Глава 3. Сущность и методы нивелирования

Для изображения рельефа на планах и картах, а также при проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений необходимо знать высоты точек местности и сооружений.
Определение разности высот (превышений) точек местности называется нивелированием. После нивелирования по известным высотам закрепленных точек (реперов) и превышениям вычисляют высоты всех остальных точек.
Репер - закрепленная на местности или сооружении точка с известной отметкой.

Основные методы нивелирования:

1. Геометрическое. При геометрическом нивелировании превышение между точками местности определяют с помощью горизонтального визирного луча. Горизонтальный визирный луч реализует специальный геодезический прибор - нивелир. Кроме того, могут использоваться теодолит или кипрегель, если они имеют уровень при трубе для установки ее в горизонтальное положение.
2. Тригонометрическое. Превышения точек определяются с помощью наклонного визирного луча. При этом измеряются угол наклона луча и наклонное расстояние между точками (менее точное за счет влияния рефракции).
3. Барометрическое. Основано на физическом законе уменьшения атмосферного давления с высотой. Используется в горных условиях. Точность - не более 0.5 м.
4. Гидростатическое. Основано на законе равенства уровней жидкости в сообщающихся сосудах вне зависимости от высот точек, где установлены эти сосуды. Точность до 8 мкм - наивысшая. Кроме того - передача отметок через водные преграды. (Например, на о. Сахалин по нефтепроводу была передана отметка с материка и затем развита сеть в БС.)

Геометрическое нивелирование выполняется специальным геодезическим прибором – нивелиром

Способы геометрического нивелирования:

«Различают два способа геометрического нивелирования: "из середины" и "вперед"»*1. При нивелировании " из середины " нивелир устанавливается на примерно равных расстояниях от точек А и В (расстояния называются плечами - рис. 3а). В точках А и В устанавливаются специальные рейки с сантиметровыми делениями. Точка А называется задней, В - передней, если ход от А к В. Приведя визирный луч в горизонтальное положение берут отсчеты а и b, затем вычисляют превышение h = a - b (задний минус передний).

Рис. 3 Нивелирование «из середины» а; и «вперед» б.

При нивелировании "вперед" нивелир устанавливают так, чтобы окуляр был над задней точкой по отвесу, а рейку ставят в передней точке (рис. 3 б). Приводят визирный луч в горизонтальное положение и измеряют высоту прибора (i - расстояние по вертикали от центра окуляра до точки А) и берут отсчет b по рейке в точке В. Превышение h = i - b.
Нивелирование с одной станции (стоянки прибора) называется простым. Однако при необходимости определить превышения между точками, находящимися на значительном расстоянии друг от друга, производится последовательное нивелирование с нескольких станций. Такое нивелирование называется сложным и образует нивелирный ход (рис. 4).

Рис. 4 Схема нивелирного хода.

Точки нивелирного хода, на которых рейка вначале являлась передней, а потом - задней называются связующими. Например, рейка в точке А для станции J1 передняя, а для станции J2 - задняя, то есть является связующей. Расстояние между связующими точками не должно быть более 150 м.
Если известна высота точки А и превышение h точки А над следующей точкой, то получим высоту связующей точки:
Hсв1 = HА + h1
HВ = Hсвn + hn
или в общем виде Hi+1 = Hi + hi.
Высота последующей связующей точки равна высоте предыдущей точки плюс превышение между ними. Просуммировав все равенства, можно для высоты точки В получить выражение:
HВ = HА + Σ hi.
Нивелирные ходы для контроля обычно опираются на реперы. Если ход опирается на два разных репера, то он разомкнутый. В этом случае теоретически сумма превышений в ходе должна равняться разности отметок реперов. Если ход замыкается на один и тот же репер (конечная точка совпадает с начальной), то ход замкнутый. В этом случае теоретически сумма превышений в ходе должна быть равна нулю.
Характерные точки местности (точка С), для которых необходимо определять высоты, но расположенные между связующими точками (рис. 5) называются промежуточными.

Рис. 5 Определение отметки промежуточной точки.

Для определения высоты промежуточной точки С на ней устанавливается рейка и берется отсчет с по рабочей стороне рейки. Высота Hс определяется через горизонт прибора ГП или Hi - это расстояние по отвесной линии от визирного луча до уровенной поверхности. Из рисунка следует: Hi =HA+a=HB+b т.е. ГП равен высоте точки плюс отсчет по рейке в этой точке.
Зная ГП определяют высоту точки С: HC = Hi - c, т.е. высота промежуточной точки равна ГП минус отсчет по рейке в этой точке.