В.С. РЕДЬКОВ

Руководство

по техническому нивелированию и высотным теодолитным ходам

МОСКВА «НЕДРА»

1974

В руководстве изложены способы, инструменты и методы прокладывания ходов технического нивелирования и высотных теодолитных ходов.

В главе I рассмотрено техническое нивелирование. Показаны особенности работы нивелиром с наклонным визирным лучом. Описаны поверки и юстировки уровенных нивелиров и нивелиров с самоустанавливающейся линией визирования (с компенсатором), порядок выполнения полевых работ, ведения полевых журналов, обработки результатов нивелирования.

В главе II освещены особенности, точность и сфера применения высотных теодолитных ходов. Приведены характеристики теодолитов и оптических дальномеров, их исследования и юстировки. Описаны полевые работы при прокладывании высотных теодолитных ходов с измерением расстояний с помощью оптических дальномеров и постоянного вертикального базиса; даны полевые журналы с примерами их ведения и обработки.

В главе III показаны способы закрепления съемочного обоснования в различных условиях, даны рисунки знаков.

Книга предназначена для инженерно-технических работников строительных, проектно-изыскательских и прочих организаций, занимающихся техническим нивелированием, и может быть полезна студентам при изучении ими курса «Инженерной геодезии».

Содержание

ПРЕДИСЛОВИЕ

При создании крупномасштабных планов, строительстве и эксплуатации различных сооружений выполняется большой объем работ по определению превышений и отметок, выносу точек с заданными (проектными) отметками и т.д. Как правило, на этих работах применяют геометрическое нивелирование, однако все большее распространение получают методы тригонометрического нивелирования (приложением высотных теодолитных ходов). Под высотным теодолитным ходом понимается совокупность точек на местности, отметки которых определены методами тригонометрического нивелирования (дополнительно к пунктам государственной геодезической сети). Опыт показывает, что уже сейчас высотные теодолитные ходы во многих случаях могут заменить техническое нивелирование, а иногда и нивелирование более высокого класса точности.

Большие перспективы открывает применение новых оптических теодолитов. Использование новой геодезической техники требует от исполнителей хорошего знания ее, поэтому в предлагаемой работе значительное внимание уделено описанию новых геодезических инструментов, их исследованию и юстировкам.

Весьма важным является вопрос о рациональных способах закрепления пунктов на местности, рассмотренный в применении к ходам съемочного обоснования.

Автор выражает глубокую признательность доцентам В.С. Кириленко и М.Е. Пискунову за ценные критические замечания, которые были учтены при подготовке рукописи к изданию.

Глава I

ТЕХНИЧЕСКОЕ НИВЕЛИРОВАНИЕ

§ 1. Назначение и требования точности

Ходы технического нивелирования предназначены для создания обоснования топографических съемок масштаба 1:5000 - 1:500, привязки опознаков, а также для производства различных инженерных работ. Так, техническое нивелирование применяется при окончательном трассировании железных дорог, приложении ходов по существующим железным дорогам, создании съемочных полигонов для транспортных узлов, при трассировании воздушных линий для передачи электроэнергии и т. д.

По классификации геодезических сетей СССР невязки в ходах и полигонах технического нивелирования не должны превышать

где L - длина хода в километрах.

Отсюда предельная ошибка определения превышения на станции не должна быть больше +10, 20 и 30 мм при расстояниях от нивелира до рейки 25, 75 и 150 м соответственно.

Однако методами технического нивелирования могут определяться превышения и с меньшей точностью: так, на изысканиях трасс автодорог требуется производить высотные измерения с ошибками не более +100 мм на 1 км и т.д. Часто меньшей, чем 50 мм на 1 км, точности требуют работы на строительных площадках (при оценке объемов работ, предварительной передаче отметок в котлован и т.д.). Однако методика измерений и инструменты применяются такие, какие приняты для технического нивелирования.

§ 2. Инструменты для технического нивелирования

Техническое нивелирование производится при помощи нивелиров, реек, костылей, башмаков.

Нивелиры

Согласно ГОСТ 10528-69 для технического нивелирования предназначены нивелиры НТ, НТС, НЛС; кроме того, возможно применение нивелиров, используемых для работ более высокого класса точности: НС4, Н3 и равных им по точности нивелиров прежних выпусков НВ-1, НГ и других инструментов, выпускаемых предприятиями СССР.

Возможно также и применение нивелиров, изготовленных в ГДР: Ni060, Ni030, Ni025, Ni050 и Венгрии: NiE1(2), NiB3(4), 5(6) и др.

Из всех инструментов для технического нивелирования оригинальным устройством отличается нивелир отечественного производства НЛ-3, позволяющий нивелировать как горизонтальным, так и наклонным визирным лучом. На основе этого инструмента по ГОСТ 10528-69 намечен выпуск нивелира НЛС.

Нивелир Н3 (рис. 1, а) является глухим нивелиром с элевационным винтом. Назначение нивелира - производство нивелирования III и IV классов; с успехом применяется он и при техническом нивелировании. Им возможно определение превышении со средними квадратическими ошибками +4 мм на 1 км и ±1,5 мм па станции при расстоянии до реек 75 м.

Рис. 1. Нивелир Н3 и поле зрения его визирной трубы.

Цена деления цилиндрического уровня Н3 равна 15" на 2 мм, расстояние минимального визирования - 2 м (табл. 1). Инструмент имеет современный вид, грубая установка нивелира по круглому уровню 1 производится подъемными винтами 2.

Таблица 1

Технические характеристики нивелиров

Изображение концов пузырька цилиндрического уровня 3 передается в поле зрения зрительной трубы (рис. 1, б). Точная установка оси цилиндрического уровня в горизонтальное положение производится элевационным винтом 4. Перемещение зрительной трубы нивелира в горизонтальном направлении грубое производится от руки при открепленном зажимном винте, расположенном под объективом, а точнее - наводящим винтом 5 при закрепленном зажимном винте.

Резкого изображения - сетки нитей добиваются вращением диоптрийного кольца 6 окуляра; резкого изображения рейки - вращением головки 7. Грубая наводка трубы на рейку производится по удлиненной мушке 8.

Нивелир НС-4 предназначен для производства нивелирования IV класса; с успехом применяется он при техническом нивелировании. Этим инструментом можно определять превышения со средними квадратическими ошибками до ±8 мм на 1 км и ±3 мм на станции при расстоянии от реек до нивелира 100 м. Характеристики нивелира даны в табл. 1.

Основная особенность инструмента: наличие компенсатора для приведения линии визирования в горизонтальное положение. Пределы работы компенсатора ±15', точность автоматической установки линии визирования ±0", 4; для приведения оси вращения нивелира в отвесное положение есть круглый уровень; расстояние наименьшего визирования равно 2,0 м; нивелир НС-4 имеет бесконечный наводящий винт.

Нивелир НС-4 изготавливается с горизонтальным кругом, что делает очень удобным применение его для высотной съемки, особенно в местности с равнинным рельефом.

Нивелир НТ (рис. 2) является глухим уровенным нивелиром с элевационным винтом. Назначение его - производство технического нивелирования. Возможно изготовление его с компенсатором (НТС).

Рис. 2. Нивелир НТ.

Технические возможности нивелира (см. табл. 1) позволяют определять превышении со средней квадратической ошибкой ±15 мм на 1 км, а на станции с расстоянием до реек 150 м - ±6 мм. Нивелир НТ изготавливается с металлическим горизонтальным кругом 1; он имеет особое устройство 2 для установки по круглому уровню 3; это устройство - шаровая пята с закрепительной гайкой 4 вместо подъемных винтов - позволяет устанавливать инструмент по круглому уровню при ослабленной гайке 4 одним движением. Изображение концов пузырька цилиндрического уровня 5 передано в окуляр зрительной трубы. Учитывая довольно большую цену деления цилиндрического уровня (45" на 2 мм), незначительную массу (1 кг) и малое расстояние минимального визирования, инструмент наиболее пригоден для производства работ на строительной площадке, а также при производстве высотных съемок застроенной территории в равнинной местности. Для удобства наблюдения за круглым уровнем имеется зеркало 6, а приведение пузырька цилиндрического уровня на середину производится элевационным винтом 7. Вращением диоптрийного кольца 8 окуляра получают резкое изображение сетки, а фокусирование изображения рейки производится вращением головки 9.

Для грубого визирования на трубе имеется удлиненная мушка 10. Точное наведение визирной оси на рейку осуществляется перемещением алидады нивелира от руки. Во время транспортировки головка штатива должна быть закрыта крышкой.

Нивелир НЛ-3 является первым отечественным нивелиром с наклонным лучом, нашедшим практическое применение. Этот инструмент позволяет определять превышения с предельными ошибками ±50 мм на 1 км при длине визирного луча не более 200 м. С одной станции возможно определение превышения до ±15 м. Технические характеристики инструмента приведены в табл. 1.

Общий вид инструмента представлен на рис. 3. Зрительная труба 1 наклоняется в вертикальной плоскости наводящим винтом 2 при закрепленном положении зажимного винта 3. Перемещение зрительной трубы в горизонтальной плоскости возможно грубо «от руки» при ослабленном положении винта 4 и точно - наводящим винтом 5 при зажатом винте 4.

Рис. 3. Нивелир НЛ-3.

Оптические детали высотомера - устройства для определения превышения наклонным лучом - расположены в коробке 6, соединенной с контактным уровнем 7, который устанавливается в рабочее положение наводящим винтом 8. В рабочее положение нивелир приводится подъемными винтами 9 по круглому уровню 10.

В поле зрения трубы нивелира НЛ-3, кроме трех нитей а, б, в обычной сетки (рис. 4), из коробки высотомера 6 передается изображение высотного штриха г.

Рис. 4. Поле зрения визирной трубы нивелира НЛ-3.

Не останавливаясь на принципе устройства высотомера, рассмотрим порядок работы при определении превышений из середины (рис. 5). Пусть n_a и n_b - отсчеты по средней нити сетки по задней и передней рейкам, установленным в точках А и В, а a и b - отсчеты по штриху высотомера при горизонтальном положении оси цилиндрического уровня. Тогда превышение h вычислится как:

h = K(a - b) + (K - 1) (n_a - n_b),

где K = 5 - коэффициент высотомера НЛ-3. Если при нивелировании наводить средний штрих на задней и передней рейках на одинаковые отсчеты, т. е. делать

n_a = n_b,

то

Рис. 5. Схема определения превышения нивелиром НЛ-3 из середины.

При нивелировании вперед формула для определения превышений имеет следующий вид:

h = K(n_b - b) + i - n_b,

где i - высота нивелира.

Нивелиром НЛ-3 можно производить обычное геометрическое нивелирование, если при горизонтальном положении оси цилиндрического уровня совместить среднюю нить сетки б со штрихом высотомера г.

Нивелир Ni025 производства Народного предприятия «Карл Цейсе» (Иена, ГДР) (рис. 6). По данным предприятия-изготовителя, при помощи, этого инструмента можно определять превышения со средними ошибками ±2,5 мм на 1 км при двойном нивелировании; технические данные приведены в табл. 1.

Рис. 6 Нивелир Ni 025.

Инструмент выпускается как с горизонтальным кругом, так и без него. Особенности №025: наличие компенсатора для установки линии визирования в горизонтальное положение, прямое изображение в зрительной трубе, наводящий винт фрикционного типа с двусторонним расположением рукояток 1, возможность откладывать или измерять горизонтальные углы (если инструмент имеет горизонтальный круг).

Небольшое расстояние минимального визирования (1,5 м) позволяет применять этот инструмент при техническом нивелировании в стесненных условиях (на строительной площадке при установке оборудования в крупном машиностроении). При работе ось вращения инструмента устанавливается в отвесное положение подъемными винтами 4 при помощи круглого уровня 2, изображение которого наблюдается в зеркале 3. Резкого изображения сетки добиваются вращением диоптрийного кольца 5 окуляра, рейки - вращением маховичка 6.

На предприятиях СССР, кроме Ni 025 распространено много инструментов для технического нивелирования, изготовленных в ГДР. Например, Ni 030 - уровенный нивелир с техническими данными, близкими к Н3 (см. табл. 1) и нивелир Ni 060 - уровенный нивелир, пригодный в основном для работ на строительной площадке.

Одной из последних моделей нивелира, предназначенного для производства технического нивелирования, работ на строительной площадке и монтажа оборудования, является Ni 050, позволяющий определять превышения со средней квадратической ошибкой ±5 мм на 1 км (см. табл. 1). Инструмент снабжен компенсатором для автоматической установки линии визирования в горизонтальное положение, наводящим винтом фрикционного типа, оригинальным устройством для приведения инструмента в рабочее положение.

Нивелир NiB5 (рис. 7, а) Венгерского оптического завода (Будапешт) является инструментом с компенсатором и горизонтальным кругом с точностью отсчитывания порядка 1'. Зрительная труба дает прямое изображение. Инструмент обеспечивает определение превышений со средней квадратической ошибкой ±2 мм на 1 км. Грубая наводка инструмента на цель производится от руки, а точная - наводящим винтом 1 с фрикционным зажимом. Отсчет по горизонтальному кругу производится через окуляр 2; горизонтальный круг может переставляться при помощи диска смещения лимба. Технические данные нивелира приведены в табл. 1.

Рис. 7. Нивелир NiB5 и поле зрения его визирной трубы.

Как видно из табл. 1, инструмент достаточно портативен (масса 2,3 кг) и имеет хорошие качества: средняя квадратическая ошибка установки визирной оси компенсатором в горизонтальное положение ±0",4 с диапазоном работы ±8'. Изображение пузырька круглого уровня 3 (см. рис. 7, а), расположенного в верхней части корпуса нивелира трубы, передается в поле зрения трубы (рис. 7, б). Нивелир может применяться при проложении нивелирных ходов III и IV классов, нивелировании трасс линейных сооружении, разбивках на строительной площадке и при городских съемках.

Предприятием MOM выпускаются также нивелиры: NiB6, по конструкции аналогичный представленному, но без горизонтального круга; NiB3 и NiB4 - варианты без передачи изображения пузырька круглого уровня в поле зрения трубы (NiВ3 - с горизонтальным кругом).

Нивелир NiE1(рис. 8) Венгерского оптического завода (Будапешт) позволяет, по данным предприятия-изготовителя, определять превышения со средней квадратической ошибкой ±20 мм на 1 км и предназначен в основном для производства нивелирных работ на строительной площадке. Нивелир снабжен компенсатором с пределами работы ±30', металлическим горизонтальным кругом 1 со средней квадратической ошибкой отсчета порядка 0°,1 и сферическим шарниром 2 вместо подъемных винтов. Для установки оси вращения нивелира в отвесное положение зажимной винт 4 ослабляется и наклоном верхней части нивелира от руки пузырек круглого уровня 3 приводится на середину.

Рис. 8. Нивелир NiE1.

Окуляр зрительной трубы 5 расположен вертикально; наведение трубы на резкость по предмету осуществляется винтом 6; точный поворот трубы в азимутальном направлении производится наводящим винтом 7 с фрикционным зажимом, грубый - от руки. Малая масса нивелира, небольшое расстояние минимального визирования в сочетании с компенсатором большого диапазона действия делает этот инструмент удобным для работы в стесненных условиях.

Рейки и штативы

Рейки, применяемые при производстве технического нивелирования, изготавливаются по ГОСТ 11158-65 с шашечными делениями по 10 мм. Для изготовления реек применяются деревянные бруски, предварительно пропитанные олифой и окрашенные; концы брусков укрепляются металлическими оковками. Деления на рейках могут быть нанесены на одной стороне (односторонние рейки) или на двух (двусторонние), причем на двусторонних рейках деления наносятся краской разного цвета: на основной стороне - черной, на дополнительной - красной.

Рейка РН3 - нивелирная рейка цельная двусторонняя; предназначена для нивелирования III и IV классов. Длина рейки 3 м.

Рейка РН4 - складная трех- или четырехметровая с делениями на одной стороне (или двусторонняя), предназначенная для нивелирования IV класса и технического (для подземного нивелирования длина рейки 2,1 м).

Рейка РНТ - для технического нивелирования складная двусторонняя длиной 4 м.

Применяются рейки и другой конструкции. Так, широко распространены раздвижные односторонние четырехметровые рейки отечественного производства, а также двусторонние рейки Венгерского завода MOM с полусантиметровыми делениями.

Штативы для геодезических инструментов изготавливаются по ГОСТ 11897-66 раздвижные (ШР) и нераздвижные (ШН).

Штативы раздвижные изготовляются высотой 120, 140, 160 см, а нераздвижные - 120 - 200 см.

Головки и башмаки ножек штативов изготовляются из металла, а ножки - из дерева или из легких антимагнитных сплавов (дюралюминий).

Штативы для зарубежных инструментов, как правило, имеют деревянные ножки (NiE1 - металлические).

§ 3. Исследования и поверки инструментов

Все инструменты до применения их должны быть исследованы, поверены и отъюстированы с тем, чтобы исполнитель был уверен в их безусловной надежности.

При получении инструмента необходимо убедиться в наличии всех его частей и механической их исправности. Иногда эта работа называется приемочными поверками инструмента. Определение постоянных инструмента называется его исследованием. Выяснение соответствия инструмента определенным геометрическим требованиям называют полевыми поверками инструмента, а операции по приведению частей инструмента в положение, отвечающее этим требованиям, - юстировками.

Во время эксплуатации инструментов может быть нарушена их регулировка, поэтому некоторые из поверок и юстировок необходимо повторять иногда даже ежедневно, чтобы в результатах измерений не появлялись систематические ошибки.

Исследования и приемочные поверки нивелиров, реек, штативов

При производстве приемочных поверок инструмента проверяется наличие и правильность действия наводящего, элевационного и подъемных винтов; все они должны плавно перемещать соответствующие части как при прямом, так и при возвратном движениях, а действие элевационных винтов не должно иметь люфта, т. е. перемещение должно прекращаться сразу после прекращения вращения и начинаться одновременно с началом вращения винта.

У некоторых нивелиров, имеющих фрикционный зажим оси вращения инструмента, необходимо проверить действие его на всей окружности.

Если наводящий винт погнут, его необходимо сменить. При неравномерном возвратном движении трубы необходимо растянуть или сменить пружину, сменить смазку в обойме. Слишком тугое или свободное вращение наводящих винтов исправляется вращением регулировочных гаек в нужную сторону. Слишком слабое или тугое вращение подъемных винтов также устраняется соответствующей их регулировкой. Для этого подъемные винты вывинчиваются до тех пор, пока в отверстиях их стаканов не появятся отверстия регулировочных гаек. В совмещенные отверстия вставляется шпилька, и вращением подъемных винтов совместно с регулировочными гайками добиваются нормального вращения винтов. Подъемные винты зарубежных инструментов регулируются согласно соответствующим заводским инструкциям.

Неустойчивое состояние инструмента объясняется выгибом пластинчатой пружины. Эта неисправность требует разборки всего трегера, съема пружины и выправки ее, что производится в мастерской.

Необходимо также проверить плавность хода инструмента при вращении вокруг своей оси и при тугом ходе смазать ее. Для этого трубу снимают с трегера, осевую систему разбирают, ось протирают чистой тряпкой с бензином и затем смазывают небольшим (5 - 6 капель) количеством смазки, которая имеется в комплекте ЗИП инструмента.

При исследовании зрительных труб необходимо убедиться в возможности получения резкого изображения сетки и предметов. Исправление параллакса сетки нитей должно легко производиться незначительным перефокусированием зрительной трубы.

Исследование постоянных инструментов, применяемых для технического нивелирования, сводится к определению увеличения зрительной трубы и цены деления цилиндрического уровня. Увеличение определяется одновременным рассматриванием нивелирной рейки через зрительную трубу и невооруженным глазом. Для этого рейку устанавливают в хорошо освещенном месте на расстоянии 5 м от инструмента. Затем рассматривают рейку одновременно одним глазом в трубу, а другим глазом - мимо нее и считают число делений рейки, увиденных невооруженным глазом, попавшее на одно деление рейки, увиденное через трубу, что и дает увеличение υ^×.

Определение цены деления τ" уровней производится по рейке, установленной на ровной площадке на расстоянии l порядка 50 м от инструмента.

Цена деления вычисляется как угол, на который наклонится визирная ось при перемещении пузырька уровня на одно деление:

где n - число делений уровня, на которое переместился пузырек его между отсчетами по рейке a₁ и a₂. При этом делается не менее трех установок пузырька цилиндрического уровня в разных местах шкалы с одновременными отсчетами по рейке.

Если на ампуле уровня нет делений, то к пей приклеивается полоска бумаги с предварительно нанесенными делениями через 2 мм.

У инструментов с компенсатором исследуется правильность работы компенсатора в пределах его действия вдоль линии визирования и перпендикулярно к ней. Об исправности компенсатора судят по постоянству отсчетов по рейке, взятых вначале при среднем положении пузырька установочного уровня, а затем при смещении его подъемными винтами вперед, назад и в стороны по отношению к линии визирования на величину диапазона действия компенсатора (с учетом цены деления уровня). Если отсчеты при этом меняются более чем на ошибку отсчитывания, то нивелир следует отправить в мастерскую для ремонта.

При исследовании нивелира НЛ-3, кроме увеличения трубы и цены деления уровня, определяется коэффициент K высотомера.

Для этого на местности кольями закрепляют две точки на расстоянии 100 - 120 м с превышением h = l - 2 м. Превышение вначале определяют многократно геометрическим нивелированием из середины хорошо выверенным инструментом, а затем также многократно - исследуемым нивелиром НЛ-3, причем среднюю нить сетки необходимо наводить на одинаковые отсчеты. Определив средние отсчеты a_ср и b_ср по рейкам, вычисляют коэффициент как

Если значение коэффициента не равно 5, то инструмент отправляют в мастерскую, где соответствующим перемещением компонентов объектива высотомера устанавливают K = 5.

Рейки, применяемые при производстве технического нивелирования, подвергаются следующим исследованиям.

1. Определение цены делений рейки.

Исследованию подвергаются метровые и дециметровые интервалы реек.

Для исследования рейку укладывают в горизонтальное положение без прогиба и на ее поверхность кладут контрольную линейку пли натягивают компарированную рулетку с миллиметровыми делениями.

Для фиксирования начала шкалы к пятке рейки плотно прижимают лезвие бритвы и делают отсчеты по линейке (рулетке) в начале шкалы и на границах всех исследуемых интервалов. Затем сдвигают линейку (рулетку) на 1 - 2 мм, производят все отсчеты повторно и вычисляют разности отсчетов. Колебания одноименных разностей отсчетов должны быть не более ±0,2 мм.

Отклонения измеренных величии метровых интервалов рейки (деления 0 - 10, 10 - 20, 20 - 30, 30 - 39) от их номинального значения должны быть не более ±3 мм, а дециметровых - не более ±1 мм.

2. Определение разности положения нулей черной и красной сторон реек производится сравнением отсчетов по красной и черной сторонам. Для этого рейку устанавливают на расстоянии 20 м от нивелира. При положении пузырька цилиндрического уровня строго на середине делают не менее пяти пар отсчетов по черной и красной сторонам при разных высотах инструмента и вычисляют среднюю разность положения нулей.

Штативы геодезических инструментов должны быть устойчивы. Если штатив неустойчив, то необходимо подтянуть крепежные болты и расклинить или замочить в воде его деревянные части в местах соединения с головкой штатива и башмаками.

Для установки реек на связующих точках, кроме обычных башмаков и костылей, применяются также простейшие металлические костыли и деревянные икс-колья, имеющие приспособления для удобной их переноски (рис. 9).

Рис. 9. Костыли и икс-колья для технического нивелирования.

Полевые поверки и юстировки нивелиров

Полевые поверки производятся в такой последовательности.

1. Поверка круглого уровня.

Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира.

Вращением подъемных винтов пузырек уровня приводят на середину, а затем трубу нивелира поворачивают на 180°. Если пузырек уровня отклонился от среднего положения, то половину его отклонения исправляют юстировочными винтами уровня. Затем поверку, а при необходимости и юстировку повторяют.

2. Поверка сетки нитей.

Горизонтальная нить сетки должна быть перпендикулярна к оси вращения нивелира.

Для производства поверки ось вращения нивелира устанавливают отвесно и берут отсчет по рейке при расстоянии до нее 20 - 30 м; после этого наводящим винтом зрительную трубу перемещают в азимутальном направлении. Если отсчет по рейке при этом меняется, то поворотом оправы сетки после ослабления крепежных винтов добиваются такого положения нитей, чтобы отсчет при движении трубы наводящим винтом оставался постоянным.

3. Поверка главного условия уровенных нивелиров.

Ось цилиндрического уровня должна быть параллельна визирной оси зрительной трубы. Поверка делится на две части.

1-я часть. Ось цилиндрического уровня и визирная ось зрительной трубы должны лежать в параллельных отвесных плоскостях.

Для производства поверки нивелир устанавливают в рабочее положение так, чтобы один из его подъемных винтов был расположен по направлению визирной оси. На расстоянии 60 - 100 м устанавливают рейку и берут отсчет по ней при среднем положении пузырька цилиндрического уровня. Затем, вращая подъемные винты, расположенные перпендикулярно к визирной оси, в разные стороны на 2 - 3 оборота, наклоняют нивелир в поперечном к линии визирования направлении. Элевационным винтом устанавливают отсчет по рейке, равный исходному, и замечают положение пузырька цилиндрического уровня. То же самое делают, наклонив нивелир в противоположную сторону. Если при наклонах нивелира в разные стороны пузырек цилиндрического уровня отклоняется в разные стороны более чем на 4 деления, то необходимо отъюстировать нивелир, переместив горизонтально расположенными исправительными винтами конец уровня (или сетку трубы) в нужную сторону.

2-я часть. Ось цилиндрического уровня и визирная ось трубы должны лежать в параллельных горизонтальных плоскостях.

Поверку этого условия рекомендуется производить по следующей схеме (рис. 10, а). На местности закрепляют три точки А, В, С на одной прямой с расстояниями AВ = 20,6 м, ВС = 20,0 м.

Рис. 10. Схема поверки главного условия геометрического нивелирования.

На точках А и В устанавливают рейки, затем строго на середине между ними устанавливают нивелир (Ст. 1) и производят отсчеты по рейкам a₁ и b₁ после чего нивелир ставят в точке С (Ст. 2) и производят еще два отсчета a'₂ и b'₂. При этом

a₁ - b₁ = h,

a'₂ - b'₂ = h'.

Превышение h, определенное со станции 1, свободно от влияния ошибки за несоблюдение исследуемого условия и тогда h - h' = ∆, а угол i" между визирной осью и осью уровня вычислится как

i" = 10·∆.

Исправление угла i" нивелира производится после установки элевационным винтом на рейке в точке B отсчета

b₂ = b'₂ + ∆

и последующим приведением пузырька цилиндрического уровня на середину юстировочными винтами.

Эту поверку можно производить также нивелированием на равных и значительно не равных визирных плечах. На местности устанавливают две рейки на расстоянии 50 - 60 м (рис. 10, б); установив нивелир на середине, берут два отсчета a₁ и b₁ по рейкам и определяют превышение

h₁ = a₁ - b₁.

Затем устанавливают нивелир на расстоянии минимального визирования от одной из реек и определяют превышение

h₂= a₂ - b₂.

Сравнивая результаты нивелирования и считая отсчет b₂ безошибочным, получают

∆h = h₁ - h₂.

Для юстировки главного условия элевационным винтом на дальней рейке устанавливают отсчет, исправленный на величину ∆h. Затем пузырек цилиндрического уровня приводят на середину юстировочными винтами.

Поверка, а при необходимости и юстировка повторяются, пока ∆h будет не более ±4 мм.

Поверки и юстировки нивелиров с компенсатором

Поверки круглого уровня и сетки нитей производятся аналогично поверкам уровенных нивелиров.

Главное условие нивелиров с компенсатором формулируется так: в пределах работы компенсатора визирный луч зрительной трубы должен быть горизонтальным. Поверка делается так же, как и поверка главного условия уровенных нивелиров (см. рис. 10). Юстировка производится установкой исправленного отсчета при помощи винтов сетки; у нивелира NiE1 нужный отсчет устанавливается вращением оправы 8 (см. рис. 8) оптического клина после ослабления стопорного винта 9.

Поверка и юстировка нивелира НЛ-3

У нивелира НЛ-3 в полевых условиях производят две поверки.

1. Поверка круглого уровня - аналогична поверкам уровенных нивелиров.

2. Поверка главного условия:

при горизонтальном положении оси цилиндрического уровня и визирной оси зрительной трубы высотный штрих должен совпадать с горизонтальной нитью сетки.

Поверка делается двойным нивелированием вперед при расстоянии между точками 50 - 60 м и наведении средней нити сетки на отсчет, равный высоте инструмента.

Пусть i_a, i_b - высота инструмента, a, b - отсчеты по высотомерному штриху в точках А и В соответственно. Тогда ошибка x в отсчете по рейке из-за несоблюдения главного условия вычислится по формуле

При х > 4 мм вращением винта 8 (см. рис. 3) устанавливают высотомерный штрих на отсчет, равный (b - x), и юстировочными винтами цилиндрического уровня приводят его пузырек на середину.

Поверка повторяется.

§ 4. Полевые работы

Техническое нивелирование производится, как правило, способом «из середины» при нормальной длине визирных лучей, равной 100 м; при благоприятных условиях работы: увеличении зрительной трубы не менее 25^×, цене деления цилиндрического уровня не более 15" на 2 мм и хорошей погоде (тихо, пасмурно) возможно увеличить длину визирных лучей до 150 м. Расстояния до реек измеряются шагами, допустимое неравенство визирных лучей на станции - 10 м.

По характеру организации и выполнения геодезических работ при техническом нивелировании ходы бывают:

- разомкнутые, прокладываемые между двумя точками с известными отметками - реперами;

- замкнутые (полигоны), когда ход кончается на начальной точке;

- висячие, опирающиеся на одну точку с известной отметкой, применяющиеся как исключение и обязательно нивелирующиеся дважды (в этом случае допустимое расхождение превышений равно ).

При производстве технического нивелирования можно выделить следующие три группы задач:

- определение отметок точек или превышений между ними;

- построение профилей местности по заданному направлению;

- вынос точек на местности с заданными (проектными) отметками.

При решении первой группы задач нивелирование ведется по точкам, плановое положение которых не определяется и выбирается из условия удобства и производительности нивелирования. Для получения профиля местности при решении второй группы задач до нивелирования по заданному направлению размечаются и закрепляются точки через 100 (иногда 50 или 20) м, а также перегибы рельефа. Нивелирование при этом ведется по строго заданному направлению, и на станциях кроме связующих могут быть промежуточные точки. Решение третьей группы задач сводится к отложению на местности заранее вычисленного превышения.

Рассмотрим порядок работы при техническом нивелировании. При двусторонних рейках на станции без промежуточных точек реечники под руководством наблюдателя забивают костыли (или икс-колья) в выбранных точках и ставят на них рейки. Нивелир устанавливают в рабочее положение по круглому уровню, затем берут отсчет по верхней и средней нитям сетки черной стороны задней (1, 2) и передней реек (3, 4, табл. 2). После этого рейки поворачивают к наблюдателю красной стороной и снимают отсчеты только по средней нити передней и задней (5, 6) реек. До перехода на следующую станцию производят такие вычисления. Контролируют правильность отсчетов по рейкам, для чего вычисляются разности высот нулей пяток реек

Таблица 2

Журнал технического нивелирований по двусторонним рейкам

Ход от стен. реп. 24 до врем, реп 11

(7) = (6) - (2),

(8) = (5) - (4),

которые должны в пределах ±5 мм равняться известным значениям (см. примечание табл. 2); затем вычисляют превышения по черной и красной сторонам реек

(9) = (2) - (4),

(10) = (6) - (5)

и их разность

(11) = (9) - (10) = (8) - (7).

Разность (11) превышений, вычисленных по черной и красной сторонам реек, не должна превышать ±10 мм (с учетом разности высот нулей пяток реек). При соблюдении этого допуска вычисляют среднее превышение h_ср на станции

Дальномерные расстояния вычисляют как разности отсчетов по верхней и средней нитям сетки

(13) = (2) - (1),

(14) = (4) - (3).

Неверные отсчеты, записанные в журнал, перечеркивают одной четкой чертой, а новые отсчеты пишут на следующей строке.

При нивелировании для построения профилей местности может быть применен журнал иной формы. Порядок работы на станции остается прежним, но так как расстояния по ходу профилей измерены заранее, отсчетов по верхней нити не делается. Журнал заполняется в следующем порядке. После установки реек и нивелира производят отсчет (1) по черной стороне задней рейки н записывают в журнал (табл. 3). Затем визируют на переднюю рейку и берут отсчет (2) по черной ее стороне и записывают этот отсчет в журнал. После этого реечники поворачивают рейки красной стороной к наблюдателю и берут передний (3), а затем задний (4) отсчеты с записью в соответствующие строки и столбцы. При этом задний и передний отсчеты по рейке заносят в одну строку. Контролем правильности работы на станции является равенство превышений в пределах ±10 мм с учетом разности высот нулей реек на красной стороне (в рассмотренном примере высоты нулей на красной стороне одинаковы)

(5) = (1) - (2);

(6) = (4) - (3).

Таблица 3

Журнал технического нивелирования по двусторонним рейкам

Ход от врем. реп. 11 до врем. реп. 12

Переход на следующую станцию производится после определения среднего превышения

При техническом нивелировании рейки не снабжаются уровнями; для исключения ошибок за наклон реек при отсчитывании их покачивают в плоскости визирования и берут минимальный отсчет.

При наличии промежуточных точек на станции после отсчета (8) по черной стороне задней рейки передний реечник ставит рейку последовательно на все точки, начиная от задней по ходу в пределах возможной длины визирного луча. Отсчеты (9) - (12) на промежуточных точках берутся только по черной стороне рейки с записью в графе «промежуточные». Затем рейку устанавливают на передней точке и делают отсчет по черной (13) и красной (14) сторонам передней рейки, а затем и по красной стороне задней рейки (15).

Контроль правильности работы на станции аналогичен предыдущему

(16) = (8) - (13);

(17) = (15) - (14);

(16) -(17) < ± 10 мм;

Для того чтобы при нивелировании не пропустить точек, закрепленных при разбивке пикетажа, наблюдателю полезно иметь с собой выписку из пикетажной книжки о расположении реперов, пикетов, плюсовых и других характерных точек.

Нивелирование с односторонними рейками может производиться с одного или двух горизонтов инструмента. Если нивелирование ведется с двух горизонтов, то порядок операций на станции остается тем же, что и при работе с двусторонними рейками; отсчеты при втором горизонте играют роль отсчетов по красной стороне рейки.

Нивелирование с односторонними рейками и при одном горизонте имеет более упрощенный характер. После установки реек на точках нивелир устанавливают посередине, приводят в рабочее положение и берут отсчеты по задней рейке (1, табл. 4) и по передней рейке (2) с последующим вычислением превышения на станции

(3) = (1) - (2).

Таблица 4

Журнал технического нивелирования по односторонним рейкам с одного горизонта инструмента

Ход от врем. реп. 12 до грунт, реп. 25

Если на станции имеются промежуточные точки, то после отсчета по задней рейке (4) передний реечник ставит рейку, а нивелировщик берет отсчеты на промежуточных точках (5) - (8) в пределах возможной длины визирного луча, а затем и на передней точке (9), после чего нивелировщик переходит на новую станцию и т.д. Работа на станции получается бесконтрольной, поэтому такая нивелировка применяется как исключение.

При выносе точек с наперед заданными (проектными) отметками вначале готовят разбивочные данные: вычисляют проектное превышение h_пр, которое надо отложить как разность отметок выносимой точки H_пр и репера H_о, от которого эта точка выносится

h_пр = H_пр - H_о.

Затем на местности устанавливают нивелир с таким расчетом, чтобы он стоял посередине между репером и выносимой точкой. Взяв задний З отсчет на репере, вычисляют отсчет, который должен быть получен на выносимой точке и, глядя в зрительную трубу на рейку, передвигают ее над точкой вверх - вниз так, чтобы получить отсчет П, равный вычисленному; тогда пятка рейки окажется на заданной отметке.

П = З - h_пр

§ 5. Камеральные работы

Камеральная обработка материалов нивелирования делится на предварительные (обработка полевых журналов) и окончательные вычисления. При окончательных вычислениях оценивается точность результатов нивелирования, уравниваются результаты и вычисляются отметки точек.

Предварительные вычисления начинают с тщательной проверки всех записей и вычислений в журналах. Затем на каждой странице подсчитывают суммы задних (∑З) и передних (∑П) отсчетов и находят их полуразность. После этого вычисляют сумму средних превышений (∑h_ср). Постраничным контролем вычислений является равенство

Расхождение объясняется возможными отклонениями вследствие округлений при выведении среднего.

При наличии отсчетов по верхней нити вычисляют суммы дальномерных расстояний и длину хода, считая коэффициент дальномера равным 200.

Окончательные вычисления начинаются с оценки точности результатов нивелирования путем определения величины невязки хода f_h как разности превышений, полученных между данными точками из нивелирования h_п и известных h₀

f_h = h_п - h₀.

Величина полученных превышений h_п равняется сумме постраничных сумм средних превышений по данному ходу

h_п = ∑(∑h_cp).

В случае нивелирного хода, опирающегося на две твердые точки, известное превышение h₀ вычисляется как разность известных отметок конечной H_к и начальной H_н точек хода, и тогда

h₀ = H_к - H_н.

Если нивелирование производится по замкнутому полигону, то известное превышение h₀ будет равно нулю.

Висячие нивелирные ходы нивелируются дважды и тогда превышение h₀ вычисляется как полусумма превышений двух нивелирных ходов.

Качество нивелирования оценивается сравнением полученной невязки f_h с допустимой невязкой f_доп.

В нашем примере (табл. 5)

Таблица 5

Ведомость вычисления отметок реперов

Распределение невязки производится с обратным знаком поровну на все станции; поправка вычисляется делением невязки на число станций n с округлением до целого миллиметра

Возможно также распределение невязки пропорционально длине хода между точками. При этом вначале находят ∆_1км - поправку на 1 км делением всей невязки на всю длину хода, а затем вычисляют поправки на секции пропорционально их длинам.

Сумма всех поправок должна быть равна невязке с обратным знаком

∑∆ = -f_h.

Исправленные превышения вычисляются сложением средних превышений с поправками на станции, причем должно быть

∑h_испр = ∑h_ср + ∑∆.

Отметки всех связующих точек вычисляются последовательным прибавлением превышений к отметке задней точки. Контроль вычислений состоит в равенстве суммы исправленных превышений разности отметок конечной и начальной точек на странице

∑h_испр = H_к -H_н.

Заключительный контроль вычислений по всему ходу состоит в том, что последняя вычисленная отметка должна равняться известному ее значению.

Окончательная обработка журналов нивелирования для построения профилей ведется в самом журнале (см. табл. 3). Отметки связующих точек считают аналогично приведенному в табл. 5. Для вычисления отметок промежуточных точек на станции вначале находят отметку горизонта инструмента (ГИ) прибавлением заднего отсчета по черной стороне к отметке задней точки

(19) = (20) + (8).

Отметки промежуточных точек получают вычитанием соответствующих отсчётов по рейке из отметки ГИ

(21) = (19)-(9) и т. д.

Обработку журнала нивелирования по односторонним рейкам с одним горизонтом инструмента можно вести с введением поправок в вычисленные отметки (см. табл. 4).

При этом оценку качества нивелирования производят обычным способом, а отметки всех точек вычисляют через горизонт инструмента.

Постраничным контролем правильности вычислений является равенство разности последней и первой отметок на странице в графе отметки вычисленные и суммы вычисленных превышений. Затем производится распределение невязки по ходам по тому же принципу, что и при двусторонних рейках, но исправляются уже вычисленные отметки с таким расчетом, чтобы при равномерном увеличении поправки последняя отметка была исправлена на величину полной невязки. Все отметки промежуточных точек на станции исправляются на поправку, вводимую в отметку задней точки на станции.

Заключительным контролем правильности вычислений по ходу является равенство вычисленного значения отметки последней точки ее истинному значению.

Уравнивание систем линий технического нивелирования производится способом узлов. Порядок работы при этом рассмотрен на случае системы с одной узловой точкой.

Вначале составляют немасштабную схему нивелирных ходов, где указывают отметки H_i исходных реперов, длины L_i ходов и число n_i станций от реперов до узловой точки, суммы измеренных превышений h_i по ходам (рис. 11). Затем вычисляют веса нивелирных линий

где c - постоянный коэффициент, величина которого выбирается из удобства вычислений (значения P должны быть в пределах 1 - 10). После этого определяют частные значения отметки H'_i узловой точки по суммам измеренных превышений h_i по каждому ходу как H'_i = H_i + h_i и из всех частных значений вычисляют вероятнейшее (среднее весовое) значение отметки точки

Рис. 11. Схема нивелирных ходов с одной узловой точкой.

Невязки в ходах вычисляют как разности частных значений отметки узловой точки и ее вероятнейшего значения

f_i = H'_i - H_е.

Качество нивелирования оценивается аналогично одиночным ходам сравнением полученных невязок с допустимыми.

Уравнивание более сложных систем нивелирных ходов может производиться способом эквивалентной замены.

После уравнивания ходов и вычисления отметок точек составляется ведомость отметок точек хода и отчет о выполненной работе. Сдаче подлежат: все полевые журналы, ведомости отметок точек, схема ходов и технический отчет. В отчете необходимо отразить условия работы, применяемые инструменты, методы наблюдений и обработки, исходные данные, краткие результаты работ, а также состав исполнителей, оснащенность, плановые и фактические сроки выполнения работы и замечания по организации работы.

Все документы должны быть подписаны, пронумерованы и сброшюрованы или сложены в папки с составлением описей.

§ 6. Особенности работы с нивелиром НЛ-3 (с наклонным лучом)

Нивелиром НЛ-3 обычно работают «из середины» (см. рис. 5). После установки инструмента по круглому уровню производят дальномерный отсчет по рейке и заносят его в журнал в графу 2 (табл. 6). Затем среднюю нить сетки наводят на одно из дециметровых делений рейки с таким расчетом, чтобы при горизонтальном положении оси цилиндрического уровня высотный штрих попал на рейку. Отсчёты по средней нити n_a и по высотному штриху a заносят в графы 3 и 4 при взгляде на заднюю рейку и в графы 5 и 6 - при взгляде на переднюю рейку (n_b, b) на каждой станции. Затем для контроля берут отсчёты еще раз, сдвинув среднюю нить сетки на 1 - 2 дм. Контролем правильности отсчётов будет равенство

(a₁ - a₂) = 0,8 (n₁ - n₂) ± 3 мм.

Таблица 6

Журнал технического нивелирования наклонным лучом (нивелир НЛ-3).

Ход от реп. 43 до реп. 44

Камеральная обработка журнала нивелирования начинается с вычисления разностей [8(n_b - n_a)] в графе 7 и [10(a - b)] в графе 8, а затем удвоенных вычисленных превышений в графе 9

2h = 8(n_b - n_a) + 10(a - b)

и их средних значений в графе 10. В графе 11 вычисляют полученные превышения, равные половине средних удвоенных.

При обработке журнала для контроля вычисляют суммы граф 2, 4, 6 - 11. На промежуточных точках берут по одному отсчету (ПК 12) и в постраничном суммировании эти числа не участвуют.

Контролем вычислений являются равенства:

10(∑a - ∑b) = ∑10(a - b)

∑8(n_b - n_a) + ∑10(a - b) = ∑h_выч;

Вычисление невязок и уравнивание ходов производится обычными методами.

Глава II

ВЫСОТНЫЕ ТЕОДОЛИТНЫЕ ХОДЫ

§ 7. Особенности и точность высотных теодолитных ходов

Принципиальное отличие высотных теодолитных ходов от ходов геометрического нивелирования заключается в определении превышений по углу наклона визирного луча и расстоянию между точками (рис. 12). Превышения вычисляются по формуле одностороннего тригонометрического нивелирования

h = h' + i - l,                                                                                              (1)

где i - высота инструмента, l - высота визирования (высота рейки от плоскости пятки до видимого положения на ней средней нити).

Рис. 12. Схема тригонометрического нивелирования.

Величина h' вычисляется по формулам

- h' = dtgα,                                                                                                (2)

если измерено горизонтальное проложение d расстояния между точками (α - угол наклона визирного луча);

-h' = Dsinα,                                                                                               (3)

если измерено наклонное расстояние D, и

                                                                                   (4)

если расстояние определено нитяным дальномером (здесь K - коэффициент дальномера, n - дальномерный отсчет по рейке).

Вычисления при определении превышений в высотных теодолитных ходах сложнее, чем при геометрическом нивелировании, однако количество станций для определения превышений, особенно в пересеченной и горной местности, значительно меньше и производительность труда выше. Кроме того, при проложении высотных теодолитных ходов возможно определение планового положения точек, если измерять и горизонтальные углы между направлениями.

Применение упрощенных формул тригонометрического нивелирования без учета влияния кривизны Земли и рефракции оправдано тем, что длины визирных лучей не превосходят 150 - 200 м и нивелирование ведется, как правило, из середины или в прямом и обратном направлениях. До последнего времени наибольшее распространение находили высотные теодолитные ходы, называемые тахеометрическими, когда расстояния определяются при помощи нитяного дальномера или диаграммы в трубе, а превышения или вычисляются по формулам 1 и 4, или определяются по диаграмме (в тахеометрах-автоматах).

Точность определения превышений в таких ходах невелика: порядка ±40 мм на 100 м, а невязки в замкнутых ходах не должны превышать  где s - длина хода в метрах, n - число линий.

В связи с развитием геодезического приборостроения и массовым изготовлением оптических дальномеров и теодолитов (особенно теодолитов с компенсаторами при вертикальном круге) все большее распространение получают высотные теодолитные ходы, способные заменять ходы технического нивелирования. Это достигается правильным подбором инструментов и соответствующей методикой измерений с учетом величины углов наклона, точности их измерения и точности измерения расстояний, а также допустимой величины визирных плеч.

Для ориентирования при выборе инструментов и методов ведения работ в табл. 7 приведены результаты предварительного расчёта точности высотных теодолитных ходов в зависимости от основных параметров: длины визирного луча, ошибок определения углов наклона, ошибок измерения расстояний.

Таблица 7

Ожидаемые средние квадратические ошибки в годах тригонометрического нивелирования в мм на 1 км

a) m_d:d = 1:2000

б) m_d:d = 1:5000

Примечание. Первый ряд цифр для каждого угла наклона - ошибки одностороннего нивелирования; второй ряд - двустороннего (в прямом и обратном направлениях).

Анализ результатов вычислений позволяет считать, что если измерять расстояния с относительными средними квадратическими ошибками 1:2000, а углы со средними квадратическими ошибками +5", то можно прокладывать высотные теодолитные ходы с точностью технического нивелирования (средняя квадратическая ошибка ±25 мм на 1 км) в следующих условиях:

- при одностороннем определении превышений визирными лучами длиной 100 м на местности с углами наклона до 8° и визирными лучами длиной 200 м на местности с углами наклона до 6°;

- при двустороннем нивелировании определение превышений в прямом и обратном направлениях уменьшает ошибки нивелирования в  раз и дает возможность получить точность технического нивелирования при уклонах местности до 12° при d = 100 м и до 8° при d = 200 м;

- дальнейшее увеличение точности достигается уменьшением длины визирного луча и при d = 50 м двустороннее тригонометрическое нивелирование взамен технического возможно на местности с углами наклона до 20°.

Если измерять расстояния с относительными средними квадратическими ошибками 1:5000 при тех же ошибках измерения углов, то точность технического нивелирования может быть достигнута в следующих условиях:

- при одностороннем нивелировании лучами в 100 м на местности с углами наклона до 20° и лучами в 200 м - с углами наклона до 14°;

- при двустороннем нивелировании возможно получить ±25 мм на 1 км на местности с углами наклона до 30°.

В табл. 7 приведены также ожидаемые ошибки нивелирования, позволяющие определить условия, в которых возможно получить точность технического нивелирования при измерении углов с ошибками +10".

§ 8. Инструменты для прокладывания высотных теодолитных ходов

Для измерения вертикальных углов в высотных теодолитных ходах применяются оптические теодолиты. Расстояния определяются, как правило, оптическими дальномерами.

Возможно определение расстояний и другими способами: по постоянному вертикальному или горизонтальному базису, лентой или рулеткой, а также наиболее прогрессивными инструментами для определения расстояний - светодальномерами.

Теодолиты

В табл. 8 приведены технические характеристики наиболее распространенных в производстве теодолитов, изготовляемых промышленностью СССР и ГДР.

Таблица 8

Технические характеристики теодолитов и тахеометров

Продолжение таблицы 8

Примечание. Средние квадратические ошибки определения вертикальных углов определены по уклонениям от вероятнейшего.

Общим при создании всех современных теодолитов является стремление уменьшить влияние внешних факторов: все части размещаются внутри корпуса. Одновременно производится унификация многих деталей: одинаковые для всех теодолитов зажимные и наводящие винты, одинаковые подставки (трегеры), позволяющие работать по трехштативной системе, и т.д. Это касается как отечественных инструментов, так и инструментов, выпускаемых зарубежными предприятиями.

Теодолит Т30 (рис. 13, а) является повторительным угломерным инструментом, заменившим широко применяемый теодолит ТОМ. Назначение теодолита - измерение горизонтальных и вертикальных углов со средней квадратической ошибкой из одного приема +30" в теодолитных и тахеометрических ходах, при создании плановых и высотных сетей и разбивочных работах. По сравнению с теодолитом: ТОМ теодолит Т30 имеет значительные усовершенствования: улучшено освещение поля зрения (рис. 13, б) оптического микроскопа зеркалом (1, рис. 13, а); головка 2 винта для наведения трубы на резкость по предмету вынесена на стойку, повышено качество изображения зрительной трубы. Впервые в практике отечественного приборостроения применен оригинальный способ центрирования при помощи зрительной трубы после установки ее в отвесное положение через отверстие 3 в алидаде. Для установки теодолита применен один цилиндрический уровень 4 на горизонтальном круге.

Рис. 13. Теодолит Т30 и поле зрения его отсчётного микроскопа.

Порядок центрирования инструмента с оптическим центриром при наличии нитяного отвеса следующий. Вначале центрируют инструмент нитяным отвесом с точностью 1 - 2 см. Затем, убрав отвес или сняв его совсем, горизонтируют инструмент подъемными винтами, глядя в окуляр оптического центрира (у Т30 - в окуляр зрительной трубы при отсчете по вертикальному кругу, равном МО +90°), передвижением инструмента по головке штатива без разворотов. После этого закрепляют становой винт и подправляют горизонтирование. Если центрирование при этом будет нарушено на недопустимую величину, необходимо уточнить его вновь передвижением теодолита по головке штатива.

При работе без нитяного отвеса инструмент вначале грубо центрируют на глаз с точностью 5 - 10 см. Затем исполнитель, глядя в окуляр центрира и передвигая две ножки штатива, визирует центрир на точку и вдавливает башмаки штатива в грунт, стараясь привести пузырек уровня при алидаде горизонтального круга на середину. Более точное горизонтирование производится выдвижением ножек штатива (до +2 - 3 делений уровня), а окончательное - подъемными винтами. Некоторое нарушение центрировки при этом устраняется передвижением инструмента по головке штатива без разворота (при ослабленном становом винте).

Грубое наведение визирной трубы на цель производится при помощи визиров 5, расположенных с двух сторон трубы. При работе с теодолитом Т30 необходимо помнить, что в основании подъемных винтов поставлены стальные шарики, которые могут утеряться, если ослабить натяжение плоской становой пружины винтами 7.

Малый вес теодолита, удобное размещение деталей, хорошие оптические качества, простота отсчета по штриховому микрометру 8 делают этот прибор незаменимым для разбивок в условиях строительных площадок, при прокладывании тахеометрических ходов в сложных условиях.

Теодолит Т10 (рис. 14, а) - оптический повторительный угломерный инструмент, предназначенный для измерения горизонтальных и вертикальных углов при создании аналитических сетей и полигонометрии 1 и 2 разрядов; он может быть с успехом применен и при работах низшей точности, в том числе и при прокладывании высотных теодолитных ходов для измерения углов со средними квадратическими ошибками из одного приема +7". Теодолит снабжен цилиндрическими уровнями при алидаде горизонтального 1 и вертикального 2 кругов; изображение концов уровня при алидаде вертикального круга рассматривается через лупу 3. Соосно расположенные зажимные 4 и наводящие 5 винты, размещение оптического отвеса в алидадной части, наличие визиров 6 для предварительного визирования на цель, шкаловой микроскоп 7 для отсчитывания с зеркалом 8, возможность одновременного наблюдения изображений горизонтального и вертикального кругов (рис. 14, б) делают инструмент удобным в обращении.

Рис. 14. Теодолит Т10 и поле зрения его отсчётного микроскопа.

Для измерения горизонтальных углов методом повторений инструмент снабжен удобной защелкой 9 для перестановки лимба горизонтального круга вместе с алидадой теодолита. При центрировании инструмента резкого изображения сетки отвеса добиваются вращением диоптрийного кольца окуляра, а фокусирования оптического отвеса на точку - выдвижением окулярной трубки.

Теодолит может быть укомплектован ориентир-буссолью и цилиндрическим уровнем для трубы, укрепляемым на место одного из визиров, что позволяет производить, при необходимости, нивелирование горизонтальным лучом. Согласно ГОСТ 10529-70 этот теодолит относится по точности к классу Т5.

Теодолит Т5 (рис. 15, а, б) - оптический угломерный инструмент с неповторительной системой осей и шкаловым микроскопом для отсчитывания направлений. Инструмент позволяет определять горизонтальные углы со средними квадратическими ошибками из одного приема не более +7".

Рис. 15. Теодолит Т5.

Теодолит Т5 снабжен компенсатором при вертикальном круге, который автоматически компенсирует наклон оси вращения теодолита при измерении вертикальных углов. Для грубой установки инструмента в рабочее положение имеется круглый уровень 1; точная установка производится по цилиндрическому уровню 2. Предварительное наведение трубы на цель делается при помощи визиров 3, укрепленных с обеих сторон трубы. Перестановка лимба при измерении углов производится при помощи специальной головки с пружинным предохранителем 4 на алидаде горизонтального круга. Наводящие и зажимные винты трубы 5, 6 и алидады горизонтального круга 7, 5 размещены соосно; оптический центрир размещен в алидадной части 13, что значительно облегчает его применение и поверку. Головка фокусировочного винта 10 трубы для удобства вынесена на стойку трубы. Поле зрения отсчетного шкалового микроскопа 11 освещается зеркалом 12 и аналогично представленному на рис. 14, б.

Теодолит Т5, как и Т10, предназначен для создания аналитических сетей и полигонометрии 1 и 2 разрядов, но с успехом может быть применен при проложении высотных теодолитных ходов, особенно в комплекте с дальномерными насадками ДН-04 и ДНР-06, позволяющими определять расстояния. По ГОСТ 10529-70 теодолит Т5 изготовляется в двух вариантах: Т5 с уровнем и Т5К с компенсатором при вертикальном круге. Кроме того, по ГОСТ 10529-70 теодолиты Т5 снабжены повторительной системой осей и защелкой для точной перестановки лимба при повторениях (как у теодолитов Т10).

Теодолит Т2 (рис. 16, а) - точный оптический угломерный инструмент, предназначенный для измерения углов со средней квадратической ошибкой +3" из одного приема. Теодолит предназначен для производства работ при триангуляции и полигонометрии 3 и 4 классов, но с успехом может применяться также для прокладывания высотных теодолитных ходов.

Рис. 16. Теодолит Т2 и поле зрения его отсчётного микроскопа.

Инструмент имеет неповторительную систему осей; перестановка лимба осуществляется вращением головки барабана 1.

Центрирование теодолита осуществляется оптическим центриром, окуляр 2 которого выведен на стойку трубы.

Для установки инструмента в рабочее положение при алидаде горизонтального круга имеется цилиндрический уровень 3. Цилиндрический уровень 4 при алидаде вертикального круга размещен в стойке трубы, изображение концов его пузырька рассматривается через лупу поворотной призмы 5, а ось уровня приводится в горизонтальное положение вращением головки 6. Для освещения отсчётных шкал микроскопа имеется поворотное зеркало 7. Зажимной 8 и наводящий 9 винты алидады (а также и трубы) расположены соосно. Для отсчитывания через микроскоп 10 применен двусторонний клиновой оптический микрометр с подвижной шкалой, барабан которого 11 выведен на стойку трубы. Отсчет по микрометру производится после точного совмещения штрихов лимба, расположенных через 180°, вращением барабана микрометра (рис. 16, б). При совмещении необходимо учитывать все деления, попадающие в поле зрения. Отсчет направления складывается из отсчета по лимбу по подписанному делению (расположенному в центре или первому слева) плюс число десятков минут между этим делением и соответственно ему расположенным через 180° и плюс отсчет по штриху микрометра. При горизонтальном положении оранжевой полосы на рукоятке 12 (см. рис. 16, а) в поле зрения микроскопа вводится изображение горизонтального круга (двойные штрихи), при отвесном - вертикального, имеющего желто-зеленый фон и одинарные штрихи круга. Для грубого визирования на цель имеются визиры 13. Инструмент снабжен специальной ручкой - мостиком 14 для переноски его, крепления буссоли и электрифицированной вешки при работе ночью (теодолит может поставляться с приспособлениями для электрического освещения и без него).

Теодолит Theo 020 (рис. 17) народного предприятия «Карл Цейсе» (Иена, ГДР) по своим техническим данным близок к теодолиту Т5К. Он дает возможность определять горизонтальные и вертикальные углы со средними квадратическими ошибками из одного приема ±4". Инструмент имеет повторительную систему осей; для перемещения лимба с алидадой имеется защелка, что позволяет измерять горизонтальные углы методом повторений. Теодолит имеет зажимные винты 1, 2 рычажного типа, наводящие 3 обычного типа и оптический отвес, окуляр 4 которого вынесен на алидаду.

Рис. 17. Теодолит Theo 020.

Вместо уровня на вертикальном круге имеется компенсатор.

Производство отсчётов ведется при помощи шкалового микроскопа 5 с оценкой доли деления на глаз до ±0',1 при одновременной передаче в поле зрения изображения делений горизонтального и вертикального кругов (аналогично Т5 и Т10). Шкалы отсчётного микроскопа освещаются зеркалом.

В последнее время предприятие выпускает теодолиты Theo 020А улучшенной конструкции по сравнению с Theo 020.

Теодолит Theo 010 (см. табл. 8) народного предприятия «Карл Цейсе» (ГДР) по техническим характеристикам близок к отечественному теодолиту Т2 (средняя квадратическая ошибка измеренных углов из одного приема ±2"). Так же, как и у Т2, система осей у Theo 010 неповторительная; Theo 010 снабжен зеркально-линзовой трубой.

В последних моделях (Theo 010А) имеются значительные улучшения конструкции.

Дahlta 010 (рис. 18, а) - универсальный тахеометр-автомат народного предприятия «Карл Цейсе» (ГДР). Инструмент предназначен в первую очередь для производства тахеометрической съемки и прокладывания высотных теодолитных и тахеометрических ходов, для чего в поле зрения зрительной трубы имеются кривые для определения редуцированного расстояния (с коэффициентом K = 100 и 200) и кривые для определения превышений (с коэффициентами K = 10, 20, 50 и 100 - рис. 18, б). По данным предприятия-изготовителя средняя квадратическая ошибка определяемого расстояния 100 м по кривой с коэффициентом K = 100 равна ±0,10 м, превышений по кривой с K = 10 - ±3 см, K = 20 - ±5 см, K = 50 - ±10 см и K = 100 - ±15 см. Средняя квадратическая ошибка определения угла из одного приема равна 3 - 4". Теодолит снабжен компенсатором при вертикальном круге с диапазоном действия ±4' и средней квадратической ошибкой установки ±0",5. Для горизонтирования инструмента имеются круглый и цилиндрический уровни. Для центрирования прибор снабжен оптическим центриром, окуляр которого выведен на алидаду. Отсчёты направлений по вертикальному и горизонтальному кругам производятся при помощи шкалового микроскопа, поле зрения которого аналогично теодолиту Т10 (см. рис. 14, б). Для измерения углов методом повторений имеется защелка, позволяющая скреплять лимб с алидадой; зажимные винты алидады и трубы - рычажного типа.

Рис. 18. Тахеометр-автомат Дahlta 010 и поле зрения его визирной трубы.

В последнее время предприятие «Карл Цейсе» (ГДР) выпускает теодолиты Дahlta 010А - улучшенный вариант Дahlta 010, в котором применены унифицированные детали, одинаковые для теодолитов Theo 010А, 020А и Дahlta 010А; зажимные винты установлены соосно с наводящими. Инструмент изготавливается с лимбами, имеющими градусные или градовые деления.

Из всех рассмотренных приборов Дahlta 010 является наиболее удобным инструментом для прокладывания тахеометрических высотных ходов.

Дальномеры

Для определения расстояний до 200 м с относительными средними квадратическими ошибками порядка 1:2000 в производстве применяются дифференциальные дальномеры ДД-3, ДАР-100, ДД-5, изготовленные отечественной промышленностью. Первые два применяются с теодолитами типа Т10, Т5, Т2, Theo 020, а ДД-5 - с теодолитами Т30 (ТОМ). Дальномерный комплект состоит из дальномерной насадки и двух реек специальной разграфки на инварной полосе.

Для определения расстояний до 400 м с относительными средними квадратическими ошибками не более 1:5000 применяется оптический дальномер ОТД.

Технические характеристики отечественных оптических дальномеров приведены в табл. 9.

Таблица 9

Технические характеристики отечественных оптических дальномеров

Дальномерная насадка ДД-3 (рис. 19) предназначена для определения расстояний 20 - 180 м со средними квадратическими ошибками около ±5 см. Расстояние определяется по формуле

D = Kn + C,

где K - коэффициент дальномера, n - дальномерный отсчет по рейке; C - постоянная дальномера.

Рис. 19. Дальномерная насадка ДД-3 с противовесом.

ДД-3 - дальномер с постоянным параллактическим углом и коэффициентом K = 100.

Параллактический угол создается двухклиновым компенсатором, закрывающим половину поля зрения и отклоняющим визирный луч на угол β₀ = 34'22",6. Вторая половина поля зрения перекрыта плоскопараллельной пластинкой, и визирный луч через нее идет без отклонения. Дополнительное увеличение клиновым компенсатором на 90:89 позволяет уточнить отсчет по дальномерной рейке при помощи верньера (рис. 20, б). Дальномерная рейка (рис. 20, а) снабжается круглым уровнем и подпорами, с обеих сторон на ней нанесены деления по 2 см (или по 2 и 5 см на разных сторонах); деления и верньер нанесены так, что постоянная дальномера C на основной стороне равна нулю, а на дополнительной - 11,111 м.

Рис. 20. Дальномерная рейка из комплекта ДД-3 и пример отсчета по ней.

Определение расстояний дифференциальным дальномерным комплектом по вертикальной рейке производится в следующем порядке.

1. Насадку закрепляют на трубе, чтобы разделительный штрих был отвесным.

2. На точке, до которой определяется расстояние, отвесно по уровню устанавливают дальномерную рейку.

3. Наводят визирную ось трубы с насадкой на рейку так, чтобы разделительная линия прошла точно по середине рейки, а средняя нить сетки поместилась в пределах изображения верньера рейки. При этом изображения концов делений рейки и верньера должны касаться.

4. Наводящим винтом трубы вращают ее в вертикальной плоскости, чтобы совместить один из штрихов верньера со штрихом рейки (средняя нить сетки не должна выходить за пределы верньера).

5. Отсчет складывается из (см. рис. 20, б):

а) числа полных делений рейки до нуля верньера;

б) числа делений верньера от нулевого до совпадающего с делением рейки;

в) числа делений верньера от нулевого до среднего штриха сетки.

При коэффициенте дальномера, равном 100, и двухсантиметровых делениях рейки для определения расстояния необходимо произвести два отсчета и сложить их, что и дает определяемое расстояние. При отсчётах по контрольной стороне необходимо учитывать величину постоянной дальномерной насадки.

Для приведения расстояний, определяемых насадкой ДД-3, к горизонтальному проложению d применяется формула

d = Dcos²(α + 17',2) или d = D - ∆D,

где

∆D = Dsin² - (α + 17',2),

где α - угол, определенный при визировании на совмещенный штрих верньера при закрытой шторке насадки.

Дальномерные насадки ДД-5 и ДАР-100 отличаются от ДД-3 конструктивно, но правила пользования ими такие же; дальномерная насадка ДАР-100 дает возможность определять горизонтальное проложение длин линий.

Дальномер ОТД (рис. 21, а) - оптический дальномер с базисом, устанавливаемым на точке, до которой определяется расстояние. В дальномере имеется комбинированное оптическое устройство для измерения параллактических углов β до 5300". Дальномер ОТД выполнен в виде отдельного прибора на трегере с оптическим центриром 1 и уровнем. Дальномерное устройство может быть повернуто на 90° и зафиксировано защелкой 2.

Рис. 21. Дальномер ОТД и поле зрения его визирной трубы.

Для отсчитывания параллактических углов β имеется шкала, изображение которой помещено в верхней части поля зрения визирной трубы (рис. 21, б). Рейки, применяемые в комплекте ОТД, размером 2,16 м (рис. 22) изготовлены из дюралюминия и имеют пять отрезков по 400 мм на одной стороне и по 404 мм на другой; отрезки, именуемые малыми базисами (базами), размещены на раме 1 и ограничены черными полосами на желтом фоне.

Рис. 22. Дальномерная рейка из комплекта ОТД.

Рейки снабжены цилиндрическими втулками 2 и уровнями 5 для установки в горизонтальное или вертикальное положение, а также оптическим визиром 3 для установки перпендикулярно к визирному лучу дальномера. Температура рейки определяется по термометру 4. Коэффициент K дальномера ОТД определяется для малых базисов.

Расстояние при помощи ОТД вычисляется по формуле

D = D' + C,

где C = 0,119 м - постоянная дальномера,

N - число малых базисов (баз), использованных для определения расстояния при определении угла β, причем

β = β_к + β_и.

где β_к - постоянный угол, образуемый постоянным клином, β_и - переменный угол, образуемый компенсатором (может быть положительным и отрицательным).

При вычислении горизонтального проложения d необходимо учесть поправку ∆D_t за температуру и поправку ∆D_α за наклон линии к горизонту, тогда

                                                                 (5)

Поправка ∆D_α определяется по формуле

если рейка расположена горизонтально, и

если рейка расположена отвесно, причем для определения поправки ∆D при α ≤ 10° точность измерения углов должна быть не ниже ±1', а при больших углах наклона - не ниже ±0',3. Угол α должен измеряться при наведении визирной оси на высоту инструмента (дальномера). Поправка за температуру определяется по таблице, имеющейся в паспорте дальномера,

Порядок работы при определении расстояний следующий.

1. Визирную ось наводят на рейку так, чтобы разделительная линия проходила через середину рейки. Переместив постоянный оптический клин в верхнюю часть объектива (направив флажок 3 вверх), маховиком 4 (см. рис. 21, а) совмещают полуизображения марок до точного совпадения верхней и нижней половин и производят отсчет n'₁ по шкале при некотором числе N₁ малых базисов. Затем производят отсчет n'₂ при опущенном вниз флажке (постоянный клин в нижней части объектива), тогда

β_и1 = n'₁ - n'₂.

2. Повторяют эти же операции при сдвижке N2 базисов и определяют

β_и2 = n''₁ - n''₂.

3. Вычисляют

                                                                               (6)

4. Измеряют вертикальный угол α и определяют дважды расстояние d по формуле (5) по β_и1, N₁ и β_и2, N₂.

По ГОСТ 11356-65 должны изготавливаться следующие дальномеры:

- ДН-04 в виде насадки типа ДД-3 для измерения длин линий от 10 до 125 м со средней квадратической ошибкой не ниже ±4 см на 100 м (1:2000).

- ДНР-06 в виде насадки типа ДАР-100 на трубу теодолита для измерения горизонтальных проложений от 20 до 200 м со средней квадратической ошибкой не ниже ±6 см на 100 м (1:1600).

- ДН-10 в виде насадки типа ДД-5 на трубу теодолита Т30 для измерения расстояний 20 - 200 м со средней квадратической ошибкой не ниже 10 см на 100 м (1:1200).

- ДН-02 типа дальномера ОТД для определения расстояния 40 - 400 м со средней квадратической ошибкой не ниже ±2 см на 100 м (1:5000).

Народным предприятием «Карл Цейсе» (Иена, ГДР) изготавливается редукционный тахеометр-автомат Redta 002 (рис. 23, а). Инструмент снабжен оптико-механическим редуктором для получения горизонтальных проложений линий по горизонтально расположенной рейке со средними квадратическими ошибками не более 1:5000, а при тщательной работе в благоприятных условиях - до 1:10000 и предназначен для измерения углов и линий при проложений теодолитных ходов и дальномерной полигонометрии. Горизонтальные и вертикальные углы могут измеряться со средними ошибками порядка ±4 - 5".

Рис. 23. Редукционный тахеометр-автомат Redta 002 и поле зрения его отсчётного микроскопа.

Сочетание, в Redta 002 теодолита средней точности с оптическим дальномером выгодно отличает его от других инструментов.

Для определения превышений на вертикальном круге Redta 002, кроме градусных делений, имеется шкала тангенсов углов наклона через 0,001 с указанием знака, соответствующего знаку угла наклона. Этот инструмент наиболее удобен для прокладывания высотных теодолитных ходов взамен технического нивелирования

Для отсчета направлений инструмент снабжен шкаловым микроскопом с оценкой доли деления на глаз до 0^g,1 по горизонтальному кругу и 0^g,2 - по вертикальному (рис. 23, б). Вертикальный круг снабжен цилиндрическим уровнем 1 (см. рис. 23, а), пузырек которого приводится на середину наводящим винтом 2. Изображение концов уровня передано в контактную призму 3. Расстояние определяется по рейке длиной 2,09 м (рис. 24) при помощи дальномера с коэффициентом K = 100, причем постоянное слагаемое исключается соответствующей юстировкой отсчётных приспособлении. Во время определения расстояний рейка должна располагаться в горизонтальной плоскости перпендикулярно к линия визирования; для этого на ней имеется круглый уровень и специальный коллиматор, вертикальный штрих которого должен быть виден в рабочем положении в трубу теодолита. Разделительная линия дальномера должна наводиться строго на середину рейки. При определении расстояния вращением дистанционного барабана 4, находящегося на трубе тахеометра (см. рис. 23, а), совмещают наиболее близко расположенные штрихи верньера со штрихами рейки и производят отсчет измеряемого расстояния, который складывается из отсчета по рейке до нуля верньера (1 дм рейки = 10 м расстояния, 2 см рейки = 2 м) плюс отсчет по верньеру до совпадающего штриха (каждое сдвинутое деление от нуля верньера до совпадающего штриха даст 0,2 м) и плюс сантиметры и миллиметры, отсчитанные с дистанционного барабана (одно целое деление барабана равно 1 см, доли его при оценке на глаз равны миллиметрам расстояния, см. рис. 24).