Для проведения производства нивелирования короткими лучами
От государственного нивелирования. Приборы и приспособления
Высокоточное нивелирование короткими лучами, его отличие
Методы и средства измерений при установке конструкций по высоте.
Различают следующие методы нивелирования:
- барометрическое (сейчас практически не применяется из-за низкой точности измерений);
- инженерно-геодезическое (тригонометрическое);
- геометрическое нивелирование;
- гидростатическое нивелирование;
- определение высот спутниковыми приемниками.
Основным методом установки конструкций сооружений и оборудования, а также контроля осадок объектов промышленных предприятий является метод геометрического нивелирования короткими лучами. Этот метод позволяет охватить очень широкий диапазон точностей измерений превышений (от 0,05 до 5 мм на одну станцию), позволяет вести измерения в широком диапазоне внешних и внутренних воздействий природной и производственной среды, имеет более высокую производительность по сравнению с другими методами и более низкую стоимость работ.
Отличия от государственного нивелирования:
1) из-за близкого расстояния между нивелируемыми точками применяют короткие плечи, что существенно уменьшает такие источники погрешностей как погрешности визирования и горизонтирования визирного луча;
2) из-за коротких плеч уменьшаются погрешности влияния рефракции и конвекции воздуха на результаты измерения превышений;
3) применяют более надежные знаки и специальные марки для установки реек;
4) ходы прокладывают по твердым точкам и на жестком основании, что уменьшает погрешности за просадки штатива и костылей;
5) более точное соблюдение равенства плеч на станции, что уменьшает погрешности за угол I и перефокусировку зрительной трубы;
6) более точная выверка угла I ;
7) применение специальных реек или наиболее часто применение одной рейки для измерения превышений;
8) применение виброгасителей при работах в условиях вибрации основания от действующего оборудования;
9) более точное исследование нивелиров и реек;
10) применение подсветок при работах внутри затемненных помещений.
При нивелировании применяют точные и высокоточные уровенные и маятниковые оптические отечественные и зарубежные нивелиры; электронные и цифровые нивелиры зарубежных фирм.
Рейки применяют штриховые с инварной полосой, которые изготавливают разной длины и фиберглассовые штрихкодовые рейки для цифровых нивелиров.
Приспособления –зонт, подкладки под ножки штатива при работе на асфальте, подпятники для реек, рулетки, виброгасители, фонарики.
В настоящее время при контроле установки конструкций и осадок инженерных объектов используют следующие виды классификаций и методик геометрического нивелирования:
- государственное нивелирование I, II, III и IY классов [84, 120, 161];
- разрядное нивелирование короткими лучами для измерения осадок гидротехнических сооружений [188];
- разрядное нивелирование короткими лучами для измерения деформаций оснований зданий и сооружений [58];
- нивелирование короткими лучами специальных классов для инженерно-геодезических работ [84].
Основные технические характеристики названных видов классификаций геометрического нивелирования приведены в табл. 4.2.1 – 4.2.4. Каждая из приведенных видов и методик нивелирования имеет свои положительные и отрицательные стороны в зависимости от объектов и условий контроля.
Таблица 4.2.1
Технические характеристики государственного нивелирования
I, II, III и IY классов (выписка из [84, 120, 161])
| № п\п | Наименования характеристик | Классы нивелирования | |||
| I | II | II | IY | ||
| Предельная длина визирного луча, м | |||||
| Неравенство длин визирных лучей на станции, м (не более) | 0,5 | 1,0 | |||
| Накопление неравенств длин в ходе, м (не более) | 1,0 | 2,0 | |||
| Число горизонтов | |||||
| Число линий | |||||
| Число ходов | |||||
| Допустимая невязка (мм на 1 км хода) | |||||
| Средняя квадратическая погрешность определения (окончательного) превышения на станции, мм (не более) | 0,16 | 0,30 | 0,65 | 3,0 | |
| Примечания:1) нивелирование I и II классов выполняют штриховыми рейками, III и IY классов – шашечными; 2) типы нивелиров и технология нивелирования устанавливаются по указанию ГУГК. |
Классификация и методика государственного нивелирования хорошо приспособлены для ведения геодезических работ на больших территориях, когда реперы расположены на большом удалении друг от друга и необходимо получить их отметки с наименьшими затратами средств и времени при заданной точности измерений на километр хода. В этих случаях стараются работать на предельных длинах визирных лучей, пользоваться для ускорения работ двумя рейками, а измерения вести по башмакам или костылям. Так как ходы большой протяженности, то методика измерений направлена в значительной мере на уменьшение систематических погрешностей, влияние которых на точность возрастает по мере увеличения длин ходов. Для наблюдений за осадками зданий, сооружений и оборудования промышленных предприятий этот вид классификации и методики измерений мало пригоден из-за недостаточной точности измерения превышений по контролю оборудования, где часто требуются точности выше первого класса, необходимости применения различных по точности приборов, реек и приспособлений при смене классов нивелирования, что создает ряд неудобств при производстве работ в производственных цехах.
Классификация и методика для измерения осадок гидротехнических сооружений хорошо приспособлены для ведения геодезических работ на специфических (как правило, построенных по индивидуальным проектам) сооружениях – протяженных плотинах, каналах, шлюзах, когда осадочные марки расположены на бетонных сооружениях через 20 – 40 м, а на земляных сооружениях через 100 – 200 м. Точность измерений осадок и, следовательно, превышений в ходах на бетонных и земляных плотинах, сильно различается, что
и проявляется в разработанных для этой цели классификации и методике нивелирования. Для контроля осадок и деформаций зданий, сооружений и оборудования в других отраслях промышленности (см. единую номенклатуру отраслей [82]) этот вид классификации и методики измерений применяется редко.
Таблица 4.2.2
Технические характеристики разрядного нивелирования для измерения
осадок гидротехнических сооружений (выписка из [188])
| № п/п | Наименования характеристик | Разряд нивелирования | ||
| I | II | III | ||
| Средняя длина визирного луча, м | ||||
| Неравенство длин визирных лучей на станции, м (не более) | 0,5 | 0,5 | 1,0 | |
| Накопление неравенств длин в ходе, м | 1,0 | 1,0 | 2,0 | |
| Высота визирного луча над препятствием, м (не более) | 0,8 | 0,8 | 0,3 | |
| Число горизонтов | ||||
| Число направлений | ||||
| Средняя квадратическая погрешность определения окончательного превышения на станции, мм (не более) | 0,08 | 0,13 | 0,40 | |
| Предельное расхождение прямого и обратного ходов (для III – невязка), мм | 0,3
| 0,5
| 1,2
| |
| Примечания: 1) нивелирование всех разрядов выполняют одними и теми же нивелирами с цилиндрическим контактным уровнем или самоустанавливающейся линией визирования; 2) нивелирование всех разрядов выполняют стандартными штриховыми рейками с инварной полосой, разрешается применение специальных реек того же класса. |
Таблица 4.2.3
Технические характеристики разрядного геометрического
Нивелирования для измерения деформаций оснований зданий и
сооружений(выписка из ГОСТ 24846-81 [58])
| № п/п | Наименования характеристик | Классы нивелирования | |||
| I | II | III | IY | ||
| Предельная длина визирного луча, м | |||||
| Неравенство плеч на станции, м (не более) | 0,2 | 0,4 | 1,0 | 3,0 | |
| Накопление неравенств плеч в замкнутом ходе, м (не более) | 1.0 | 2,0 | 5,0 | 10,0 | |
| Высота визирного луча над препятствием, м | 1,0 | 0,8 | 0,5 | 0,3 | |
| Число горизонтов | |||||
| Число направлений | |||||
| Допускаемая невязка (мм на 1 км хода) | 0,15 | 0,5 | 1,5 | ||
| Примечания: 1) нивелирование I и II классов выполняют нивелиром типа Н-05 и равноточными ему, III и IY классов – нивелирами типа Н-3 и равноточными ему; 2) нивелирование I и II классов выполняют штриховыми рейками, III и IY классов – шашечными рейками. |
Таблица 4.2.4
Технические характеристики геометрического нивелирования
специальных классов (выписка из [84])
| № п/п | Наименования характеристик | Классы нивелирования | |||
| ГН-005 | ГН-010 | ГН-025 | ГН-050 | ||
| Предельная длина визирного луча, м | |||||
| Оптимальная длина визирного луча, м | 5-7 | 10-15 | 15-25 | 25-35 | |
| Неравенство длин визирных лучей на станции, м (не более) | 0,05 | 0,10 | 0,20*-0,30 | 0,30*-0,50 | |
| Высота визирного луча над препятствием, м (не менее) | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | |
| Число горизонтов | |||||
| Число направлений | |||||
| Точность отсчитывания по барабану плоскопараллельной пластинки, деления | 0,1 | 0,1 | |||
| Средняя квадратическая погрешность определения (окончательного) превы-шения на станции, мм (не более) | 0,05 | 0,10 | 0,25 | 0,50 | |
| Примечания: 1)* – первый показатель применяют при нивелировании по осадочным маркам, второй – по костылям; нивелирование ГН-005 и ГН-010 выполняют одной рейкой, а ГН-025 и ГН-050 – двумя рейками. |
Классификация и методика нивелирования для измерения деформаций оснований зданий и сооружений [58] по своим характеристикам близки к государственному нивелированию. Это связано с основной целью наблюдений – определением параметра «абсолютная осадка» фундамента, в то время как контроль параметров, характеризующих деформации взаимосвязанных конструкций объектов, находится на втором плане. Поэтому, из-за точности измерений превышений на станции, длин визирных лучей и их неравенства и других характеристик, данный вид нивелирования не получил широкого распространения для контроля технического состояния конструкций сооружений и оборудования промышленных предприятий.
Классификация и методика геометрического нивелирования специальных классов [15, 84] разработаны для контроля осадок и деформаций сооружений
и оборудования промышленных предприятий. Точность измерений превышений на станциях, а также все другие основные характеристики нивелирования позволяют контролировать наиболее распространенные виды деформаций сооружений и оборудования многочисленных промышленных предприятий из единого номенклатурного списка [82]. При этом измерения во всех классах нивелирования выполняются нивелирами и рейками одной точности, что создает удобство и возможность быстрого выполнения работ при большом количестве марок на объектах предприятия и разной точности измерений превышений в ступенях.
13. Основные источники ошибок геометрического нивелирования и пути их уменьшения. Разработка специальных классов нивелирования. Оценка точности результатов нивелирования (лекция + [7]стр. 38-51)
При нивелировании короткими лучами в условиях строительства или действующего предприятия участвуют три группы погрешностей (ошибок):
- инструментальные,
- внешней среды,
- личные.
А) Инструментальные ошибки (будем считать для 25 м):
1) визирования mвиз =W х S/V х ρ= 10”x 25000мм/40 x 206265=0,03 мм. Может быть уменьшена за счет более коротких линий визирования.
2) Совмещения концов уровня (горизонтирования визирного луча) mсов=0,25”х 25000 мм/ρ =0,03 мм Может быть уменьшена за счет более коротких линий визирования.
3) За угол I mi = 20”х 0,5 м / 206000 = 0,05 мм. Может быть уменьшена за счет более точной установки в середину и более точной выверки угла i.
4) Изменения фокусировки зрительной трубы mфок=0 – При точной установке в середину перефокусировку не делают.
5) Ошибки барабана микрометра mбар = 0,0005 х 50дел = 0, 025 мм. Уменьшается за счет взятия нескольких отсчетов. (основная и дополнительная шкалы, два горизонта и т.п.
6) Смещения сетки нитей. По Пискунову mсетки нитей = 0,03 мм. Необходимо одинаково наводится на штрихи рейки.
7) Нанесения делений рейки mдел = 0,35 мм. Исследуют и иногда вносят поправки в отсчеты
8) Разности высот нулей реек. mнулей=0. Работают одной рейкой.
9) За наклон рейки 
Применяют оградительное кольцо.
10) За неточную выверку уровня mвыв.уровня- по той же формуле, но ошибки вдвое меньше за счет более тщательных действий.
11) За неперпендикулярность плоскости пятки mпятки = 0,025 мм (оградительное кольцо)
12) Коробления рейки mкороб = 0. Лента натягивается пружиной и при короблении тела рейки не изменит своей прямолинейности.