещаться горизонтально при помощи исправительных винтов 1 и вертикально – винтами 2.



-13 -

Линия, соединяющая центр сетки нитей и центр объектива, называется визирной осью трубы.

Основной метрологической характеристикой зрительной трубы является увеличение трубы v , которое определяет точность визирования: mv = 60 / v. Чем больше v , тем точнее визирование, (разрешающая способность глаза в угловой мере 60). В теодолитах Т30 v = 18, T15, T5, T2 v = 25, T1 v=40. Таким образом, в технических и точных теодолитах средняя квадратическая погрешность визирования mv = 2.5 - 3.


Уровни. В теодолитах применяются цилиндрические уровни, рис.18. Верхняя точка называется нуль-пунктом. От нее вправо и влево нанесены штрихи, расстояния между которыми 2 мм. Угловая величина 2 мм называется ценой деления уровня. Она зависит от радиуса R кривизны внутренней поверхности ампулы. Чем больше R, тем меньше , тем точнее уровень. В теодолитах Т30, Т15 - = 45, Т5 - = 30, Т2 - = 10. Касательная uu1 к внутренней поверхности ампулы в нуль-пункте называется осью уровня. При положении пузырька уровня на середине (концы пузырька уровня симметричны нульпункту) ось уровня uu1 горизонтальна.



^ Отсчетные устройства. Отсчетные устройства служат для оценки долей деления лимба. Они бывают штриховыми, шкаловыми микроскопами и оптическими микрометрами, рис.19.


В теодолитах Т30 наименьшее деление лимба, называемое ценой деления, l= 10, рис.19, а. Отсчет производится по неподвижному штриху алидады с оценкой деления лимба на глаз: 250 25.





В теодолитах 2Т30 (2Т30П) l = 10, на алидаде шкала в 10 разделена на 12 частей, цена деления шкалы 5, на глаз оценивается 1/5 деления шкалы: 25012, рис.19, б. В теодолитах 2Т30М, Т15, Т5 l=10. Шкала на алидаде в 10 разделена на 60 частей. Цена деления шкалы 1. Отсчет в теодолитах Т5 производится до десятых долей минуты: 25017.5, рис.19, в. В теодолитах 4Т15П, рис.19, г, l=10 . Оптическим микрометром наводят подвижной биссектор (утолщенные штрихи) на штрих лимба и записывают номер штриха лимба и плюс отсчет по микрометру: 32305525''.




Рис.19: а – штриховой микроскоп; б, в – шкаловые микроскопы ; г - оптический микрометр








^ Эксцентриситет алидады. В соответствии с рис.16, центр вращения алидады А должен совпадать с центром С делений лимба. В практике это условие не выполняется. Несовпадение А и С, рис.20, называется эксцентриситетом алидады. Линейный элемент эксцентриситета е величина не большая. Так в серии теодолитов Т30 может быть е=0.02 мм. Но при радиусе лимба r=35 мм погрешность в отсчете х=2. При точности отсчета 1 эта величина существенная и пренебрегать влиянием эксцентриситета алидады нельзя. Если брать отсчеты М и N по диаметрально противоположным штрихам алидады, то правильные отсчеты M=M - x, N= N+x, откуда следует что (M + N)/2 = (M + N)/2 - среднее арифметическое из отсчетов по диаметрально противоположным штрихам алидады свободно от влияния эксцентриситета алидады.




-14 -

В оптических теодолитах Т30, 2Т30, Т15, Т5 применяется односторонняя система отсчетов, (штрих или шкала на одном конце алидады). Для исключения влияния эксцентриситета алидады измерения ведутся на диаметрально противоположных частях лимба – при круге лево (КЛ) и круге право (КП). Средне из измерений исключает погрешность за эксцентриситет алидады.

^ Приспособления для центрирования. Установка центра лимба над вершиной измеряемого угла (центрирование теодолита) и визирной цели в определяемой точке производятся при помощи нитяного отвеса, механического центрира, оптического центрира, рис.21.



Простейший прибор для центрирования – нитяный отвес, рис.21, а. Погрешность центрирования в безветренную погоду порядка 5 мм (при ветре порядка 1-2 см).

Механический центрир, рис.21, б. Острие телескопической штанги 1 совмещают с точкой В местности. Теодолит, скрепленный с верхним концом штанги, перемещают по головке штатива до тех пор, пока пузырек круглого уровня 2 на штанге не установится в






нульпункте. Погрешность центрирования 1-2 мм.

Более точное центрирование достигается оптическим центриром, рис.21, в. Оптические центриры вмонтированы в подставки теодолитов Т15, Т5. Алидада теодолита приводится в горизонтальное положение по цилиндрическому уровню. Луч, идущий от точки В, призмой 1 преломляется на 900 и через объектив 2 , сетку нитей 3 и окуляр 4 идет к глазу наблюдателя. После фокусировки в поле зрения центрира видны точка В и крест сетки нитей. Передвигают по головке штатива подставку теодолита до совмещения креста сетки нитей с точкой В. Погрешность центрирования порядка 0.5 мм

В соответствии с применяемым прибором для центрирования и расстоянием d от теодолита до визирной цели можно рассчитать в угловой мере погрешность центрирования mц и установки визирной цели mр , которую называют погрешностью редукции: mц = mр = (mц / d) . Так при d = 50 м, mц=5 мм (нитяный отвес в безветренную погоду) mц =20. Если центрирование теодолита и визирной цели производится оптическим центриром, то mц = mр = 2.

    1. Поверки и юстировки теодолита

Взаимное положение основных осей теодолита должно соответствовать геометрическим условиям в соответствии с принципом измерения горизонтального угла: вертикальная ось прибора должна быть отвесной, плоскость лимба горизонтальной, визирная плоскость вертикальной.

Для соблюдения этих условий выполняют поверки и юстировки (исправления) теодолита.


!.Ось уровня uu1 должна быть перпендикулярна вертикальной оси вращения теодолита tt1 , рис.22. Устанавливают уровень по направлению двух любых подъемных винтов и, действуя ими, приводят пузырек на середину. Поворачивают алидаду на 900 и третьим винтом приводят пузырек уровня на середину. Вращают алидаду на 1800 . Если пузырек уровня отклонился от нульпункта не более чем на 1.5 деления, то условие выполнено. В противном случае исправляют положение уровня при помощи его исправительных винтов.







2. ^ Вертикальная нить сетки aa1 должна быть параллельна оси теодолита tt1, рис.23. Только в этом случае отсчеты по лимбу при наведении любой точкой нити aa1 на визирную цель будут одинаковы. Это условие необходимо для удобства работы при измерении углов. Наводят нить aa1 на нить отвеса. Если нить отвеса не выходит за пределы биссектора, то условие выполнено. В противном случае исправляют положение нити aa1 поворотом всей окулярной системы.



-15 –


3^ . Визирная ось трубы vv1 должна быть перпендикулярна горизонтальной оси вращения трубы HH1 , рис.24. Только в этом случае визирная ось трубы опишет плоскость, которая называется коллимационной. Угол, на который отклоняется ось vv1 от перпендикуляра к HH1 , называется коллимационной погрешностью c. Для определения с визируют на точку местности при круге лево и круге право. Вычисляют c = (Л – П 1800 ) / 2, где Л и П – отсчеты по горизонтальному кругу при КЛ и КП. Поворачивают лимб на 1800 и опять визируют на ту же точку при КЛ и КП. Снова вычислют с. Среднее значение с и будет являться коллимационной погрешностью. Если с2, то необходимо исправить положение сетки нитей. Для этого вычислить правильный отсчет N= Л + с (или N = Л – с). Установить его на лимбе и боковыми винтами сетки нитей совместить центр сетки с точкой местности.




4. Горизонтальная ось вращения трубы HH1 должна быть перпендикулярна оси вращения прибора tt1 , рис.25 . Только в этом случае коллимационная плоскость будет отвесной. Устанавливают теодолит вблизи высокого предмета. Вверху выбирают точку М, так чтобы угол наклона визирной оси был в пределах 250  350. При отвесном положении оси tt1 проектируют точку М при КЛ и КП на линейку, расположенную внизу горизонтально и перпендикулярно визирной оси. Если проекции расходятся на величину не более двойной ширины биссектора, то условие выполнено. Исправление производится в заводских условиях или в специальной оптико-механической мастерской. При выполнении работ при КЛ и КП влияние наклона оси вращения трубы исключается.


    1. Измерение горизонтальных углов. Точность измерения



В строительстве в основном применяют способ совмещения нулей лимба и алидады и способ приемов.

^ Способ совмещения нулей лимба и алидады, рис.26. На лимбе устанавливают отсчет 00 и вращением лимба визируют на левую точку С. Открепляют алидаду, визируют на правую точку А, по лимбу берут отсчет а , который и будет равен углу . Применяют способ при съемочных работах (измерение полярных углов на точки местности). Точность измерений 5.




^ Способ приемов, рис.27. Закрепляют лимб в произвольном положении. При КЛ визируют на левую точку С, по лимбу берут отсчет с , затем визируют на правую точку А, по лимбу берут отсчет а. Вычисляют угол =а-с. Это измерение составляет один полуприем. Для исключения грубых и систематических погрешностей измеряют угол вторым полуприемом. Для этого переводят трубу через зенит (положение КП), сбивают лимб на 1 – 20 и снова визируют на точки С и А. Среднее из КЛ и КП составляет один прием.



Техническими теодолитами с односторонней системой отсчетов принято измерять угол двумя приемами с перестановкой лимба на 900. Расхождение между приемами допускается 2. За окончательный результат берут среднее из приемов. Предельная погрешность не превысит 1.

Полная расчетная формула точности измерения горизонтальных углов m2=m2+ m2отсч+m2ц+ m2р, где m - погрешность визирования, mотсч - погрешность отсчетного приспособления, mц и mр – погрешности центрирования и редукции. Предельная погрешность 3 m.


-16 -

    1. Измерение вертикальных углов


Вертикальные углы измеряются от горизонтальной линии до направления на точку местности, называемыми углами наклона : вверх – с плюсом, вниз – с минусом. Изменяются в пределах -900 900, рис.28. Вертикальный круг для измерения углов наклона состоит из лимба, алидады и уровня. Лимб жестко скреплен со зрительной трубой и вращается вместе с ней. Нулевой диаметр лимба параллелен визирной оси трубы. Алидада при вращении трубы остается неподвижной.


Нулевой диаметр алидады приводится в постоянное положение по уровню. В теодолитах серии Т30 для этого используется уровень при горизонтальном круге. В теодолитах Т15, Т5 при алидаде вертикального круга свой уровень, пузырек которого приводится в нуль-пункт перед отсчетом специальным винтом алидады. В теодолитах Т15К, Т5К вместо уровня при алидаде установлен компенсатор.

В соответствии с устройством вертикального круга должно быть выполнено условие: при



горизонтальном положении визирной оси трубы и положении пузырька уровня в нульпункте отсчет по лимбу должен быть 00. Однако это условие абсолютно точно не выполняется. Отклонение от 00 называется местом нуля (МО) вертикального круга.

Формулы вычисления углов наклона зависят от оцифровки лимба. В теодолитах серии Т30 деления лимба оцифрованы от 00 до 3600 против часовой стрелки. При наведении на точку местности М при круге лево (КЛ) угол наклона =КЛ–МО. Если перевести трубу через зенит и снова навести на точку М при круге право, то получим =МО–(КП–1800). Производные от формул: =[КЛ–(КП–1800)]/2; МО=[КЛ+(КП–1800)]/2.

В теодолитах 2Т30, 2Т15К, 2Т5К деления лимба подписаны от 0 до 750 в обе стороны – по ходу и против хода часовой стрелки. Причем деления, подписанные по ходу часовой стрелки, сопровождаются знаком минус. В этих приборах вычисления углов наклона ведут по формулам:

= КЛ – МО; = МО – КП; = (КЛ – КП) /2; МО = (КЛ + КП) /2.

При положительных углах наклона отсчеты при КЛ имеют знак плюс, а при КП знак минус. При отрицательных углах наклона, наоборот: при КЛ знак минус, при КП знак плюс.

Контроль измерений вертикальных углов ведется по постоянству МО. Расхождения в МО на станции не должны превышать двойной точности отсчетного устройства..

^ Исправление МО вертикального круга. При больших значениях МО возникают трудности при вычислении углов наклона. Поэтому МО приводят к значению, близкому к 00. В теодолитах серии Т30, у которых используется один уровень при алидаде горизонтального круга, поступают следующим образом. Визируют при КП и КЛ на точку и вычисляют угол наклона . При положении пузырька уровня в нульпункте наводящим винтом трубы на лимбе устанавливают отсчет равный углу наклона (при круге лево КЛ=). При этом горизонтальная нить сетки сойдет с точки. Перемещением сетки нитей ее вертикальными исправительными винтами совмещают горизонтальную нить сетки с точкой.

В теодолитах Т15, Т5, у которых имеется уровень при вертикальном круге, поступают по-другому. Наводящим винтом трубы на лимбе устанавливают отсчет равный МО. При этом визирная ось трубы займет горизонтальное положение. Установочным винтом уровня вертикального круга совмещают нуль алидады с нулем лимба. Пузырек уровня уйдет из нульпункта. Исправительными винтами уровня приводят пузырек уровня в нульпункт.

Устройство теодолита, поверки теодолита, измерение горизонтальных и вертикальных углов изучаются на практических занятиях.


-17 -

Тема 5. ЛИНЕЙНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ


5.1. Мерные приборы и условия измерений. Компарирование


В строительстве преимущественно применяют при линейных измерениях землемерные ленты (ЛЗ) и рулетки стальные (РС).

Ленты штриховые ЛЗ-20. На концах ленты нанесены штрихи, номинальное или проектное расстояние, между которыми L0 = 20 м. Наименьшее деление 10 см. Сантиметры оцениваются на глаз. Погрешность отсчета 1.5 см.

^ Ленты шкаловые ЛЗШ-20. На концах ленты укреплены шкалы длиной 10 см с миллиметровыми делениями. Расстояние между нулями шкал L0 =20 м. Погрешность отсчета по шкале 0.5 мм. Применяются при измерениях с повышенной точностью.

На строительных объектах применяются рулетки номинальной длины L0 = 10, 20, 30, 50 метров с нанесенными сантиметровыми делениями. Погрешность отсчета 1.5 мм. В некоторых рулетках конечные дециметровые деления разделены на миллиметры. Погрешность отсчета 0.5 мм. Рулетки, изготовленные из обычной плоской стальной ленты с травлеными штрихами, подвержены коррозии. Более долговечны рулетки из нержавеющей стали. Новейшие типы рулеток крашенные, или покрыты белой эмалью, или с пластиковым покрытием, или изготовлены на основе стекловолокна с пластиковым покрытием. Последние менее чувствительны к изменениям температуры и выдерживают натяжение силой более 100 кг.

При линейных измерениях ленты (рулетки) последовательно укладывают в створе измеряемой линии и в конце измеряют остаток с отсчитыванием по миллиметровым, сантиметровым или дециметровым шкалам. Укладка мерного прибора в створ измеряемой линии производится по теодолиту или на глаз. Погрешность отклонения конца ленты от створа по теодолиту 0.5 см, на глаз - 6 см. При укладке ленты на глаз створ измеряемой линии обозначается дополнительными вешками через каждые 100 м или чаще при измерениях в пересеченной местности. Обозначений створа линии вешками называется вешением.

Перед укладкой ленты створ измеряемой линии расчищают от посторонних предметов. При измерениях с повышенной точностью створ выравнивают лопатой или при разбивочных работах на строительной площадке устраивают дощатый настил.

Фиксация концов ленты (рулетки) может производиться шпильками (средняя квадратическая погрешность фиксации mф = 1.5 мм), карандашом на поверхности бетона (mф = 1.0 мм), кернением или ножом на поверхности металлической пластины (mф = 0.2 мм).

Для приведения измеряемой линии к горизонту измеряют угол наклона теодолитом или превышение концов линии нивелиром. При измерениях в пересеченной местности линию разбивают на участки с примерно равными уклонами и измеряют углы наклона или превышения на каждом участке.

Фактическая длина L мерного прибора отличается от номинала L0 на несколько миллиметров и изменяется с изменением температуры. Перед производством линейных измерений необходимо определить фактическую длину L при конкретной температуре t0 . Этот процесс называется компарированием. Компарирование можно выполнить последовательной укладкой штрихового метра, наименьшее деление которого 0.2 мм. Точность компарирования 20-м ленты (рулетки) mk = 0.6 мм. Можно прокомпарировать сравнением рабочей ленты с эталонной или на полевом компараторе. Длина компаратора Dk (обычно 120 м), определенная с высокой точностью (например, светодальномером), измеряется рабочей лентой многократно. Вычисляется среднее значение Dp и поправка за компарирование Lк в длину ленты (рулетки): Lк=(Dк-Dр)/n, где n – число укладок рабочего мерного прибора. Погрешность компарирования 20-м ленты (рулетки) mк = 3.0 мм.

При компарировании измеряют и записывают температуру t0. Натяжение ленты (рулетки) производят через динамометр с силой P0 = 10 кг. По результатам компарирования записывают уравнение рабочей ленты: L = L0 + Lк + L0(tизмt0 ) при натяжении P0 = 10 кг, где tизм – температура воздуха при измерении, =12*10-6 - коэффициент теплового расширения стали. При измерении натяжение делается примерно равным 10 кг либо от руки, либо через динамометр.


-18 -

Условия измерений зависят от нормативной точности 1/N и даны в СНиП 3.01.03-84. Нормативные относительные погрешности не должны превышать: 1/1000 (10 см на 100 м длины) – земляные сооружения, 1/3000 – для зданий до 5 этажей, 1/5000 – для зданий от 5 до 16 этажей, 1/10000 – для зданий выше 16 этажей или промышленных предприятий повышенной точности монтажа (например, АЭС). Так при 1/N = 1/1000 погрешность компарирования 3 мм, уложение в створ на глаз, разность температур (tизм – t0) не учитывается, натяжение прибора от руки, один отсчет при измерении остатка, концы ленты (рулетки) фиксируются шпильками или гвоздями, превышение концов на глаз. При нормативной точности 1/N =1/5000 погрешность компарирования 0.6 мм, уложение в створ по теодолиту, учитывается разность температур (tизм – t0), натяжение прибора через динамометр, две пары отсчетов при измерении остатка, концы фиксируются карандашом на гладкой поверхности бетона, превышения концов прибора определяются нивелиром. Более жесткие условия чем при точности 1/N=1/1000.


^ 5.2. Измерение линий мерными приборами. Контроль измерений


Измерение в общем ведется по наклонной поверхности, рис.29.


В створе линии ^ AB последовательно укладывают n раз мерный прибор, фиксируя концы шпильками 1, 2,...,n (или другим способом в соответствии с условиями измерений), и в конце измеряют остаток r0. Длину линии АВ приближенно вычисляют по номинальным значениям мерного прибора D0 = n L0 + r0,

Для приведения длины линии АВ к горизонту измеряют угол наклона или превышение h . Если предусмотрено программой измерений, то в приближенное значение D0 вводят поправки за компарирование и температуру: D = D0 + D0 Lk / L0 + D0 (tизмt0 ).

По наклонному расстоянию D вычисляют горизонтальное проложение d на МК: d=D Cos .

Или в расстояние D вводят поправку за превышение: h2=D2d2=(D+ d) (Dd) , приняв (D+d) 2D, получим (Dd) = h2 / 2D и d = Dh2 / 2D. Решить задачу можно без МК.

Для контроля измерений и повышения точности длины линий измеряют в прямом направлении от А к В (Dпр) и независимо в обратном направлении от В к А (Dобр ). Расхождение между двумя измерениями D = (DпрDобр) не должно превышать, в соответствии с теорией погрешностей, доп.D = (1/ N) D, где 1/N - нормативная точность в соответствии со СНиП. Так при 1/N= 1/1000, 1/3000, 1/5000 доп.D/D = 1/800, 1/1500, 1/2000. Если D превышают допустимые, то измерения повторяют. При допустимости D вычисляют средние значения Dср=(Dпр+ Dобр) / 2,

которые и берутся в дальнейшую обработку.

^ 5.3. Нитяный дальномер



Для измерения небольших расстояний с относительной погрешностью не превышающей 1/300 при производстве съемочных работ применяются нитяные дальномеры, имеющиеся в зрительных трубах теодолитов. Схема измерения расстояний нитяным дальномером на рис. 30.

В точке ^ А устанавливается теодолит, в точке В - отвесно рейка с сантиметровыми делениями. Визирная ось трубы vv перпендикулярна рейке. Лучи от верхней и нижней




-19 -

дальномерных нитей, пройдя через объектив, и передний фокус ^ F , пересекут рейку в точках в и н. По отрезку на рейке n=н-в (разность отсчетов по дальномерным нитям) и малому углу , называемым параллактическим, решается задача по определению расстояния D: D=D’+c; D’=(n/2)ctg(/2)=(n/2)/tg(/2)= n / =K n; D=Kn+c, где с–расстояние от оси прибора до переднего фокуса F, (постоянная слагаемая дальномера, величина малая), К= / –называется коэффициентом дальномера,  =3438.

В теодолитах дальномерные нити в и н наносятся на сетку нитей симметрично средней нити v так, чтобы параллактический угол = 34.38 и постоянное слагаемое с=0. Тогда расстояние D = K n, где коэффициент дальномера К = 100, что удобно для вычисления расстояний: 1 см на рейке соответствует 1 м расстояния. D=Kn принято называть дальномерным расстоянием.

Формула D = K n выведена для случая, когда визирная ось трубы перпендикулярна рейке. На практике это условие не выполняется из-за наклона измеряемой линии АВ. При углах наклона ≥ 30 горизонтальное проложение d вычисляется по формуле: d = D cos2 .

Точность измерений нитяным дальномером зависит от точности дальномерного отсчета n .При благоприятных условиях измерений для расстояний 100 м (n=100 см) погрешность определения n составит 3 мм и относительная погрешность определения расстояния mD/D=1/300. Таким образом, точность измерения расстояний нитяным дальномером на порядок ниже точности измерений лентами и рулетками. Поэтому применение нитяного дальномера ограничивается съемочными работами (при съемке ситуации и рельефа для составления топографических планов).


^ 5.4. Определение неприступных расстояний. Понятие о светодальномерах


На практике могут встречаться случаи, когда измеряемые линии пересекают овраги, речки, котлованы и другие препятствия. Непосредственно лентами (рулетками) измерить нельзя. Точность измерений нитяным дальномером недостаточна. Такие линии называются неприступными.

Для определения неприступного расстояния АВ = d, рис.31, выбирают вспомогательную точку С так, чтобы треугольник АВС был примерно равносторонним. Измеряют мерным прибором два раза AC = b, называемым базисом, и теодолитом все три угла. Контроль измерений по угловой невязке f =  - 1800. Если f доп.f = 1 = 1 = 1.7 , то углы измерены правильно и их уравнивают: урав = изм - f/3.








По уравненным углам вычисляют длину линии d по формуле синусов: d = b sin2 / Sin3 .

Для контроля и повышения точности длину линии d определяют второй раз независимо: строят новый базис, измеряют при нем углы, вычисляют d. Если d= (d1измd2изм ) d , где 1/N – нормативная точность измерений, вычисляют среднее значение.

Процесс линейных измерений лентами и рулетками трудоемкий. Существенное облегчение линейных измерений при высокой точности их дают применение светодальномеров. Светодальномер устанавливают в начальной точке линии – в конечной точке призменный отражатель. Труба наводится на отражатель, нажимается кнопка запуска и измерения производятся автоматически по заданной программе: управление, вычисления и контроль решаются с помощью встроенной микроЭВМ. Через несколько десятков секунд на цифровом табло высвечивается расстояние до 1 мм.

Наибольшее распространение в строительном производстве нашли светодальномеры повышенной точности для измерения коротких расстояний от 0.3 до 3 км с погрешностью около 2 мм и светодальномеры с дальностью действия 1-3 км с погрешностью измерения расстояний около 20 мм. Последние применяются при топографических съемках и называются светодальномерами топографическими.

^

-20 -

Тема 6. НИВЕЛИРОВАНИЕ



6.1. Геометрическое нивелирование


Геометрическим нивелированием называется измерение превышений при помощи горизонтального луча, который строится нивелиром. Принципиальная схема устройства нивелира: параллельность визирной оси трубы и оси цилиндрического уровня. При положении пузырька уровня в нульпункте визирная ось трубы горизонтальна. В строительстве геометрическое нивелирование – основной вид измерения превышений. Применяется два способа геометрического нивелиро-

вания: из середины и вперед.


При нивелировании из середины, рис.32, в точках А и В отвесно установлены рейки P1 и P2 , а на равных расстояниях от них – нивелир (необязательно в створе линии АВ). Если направление нивелирования от А к В, то рейка P1 будет задней, а рейка P2 – передней. Визируют на заднюю рейку P1 , приводят пузырек уровня в нульпункт и берут отсчет а по рейке. Затем визируют на рейку P2, снова приводят пузырек уровня в нульпункт и берут отсчет b. Превышение передней точки А над задней В : h = a - b - разность отсчетов по задней и передней рейкам.

При нивелировании способом вперед в точке А устанавливают нивелир, а в точке В рейку, рис.33. Визируют на рейку, приводят пузырек уровня в нульпункт, по рейке берут отсчет в. Измеряют высоту прибора i – расстояние от точки А до центра окуляра. В этом случае h= ib - высота прибора минус отсчет по передней рейке.

Если отметка задней точки известна, то отметка передней точки будет равна HB = HA + h . Высоту точки В можно определить через горизонт прибора ГП – расстояние от отсчетной поверхности до горизонтального луча, рис.29: ГП=HA+a; HB = ГП–b.






Вычисление отметок через ^ ГП удобно, когда с одной станции (станцией называется установка прибора) нивелируется несколько точек.

Если расстояние между точками А и В большое, то между ними прокладывают нивелирный ход, состоящий из последовательных станций, рис.34. Точки 1, 2, 3 ,…, через которые передаются высоты, называются связующими: H1=HA+h1; H2=H1+h2; H3+H2+h3 и т.д. Точки С, высоты которых определяются дополнительно для решения поставленных задач (например, определение отметки перегиба ската для детального построения продольного профиля), называются промежуточными . Отметки таких точек вычисляют через горизонт прибора: ГПст.2 =H1+a2=H2+b2; HC ГПст.2 – с (отсчет по рейке на промежуточной точке). Отметку точки В можно вычислить


через суммарное превышение: HB = HA + .

Последовательное нивелирование в строительстве применяется при изысканиях линейных сооружений: автодороги, подземные коммуникации и др.



- 21 -

^ 6.2. Нивелиры, нивелирные рейки и знаки. Поверки нивелиров


Нивелиры выпускаются технические Н-10, точные Н-3, высокоточные Н-0.5 с уровнем при трубе – уровенные нивелиры. Цифра обозначает среднюю квадратическую погрешность нивелирного хода длиной 1 км в мм: mh1км = 10 мм, 3 мм, 0.5 мм соответственно. При среднем расстоянии от нивелира до реек 60 м, между рейками 120 м, на 1 км нивелирного хода приходится 9 станций. В соответствии с теорией погрешностей средняя квадратическая погрешность определения превышения на одной станции mhст= mh1км /=m1км /3. Следовательно, mhст соответственно равны 3 мм, 1 мм, 0.5 мм. Или, приняв предельную погрешность равную утроенной средней квадратической, получим пред.hст = 10, 3, 0.5 мм для Н-10, Н-3, Н-0.5.

Принцип работы с уровенными нивелирами: устанавливают нивелир на станции, подъемными винтами подставки выводят пузырек круглого уровня на середину, визируют на рейку, элевационным винтом, расположенным у окуляра, приводят пузырек цилиндрического уровня на середину. При помощи системы призм концы пузырька цилиндрического уровня передаются в поле зрения трубы. Элевационным винтом совмещают концы пузырька в одно изображение и по рейке берут отсчет. Такой уровень называется контактным. Приведение пузырька уровня в нульпункт контактным способом в 4 раза точнее, чем на глаз.

Точность нивелирования зависит от увеличения vx зрительной трубы и цены деления  цилиндрического уровня. В нивелирах Н-10, Н-3, Н-0.5 vx =23, 30, 44 и  = 45, 15, 12 соответственно. В нивелирах Н-10, Н-3 доли делений шкалы рейки при отсчетах оцениваются на глаз, а в нивлире Н-0.5 - при помощи микрометра, что значительно повышает точность нивелирования.

Промышленностью выпускаются точные нивелиры с компенсатором: Н-3К. Цилиндрический уровень заменяет компенсатор, который при наклоне трубы до 15 приводит визирную ось трубы в горизонтальное положение автоматически. Принцип работы нивелиром с компенсатором: устанавливают нивелир на станции, подъемными винтами подставки приводят пузырек круглого уровня на середину, визируют на рейку и берут отсчет по ней. Точность приведения визирной оси трубы в горизонтальное положение (чувствительность компенсатора) 0.4".

В настоящее время промышленностью выпускаются точные нивелиры 3-го поколения : 3Н-2КЛ, 3Н-3КЛ - нивелиры с точностью нивелирования 2, 3 мм на км хода с компенсатором.

В строительстве технические нивелиры применяются при изысканиях линейных сооружений, при съемочных работах. Точные нивелиры используются на строительных площадках при выносе проектных отметок на местность, для передачи отметок на монтажные горизонты, для контроля по высоте строительно-монтажных работ, при определении осадок инженерных сооружений. Нивелиры Н-0.5 применяются для определения осадок сооружений, требующих высокой точности измерений (например, осадки фундаментных плит машинных залов АЭС), при монтаже высокоточного оборудования.

^ Нивелирные рейки. Рейки выпускаются трех видов: РН-10, РН-3, РН-05. Цифра в шифре обозначает то же самое, что и в шифрах нивелиров. Рейки РН-10 и РН-3 изготавливаются складными, 3-х метровыми. Могут быть РН-10 4-х метровые, складные. На обеих сторонах рейки нанесены сантиметровые деления в виде шашек: на одной стороне черным цветом – черная сторона, на другой стороне красным цветом – красная сторона. Отсчеты по черным сторонам всех реек начинаются с нуля. На красных сторонах с пяткой рейки совпадают другой отсчет, например 4687 (или 4700). Разность отсчетов по красной и черной сторонам одной и той же рейки величина постоянная и служит контролем отсчетов. В комплект для нивелира входят две рейки с разными нулями красных сторон: 4687 и 4787 мм (или 4700 и 4800). Превышения, вычисленные по отсчетам черных сторон реек, будут равны фактическим, а превышения по отсчетам красных сторон реек будут искажаться на 100 мм. При выводе среднего значения на станции это искажение необходимо учитывать.

Рейки РН-05 состоят из деревянных брусьев, на которые натягиваются ленты со штрихами 5 мм. На ленте две шкалы – основная и дополнительная. Ленты изготовляют из инвара (сплав железа с никелем, обладающим малым коэффициентом линейного расширения). Отсчеты по шкалам при помощи микрометра нивелира Н-05 берутся с точностью 0.1 мм.

^ Нивелирные знаки. Точки, которые определяют в процессе нивелирования, закрепляют постоянными или временными нивелирными знаками – реперами грунтовыми или стенными, рис.35.

-22 -





На строительной площадке постоянный грунтовый репер (а) может быть выполнен из отрезка металлической трубы диаметром 60 мм, опущенный в пробуренную скважину на 0.5 м ниже глубины промерзания. Внизу трубы якорь, внизу приваривается головка для установки рейки. Репер ограждается или опускается ниже поверхности земли и закрывается крышкой.

Стенной репер (б) устанавливают в цокольной части каменных зданий на 0.5 м выше поверхности земли. В пробитом отверстии на цементном растворе закрепляют репер. Внутри зданий, цехов репер может быть приварен к металлической части конструкции или прибит дюбелями при помощи строительно-монтажного пистолета к бетонным частям конструкций, (в)

Временные знаки могут быть выполнены в виде кованного гвоздя или железнодорожного костыля, вбитого в асфальтовое или бетонное покрытие, или откраской (г). В процессе строительства временные знаки могут быть обозначены несмываемой краской в виде треугольника или черты 1х10 см, верхнее основание которых соответствует проектной высоте (д). Знаки могут быть сопровождены надписями. Например, Ур.ч.п. +0.50 - «уровень чистого пола» +0.50 м.

Поверки уровенных нивелиров.

1. Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира. Подъемными винтами приводят пузырек уровня на середину. Вращают верхнюю часть нивелира на !800. Если пузырек уровня не вышел за пределы большой окружности, условие выполнено. В противном случае производят исправление винтами уровня, расположенными под его оправой.

^ 2.Вертикальная нить сетки должна быть параллельна оси вращения нивелира. Поверку можно выполнить как в теодолите наведением вертикальной нити сетки на нить отвеса. Исправление производят поворотом сетки нитей.


На ровной местности закрепляют две точки А и В. Расстояние между ними примерно 40 м. Определяют превышение точки В над точкой А способом вперед в прямом направлении, рис.36,а, и в обратном направлении, рис.36, б.

Пусть угол между осями i не равен нулю. Тогда отсчеты по рейкам a и b будут отклоняться от теоретических на х и превышние
3. Визирная ось трубы и ось цилиндрического уровня должны быть параллельны (главное условие нивелира). Поверка выполняется двойным нивелированием одной и той же линии способом вперед, рис.36.




h= ia - b0 = ia – (b - x) ; h = a0 - ib = a – x – ib , откуда следует, что x=(a+b) / 2 – (ia+ ib )/2.


-23 -

Если х 4 мм, условие выполнено. При х 4 мм необходима юстировка. Порядок исправления: 1) вычисляют отсчет a0=ax; 2) элевационным винтом наводят нить сетки на отсчет а0 ; 3) вертикальными исправительными винтами уровня приводят пузырек уровня в нульпункт.

Поверку главного условия можно выполнить на основе высотного базиса, представляющего собой постоянно закрепленные точки А и В, превышение h0 между которыми определено высокоточным нивелиром. Поверяемый нивелир устанавливают над точкой А базиса, измеряют высоту прибора ia и берут отсчет b по рейке в точке В базиса. Если условие (ia b)=h0 не выполнено на величину 4 мм, производят исправление.

Выполнение первых двух условий необходимо для удобства работы с нивелиром. Выполнение главного условия обеспечивает необходимую точность нивелирования.

^ 6.3. Производство технического нивелирования

Техническое нивелирование применяется для построения высотного съемочного обоснования топографических съемок, при изысканиях линейных сооружений, при вертикальной планировке топографической поверхности. Производится нивелирами Н-10 или Н-3 или их модификациями и рейками РН-10 или РН-3. Основной способ нивелирования – способ из середины.

Порядок работы на станции следующий. 1. Между рейками устанавливают нивелир. Неравенство расстояний от нивелира до реек (разность плеч) допускается 10 м. Нормальное расстояние между рейками по СНиП 120 м. Минимальный отсчет по рейке 300 мм. Нивелир приводят в рабочее положение по круглому уровню.

2. Визируют на заднюю рейку и берут отсчет по черной стороне ач .

3. Визируют на переднюю рейку и берут отсчет по черной стороне bч , а затем по красной стороне bк .

4. Визируют на заднюю рейку и берут отсчет по красной стороне ак.

5. Если со станции необходимо определить отметки дополнительных точек (промежуточных) С1, С2 и т.д. , то рейку поочередно устанавливают на них и берут отсчеты по черной стороне с1, с2 и т.д. При использовании уровенных нивелиров перед каждым отсчетом (как на связующих точках, так и на промежуточных) пузырек цилиндрического уровня приводят в нульпункт элевационным винтом.

6. Для контроля вычисляют разности нулей красных и черных сторон реек. Расхождения в разностях не должны превышать 5 мм.

7. Вычисляют превышения по черным и красным сторонам реек. Расхождения в превышениях не должны превышать 5 мм.

8. При выполнении условий 6-7 вычисляют среднее превышение с округлением до 1 мм. Если разность нулей красных сторон реек 100 мм, то это необходимо учитывать при выводе среднего превышения.


^ 6.4. Тригонометрическое и гидростатическое нивелирование


Тригонометрическим нивелированием называется определение превышения по измеренному углу наклона и расстоянию между точками - нивелирование наклонным лучом, рис.37. Применяют при топографических съемках и при определении больших превышений. Выполняется теодолитами Т30, Т15, Т5 и их модификациями. Выгодно применять теодолиты с компенсатором.

Теодолит устанавливают над точкой А (станция), в точке В отвесно рейку. Измеряют высоту прибора i – расстояние от точки А до центра вертикального круга (или до центра окуляра при горизонтальном положении трубы). Визируют на метку М рейки, фиксируют высоту визирования v - расстояние от точки В до точки М.






-24 -

Определяют угол наклона и расстояние D по нитяному дальномеру. Горизонтальное проложение d = D сos2 (тема линейных измерений); h’ = d tg . Из уравнения h+v= h’+ i находят превышение h=h’+iv. Задача решается на МК. Для упрощения вычислений визируют на метку рейки на высоте прибора v = i и тогда h = h'.

При измерении углов наклона теодолитом Т30 и расстояний нитяным дальномером предельная погрешность определения превышения порядка 6 см на 100 м длины.


^ Гидростатическое нивелирование основано на свойстве жидкости в сообщающихся сосудах, устанавливаться на одном уровне. В принципе – нивелирование горизонтальным лучом, рис38.


Гидростатический нивелир состоит из двух стеклянных сосудов со шкалами с ценой деления 1 мм, соединенных гибким шлангом. Сосуды заполняются жидкостью. Нуль делений шкалы совмещен с верхним срезом сосуда. Сосуды устанавливаются в точках А и В. Открывают кран, перекрывающий шланг. Через 2-3 минуты уровень жидкости в сосудах устанавливается на одной высоте. Берут отсчеты по шкалам сосудов.

Превышение вычисляется по формуле геометрического нивелирования h=a–b. Если v1 и v2 - высоты сосудов, а с1 и с2 – отсчеты по шкалам сосудов, то a=v1c1 ; b=v2c2 ; h=c2c1–(v2v1) = c2c1 – МО.

(v2 – v1) = МО – величина постоянная и называется местом нуля. Для определения ^ МО переставляют сосуды и вновь вычисляют превышение точки В над точкой А по отсчетам с’2 и c1: h = (v2c2) – (v1c1) = c1c2 + МО.

Решая два уравнения, получим: h=((c2c1)– (c2c1)) / 2 ; МО=((c2c1)+(c2c1)) / 2 .

Перед производством работ определяют МО и затем нивелирование выполняют в одном направлении по формуле. Можно повысить точность нивелирования, если нивелировать прямо и обратно с перестановкой сосудов. Но этот метод трудоемкий.

Существует несколько систем гидростатических нивелиров. Распространенным является НШТ-1 – нивелир шланговый технический 1-ой модели. Технические характеристики: длина шкал измерительных элементов 200 мм, цена деления шкалы 1 мм, диапазон измерения превышений 200 мм, длина шланга 10 м, диаметр сосудов 50 мм, средняя квадратическая погрешность определения превышения 0.5 мм.

Гидростатическое нивелирование применяется при установке и монтаже технического оборудования, при определении осадок фундаментов различных агрегатов в том числе в реакторных отделениях АЭС – там, где другими методами измерить превышение между точками невозможно.


^ Лазерные приборы.


В настоящее время в инженерно-геодезических работах на строительной площадке используют лазерные приборы. В этих приборах взамен невидимого визирного луча используют видимый лазерный луч, который создает в пространстве опорную линию. Опорная линия может быть горизонтальной или наклонной под заданным уклоном. Относительно видимой опорной линии можно непосредственно по рейке брать отсчеты. Устанавливать рейку по заданному отсчету. Вести монтаж конструкций. Планировку участка или дороги и т. п. Наибольшее применение находят приборы лазерные: теодолит, нивелир, визир, уровень. Лазерные приборы позволяют в большой степени автоматизировать процесс геодезических работ. Точность лазерных приборов характеризуется погрешностью фиксации центра лазерного пятна и для расстояний 100 м не превышает 3 мм.





Скачать файл (333.7 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации