ЛЕКЦИЯ № 17

(Продолжение темы нивелирования)

Приборы для геометрического нивелирования. Нивелиры, их классификация. Устройство и поверки оптико-механических нивелиров. Сведения о лазерных и электронных нивелирах

17.1. Приборы для геометрического нивелирования

Современные приборы для геометрического нивелирования можно разделить на две группы: 1) нивелиры оптико-механические и лазерные неавтоматизированные, причем по принципу горизонтирования визирного луча такие нивелиры представлены двумя подгруппами – нивелиры с цилиндрическим уровнем и нивелиры с компенсатором; 2) нивелиры автоматизированные – лазерные, электронные (цифровые). В настоящей лекции рассматриваются оптико-механические нивелиры, нивелирные рейки к ним и другие приспособления.

Нивелирные рейки изготавливаются в России под общими обозначениями РН05, РН-3, РН-10 для нивелирования соответственно высокоточного (I и II классов), точного (III и IV классов) и технического. В рейках РН-05 высокоточная шкала нанесена на инварную полосу (инвар – металл с малым коэффициентом температурной деформации). Ряд фирм других стран к цифровым нивелирам поставляет высокоточные рейки со штрих-кодовыми и метрическими шкалами. Все рейки для высокоточного и точного нивелирования оснащены круглым уровнем для контроля их установки в вертикальное положение.

Рейки РН-3 (сплошные), РН-10 (складные), двутаврового поперечного сечения (рис. 16.5, а) изготавливают из дерева. Их длина 3 м. Рейка РНР-3 (раздвижная), ее длина 4 м (2 + 2 м). На одной стороне рейки шашечная шкала сантиметровых делений (см. рис. 16.5, а) нанесена черным цветом, на другой – красным. Нуль шкалы черной стороны совмещен с нижней плоскостью пятки рейки – стальной пластины, жестко закрепленной на рейке. На красной стороне рейки с нижней плоскостью пятки совмещена шкала начальным делением 4683 или 4783 мм (на других типах реек – иным делением).

В комплекте к нивелиру рейки должны быть парными: у них с нижней плоскостью пятки должны быть совмещены одинаковые деления красной стороны.

Применяются также облегченные металлические (из сплава на основе алюминия) рейки, составные и телескопические, их полная длина 3 или 4 м. На одной стороне рейки нанесена шкала шашечных сантиметровых делений, на другой – шкала миллиметровых делений.

Перед началом работ рейки компарируют: их кладут горизонтально и с помощью специального контрольного метра измеряют длину дециметровых и метровых делений. Погрешность метровых делений допускается до 0,5 мм на рейках РН-3 и 1 мм на рейках РН-10. Погрешность дециметровых делений не должна превышать 0,5 мм. Прямолинейность рейки проверяется относительно натянутой на ней нити – величина прогиба (стрелы прогиба) допускается до 10 мм.

Опоры под нивелирные рейки. При измерении превышений рейки ставят на устойчивые предметы: на нивелирные реперы, прочно вбитые в землю переносные костыли или устойчиво поставленные башмаки (рис. 16.5, б, в) или же на деревянные колышки, другие неподвижные предметы.

Рис. 16.5. Нивелирные рейки и переносные нивелирные опоры:

а – шашечные деления шкалы; б – костыль; в – башмак; г, д – рейка складная РНТ; е – рейка с инварной полосой для нивелирования I и II классов

Основные виды нивелиров. В зависимости от способа приведения визирного (оптического) или лазерного луча в горизонтальное положение различают нивелиры двух видов – с цилиндрическим уровнем при зрительной трубе или при лазер-

ном излучателе (в них для горизонтирования визирного или лазерного луча пузырек уровня необходимо приводить в нуль-пункт) и нивелиры с компенсатором (в них визирный или лазерный луч автоматически удерживается в горизонтальном положении при небольших наклонах прибора).

Оптико-механические нивелиры применяются, как правило, в комплекте со стандартными нивелирными рейками или с применением специальных шкал. Лазерные нивелиры обеспечивают получение лазерного пятна на шкале рейки или поверхности строительной конструкции.

Согласно принятому в России стандарту оптико-механические нивелиры по точности подразделяют на три класса (таблица 16.1): высокоточные Н-05, Н-1, Н-2

– для нивелирования I и II классов; точные Н-3 – для нивелирования III и IV классов; технические Н-10 – для нивелирования технического, топографических съемок и многих видов инженерных работ. В обозначениях (шифрах) российских оп- тико-механических нивелиров с компенсатором к цифре добавляется буква К, а нивелиров с горизонтальным угломерным кругом (лимбом) – буква Л. Например нивелир Н-3К четвертого поколения обозначается 4Н-3КЛ. Шифр лазерного ниве- лира-автомата (лазерного построителя плоскости) – НЛ-20К. Основные технические характеристики нивелиров приведены в таблице 16.1.

Оптико-механические, лазерные, а также кодовые нивелиры западноевропейских, американских, японских и других фирм широко используются на практике. Характеристики их точности используются для отнесения их к соответствующему классу точности, принятому в России и выбора области применения. Краткие сведения о современных лазерных, кодовых и других видов нивелиров приведены в п. 16.5.

Схема оптико-механического нивелира с цилиндрическим уровнем. Зри-

тельная труба и цилиндрический уровень, закрепленный на ее корпусе (рис. 16.6), могут вращаться в небольших пределах вокруг горизонтальной оси с помощью элевационного винта. Круглый уровень предназначен для приведения вертикальной оси ZZ1 нивелира в отвесное положение. Точные нивелиры Н-3 (рис. 16.7) и другие снабжены контактным уровнем: в них в поле зрения трубы выведены изображения концов пузырька цилиндрического уровня (рис.16.8).

Отсчет по шкале нивелирной рейки РН-3 или РН-10 производится после при-

ведения пузырька цилиндрического уровня в нуль-пункт (совмещения его концов, видимых в окуляре зрительной трубы согласно рис. 16.8). В поле зрения трубы обратного изображения деления рейки отсчитываются сверху вниз, значения миллиметров (десятые доли сантиметрового шашечного деления) определяются на глаз. В нашем примере отсчеты по среднему, верхнему и нижнему горизонтальным штрихам сетки равны: ас = 1146 мм; ав = 1055 мм; ан = 1231 мм.

Вполе зрения трубы прямого изображения деления рейки отсчитываются снизу вверх.

Схема оптико-механического нивелира с компенсатором. Компенсатор ма-

лых наклонов зрительной трубы представляет собой оптический элемент, который автоматически удерживает линию визирования в горизонтальном положении с высокой точностью (1" и точнее), но предварительно нивелир горизонтируют по круглому уровню.

Водной из конструкций маятникового компенсатора (рис. 16.9) стеклянная призма, подвешенная на скрещивающихся нитях, при наклонах трубы до 8 - 15' изменяет ход визирного луча WO и сохраняет горизонтальность линии визирования (визирного луча). Такой компенсатор применен в нивелире Н-3К (рис. 16.10) и

его зрительная труба получила некоторую перископичность: в ней визирный луч проходит через окуляр несколько выше, чем через объектив, поэтому высоту такого нивелира над точкой нельзя измерять относительно окуляра (см. примечание к формуле (16.2). В большинстве конструкций нивелиров с компенсатором пери-

скопичность зрительной трубы устранена (например, в нивелире Н10КЛ – см. рис.

16.10, а).