Нивелирование трассы

Нивелирование трассы выполнено методом геометрического нивелирования. Рассмотрим теорию этого метода.

2.5.1. Геометрическое нивелирование

Нивелирование трассы производится методом геометрического нивелирования, которое позволяет определить превышение одной точки над другой, близкой к ней, с помощью горизонтального луча нивелира и отвесно установленных нивелирных реек.

В геометрическом нивелировании различают два способа:

- нивелирование из середины (рис. 2.4);

- нивелирование вперед (рис. 2.5).

Рис. 2.4. Нивелирование из середины

При нивелировании из середины в точках А и В устанавливают отвесно нивелирные рейки, а нивелир устанавливают между этими точками (на одинаковом расстоянии от них), не обязательно в створе линии. Точку постановки нивелира называют станцией. При нивелировании используют обычно двухсторонние рейки, на черно-белой стороне рейки отсчеты начинаются с нуля, а на красно-белой стороне – с произвольного отсчета, значение которого больше, чем максимальный отсчет по черно-белой стороне. Начальный отсчет по красно-белой стороне называют пяткой рейки и его значение используется при контроле снятия отсчетов на станции. Если при нивелировании используются односторонние рейки, то на станции нивелирование выполняют дважды при разных высотах инструмента.

Превышение h на станции вычисляют по формуле

, (2.17)

где а – отсчет по задней рейке (точка А); b – отсчет по передней рейке (точка В) (см. рис. 2.4).

Превышение может быть положительным или отрицательным.

Если отсчет по задней рейке обозначить З, а отсчет по передней рейке П (см. рис. 2.4), то формула (2.4) примет вид

h=З – П. (2.18)

При нивелировании по двухсторонним рейкам на станции получают два превышения:

h_ч=З_ч – П_ч; (2.19)

h_к=З_к – П_к, (2.20)

где З_ч, З_к – отсчеты по черной и красной сторонам на заднюю рейку; П_ч, П_к – отсчеты по черной и красной сторонам на переднюю рейку.

Пример. Д ля станции 1 (прил. 5):

.

При нивелировании на каждой станции выполняется два контроля:

• контроль снятия отсчетов производится по пяткам реек:

(2.21)

; (2.22)

, (2.23)

где – пятка задней рейки; – пятка передней рейки;

• контроль нивелирования производится по формуле

. (2.24)

В нашем примере на 1-й станции . Если условие выполняется, то на станции вычисляют среднее превышение:

. (2.25)

Среднее превышение округляется до целых мм.

На станции 1 .

При нивелировании вперед превышение вычисляется по формуле

(2.26)

или

, (2.27)

где – высота нивелира над задней точкой, измеряемая стальной рулеткой или отсчитываемая по нивелирной рейке от верха колышка до середины окуляра зрительной трубы нивелира (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Нивелирование вперед

В тех случаях, когда превышение между точками, расположенными на значительном расстоянии, с одной постановки нивелира определить нельзя, выполняется последовательное или сложное нивелирование (рис. 2.6).

При последовательном нивелировании способом из середины превышение между точками А и В вычисляется по формуле

. (2.28)

При последовательном нивелировании способом вперед превышение вычисляется по формуле

. (2.29)

Рис. 2.6. Последовательное нивелирование

При последовательном нивелировании точки 1 и 2 называют связующими. Если нивелирование выполняют вдоль какого-либо направления, например вдоль дороги или трубопровода, то такое нивелирование называют продольным. Одновременно с продольным нивелированием может проводиться поперечное нивелирование (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Схема поперечного нивелирования

Связующие точки при продольном нивелировании на местности намечают и закрепляют обычно через равные интервалы, например через 100 м (расстояние в 100 м называют пикетом), закрепленные точки часто не совпадают с точками перегиба рельефа, а для производства строительства необходимо знать отметки точек перелома уклонов. Отметки таких точек, а также: 1) точек пересечения инженерных коммуникаций (водопровод, ЛЭП, дороги); 2) главных точек круговой кривой при продольном нивелировании определяют как отметки промежуточных точек. Промежуточные точки (рис. 2.8) обозначают числом метров, соответствующих расстоянию от заднего пикета, поэтому их называют еще плюсовыми точками.

Рис. 2.8. Вычисление отметки промежуточной точки

Отметки промежуточных точек находят через горизонт инструмента ГИ на станции, с которой определялся отсчет на промежуточную точку.

Горизонт инструмента – высота визирного луча нивелира над уровенной поверхностью, вычисляется по формуле

или , (2.30)

где Н_з – отметка задней точки; З_ч – отсчет по черной стороне на заднюю точку; Н_п – отметка передней точки; П_Ч – отсчет по черной стороне на переднюю точку.

Для станции 6, имеющей промежуточные точки,

.

Горизонт инструмента и отметка задней точки вычисляются в метрах, поэтому и отсчет на заднюю точку переведен в метры.

Отметку промежуточной точки вычисляют по формуле

, (2.31)

где – отсчет на i -ю промежуточную точку, взятый по черной стороне рейки.

Пример. Отметка на точку ПК 3+10 будет равна

.

Вычисление отметок через горизонт инструмента особенно удобно, когда с одной станции производилось снятие отсчетов на несколько промежуточных точек, например при нивелировании поперечников.

При больших продольных уклонах между пикетами не всегда возможно определить превышение между ними с одной постановки нивелира. Тогда между пикетами берут дополнительные точки. Если уклон однородный, т.е. между пикетами нет точек перелома уклона, то в качестве связующих берут произвольные точки, которые подписывают иксовыми точками. Иксовые точки на продольном профиле не изображаются, поэтому расстояние до них не измеряется (рис. 2.9). В нашем примере иксовые точки есть на станциях 5 и 10.

Рис. 2.9. Иксовые точки

Если уклон между пикетами не однороден, а превышение нельзя определить с одной постановки нивелира, то точка перелома уклона может быть взята в качестве связующей точки и до нее должно быть измерено расстояние, т.к. эту точку нужно обязательно изобразить на продольном профиле (рис. 2.10). В нашем примере такая точка есть на станции 8.

Рис. 2.10. Точка перелома уклона

Все измерения при нивелировании заносятся в журнал соответствующего образца (см. прил. 5). Заканчивают запись на странице отсчетами на переднюю точку. Так как нивелирный ход может занимать несколько страниц, то во избежание ошибок на каждой странице производят постраничный контроль:

(2.32)

где – сумма отсчетов на задние (передние) рейки по черной и красной сторонам на странице; – сумма превышений на странице, вычисленных по черной и красной сторонам; – сумма средних превышений на странице.

Каждый студент должен решить две задачи для закрепления знаний по геометрическому нивелированию.

Задача 1.

Дана отметка Н_А точки А. Вычислить отметку точки В через ее превышение над точкой А, если по нивелирным рейкам получены отсчеты:

- в точке А отсчет по черной стороне рейки а = 1256 + N_З ·15;

- в точке В отсчет по черной стороне рейки в = 2976 – N_З ·20.

Если номер зачетной книжки больше 100, то Н_з = номерзачетной книжки – 50. Построить поясняющий схематический чертеж.

Отметка точки А берется равной высоте точки п/п 84 из расчетно-графической работы №1:

.

Задача 2.

Вычислить отметку точки А через горизонт инструмента, если отметка точки В и отсчеты а, в имеют такие же значения, как и в первой задаче. Построить поясняющий чертеж.

2.5.2. Обработка журнала нивелирования трассы

Нивелирный ход продольного нивелирования обычно прокладывается между точками с известными отметками. Такой ход называют разомкнутым.

Математическая обработка результатов нивелирования (обработка журнала нивелирования) выполняется в следующей последовательности:

1.Вычисляют сумму средних превышений по всему ходу нивелирования:

, (2.33)

где – средние превышения -й станций.

2.Вычисляют теоретическую сумму превышений по ходу, равную разности отметок реперов, на которые опирается ход:

, (2.34)

где – отметки реперов в конце и начале хода (исходные данные, определяемые по номеру зачетки).

Если ход замкнутый, то .

3.Вычисляют практическую невязку нивелирного хода:

. (2.35)

4. Вычисляют невязку, допустимую для данного хода:

, (2.36)

где – длина нивелирного хода, выраженная в километрах.

5.Если , то полученную невязку можно распределить поровну между всеми средними превышениями. Для этого вычисляют поправки:

, (2.37)

где – число станций в ходе.

Поправки вычисляют с округлением до 1 мм.

При этом должно выполняться условие

. (2.38)

6.Вычисляют исправленные превышения:

. (2.39)

Они должны удовлетворять условию

. (2.40)

7. Вычисляют отметки связующих точек:

. (2.41)

Контролем правильности вычисления отметок связующих точек служит точное получение в конце хода отметки конечного репера.

8. Если в ходе имеются промежуточные точки, то для этих станций вычисляют горизонт инструмента по формуле (2.30).

Отметки промежуточных точек вычисляют по формуле (2.31).

Образец журнала нивелирования см. в прил. 5.