Нивелирные рейки, костыли и башмаки

Нивелиры

Нивелирование - вид геодезических измерений, в результате которых определяют превышения точек, а также их высоты над принятой уровенной поверхностью.

Нивелирование производят для изучения форм рельефа, определе­ния высот точек при проектировании, строительстве и эксплуатации различных инженерных сооружений.

Результаты нивелирования имеют большое значение для решения научных задач как самой геодезии, так и других наук о Земле.

Основными геодезическими приборами, которыми производятся измерения, являются нивелиры. Прежде чем приступить к изучению конструкций нивелиров, рассмотрим устройство их основных частей, которые являются также основными частями и других геодези­ческих приборов.

Рис. 1. Зрительная труба (разрез а), оптическая схема (б) и

поле зрения и сетки нитей в различных приборах (в):

1- объектив, 2 - линза, 3 - кремальера, 4 - стеклянная пластина, 5 - окуляр,

6 - регулировочные винты, 7, 8 - вертикальные и горизонтальные нити

Зрительная труба (рис.1, а) представляет собой оптическую систему (рис. 1, б), помещенную в металлический корпус (трубу). С од­ного края трубы размещен объектив 1, с другого - окуляр 5. Между ними находится двояковогнутая линза 2. В окулярной части трубы есть стеклянная пластина 4 с нанесенной на ней сеткой нитей (рис.1, в).

Специалиста, применяющего для измерений приборы со зрительными трубами, принято называть наблюдателем. При работе со зритель­ной трубой наблюдатель совмещает перекрестие сетки нитей с наблю­даемым предметом. Линия, соединяющая оптический центр объектива перекрестие сетки нитей, называется визирной осью трубы. Процесс на­ведения зрительной трубы на точку наблюдения называют визированием. В момент совмещения перекрестия сетки нитей с какой-либо точкой ви­зирная ось трубы прохо­дит через эту точку. Вра­щением фокусировочного кольца, или кремалье­ры, 3 перемещают фоку­сирующую линзу 2, доби­ваясь четкого изображе­ния наблюдаемого пред­мета. Такое действие на­зывают фокусированием. Перемещением окуляра 5 относительно сетки ни­тей фокусируют изобра­жение сетки. Окуляр пе­ремещают вращением окулярного кольца. Гео­дезические приборы обо­рудуют уровнями.

Уровни геодезических приборов бывают цилиндрические и круглые.

Цилиндрический уровень (рис.2) представляет собой стек­лянную ампулу 1, заполненную жидкостью 2 (спирт, эфир). Часть про­странства, заполненную парами этой жидкости, называют пузырьком 3 уровня. Внутренняя (верхняя) поверхность ампулы отшлифована по дуге определенного радиуса. На верхней наружной ее поверхности на­несены двухмиллиметровые деления. Среднюю точку шкалы 0 называ­ют нуль-пунктом. Касательную линию ии в нуль-пункте к дуге внутрен­ней поверхности уровня называют осью цилиндрического уровня.

Рис. 2. Цилиндрический уровень и уклоны при положении пузырька:

а) вид сбоку, б) вид сверху;

1 - ампула, 2 - жидкость, 3 - пузырек, 4 - исправительный винт, 5 - уклон ампулы

Использование уровня основано на свойстве пузырька занимать
наивысшее положение. Если пузырек уровня переместить на одно деле­ние относительно началь­ного положения, ось уровня склонится на величину , на­зываемую ценой деления уро­вня. Как правило, цена деле­ния цилиндрических уров­ней геодезических приборов
бывает 2"...60".

Круглый уровень (рис.3) отличается от ци­линдрического тем, что его
верхняя часть отшлифована по сферической поверхности.

Рис.3. Круглый уровень: 1 - ампула, 2 - жидкость, 3 - пузырек

Деления на внешней стороне пред­ставляют собой концентрические ок­ружности, а осью уровня является радиус сферы, проходящий через нуль-пункт. Цена деления круглых уровней от нескольких минут до не­скольких десятков минут.

Подставка и штатив (рис.4, а, б) служат для крепления и установ­ки геодезических приборов. Вращени­ем подъемных винтов 1 подставки из­меняют положение вертикальной оси вращения прибора, следовательно, и всех остальных его частей. Ось при­бора вставляется в отверстие 3 и за­крепляется в подставке винтом 2.

Подставка крепится на столике 4 штатива становым винтом 5. Штатив имеет три деревянные или металли­ческие ножки, которые шарнирно соединены с головкой штатива. Нож­ки бывают раздвижные и цельные. Нижние концы ножек снабжены ме­таллическими наконечниками 7. Шта­тив обеспечивает устойчивость при­бора. В собранном виде штатив переносят на плечевом ремне 6.

Типы нивелиров. В зависимости от устройств, применяемых для приведения визирной оси трубы в горизонтальное положение, ниве­лиры выпускают двух типов: с компенсатором углов наклона зри­тельной трубы и с уровнем при ней. У нивелиров, выпускаемых про­мышленностью СНГ, наличие в марке буквы К означает, что труба нивелира снабжена компенсатором, а буквы П - прямое изображение, например, нивелиры Н-05К, Н-ЗК, Н-10КП.

Нивелиры с компенсатором угла наклона зрительной трубы называются самоустанавливающимися (рис.5, а). Компенса­ция угла наклона визирной оси или автоматическое приведение ее в горизонтальное положение у этих нивелиров происходит за счет ав­томатического поворота компенсирующего элемента (компенсатора) оптической системы (рис.5, б).

Так, компенсатор нивелира Н-10КП состоит из двух пентапризм 9 и 10 (пятиугольных призм), склеенных между собой и скрепленных с корпусом прибора коробчатой формы, а также подвижной прямо­угольной призмы. Прямоугольная призма заключена в рамку, пере­мещаемую в вертикальной плоскости маховичком 3, укрепленным в корпусе 2. Ее перемещение обеспечивает фокусировку зрительной трубы по объекту наведения. Диапазон работы компенсатора опреде­ляют по максимальному углу наклона оси нивелира. У нивелиров для низкоточных и технических работ этот диапазон колеблется в преде­лах 5'...20'.

До начала работ нивелир вынимают из укладочного ящика и укре­пляют на штативе становым винтом. Выдвигая и убирая ножки шта­тива, устанавливают его головку «на глаз» в горизонтальное положе­ние. Затем с помощью подъемных винтов подставки приводят пузы­рек круглого уровня к середине концентрических окружностей или в нуль-пункт.

Подготовка нивелиров для работы состоит из двух действий: приве­дения визирной оси прибора в горизонтальное положение (нивелир с компенсатором считается готовым к работе, если пузырек круглого уровня приведен в середину концентрических окружностей, нанесенных на стеклянной капсуле уровня) и установки трубы для наблюдения.

Трубу устанавливают по рейке вращением корпуса рукой. Наведе­ние трубы на рейку фиксируют закрепительным винтом. В некоторых нивелирах закрепительного винта нет, а корпус имеет постоянное фрикционное (тугое) сцепление с вертикальной осью вращения ниве­лира. Точное наведение зрительной трубы по рейке производят наво­дящим винтом (под точным наведением понимают такое положение, при котором сетка нитей зрительной трубы совпадает с осью рейки).

Нивелиры с цилиндрическим уровнем имеют зритель­ную трубу и цилиндрический уровень. Труба с уровнем укреплена на вертикальной вращающейся оси, входящей в подставку. Наиболее рас­пространенные нивелиры этого типа Н-3, Н-10. Нивелир Н-3 (рис.6, а) состоит из верхней части, несущей зрительную трубу 6 с цилиндриче­ским 7 и круглым 3 уровнями, основанием, наводящим 10, элевационным 4 и закрепительными 9 винтами, и нижней, представляющей собой подставку с тремя подъемными винтами 1 и прижимной пластиной 11.

Зрительная труба представляет собой телескопическую систему (рис. 43, б), состоящую из объектива 12, фокусирующей линзы 13, сетки нитей 14 и окуляра 15. Лучи, идущие от концов пузырька уровня 22, отражаются от скошенных граней призм 21, направляются в рас­положенную сбоку прямоугольную призму 19, идут в призму 18, затем через линзу 17 и призму 16 попадают в окуляр зрительной трубы ни­велира. Пузырек

уровня освещается светом, передаваемым в трубу зеркалом 20. Пузырек цилиндрического уровня приводится в нулевое положение элевационным винтом 4.

Цилиндрический уровень 7, расположенный в корпусе слева от зри­тельной трубы, служит для точного приведения визирной оси прибора в горизонтальное положение. Для грубого приведения вертикальной оси прибора в отвесное положение служит круглый уровень 3. Пузырек круглого уровня приводится в нулевое положение подъемными вин­тами 1 подставки 2. Зрительную трубу 6 наводят на рейку винтами 1 подставки 2. Зрительную трубу 6 наводят на рейку по визиру 8 вин­том 10 при закрепленном винте 9. Резкость изображения нивелирной рейки достигается вращением винта 5 фокусирующей линзы.

Нивелир крепится к штативу прижимной пластиной 11, которая в своей центральной части имеет втулку с резьбой под становой винт штатива.

Нивелир с цилиндрическим уровнем готовят к работе так же, как нивелир с самоустанавливающейся линией визирования.

Лазерные нивелиры (рис.7) представляют собой комбина­цию нивелиров 6 с компенсаторами и лазерных трубок 1. Из лазерной трубки с помощью световода 2 луч направляют в пере­чную деталь 4, из которой луч попадает в оптическую систему и выходит в виде видимого горизонтального лазерного луча из объектива 5 нивелира. Блок электропитания 7 крепится к штативу 3, При небольших расстояниях (до 100 м) используют деревянные рейки с сантиметровыми делениями. Рейки устанавливают в нивелируемых точках и после визи­рования на них и фокусировки лазерного пучка реечник берет отсчет визуально на рейке по пятну лазерного пучка. При необходимости выполнения точных нивелирных работ ис­пользуют рейки со специальными подвижны­ми каретками с фотодетекторами, по которым с высокой точностью определяют центр ла­зерного луча, попавшего на рейку.

Иностранные фирмы выпускают высоко­точные нивелиры с регистрирующим элек­тронным устройством, которое позволяет автоматически регистриро­вать отсчеты по рейкам и вычислять превышения между точками. Автоматизирован и весь процесс обработки результатов нивелирова­ния с их запоминанием и хранением. Примером может служить ниве­лир Рени 002А фирмы Карл-Цейсс Йена.

Технические возможности нивелиров позволяют работать ими лю­дям со зрением ±5 диоптрий. Как правило, нивелиры работоспособны при температуре-30...+50°С.

Рис. 8. Нивелирная рейка (а), костыль (б), башмак (в) и отсчеты по рейке (г)

г)

Нивелирные рейки, костыли и башмаки

Каждому нивелиру придается не менее двух однотипных нивелир­ных реек.

Нивелирная рейка (рис.8, а) состоит из двух брусков дву­таврового сечения, соединенных между собой металлической фурни­турой. Это позволяет складывать рейку для транспортирования.

Рейка имеет градуировку на обеих сторонах. Сантиметровые шашки наносят по всей длине рейки с погрешностью 0,5 мм и оцифровыва­ют через 1 дм. Высота подписанных цифр не менее 40 мм. На основ­ной стороне рейки шашки черные на белом фоне, на другой (конт­рольной) - красные на белом фоне. На каждой стороне рейки три цветные шашки каждого дециметрового интервала, соответствую­щие участку в 5 см, соединяются вертикальной полосой. Для контроля при отсчетах по двум сторонам рейки начало первого оцифрованного дециметрового интервала кон­трольной стороны смещено по от­ношению к началу первого оцифро­ванного дециметрового интервала основной стороны.

Для удобства и быстроты уста­новки нивелирные рейки иногда снабжают круглыми уровнями и ручками. На торцах нивелирной рейки укрепляют пятки в виде металличе­ских полос толщиной 2 мм.

Рейки маркируют так: например тип РН-10П-3000С означает, что это рейка нивелирная, со шкалой деления (разграфкой с 10 мм, подписью цифр «прямо», длиной 3000 мм, складная). Для точных и технических работ вы­пускают рейки длиной 3 и 4 м.

Нивелирные рейки могут приме­нять в разное время года при раз­личных метеорологических условиях. Температурный диапазон работы реек -40...+50°С.

Во время работы рейки устанав­ливают на деревянные колья, косты­ли или башмаки.

Костыль (рис.8, б) - металли­ческий стержень с заостренным концом с одной стороны и сфериче­ской шляпкой с другой. Для забивки костыля в грунт на верхний то­рец его надевают крышку.

Башмак (рис. 8, в) - толстая круглая или треугольная металличе­ская пластина на трех ножках. В середине пластины укреплен стержень со сферической шляпкой, на которую опирают нивелирные рейки.

Рейки устанавливают вертикально «на глаз» или с помощью уровня. Если уровня нет, отсчет по рейке берут при покачивании рейки в сто­рону нивелира и от него. Из всех видимых отсчетов берут наимень­ший - он соответствует отвесному положению рейки.

Отсчеты по рейкам (рис. 8, г) производят по средней нити нивелира - по месту, где проекция средней нити пересекает рейку. Сделать отсчет по рейке - это значит определить высоту визирной оси нивелира над нулем (основанием) рейки. Цифры считывают в такой последовательности: сначала меньшую, видимую вблизи средней ни­ти, подпись (сотни миллиметров), потом прибавляют к ней целое чис­ло делений, на которое нить сетки отстоит от меньшей подписи в сто­рону большей (десятки миллиметров), затем наименьший десятимиллиметровый отрезок делят «на глаз» (количество миллиметров). Отсчет записывают в миллиметрах (на рис. 8, г он равен 1514).