Лабораторна робота 14. Нівелювання траси та ведення журналу поздовжнього нівелювання. Обробка журналу поздовжнього нівелювання

1. Камеральна обробка журналу технічного нівелювання траси.

2. Камеральна обробка пікетажного журналу.

3. Побудова поздовжнього і поперечного профілів траси.

Прилади і обладнання: журнал технічного нівелювання, пікетажний журнал, калькулятор, міліметровий папір, кольорові ручки (чорна, червона), олівець, лінійка.

1. Геометричне нівелювання, яке виконується для вирішення будь-яких інженерно-технічних задач, називається технічним нівелюванням. Часто технічне нівелювання виконують при побудові поздовжніх профілів осей лінійних об’єктів: автодоріг, ліній електропередач і зв’язку, каналів, траншей і т. ін. В цьому випадку вирішується питання визначення висотного і планового положення точок, розташованих вздовж осі споруди через певні інтервали (50-100 м) і додаткових точок, які відтворюють особливості рельєфу місцевості.

Польові роботи при технічному нівелюванні осі лінійної споруди складаються із: підготовчих робіт, рекогностування місцевості, розмічування пікетажу та знімання ситуації вздовж траси, розмічування кривих, перенесення пікетів на криві, нівелювання пікетів.

Нівелювання пікетів. Всі точки, які закріплені на місцевості по осі споруди, при технічному нівелюванні ділять на зв’язуючі і проміжні. Зв’язуючі точки є загальними для всіх суміжних станцій і використовуються для передачі висот на точки ходу. Всі інші точки нівелірного ходу називаються проміжними. Нівелювання зв’язуючих точок, виконують із середини. Для передачі абсолютних висот від найближчого репера на нульовий пікет прокладають нівелірний хід. Такий вид робіт називають прив’язкою осі траси до висотної мережі старших класів.

Камеральна обробка результатів технічного нівелювання полягає в тому, що виконують перевірку правильності запису чисел, польових обчислень, урівнювання нівелірного ходу в наступній послідовності:

1) контролюють правильність знімання відліків на станціях вираховуючи п’ятку рейки (різниця відліків з червоного та чорного боків рейки) та перевищення h між зв’язуючими точками (різниці відліків задньої і передньої рейок). Контроль обчислення п’ятки рейки: значення п’ятки обчислені на станції не повинні відрізнятись більше ніж на 5 мм. Контроль обчислення перевищень: перевищення обчислюють два рази – за чорним і червоним боками рейок. Якщо різниця отриманих значень перевищень менше 5 мм, то обчислюють середнє перевищення h_сер. У випадку якщо різниця п’яток або перевищень обчислених за чорним і червоним боками більше 5 мм, то всі обчислення в журналі закреслюють, а вимірювання повторюють. Обчислені значення п’яток та перевищень записують у відповідні графи журналу технічного нівелювання (табл. 8.1);

2) виконують посторінковий контроль обчислень в журналі технічного нівелювання. Для цього на кожній сторінці журналу знаходять наступні суми: SЗ – сума відліків за задньою рейкою; SП – сума відліків за передньою рейкою; S2h – сума перевищень за чорними і червоними боками; Sh_сер – сума середніх перевищень. Якщо обчислення виконані правильно, то повинні задовольнятись рівності:

(1)

Розбіжність допускається на 1-2 мм за рахунок округлень при обчисленні середніх перевищень;

3) обчислюють суму виміряних перевищень між зв’язуючими точками ходу за формулою:

, (2)

де – виміряні перевищення між зв’язуючими точками;

4) обчислюють теоретичну суму перевищень в ході:

а) коли нівелірний хід розімкнений за формулою:

, (3)

де Н_К і Н_П – відомі висоти відповідно кінцевого і початкового реперів ходу;

б) коли нівелірний хід замкнений за цією ж формулою отримуємо:

; (4)

5) знаходять нев’язку в нівелірному ході за формулою:

; (5)

6) обчислюють допустиму нев’язку в нівелірному ході технічного нівелювання за формулою:

, (6)

де L – довжина ходу в км;

7) перевіряють чи виконується нерівність:

. (7)

Виконання умови (7) означає, що вимірювання виконані з достатньою точністю і нівелірний хід можна урівнювати. В протилежному випадку необхідно перевірити всі обчислення і в разі потреби виконати повторні вимірювання;

8) урівнювання перевищень полягає в розподіленні отриманої нев’язки з протилежним знаком порівну у кожне виміряне перевищення. Ця величина називається поправкою і обчислюється за формулою:

, (8)

де n – кількість перевищень в ході.

Поправки обчислюють з точністю до 1 мм і записують червоним кольором в колонку „середнє перевищення” над значеннями перевищень. Контроль: сума обчислених поправок повинна дорівнювати нев’язці з протилежним знаком:

; (9)

9) для того, щоб отримати виправлене перевищення h’, необхідно до виміряного перевищення додати поправку, обчислену за формулою (8), тобто:

(10)

Виправлені перевищення записують червоним кольором, під значеннями виміряних перевищень. Контролем обчислень є виконання рівності:

; (11)

10) обчислюють висоти передніх зв’язуючих точок шляхом алгебраїчного складання висоти задньої точки з виправленим перевищенням:

. (12)

Обчислення починають від репера з відомою початковою висотою Н_П. Контролем обчислень є отримання висоти кінцевого репера ходу Н_К ;

11) висоти проміжних точок, обчислюють через горизонт приладу. Горизонт приладу (ГП) – це віддаль, визначена за прямовисною лінією, від рівневої поверхні до горизонтального променя візування нівеліра, яка обчислюється за формулою:

, (13)

де Н₀ – висота задньої або передньої зв’язуючої точки на станції;

a – відлік за чорним боком рейки, встановленій на цій точці.

Тоді висота проміжної точки обчислюється за формулою:

, (14)

де с – відлік за чорним боком рейки, встановленої на проміжній точці.

2. Трасою називається вісь проектної лінійної споруди, яка закріплена на місцевості, або нанесена на топографічну карту чи матеріали аерофотознімання. Основними елементами траси є: план – її проекція на горизонтальну площину і поздовжній профіль – вертикальний розріз за проектною лінією.

В плані траса складається із прямих ділянок різного напрямку, сполучених між собою горизонтальними кривими. В поздовжньому профілі траса складається з ліній різноманітних ухилів, при необхідності з’єднаних між собою вертикальними коловими кривими. Оскільки ухили трас зазвичай невеликі, то для наочності їх зображення на профілі вертикальний масштаб приймають в десять разів крупнішим, ніж горизонтальний, наприклад горизонтальний масштаб 1:5000, вертикальний – 1:500.

Для характеристики місцевості і проектної лінійної споруди, в характерних точках місцевості в напрямках перпендикулярних до траси, будують поперечні профілі в однаковому горизонтальному і вертикальному масштабах.

Трасуванням називається комплекс інженерно-вишукувальних робіт, призначений для визначення положення лінійної смуги місцевості, яка відповідає всім технічним і економічним вимогам для побудови будь-якої лінійної споруди. Трасування поділяють на камеральне і польове.

Коли траса проектується за топографічним планом або картою та матеріалами аерофотознімання місцевості – трасування називають камеральним; якщо трасу визначають на місцевості – польовим.

Польові роботи розпочинають з розмічування на місцевості початку траси (ПТ), вершин кутів повороту траси (ВК-1, ВК-2,…) та кінця траси (КТ). Після чого виконують кутові та лінійні вимірювання за віссю траси. Кутові вимірювання полягають у вимірюванні кутів β₁, β₂, ..., β_n в вершинах кутів повороту. На їх основі обчислюють кути повороту траси:

– при повороті осі траси праворуч, за формулою:

; (15)

– при повороті осі траси ліворуч, за формулою:

. (16)

Ці формули наведені для правих кутів β₁, β₂, ..., β_n (рис. 1). У випадку вимірювання лівих кутів β₁, β₂, ..., β_n за ходом траси, кути повороту обчислюються:

– при повороті осі траси праворуч, за формулою:

, (17)

– при повороті осі траси ліворуч, за формулою:

. (18)

Рис. 1. Вимірювання кутів повороту за віссю траси

При трасуванні паралельно з кутовими вимірюваннями виконують два види лінійних вимірювань:

Перший вид вимірювань – визначення віддалей між вершинами кутів повороту, виконується разом з вимірюванням кутів повороту. При ухилах місцевості більше 2^° в довжини ліній вводять поправки за ухил. За результатами цих вимірювань та прив’язки до геодезичної мережі обчислюють координати вершин кутів повороту.

Другий вид вимірювання – служить для розмічування пікетажу. Пікетаж – система відлічування віддалей у сотнях метрів від початку траси до інших пікетів за трасою, наприклад -5 означає, що точка знаходиться на відстані 500 м від початку траси. Перед розмічуванням пікетажу необхідно розрахувати елементи колових кривих, пікетажні значення основних точок траси та основних точок кривих у пікетажному журналі (рис. 2). Спочатку виконують розмічування від початку траси до першої вершини кута повороту. Після вершини кута повороту відкладають домір та переносять пікетажне значення вершини кута на закінчення доміру (рис. 3). Подальше розмічування пікетажу виконують від закінчення доміру. Геометричний зміст доміру полягає в тому, що лінійна споруда будується за віссю кривої К, а не за ламаною ПК-ВК-КК, яка довша за криву на величину доміру Д. Тому для збереження правильного пікетажу після повороту осі траси, необхідно відкладати домір після кожної вершини кута повороту.

Крім цілих пікетів розмічають в натурі основні точки кривих та плюсові точки: рельєфні – характерні перегини рельєфу місцевості та контурні – об’єкти, що перетинаються трасою споруди (з точністю до 1 см).

Одночасно з розмічуванням пікетажу ведеться пікетажний журнал. В журналі показують вісь траси у вигляді прямої лінії посередині сторінки, на якій в наближеному масштабі наносять всі пікетні і плюсові точки, кути повороту, поперечники, границі перешкод і ситуацію смугою приблизно по 50 метрів в обидва боки від осі.

Запис в пікетажному журналі ведеться знизу вверх так, щоб правий і лівий бік сторінки відповідали правому і лівому боку траси за ходом розмічування пікетажу. Кути повороту в журналі показують у вигляді стрілок, направлених праворуч чи ліворуч від осьової лінії, в залежності від того, в який бік повертає траса.

Рис. 2. Пікетажний журнал

В пікетажний журнал виписують обчислені елементи кривих – кут повороту θ, радіус R, тангенс Т, криву К, бісектрису Б, домір Д (рис. 3). Кути повороту траси обчислюють за формулами (15)-(18), радіусом повороту задаються залежно від виду лінійної споруди, а решту елементів обчислюють за формулами:

(19)

Крім того, одночасно з веденням пікетажного журналу, виконують розрахунок пікетажних значень основних точок траси та пікетажних значень основних точок кривих:

1) пікетажні значення основних точок траси обчислюють за формулами (для схеми зображеної на рис. 1):

(20)

2) розрахунок пікетажних значень основних точок кривої виконують за формулами:

(21)

Контроль обчислень виконують за формулою:

. (22)

Допустиме розходження допускається не більше 0,01 м за рахунок заокруглення числа.

Рис. 3. Елементи колової кривої

3. Після завершення обчислень приступають до побудови поздовжнього і поперечного профілів. Побудову поздовжнього профілю починають з нанесення на міліметровий папір профільної сітки, згідно встановленого взірця (рис. 4). Розміри листа підбирають в залежності від довжини траси та перепаду висот по осі траси в обраних горизонтальному та вертикальному масштабах. Даними для побудови профілю служать пікетажний журнал та журнал нівелювання траси. Умовний горизонт за верхньою лінією профілю приймають кратним 1.0 м і підписують так, щоб ординати точок профілю були в межах 10-15 см. Оскільки профілі викреслюють в різних горизонтальному та вертикальному масштабах, то профіль не буде подібний натурі, але рельєф місцевості на ньому буде відтворюватися більш різко, що забезпечує кращу його наочність. Викреслювати профіль слід зліва на право.

В рядку „Віддалі” в заданому горизонтальному масштабі, з пікетажного журналу, наносять всі пікетні і плюсові точки. Між усіма сусідніми точками записують віддалі з точністю до 0,01 м.

В рядку „Пікети” підписують назви всіх нанесених точок. Пікети позначаються символом з номером пікета, плюсові точки – знаком „+” та кількістю метрів до попереднього пікету.

В рядку „Висоти поверхні землі” виписують висоти всіх нанесених точок з журналу нівелювання, заокруглюючи їх до 0,01 м. З цих точок, в заданому вертикальному масштабі, від умовного горизонту, відкладають ординати, які відповідають висотам точок. Кінці ординат з’єднують ламаною лінією.

Рис. 4. Сітка поздовжнього профілю

В рядку „План траси” викреслюють посередині прямою лінією, товщиною 0,7-0,8 мм, вісь лінійної споруди червоним кольором. За пікетажним журналом умовними знаками наносять ситуацію, у відповідних місцях згідно пікетажного журналу стрілками показують напрямок повороту траси.

Поперечні профілі земної поверхні будують в характерних місцях траси в однакових масштабах, як для горизонтальних відстаней, так і для вертикальних. Сітка поперечного профілю показана на рис. 5.

Рис. 5. Сітка поперечного профілю

В рядку „Віддалі” на необхідній відстані спочатку наносять пікетну, або плюсову точку, яка одночасно відноситься до поздовжнього і поперечного профілів (в нашому прикладі це -1) . Після чого, в масштабі, відкладають точки праворуч і ліворуч. Позначення виду Л10 та П12 означають, що точки знаходяться відповідно ліворуч на відстані 10 м від осі траси та праворуч на відстані 12 м.

В рядку „Пікети” підписують назви нанесених точок.

В рядку „Висоти поверхні землі” підписують висоти нанесених точок з журналу технічного нівелювання.

Побудова існуючого рельєфу на поперечному профілі виконується так само, як і на поздовжньому.

Приклади типових завдань:

Завдання 1.

Виконати камеральну обробку журналу технічного нівелювання траси.

Розв’язок:

Завдання виконується у журналі технічного нівелювання з результатами вимірювань в послідовності, описаній в питанні 1.

Завдання 2.

Виконати камеральну обробку пікетажного журналу.

Розв’язок:

Завдання виконується у пікетажному журналі в послідовності, описаній в питанні 2.

Завдання 3.

Виконати побудову поздовжнього і поперечного профілів траси.

Розв’язок:

Розграфити сітки під поздовжній і поперечний профілі на міліметровому папері. Заповнити графи „Віддалі”, „Пікети”, „Висоти поверхні землі” та „План траси”. Нанести на профілі існуючий рельєф.