Допустимі довжини ліній нівелювання у населених пунктах
| Клас нівелювання | Довжина ліній (ходів), км | |||
| між вузловими реперами | між реперами старших класів | |||
| забудована територія | незабудована територія | забудована територія | незабудована територія | |
| І | ||||
| II | ||||
| III |
Таблиця 1.1.3 Щільність закладання реперів на лініях міської нівелірної мережі
| Клас нівелювання | Щільність закладання реперів | |
| забудована територія | незабудована територія | |
| І, П | 2 км | 3 км |
| III, IV | 300-800 м* | 500-2000 м |
Щільність зменшується з переходом від суцільної до розрідженої забудови.
Як бачимо, особливості міської нівелірної мережі полягають у тому, що повторне нівелювання в них виконують частіше ніж у державних мережах, полігони та лінії (ходи) - коротші, а репери закладають значно щільніше.
Висотні геодезичні мережі
1.1.4. Складання проекту нівелірної мережі
Складання проекту починають зі збирання та аналізу всіх матеріалів про нівелірні роботи на території, виконані раніше. Відомості про ці роботи зберігають, як правило, у територіальних інспекціях Держгеонагляду або в організаціях, що виконували ці роботи.
Проект складається із трьох основних частин:
1. Пояснювальна записка (текстова частина).
2. Карти масштабів 1:100000-1:200000 із нанесеними на них запроектованими нівелірними лініями та наявними реперами, пунктами тріангуляції й полігонометрії, зокрема й ті, які розміщені від запроектованих ліній до 3 км.
3. Кошторис - грошова вартість запроектованих робіт.
Під час проектування ліній нівелювання III та IV класів для великомасштабного топографічного знімання в нівелірну мережу включають наявні, а також запроектовані пункти тріангуляції та полігонометрії.
Запроектовані нівелірні лінії повинні бути надійно зв'язані з наявними лініями: по-перше, з тими, до яких запроектовані лінії прив'язуються, а по-друге, з тими, що їх перетинають запроектовані лінії. Прив'язувати лінії нівелювання III—IV класів до фундаментальних реперів не дозволяється.
У текстовій частині проекту вказують: коротку характеристику фізико-географічних та кліматичних умов ділянок робіт; призначення проектних робіт; інформацію про вихідні репери; інформацію про раніше виконані нівелірні роботи та способи зв'язку їх із проектними лініями; інформацію про гравіметричні роботи, якщо нівелювання III класу буде прокладатись у гірських районах; кількість запроектованих реперів за типами; технологію закладання реперів; прилади та способи нівелювання; особливі випадки нівелювання; порядок опрацювання результатів нівелювання.
Складений на підставі топографічних карт попередній (наближений) проект уточнюють на основі рекогностування - геодезичної розвідки, яку виконують безпосередньо в полі, виконуючи огляд на місцевості помічених на карті ліній нівелювання.
Головні завдання рекогностування - це:
1. Остаточний вибір ліній нівелювання.
2. Остаточний вибір місць закладання реперів.
3. Остаточний вибір типів нівелірних знаків, якими закріплюють мережу. Рівень ґрунтових вод у місцях закладання реперів повинен бути не ближче
ніж 3 м від поверхні землі.
Взагалі, з метою забезпечення тривалого зберігання реперів місця їхнього закладання вибирають, за змогою, на підвищеннях рельєфу із велико-зернистими, слабко зволоженими ґрунтами.
Розділ І
Рекомендують закладати репери у скельні породи та капітальні кам'яні, бетонні й залізобетонні будови та споруди.
Пошуки реперів, включених у попередній проект, припиняють тільки з дозволу керівника робіт, після чого складають акт утрати знака. Репери, які не вдалося відшукати, втраченими не вважають. Причинами втрати можуть бути: знищення репера, знесення споруди, у яку він був закладений, втрата головки репера, деформація трубчатого репера тощо.
Після закінчення робіт рекогностувальник здає такі головні документи: погоджену схему ліній нівелювання, їхні довжини; погоджені схеми зв'язку з наявними лініями (прив'язування); описи місць закладання реперів і зариси; типи реперів, що будуть закладені; список обстежених та відремонтованих реперів і акти на втрачені й незнайдені репери; результати геологічного обстеження; пояснювальну записку.
Поданий список документів дає читачу достатнє уявлення про роботу, яку виконує рекогностувальник.
На підставі рекогностування попередній проект уточнюють. Складають кошторис на виконання робіт. Розрахунок коштів виконують відповідно до обсягів робіт, норм виробітку та категорій складності виконання робіт. Зокрема, у кошторисі подають загальну вартість робіт, а також окремо вартість матеріалів, виготовлення нівелірних знаків, закладання знаків, власне нівелювання, попередніх розрахунків та зрівноваження мереж.
Чинна Інструкція з геометричного нівелювання рекомендує у випадках, коли проектують тільки лінії нівелювання III та IV класів, рекогностувальні роботи виконувати одночасно із закладанням знаків. Зрозуміло, що у такому разі попередньо складений проект тільки наближено визначає вартість запроектованих робіт. Водночас це не має принципового значення, оскільки завдяки сучасній організації праці комплексна бригада, що виконує закладання та рекогностування, отримує заробітну платню за остаточний результат. У такому разі - це кількість закладених реперів.
1.1.5. Нівелірні знаки
Нівелірні знаки - це репери (ґрунтові, скельні й стінні) та марки (тільки стінні). Так можна класифікувати знаки, якщо мати на увазі об'єкти, в які вони закладаються.
Головною відмінністю між репером і маркою є те місце (точка), висота якого визначається. У реперів такою точкою є верхній виступ сферичної головки репера. Марка має круглий отвір. Центр отвору і є тією точкою, висота якої визначена.
Висотні геодезичні мережі
Згідно з фізико-географічними особливостями окремих регіонів країни існують різноманітні нівелірні знаки. Нараховують більше ніж десять різних типів реперів. Залежно від важливості та специфічних призначень реперів їх можна поділити на [6]:
1. Вікові (грунтові та скельні).
2. Фундаментальні, що, своєю чергою, поділяються на грунтові, залізобетонні, азбестоцементні, трубчаті (металеві) та скельні.
3. Звичайні (ґрунтові та стінні).
4. Тимчасові.
Вікові та фундаментальні репери закладають тільки на лініях І та II класів (у місцях перетину цих ліній та на геодинамічних полігонах). Вікові репери дають змогу вивчати вертикальні рухи земної кори, оскільки їх закладають у корінні породи. Фундаментальні репери забезпечують багаторічне зберігання висотної основи та дають змогу вивчати рухи земної поверхні. їх закладають на лініях І та II класів не рідше ніж через 60 км, а в сейсмічних районах - через 40 км. Фундаментальні репери закладають також поблизу морських, основних річкових та озерних рівневих постів.
Звичайні репери закладають на лініях І, II, III та IV класів. Зазначимо, що називати ці репери "звичайними" не прийнято. їх просто називають ґрунтовими, стінними. Це означає, що вони не вікові і не фундаментальні.
Призначення тимчасових реперів зрозуміле із самої назви - вони дають змогу закріпити на місцевості точки на короткий проміжок часу (день, місяць тощо).
Ґрунтові репери закладають такими способами:
1. Котлованним. Цей спосіб застосовують у місцях, де неможливе використання механізмів.
2. Свердловинним. Для цього використовують бурові машини.
3. Забиванням безанкерних реперів палезабивними механізмами.
4. Загвинчуванням металевих труб у піщаних та заболочених районах.
Стінні та скельні репери закладають, як правило, бурінням із застосу
ванням свердел та бурів.
Уся територія України розміщена в зоні сезонного промерзання грунтів. Тому детальніше розглянемо будову ґрунтових реперів для такої зони, а також стінного репера, що закладають на лініях нівелювання III та IV класів.
Ґрунтові репери закладають у пробурені свердловини діаметром 50 см. Ґрунтовий репер складається із залізобетонного пілона у формі паралелепіпеда (рис. 1.1.2, а) з поперечним розрізом 16x16 см та бетонної плити (якоря) діаметром 48 см, які готують завчасно. Глибину закладання репера щодо поверхні землі та межі промерзання ґрунту показано на рис. 1.1.2, а. Мінімальна глибина закладання - 130 см (із висотою якоря). Біля репера на віддалі 100 см
Розділ І
закладають розпізнавальний стовп. У його верхній частині прикріпляють охоронну пластину, яка також показана на рис. 1.1.2, б.
Охоронна пластина повинна бути повернута в бік репера. Дозволяють застосовувати квадратні якорі розміром 50x50 см. У верхню грань пілона повинна бути зацементована марка (рис. 1.1.3). Всередині бетонної плити (якоря) роблять виїмку розміром 20x20x15 см, у яку встановлюють залізобетонний пілон. Пілон може бути замінений азбестоцементною трубою із зовнішнім діаметром не менше ніж 16 см, заповнену бетоном та арматурою (рис. 1.1.4). У верхню грань труби цементують марку. Для зміцнення зв'язку труби з якорем на віддалі 7-10 см від основи труби вкладають два взаємно перпендикулярні стрижні, товщина яких 1,0-1,2см, довжина 25 см. Під час встановлення труби у створ якоря кінці стрижнів розміщують у кутах виїмки.
У південній частині зони промерзання ґрунтів використовують якорі заввишки 20 см, у північній - 35 см. Межа між північною та південною частинами зони проходить по лінії Ужгород-Харків. Допускають закладання реперів у свердловини діаметром 35 см, але у такому разі висота якоря повинна бути 50 см у південній, та 80 см - у північній частинах зони.
| Висотні геодезичні мережі |
Стінний репер, який закладають на лініях нівелювання III та IV класів, зображено на рис. 1.1.5.
У пісках, у заболочених районах реперами слугують оцинковані труби, загвинчені на глибину не менше за 4 м. Над поверхнею землі така труба виступає на 0,8 м. На частині репера, що виступає, приварюють охоронну пластину, а на верхньому зрізі - марку.
Усі постійні геодезичні знаки, зокрема і нівелірні репери, охороняються державою.
Догляд за зберіганням геодезичних знаків покладають на землях:
• населених пунктів та державних - на виконавчі комітети районних та міських рад народних депутатів;
• якими користуються підприємства, організації та заклади - на ці підприємства, організації та заклади.
Виконавець робіт після закладання реперів здає їх на зберігання місцевим органам влади та підприємствам згідно з відповідним актом.
 |
| Розділ І |
1.2.1. Головні вимоги до нівелірів, що використовують для нівелювання III, IV класів
Найважливішими показниками, якими оцінюють якість нівелірів, є:
• для нівелірів із циліндричним рівнем - збільшення зорової труби Г та ціна поділки рівня х;
• для нівелірів із компенсаторами - збільшення зорової труби Г та похибка самовстановлення лінії візування в горизонтальний стан ту.
Глухий нівелір із рівнем та елеваційним гвинтом придатний для нівелювання III класу, якщо:
• збільшення труби Г (крат) не менше за 30х;
• ціна поділки циліндричного, контактного рівня т (2 мм) не більша за 30".
_________________________ Висотні геодезичні мережі________________________
Нівелір із компенсатором також придатний для нівелювання III класу, якщо:
• збільшення труби Г (крат) не менше за 30х;
• похибка самовстановлення лінії візування ту (кутові секунди) не
більша за 0,5".
Під час нівелювання III класу застосовують нівеліри з рівнем Н2, НА-1, Н-3, НВ, Ni-030, а також нівеліри з компенсатором Н-ЗК, Ni-007, NiB-3,4,5,6, НИК-2. Ці нівеліри мають вищезгадані або вищі показники точності. Варто зазначити, що нівеліри Н2, НА-1, НВ (СРСР) та Ni-030, Ni-007 фірми "Karl Zeiss" (Ієна), NiB-3,4,5,6 (Угорщина) уже не випускають, але ще широко використовують на виробництві.
Глухий нівелір із рівнем придатний для нівелювання IV класу, якщо:
• збільшення труби Г (крат) не менше за 25х;
• ціна поділки циліндричного контактного рівня т (2 мм) не більша за 30".
Нівелір із компенсатором придатний для нівелювання IV класу, якщо:
• збільшення труби Г (крат) не менше за 25х та похибка
самовстановлення лінії візування (кутові секунди) не більша ніж 0,5".
Під час нівелювання IV класу застосовують нівеліри з рівнем Н-3, НВ, Ni-030, а також нівеліри з компенсатором Н-ЗК, НСЗ, НС4, NiB-3,4,5,6 (Угорщина) і Ni-025 (фірма "Karl Zeiss"), НИК-2. Зазначимо, що нівеліри НСЗ, НС4, Ni-025 також уже не випускають. Характеристики вказаних нівелірів достатні для того, щоб використовувати їх для нівелювання IV класу.
Нижче, у табл. 1.2.1, наведено дані про сучасні нівеліри, які випускають найвідоміші у світі фірми-виробники. В Україні сучасні нівеліри для нівелювання III, IV класів, які нічим не поступаються закордонним, виготовляє Ізюмський приладобудівний завод (Харківська область).
У наш час рівневі нівеліри заміняють нівелірами з компенсаторами і фірми-виробники називають їх автоматичними. Насправді у таких нівелірах, завдяки компенсаторам, автоматизоване тільки встановлення візирної лінії в горизонтальний стан. Найбільшим досягненням у цій галузі є цифрові (електронні) нівеліри. Ці прилади практично повністю автоматизують нівелювання, оскільки в них також автоматизовано відлічування кодових рейок. Найновіші нівеліри отримали назву тотальні станції (total - загальний, сумарний). Вони дають змогу з високою точністю визначати не тільки перевищення та висоти, але і планове розташування точок місцевості. Такі сучасні цифрові нівеліри варто розглянути детальніше.
Розділ І
Таблиця 1.2.1
Основні технічні характеристики сучасних нівелірів фірм-лідерів геодезичного приладобудування
| Фірма, країна-виробник | Назва нівеліра | Збільшення труби, Гх | Віддаль мінімального фокусування труби, м | Точність роботи компенсатора | Похибка на один кілометр подвійного ходу, мм | Інші технічні дані | Маса, кг |
| Ізюмський приладобудівний завод, Україна | НИК-2 | 31,3 | 0,5 | 0,4" | Пряме зображення | ||
| Уральський оптично-механічний завод м. Єкатеринбург, Росія | Автоматичні нівеліри | ||||||
| ЗНЗКЛ | 1,2 | не подана | діапазон роботи компенсатора ±15' | з футляром 2,6 | |||
| ЗН2КЛ | ЗО | 0,8 | 1,5" | 2/1 | точність з насадним оптичним мікрометром - 1 мм на км | з футляром 2,5 | |
| ЗН5Л | 1,2 | - | - | з футляром 2,5 | |||
| Лазерні нівеліри | |||||||
| НЛ-30 | точність 30" | 1,5 | |||||
| Sokkia, Японія | Прецизійні нівеліри | ||||||
| PL-1-39 | 2,0 | рівневий 2 мм | 0,2 | діапазон мікрометра - 10 км шкала мікрометра - 0,1 мм | 4,8 | ||
| Прецизійні автоматичні нівеліри | |||||||
| ВІС-31 | 2,3 | 0,3" | 0,8/0,5 | компенсатор ±10' з плоско-паралельною пластиною - 0,5 | 3,2 | ||
| ВІС-41 | 2,3 | 0,3" | 0,8 | - | 3,2 |
Висотні геодезичні мережі
Продовження табл. 1.2.1
| Автоматичні нівеліри | |||||||
| С41 | 0,9 | 0,5" | 2,5 | діапазон роботи компенсатора ±12' горизонтальний круг- 1° | 1,0 | ||
| Karl Zeiss, сьогодні - Trimble (США) | Цифрові нівеліри | ||||||
| Dini 10 | 1,3-1,5 | 0,2" | 0,3/1,5 | 3,0 | |||
| Dini 20 | 3,0 | ||||||
| Автоматичні нівеліри | |||||||
| № 10 | 25, 32, 36,41, | 1,5 | 0,5" | 0,7 | оптичний режим | ||
| №30 | 1,5 | 0,5" | 0,7 | оптичний режим | |||
| №40 | 1,5 | 0,5" | 0,7 | оптичний режим | |||
| №50 | 1,5 | 0,5" | 0,7 | оптичний режим | |||
| Тотальні нівелірні станції | |||||||
| Dini 10T | 1,5 | 0,2" | 0,3 1,0 1,5 | інвар., електронний режим електронний режим оптичний режим | 3,5 | ||
| Dini 11/1 IT | 1,3/1,5 | 0,2" | 0,3/1,0 | подана точність для єлектр. і оптичного режиму | 3,1 | ||
| Dini 21 | 1,3/1,5 | 0,5" | 0,7/1,7 | 3,0 | |||
| Opton | Ni 1 | 1,4 | 0,1" | 0,2 | з плоско-паралельною пластиною | 5,2 | |
| №2 | 3,3 (1,8-1,0) | 0,2" | 0,3/0,7 | змінні короткофокусні лінзи | 2,1 | ||
| №22 | 3,3 (1,8;1,3;1,0) | 0,5" | 1,0 | змінні короткофокусні лінзи | 1,9 |
1.2.2. Головні вимоги до нівелірних рейок
Під час нівелювання III класу використовують дерев'яні шашкові або інварні штрихові рейки. У гірських районах необхідно використовувати тільки інварні рейки та нівеліри із плоско-паралельною пластинкою.
На шашкові триметрові двосторонні рейки нанесено сантиметрові поділки. На чорних сторонах комплекту рейок нулі збігаються з п'ятками рейок; на
Розділ І
червоних з п'ятками рейок збігаються відліки, більші за 4000 мм; відлік на червоній стороні однієї рейки відрізняється від відліку на червоній стороні другої на 100 мм (наприклад: на одній відлік 4687, на другій - 4787 мм). Під час прив'язування до стінних марок використовують підвісні рейки завдовжки 1,2 м із такими самими поділками, як і на триметрових рейках. Нуль на підвісній рейці повинен збігатися із центром отвору для штифта, на якому рейку підвішують до стінної марки. Допускають й інші методи прив'язування до таких марок, наприклад, заміною підвісної рейки металевою лінійкою з міліметровими поділками, або на стіні відмічають проекції середньої та віддалемірних ниток труби нівеліра, а віддаль по вертикалі від центра отвору марки до проекцій ниток вимірюють перевіреною сталевою рулеткою або лінійкою. Випадкові похибки дециметрових і метрових інтервалів рейок, що використовують для нівелювання III класу, не повинні перевищувати 0,5 мм. Виняток становлять три нижні дециметри рейок, оскільки проходження світлового променя над поверхнею Землі нижче від трьох дециметрів під час нівелювання III класу не допускається.
Нівелювання IV класу виконують тільки дерев'яними шашковими рейками, такими, як і під час нівелювання III класу, проте випадкові похибки дециметрових та метрових інтервалів цих рейок не повинні перевищувати 1 мм. Рейки досліджують за допомогою контрольної лінійки.
У наш час широко застосовують (нарівні з дерев'яними) металеві (переважно алюмінієві), скляні і пластикові рейки. До того ж, на рейки наносять не тільки метричні поділки (1 см, 5 мм), але й кодові. Саме кодові рейки використовують під час роботи із цифровими (електронними) нівелірами.
1.2.3. Будова, перевірки та дослідження нівелірів із рівнями
Будова нівелірів із рівнями відома з курсу "Топографія" та з цілої низки підручників [3, 7, 8, 11, 29]. Проте, на нашу думку, корисно нагадати, що існує відмінність між візирною віссю нівелірів із рівнями та візирною лінією нівелірів із компенсаторами [17].
Візирною віссю будемо називати пряму, що проходить через центр сітки ниток та центр об'єктива (через задню головну точку об'єктива).
Візирною лінією будемо називати пряму, що проходить через центр об'єктива (його передню головну точку) та проекцію центра сітки ниток на рейці. У нівелірах із компенсаторами візирна вісь є також, але вона дещо нахилена, якраз тоді, коли візирна лінія встановлена компенсатором у горизонтальний стан.
На рис. 1.2.1 подано загальний вигляд нівеліра Н-3, найпоширенішого й найпридатнішого для нівелювання III та IV класів.
ЗО
Висотні геодезичні мережі
 |
Під час отримання нівеліра та рейок виконавець повинен детально їх оглянути та впевнитись у відсутності будь-яких пошкоджень. Перед початком польових робіт нівеліри досліджують та перевіряють у такій послідовності:
1. Визначення коефіцієнта ниткового віддалеміра.
2. Перевірка сферичного рівня.
3. Перевірка відсутності коливання верхньої частини нівеліра під час її обертання навколо вертикальної осі.
4. Перевірка правильності встановлення сітки ниток.
5. Перевірка циліндричного рівня.
Розглянемо детально ці перевірки та дослідження.
1. Визначення коефіцієнта ниткового віддалеміра.
Під час дослідження коефіцієнтів К ниткового віддалеміра у нівелірів Н-3, Н-10 та інших вибирають рівну поверхню і забивають два кілки на віддалі D (приблизно 50 м один від одного), а у верхні зрізи кілків забивають цвяхи з округлими головками. Над одним із кілків встановлюють (центрують) нівелір, над другим - рейку. Віддаль між кілками вимірюють стрічкою або рулеткою з точністю до 1 см.
Після приведення нівеліра в робочий стан беруть три пари відліків верхньої (В) та нижньої (Н) віддалемірних ниток. Кожну пару відліків беруть на різних висотах нівеліра. Приклад визначення коефіцієнта К подано у табл. 1.2.2.
Якщо зорова труба має сталу віддалеміра С (вибирають з паспорта), тоді коефіцієнт віддалеміра обчислюють за формулою
 |
(1.2.1)
Розділ І
Якщо С = О, формула набуває вигляду:
 |
(1.2.2)
Коефіцієнт відцалеміра не повинен відрізнятись від 100 більше ніж на 1 %
Таблиця 1.2.2
Визначення коефіцієнта К віддалеміра нівеліра Н-3 № 7541, D= 50,40 м
| Нитки | Відліки відцалемірних ниток | Різниця відліків (Н-В), мм |
| В | ||
| Н | ||
| В | ||
| Н | ||
| В | ||
| Н | ||
| £ = 50400/503,0= 100,2 | Середня різниця 503,0 |
Під час обчислення довжини секції нівелірного ходу, якщо стала віддалеміра С не дорівнює нулю, користуються формулою
(1.2.3)
де 13 та Іп - різниці відліків відцалемірних ниток під час візування на задню та передню рейки, мм; я- кількість станцій у секції. Якщо відліки взяті верхньою (В) та середньою (С) нитками, то суму 2,(1 в +1С) подвоюють.
2. Перевірка сферичного рівня.
Вісь сферичного рівня повинна бути паралельною до вертикальної осі обертання нівеліра. Цю перевірку виконують так: підіймальними гвинтами приводять бульбашку сферичного рівня в нуль-пункт. Повертають нівелір навколо вертикальної осі на 180°. Якщо бульбашка відхиляється від нуль-пункту більше ніж на Уа радіуса кола, яким позначено нуль-пункт, тоді бульбашку приводять у вихідний стан: виправними гвинтами рівня на половину дуги відхилення, а на другу половину - підіймальними гвинтами.
Під час двох-трьох таких дій бульбашка рівня під час повороту нівеліра на 180° залишається у нуль-пункті. Після цього виправні гвинти рівня повинні бути надійно закріплені.
Висотні геодезичні мережі
3. Перевірка правильності обертання труби навколо вертикальної осі. Перевіряють відсутність коливання верхньої частини нівеліра під час обертання його навколо вертикальної осі за допомогою циліндричного рівня. Досліджуючи нівеліри Н-3, на корпус труби встановлюють допоміжний циліндричний рівень з ціною поділок 10-15" на 2 мм. Встановлюють нівелір на кам'яному стовпі і ретельно горизонтують за допомогою циліндричного рівня. Приводять трубу в стан І-ІІ (рис. 1.2.2), роблять відліки на кінцях бульбашки рівня. Поступово повертають верхню частину приладу навколо вертикальної осі на 720°; водночас через кожні 60° відраховують кінці бульбашки рівня (табл. 1.2.3). Перш ніж узяти відлік, рівню дають можливість заспокоїтись. У прямому ході обертають верхню частину нівеліра за годинниковою стрілкою, у зворотному - проти. Розходження між відліками в прямому та зворотному ходах для нівелірів Н-3 в одних і тих самих положеннях не повинні перевищувати 40".
Рис. 1.2.2. Схема перевірки правильності обертання труби навколо вертикальної осі
Обертання нівелірів навколо вертикальної осі повинно бути легким, плавним, без зусиль, в іншому разі необхідно почистити та змазати вертикальну вісь.
Розділ І
Таблиця 1.2.3