Поверки и юстировки нивелиров
Перед производством нивелирных работ проводится осмотр нивелира. Необходимо убедиться в отсутствии люфтов подъемных винтов, головки штатива и башмаков.
1. Ось круглого (установочного уровня) должна быть параллельна вертикальной оси вращения прибора. Подъемными винтами подставки пузырек приводят в нуль-пункт и верхнюю часть нивелира поворачивают на 180˚. Если пузырек отклонится от нуль-пункта, то тремя подъемными винтами подставки его приводят к середине на половину дуги отклонения, а окончательно совмещают с положением «нуль-пункт» тремя исправительными винтами.
2. Основной горизонтальный штрих сетки нитей должен быть перпендикулярен к оси вращения прибора. Нивелир устанавливают в 40–50 м от неподвижно закрепленной рейки. Вертикальную ось прибора приводят в отвесное положение и, поворачивая наводящим винтом зрительную трубу, следят за постоянством отсчета по основному горизонтальному штриху сетки нитей. Если отсчет изменяется более чем на 1 мм, то ослабив крепящие винты, поворачивают диафрагму с сеткой нитей в верное положение. Поверку необходимо повторить и если условие выполнено закрепить диафрагму винтами.
3. Ось цилиндрического уровня должна быть параллельна визирной оси зрительной трубы (главное геометрическое условие). Эта поверка выполняется для нивелиров Н–3, 2Н–3Л и других, имеющих цилиндрический уровень и элевационный винт. На местности выбирают достаточно ровную площадку. Линию длиной 60–70 м закрепляют колышками или костылями. Поверка выполняется нивелированием вперед с концов закрепленной линии. Нивелир устанавливают в 1–2 м от вертикально установленной на костыле рейки. Приводят нивелир в рабочее положение, при помощи элевационного винта устанавливают пузырек цилиндрического уровня в нуль-пункт (совмещают концы уровня в окошке зрительной трубы) и берут отсчет по этой рейке, который является высотой нивелира і1. Визируя на рейку, установленную на второй точке, берут отсчет а1. После этого переносят нивелир ко второй точке и выполняют аналогичные измерения, получая отсчеты і2 и а2. Не снимая нивелира с данной станции, вычисляют величину х, которая характеризует соблюдение главного условия поверки:
Если абсолютное значение величины х превышает 4 мм, то выполняют юстировку цилиндрического уровня. При помощи элевационного винта основной горизонтальный штрих сетки устанавливают на правильный отсчет по рейке 
. При этом изображение концов уровня разойдутся. Вертикальными исправительными винтами уровня точно совмещают изображение концов пузырька, следя за тем, чтобы отсчет по рейке оставался равным апр. Для контроля поверку повторяют. Определение величины х выполняют перед началом работ ежедневно.
Для нивелиров с компенсаторами (Н–3К; Ni–025 и др.) все поверки выполняются аналогично, только поверка главного геометрического условия звучит так: у нивелиров, установленных в рабочее положение визирная ось трубы должна быть горизонтальна. В случае несоблюдения данного условия сетку нитей зрительной трубы с помощью исправительных винтов перемещают и устанавливают на предвычисленный (правильный) отсчет равный апр.. Для контроля поверку повторяют.
Нивелирование трассы
Нивелирование производят при изысканиях трассы для строительства дорог, каналов, а так же построения профилей местности и создания высотного обоснования топографических съемок.
Нивелирование трассы включает: рекогносцировку; разбивку пикетажа; производство нивелирования, обработку его результатов, построение и вычерчивание профиля трассы в заданном масштабе.
Рекогносцировку выполняют с целью уточнения направления трассы. Углы поворотов трассы закрепляют столбами.
Разбивку пикетажа проводят лентами после провешивания трассы (см. 6.1) между поворотными столбами. Расстояние между пикетами обычно берут равным 100 м, хотя в зависимости от конкретных задач может приниматься другая величина. Начальную точку трассы принимают за нулевой пикет и обозначают ПК 0. Через принятое пикетное расстояние колышками длиной 10–15 см закрепляют точки, называемые пикетами, которые забиваются вровень с поверхностью земли. Рядом с пикетом устанавливают колышек длиной 30–40 см, называемый сторожком. Он должен выступать от поверхности земли примерно на 20 см. Пикет со сторожком окапывают канавкой. При углах наклона более 2º отрезки длины линий увеличивают на величину поправки за наклон с тем, чтобы в горизонтальном проложении расстояние между пикетами было равным 100 м.
В тех случаях, если пикет невозможно установить через положенное расстояние (камни, ямы), его закрепляют на расстоянии меньше заданного. Такие пикеты называют рубленными. В следующем пикете расстояние должно быть компенсировано.
Если между пикетами окажется поворотный столб, то измеряют расстояние до него, а в вершине угла подписывают его пикетажное положение, которое равно заднему пикету плюс расстояние от него до вершины угла, например, ПК 3+48. От поворотного столба отмеряют остаток расстояния до следующего пикета, в нашем примере 52 м. В характерных точках рельефа местности обязательно устанавливают сторожки, на которых подписывают номер заднего пикета плюс расстояние до него, например, ПК 2+67. Такие точки называют плюсовыми или промежуточными. На склонах холмов, по долинам рек, по профилю или трассе прокладывают в обе стороны поперечники длиной до 25–50 м, которые через 10–15 м закрепляют сторожками.
Одновременно с разбивкой пикетажа заполняют пикетажную книжку, где показывают по прямой линии трассу со всеми пикетами и промежуточными точками, а также ситуацию в притрассовой полосе местности шириной до 100 м.
Нивелирование пикетных точек выполняют способом из середины в одном направлении. Отсчеты по рейкам при нивелировании технического класса точности берут только по основному горизонтальному штриху сетки нитей. В журнале записывают номера станций, названия исходных пунктов, а также номера пикетов и, если имеются, промежуточных точек.
Нивелир устанавливают в рабочее положение по середине расстояния между пикетами (связующими точками), в которых вертикально установлены рейки и берут по ним отсчеты. При производстве нивелирования нивелир и рейки должны располагаться так, чтобы ви 
зирный луч не проходил ближе чем 20 см от поверхности земли.
При работе с двухсторонними рейками наблюдения на станции выполняют в следующем порядке: 1) отсчет по черной стороне задней рейки; 2) отсчет по красной стороне задней рейки; 3) отсчет по черной стороне передней рейки; 4) отсчет по красной стороне передней рейки. Отсчеты записываются в журнал геометрического нивелирования.
Рис. 8.5.
При производстве работ нивелирами с контактным цилиндрическим уровнем перед каждым отсчетом пузырек цилиндрического уровня элевационным винтом приводят в нуль-пункт. Согласно рис. 8.5, отсчет по рейке будет равен 1119 мм.
Работа на станции завершается вычислением превышений, которые равны разности отсчетов на задний и передний пикеты по черным и красным сторонам реек. Из вычисленных превышений определяется среднее превышение. Расхождения в превышениях, полученных по черной и красной сторонам реек с учетом разности нулей красных сторон, допускают не более 5 мм. После этого задний реечник переходит на следующий пикет. Если имеются промежуточные точки, то задний реечник по ходу движения устанавливает в этих точках рейку. Отсчеты берут только по черной стороне рейки. При переходе на следующую станцию рейки чередуются: передняя становится задней, а задняя – передней.
На участках с крутыми склонами, если с одной станции невозможно снять отсчеты между связующими точками, т.к. луч визирования будет проходить выше рейки или попадать в землю, производят закрепление иксовых точек. Расстояния до них не определяют. Нивелирование иксовых точек проводят, как и связующих. При перерывах в работе, нивелирование заканчивают на закрепленной точке.
8.5 Обработка результатов
геометрического нивелирования
Математическая обработка включает два вида работ: вычислительную и графическую (построение профиля).
При выполнении вычислительной обработки нивелирных ходов используются отметки исходных реперов более высоких классов точности нивелирования. Пример записи в журнале геометрического нивелирования и обработки нивелирного хода между двумя реперами показан в табл. 8.1.
1. Обработка результатов нивелирования начинается с постраничного контроля. Для этого на каждой странице журнала подсчитывают суммы отсчетов по черной и красной сторонам задних и передних реек, а также суммы вычисленных и средних превышений.
Разность между суммами отсчетов по задним и передним рейкам должна быть равна сумме всех вычисленных превышений или удвоенной сумме всех средних превышений.
Таблица 8.1
HRp761=210,755 м
HRp772=216,975 м
| Номер | Отсчет по рейке, мм | Превышения, мм | Горизонт прибора, м | Отметка, м | ||||||||
| Стан-ции | Пикета и промежу-точной точки | Задний | Передний | Проме-жу-точный | Вычисленные | Средние | Исправленные | |||||
| + | - | + | - | + | - | |||||||
| Rp 761 ПК0 | +1,5 2750,5 | 210,755 213,507 | ||||||||||
| ПК0 ПК1 | +1,5 1010,5 | 214,519 | ||||||||||
| ПК1 +30 ПК2 | +1 | 217,434 | 216,234 216,704 | |||||||||
| ПК2 ПК3 | +1 | 218,177 | ||||||||||
| ПК3 ПК4 | +2 | 216,827 | ||||||||||
| ПК4 ПК5 | +1 | 216,503 | ||||||||||
| ПК5 Rp 772 | +1 | 216,975 | ||||||||||
| _58704 46282 46282 Σh=12422:2= = + 6211 | _15776 3354 3354 Σh=12422:2=+6211 | _ 7888 1677 Σh=+6211 | _7894 Σh=+6220 | 210,755 Σh=6220 | ||||||||
f h пол = Σhср.- (HRp772 - HRp761) = 6611 - 6220= -9 мм Допустимая невязка fhдоп=  мм |
Если нет ошибок в вычислениях, то определяют невязки в превышениях.
В замкнутом нивелирном ходе сумма средних превышений должна равняться нулю. Но вследствие погрешностей при измерениях это условие не выполняется. Тогда сумма всех средних превышений будет указывать величину невязки 
.
В разомкнутом ходе, т. е. проложенном между двумя реперами (пунктами) сумма превышений должна равняться разности отметок конечного и начального реперов. Тогда невязка определяется по формуле 
где НК – отметка конечного репера, НН – отметка начального репера.
Нивелирование сопровождается систематическими и случайными ошибками, которые и приводят к образованию невязок в превышениях хода. Основными источниками ошибок являются: негоризонтальность линии визирования, инструментальные погрешности, невертикальность постановки реек, действие земной рефракции, нагревание нивелира солнечными лучами, действие ветра и др.
Допустимые невязки установлены в следующих пределах в зависимости от класса точности нивелирования. Для нивелирования IV класса допустимая невязка вычисляется по формуле 
, а для технического нивелирования 
, где L – длина хода в км.
Полученная невязка не должна превышать допустимую. Если невязка превышает допустимую, то ошибку следует искать в полевых измерениях.
Невязка распределяется с обратным знаком равномерно между всеми средними превышениями. Поправки вводят в первую очередь в те превышения, где имеются дробные доли миллиметра, округляя их до целых. Поправки записывают над средними превышениями. Сумма всех поправок должна равняться невязке с обратным знаком. Поправки прибавляют к вычисленным средним превышениям и получают исправленные превышения. Для контроля исправленные превышения суммируют. Сумма их должна равняться теоретической невязке (в замкнутом ходе – нулю, а в разомкнутом – разности отметок конечного и начального реперов).
По исправленным средним превышениям и известной отметке точки последовательно вычисляют отметки всех связующих точек, по формуле 
. То есть, отметка последующей точки Hn+1 равна отметке предыдущей точки Нп плюс исправленное превышение между ними hn-(n+1).
Отметки промежуточных точек вычисляют после получения отметок всех связующих точек, по горизонту инструмента ГИ, который определяется только для тех станций, где имеются плюсовые (промежуточные) точки. Горизонт инструмента вычисляется как сумма отметки задней точки и отсчета аз. по черной стороне рейки на эту точку, т.е. ГИ=Нз+ аз. Высота промежуточной точки будет равна Нпр.=ГИ-апр. Аналогично вычисляются отметки поперечников.
Построение профиля. Профиль строится на миллиметровой бумаге в двух масштабах – горизонтальном и вертикальном. Вертикальный масштаб для наглядности выбирается в 10 раз крупнее горизонтального. Длину профиля определяют по номеру последнего пикета. Профиль строится на основе нивелирного журнала и пикетажной книжки (рис. 8.6).
Рис. 8.6
Построение профиля начинают с разбивки профильной сетки, которая включает следующие графы: отметки земли, расстояния, номера пикетов, план. Вначале заполняют графу «расстояния». В этой графе через промежутки, равные расстояниям между пикетами и плюсовыми точками, проводят вертикальные линии и выписывают расстояния между ними, которые в сумме должны быть равны расстоянию между пикетами. В графу «Отметки» выписывают из нивелирного журнала все отметки пикетов и промежуточных точек, округляя их до сантиметров. Верхняя линия профильной сетки принимается за условный горизонт. Отметка условного горизонта намечается исходя из наименьшей отметки профиля, с таким расчетом, чтобы линия профиля находилась выше линии условного горизонта на 3–4 см. С левой стороны профиля строят вертикальную шкалу, на которой, согласно принятому вертикальному масштабу подписывают высоты. На перпендикулярах, восстановленных на всех пикетных и промежуточных точках в соответствии с вертикальным масштабом откладывают их отметки. Полученные точки соединяют прямыми линиями, получая линию профиля.
Графу «План» заполняют на основании пикетажной книжки.
Профили поперечников строят аналогично, только вместо профильной сетки строят одну графу для расстояний.