Конспект_лекций_4_курс__по_Прик._геод._часть1

SA,1 , SA,2 , SA,4

Величину смещения определяют как разность нестворностей последующего и первого циклов измерений.

Оценку точности величины нестворности производят по формуле

M q2	= M l2	S A,2 1	+ M l2	S A,2 1	,	(4.3.26)
		2		2
1	2 S A,2		4 S A,4

где M q1 – СКП определения величины нестворности точки 1 относительно чет-

вертьствора А-2, вычисляемая по формуле (4.3.13);

M l2 – СКП определения величины нестворности точки 2 относительно по-

луствора А-4, вычисляемая по формуле (4.3.22);

M l4 – СКП определения величины нестворности точки 4 относительно

створа А-В, вычисляемая по формуле (4.3.13);

– расстояния между точками, указанными в литерах.

В рассмотренной программе значительно увеличивается объем работы, связанный с дополнительными переносами прибора и увеличением числа измеряемых нестворностей, а также дополнительными вычислениями. Однако точность взаимного положения точек будет выше, чем в программе полуствора и полного створа, что очень важно при контроле смещений сооружений и их частей.

Схемы последовательных створов и малых створов

Программа последовательных створов (рис. 4.3.15), предложенная Г.П.

Левчуком для выверки оборудования промышленных предприятий, нашла, благодаря своим высоким точностным показателям, успешное применение при контроле смещений сооружений гидроузлов.

			3	4	5
				l4 q4 l5			7
		1	q3
					q	q6	q7
А	l	q1	l3		5			В	x
	1					l6	l7
	SA,1	l2	q2
				S
			2			6
				A,B
	y

Рис. 4.3.15. Схема последовательных створов

Для получения точных результатов в этой схеме необходимо также свести к минимуму погрешности центрирования приборов и визирных марок, а также использовать створные приборы, в которых перефокусирование зрительной

51

трубы вызывало бы пренебрегаемо малую погрешность, во всяком случае, ее влияние не должно превышать ошибки визирования.

Применительно к наблюдениям за горизонтальными смещениями схема и программа последовательных створов состоят в следующем. В створе, разделенном на п примерно равных частей, устанавливают в начальном опорном пункте теодолит, в конечном пункте – визирную марку. От общего створа А-В измеряют при двух положениях круга только отклонение l1 точки 1 (рис. 4.3.15).

Затем прибор переносят в эту точку, устанавливая его вместо марки, и относительно створа 1-В измеряют нестворность l2 точки 2. Прибор переносят в точ-

ку 2 и от створа 2-В измеряют нестворность l3 точки 3 и т. д. Дойдя до конеч-

ной точки, производят измерения в обратном направлении. Установив теодолит в пункте В, а визирную марку – в пункте А, относительно створа В-А наблюдают отклонение точки 7. Перейдя с прибором в эту точку, от створа 7-А находят нестворность точки 6 и т. д. Таким образом, в этой схеме прибор последовательно устанавливают на все наблюдаемые точки створа, ориентируют по конечному наблюдательному пункту и относительно последовательно измеряемого створа измеряют нестворность ближайшей по ходу наблюдаемой точки.

Средневесовая величина нестворности определяется по формуле

	qi' m2	qi'' m2		'
	q''		q
qi	i		i		,	(4.3.27)
	m2	m2	''
	q'	q
	i	i

где q'i – нестворность точки i, полученная из прямого хода с опорного пункта А; q'i' – нестворность точки i, полученная из обратного хода с опорного пункта В; mqi' и mqi'' – СКП определения нестворностей соответственно из прямого

и обратного ходов.

Приведение измерений к общему створу А-В в прямом ходе выполняют по формулам, которые выводят непосредственно с рисунка.

q1' = l1'

'	'	' S2B
q2	= l2	+ l1
			S
			1B
………………………………..

'

'

'

SiB

'

SiB

. (4.3.28)

qi

= li + li-1

+ li-2

+ • • •

S

S

( i-1 )В

( i-2 )В

…………………………………………………………...

'

'

' S7B

' S7B

' S7B

' S7B

' S7B

' S7B

q7

= l7

+ l6

+ l5

+ l4

+ l3

+ l2

+ l1

S

6B

S

S

4B

S

3B

S

2B

S

5B

1B

52

Подобным образом выполняется приведение результатов измерений в обратном ходе.

Средняя квадратическая погрешность отклонения точки в прямом ходе вычисляется по формуле

2	2	2	S 2	2	S 2
			iB			iВ	+ ....	(4.3.29)
mqi'	= mli'	+ ml(' i-1 )		+ ml(' i-2 )
			S 2		S 2
			( i-1 )В		( i-2 )В

Средняя квадратическая погрешность средневесового отклонения от створа А-В вычисляется по формуле

			mq'	mq''
mq			i	i		.	(4.3.32)
i ср			m2	m2
			q'	q''
			i	i

По сравнению с схемами полустворов и четвертьстворов в схеме последовательных створов более полно выравнивается точность определения нестворностей. Так, в схеме на рис. 4.3.15 погрешность наиболее слабой средней точки

лишь в 2 раз превосходит ошибки крайних точек. Исследованиями также установлено, что чем длиннее створ, тем эффективнее применять схему последовательных створов с коротким шагом измерений.

Для условий плохой видимости по всему створу В.М. Гудковым и Б.И. Беляевым [80] была предложена схема малых створов.

Всхеме малых створов измерения сводятся к последовательному определению отклонений каждого пункта от створа двух соседних (рис. 4.3.16).

Впрямом ходе прибор устанавливают в пункте А, визирную марку – в точке 2 и от створа А-2 измеряют отклонение точки 1. Прибор переносят в точку 1, визирную марку – в точку 3 и от створа 1-3 определяют нестворность точки 2. Соответственно от створа 2-4 измеряют отклонение точки 3 и т. д. Заканчивают прямой ход определением отклонения точки 7 от створа 6-В. В обратном ходе теодолит устанавливают на пункте В, визирную марку – в точке 6 и относительно створа В-6 измеряют нестворность точки 7, от створа 7-5 – точки 6 и так до пункта А.

53

											x'
		φ									y'
				β2			β4
		1				3				5
	δ1	δ2 l	2	γ2		δ4	l4	γ4		l5 γ5
А		l1 γ1			δ3	l3 γ3			δ5		В
		β1		2		β	4			β5
						3

Рис. 4.3.16. Схема малых створов

При больших величинах нестворностей точек применяют способ малых углов, при незначительных отклонениях – метод подвижной марки. В случае применения способа подвижной марки в каждом вытянутом треугольнике, образованном из соседних пунктов, по величинам частных нестворностей вычисляют малые углы δ и γ

	li ''		li ''
i		; i		.	(4.3.33)
	S(i-1)i		Si (i 1)

По малым углам в каждом вытянутом треугольнике вычисляют углы поворота створного хода

i 1800 - ( i i ).

(4.3.34)

Принимают частную систему координат х'у', начало которой совмещают с пунктом А, а ось х' направляют вдоль линии А-1. В этой системе сначала вычисляют дирекционные углы сторон

i' 3600 - ( 1 2 ... i ) ,

(4.3.35)

и ординаты точек створа

Y '		1	(S '		S	'	... S		' ... S	''	) . (4.3.36)
								(i-1),i
B				1,2 2		2,3 3			i	5,B B
Вычисляют угол разворота створа А-В в системе x'										y'
	'			YB'		'
tg A- B					; A- B		.		(4.3.37)
				X A- B

Переходят от системы координат x' y' к системе координат общего створа xy. Для этого перевычисляют сначала дирекционные углы

54

i 3600 - ( 1 2 ... (i-1) ) ,

(4.3.38)

а затем определяют ординаты точек хода, т. е. нестворности относительно общего створа

Y

1

(S

S

... S

).

(4.3.39)

(i-1),i

i

i

A,1 1

1,2 2

Для конечной точки створа В можно записать

Y

= невязке хода =

1

(S

S

... S

).

(4.3.40)

В

1

( n-1),n

n

A,1

1,2 2

Невязку хода сравнивают с допустимой, равной удвоенной средней квадратической погрешности, и разбрасывают пропорционально длинам линий.

Среднюю квадратическую погрешность нестворности в середине створа определяют по формуле [80]

M 2		m2	[S 2	3S 2	5S 2	... (2n -1)S 2	],	(4.3.41)
n / 2		2 2	A,1	1,2	2,3	(n-1),n

где m – СКП измерения малого угла.

Как видно из формулы (4.3.41), в схеме малых створов происходит очень быстрое накопление погрешностей по створу, что является основным его недостатком. Однако незначительные погрешности взаимного положения соседних пунктов будут определены с меньшими значениями, чем в других рассмотренных схемах, что, несомненно, является большим его достоинством.

Лекция 6

1 Методы и средства измерений при установке конструкций по высоте. Основные источники ошибок и пути их уменьшения. Оценка точности результатов нивелирования.

1.1 Методы и средства измерений при установке конструкций по вы-

соте.

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.

55

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 помеще-

ний.

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];

56

-разрядное нивелирование короткими лучами для измерения деформаций оснований зданий и сооружений [58];

-нивелирование короткими лучами специальных классов для инженерногеодезических 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])
№					Классы нивелирования
п\п		Наименования характеристик
					I		II	II	IY
1		Предельная длина визирного луча, м			50		65	75	100
2		Неравенство длин визирных лучей на стан-
		ции, м (не более)			0,5		1,0	2	5
3		Накопление неравенств длин в ходе, м
		(не более)			1,0		2,0	5	10
4		Число горизонтов			1		1	1	1
5		Число линий			4		2	2	1
6		Число ходов			2		2	2	1
7		Допустимая невязка (мм на 1 км хода)			3		5	10	20
8		Средняя квадратическая погрешность опреде-
		ления (окончательного) превышения на стан-
		ции, 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 уста-
навливаются 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.

57

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])

№		Разряд нивелирования
п/п	Наименования характеристик
		I			II			III
1	Средняя длина визирного луча, м	25			25			50
2	Неравенство длин визирных лучей на станции,
	м (не более)	0,5			0,5			1,0
3	Накопление неравенств длин в ходе, м	1,0			1,0			2,0
4	Высота визирного луча над препятствием,
	м (не более)	0,8			0,8			0,3
5	Число горизонтов	2			2			1
6	Число направлений	2			1			1
7	Средняя квадратическая погрешность определе-
	ния окончательного превышения на станции, мм
	(не более)	0,08			0,13			0,40
8	Предельное расхождение прямого и обратного
	ходов (для III – невязка), мм
		0,3 n			0,5 n			1,2 n

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])
№		Классы нивелирования
п/п	Наименования характеристик
		I		II		III	IY
1	Предельная длина визирного луча, м	25		40		50	100
2	Неравенство плеч на станции, м (не более)	0,2		0,4		1,0	3,0
3	Накопление неравенств плеч в замкнутом ходе,
	м (не более)	1.0		2,0		5,0	10,0
4	Высота визирного луча над препятствием, м	1,0		0,8		0,5	0,3
5	Число горизонтов	2		1		1	1
6	Число направлений	2		1		1	1
7	Допускаемая невязка (мм на 1 км хода)	0,15		0,5		1,5	5

58

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])

	№			Классы нивелирования
	п/п	Наименования характеристик
			ГН-005	ГН-010	ГН-025	ГН-050
	1	Предельная длина визирного луча, м	10	20	35	50
	2	Оптимальная длина визирного луча, м	5-7	10-15	15-25	25-35
	3	Неравенство длин визирных лучей на
		станции, м (не более)	0,05	0,10	0,20*-0,30	0,30*-0,50
	4	Высота визирного луча над препятстви-
		ем, м (не менее)	0,5	0,5	0,5	0,5
	5	Число горизонтов	2	2	2	2
	6	Число направлений	2	1	1	1
	7	Точность отсчитывания по барабану плоско-
		параллельной пластинки, деления	0,1	0,1	1	1
	8	Средняя квадратическая погрешность оп-
		ределения (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

иоборудования промышленных предприятий. Точность измерений превышений на станциях, а также все другие основные характеристики нивелирования позволяют контролировать наиболее распространенные виды деформаций сооружений

иоборудования 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.

59

Лекция 7

1.1.1. Гидростатическое нивелирование. Физические основы гидростатического нивелирования. Определение места нуля

и превышений

Гидростатическое нивелирование заключается в определении разности высот точек земной поверхности или инженерных сооружений путем использования основных свойств жидкости и законов гидростатики:

1)Свободная поверхность жидкости всегда перпендикулярна направлению силы тяжести;

2)В сообщающихся сосудах свободная поверхность жидкости при одинаковом атмосферном давлении, плотности и скорости течения, всегда находится на одинаковом уровне не зависимо от поперечно-

го сечения сосудов и массы жидкости.

Из основного закона гидростатики следует, что в сообщающихся сосудах

P g h P g h
1	1	1	2	2	2

где P1 и P2 –амосферное давление в сосудах, g- ускорение силы тяжести,

ρ1 и ρ2 – плотности жидкости, которая зависит от температуры, h1и h2 – высоты столбов жидкости.

При одинаковом атмосферном давлении, одинаковом ускорении силы тяжести, одинаковой плотности, поверхность жидкости в сообщающихся сосудах устанавливается на одной высоте, т.е. h1=h2

Гидростатический нивелир представляет собой систему из двух сообщающихся сосудов, устанавливаемых на нивелируемые точки (марки). Превышения h (рис. 3.7) измеряют при прямом и обратном положении сосудов [9, 110].

Если отсчетам по микрометренным винтам присваивать название "заднего" и"переднего", то согласно рис. 3.9, а, превышение между точками А и В соста-

вит
h = (d1 - З1) - (d2 - П1),
где З1 и П1 - отсчеты по головкам заднего и переднего сосудов;
d1 и d2 - расстояние от нуля шкалы до плоскости сосудов, или
h = (П1 - З1) - (d1 - d2).	(3.24)
При перестановке сосудов местами (рис. 3.9, б), аналогично получим

60