Продольное техническое нивелирование (нивелирование трассы)

При проектировании линейных объектов (автодорог, траншей, линий электропередач, связи и т.д.) возникает необходимость построения продольных профилей по осям этих сооружений. Комплекс геодезических работ на местности при прокладке трассы складывается из: назначения на местности линии заданного направления и заданного

уклона, вешение и закрепление этой линии, измерение и разбивка углов поворота трассы, разбивка пикетажа, поперечников и кривых, съемка узкой полосы местности, нивелирование трассы и поперечников.

Если трассу проектируют по картам или планам, то трассирование называют камеральным; если выбирают непосредственно на местности, то полевым. Данная задача обычно выполняется техническим нивелированием - определяются высотное и плановое положение точек, расположенных вдоль оси сооружения через определенные интервалы (20-100 м), и дополнительных между ними точек, отражающих особенности рельефа местности.

В состав полевых работ изысканий этих сооружений входят подготовительные, рекогносцировка местности, разбивка пикетажа и съемка ситуации вдоль трассы, разбивка закруглений, вынос пикетов на кривую, нивелирование всех точек трассы.

Подготовительные работы включают поверки, юстировки, исследования геодезических приборов и их принадлежностей.

Рекогносцировка местности проводится с целью выбора окончательного положения трассы

Разбивка пикетажа. Определив окончательное положение трассы, приступают к разбивке оси сооружения на равные по длине участки, как правило, в 100 м. При углах наклона местности v gt; 20 между пикетами откладывают расстояния D = d/cosv (d= 100 м). Конечные точки таких участков трассы называют пикетами, поэтому совокупность действий по определению их положений на местности получило название разбивки пикетажа.

Пикеты закрепляют на местности деревянными колышками, вбиваемыми почти вровень с землей.

Если трасса представляет собой ломаную линию, то вершины углов закрепляют колышками на местности и теодолитом измеряют углы Угол 0, составленный воображаемым продолжением прямолинейного участка трассы и ее новым направлением, называют у г л о м поворота трассы.

Для более полной характеристики рельефа местности помимо пикетов в местах перегиба земной поверхности вдоль трассы фиксируют дополнительные точки С, Е, Р (рис. 4.6.), называемые плюсовыми.

На сторожке плюсовой точки подписывают номер ближайшего заднего пикета и расстояние от него в метрах, например ПК 1 + 19,4.

Закрепление по трассе пикетов и промежуточных точек сопровождается одновременной разбивкой точек, расположенных влево и вправо от трассы по перпендикулярным к ней направлениям, называемым поперечными профилями. Они характеризуют рельеф в поперечном направлении к трассе и их используют для подсчета объемов земляных работ. Для нахождения положения точек поперечного профиля измеряют расстояния в обе стороны от трассы. Длины поперечных профилей и расстояния между ними могут быть различными в зависимости от назначения профиля, характера местности и точности работ.

Чтобы иметь информацию о ситуации местности, непосредственно прилегающей к трассе, в процессе разбивки пикетажа проводится съемка узкой полосы с помощью прибора или глазомерная съемка в пределах 25-50 м влево и вправо от оси. Результаты разбивочных и съемочных работ отражают в пикетажной книжке, страницы которой разграфлены на квадраты.

Таким образом, передвигаясь по прямолинейному участку трассы, одновременно выполняют разбивку пикетажа и поперечных профилей, фиксируют положение промежуточных точек и ведут съемку ситуации. Дойдя до вершины первого угла поворота, и определив его

пикетажное значение, разбивочные работы временно приостанавливают, поскольку в месте поворота трассы необходимо вставить между прямолинейными участками сопрягающую кривую, называемую закруглением . Поскольку длину трассы необходимо знать по сопрягающей кривой, а не по ломаной линии, то возникает задача разбивки кривой.

Разбивка закруглений. Существуют сопрягающие кривые между прямолинейными участками различных видов. На практике чаще используют наиболее простой вид кривой, являющейся дугой окружности и называемый круговой кривой. Начало кривой (НК), ее середина (СК) и конец (КК) определяют главные точки кривой. Для их нахождения необходимо знать следующие элементы круговой кривой: 0 - угол поворота трассы; R - радиус кривой; Т - длину касательной, называемую тангенсом; К -длину кривой; Б - биссектрису кривой; Д - домер, представляющий собой разность длин между ломаной 2Т и дугой К.

Если угол поворота трассы 0 измерен на местности, а значение радиуса R выбрано с учетом местности и класса сооружения, то остальные элементы круговой кривой можно вычислить.

Из прямоугольного треугольника ОАВ (рис. 4.7)

(4.20)

Длину кривой К определяют по формуле

(4.21)

Биссектриса кривой

(4.22)

По найденным значениям тангенса Т и кривой К вычисляют до-

мер.

Д = 2Т-К.              (4.23)

Зная элементы круговой кривой, находят ее главные точки на местности. Начало (НК) и конец (КК) круговой кривой получают, откладывая значения тангенсов от вершины угла поворота против и по ходу трассы.

Для отыскания середины кривой (СК) устанавливают теодолит в вершине угла, находят на местности направление биссектрисы ВО, вдоль которой откладывают ее значение Б и фиксируют точку, являющуюся серединой кривой. Пикетажное значение главных точек круговой кривой определяют по формулам

НК=ВУ-Т; СК = НК+(1/2)К; КК=НК+К.              (4.24)

Контроль: КК=ВУ + Т - Д,              (4.25)

где ВУ - пикетажное значение вершины угла поворота.

Закрепив колышками главные точки круговой кривой, продолжают разбивку пикетажа следующего прямолинейного участка. Чтобы получить положение пикета, находящегося за концом круговой кривой по ходу трассы, откладывают расстояние, дополняющее пикетажное значение конца кривой до ближайшей сотни метров. Далее

разбивку пикетажа выполняют в том же порядке.

Нивелирование трассы. При техническом нивелировании все точки, зафиксированные на местности по оси сооружения, делят на связующие и промежуточные. Связующие точки являются общими для двух смежных станций и служат для передачи высот по ходу. Все остальные точки нивелирного хода называют пр оме ж у точными. Для передачи абсолютной высоты от ближайшего репера на нулевой пикет прокладывают нивелирный ход.

При нивелировании трассы необходимо выполнять следующие условия: контролировать неравенство (в пределах 10 м) расстояний от нивелира до задней и передней реек на станции; не допускать удаления реек от станции свыше 100 м (или 150 м при увеличении трубы свыше 30х); следить, чтобы высота визирного луча над поверхностью земли была не менее 0,2 м; контролировать полученное на станции превышение между связующими точками повторным измерением. При работе с двухсторонними рейками отсчеты выполняют по обеим сторонам рейки. Расхождение двух превышений, вычисленных на станции, не должно превышать 5 мм; нивелировать промежуточные точки один раз (без контроля) по черным сторонам реек. При этом допускается неравенство расстояний от прибора до реек.

Порядок работы на станции. Нивелирование трассы ведут от нулевого пикета. Полевые работы на станции выполняют в следующей

последовательности. Устанавливают нивелир на станции I, примерно равноотстоящий от реек А и В (рис. 4.2). Приводят при помощи круглого уровня ось вращения прибора в отвесное положение. Визируют на заднюю рейку, установленную в точке А, приводят пузырек круглого уровня в нуль-пункт, делают отсчеты по средней нити по черной и красной сторонам рейки. Результаты измерений записывают в нивелирный журнал. Аналогичным образом получают отсчеты по средней нити по черной и красной сторонам передней рейки, установленной в точке В. Результаты фиксируют в нивелирном журнале. На каждой станции вычисляют превышения, определенные по черным и красным сторонам реек.

При допустимых (менее 4 мм) расхождениях в превышениях вычисляют среднее превышение, округленное до целых миллиметров. При невыполнении указанного допуска измерения на станции повторяют.

Если между связующими точками станции промежуточные точки отсутствуют, то наблюдатель с прибором переходит на следующую станцию, а задний реечник на переднюю точку новой станции.

При наличии промежуточных точек на станции их нивелирование выполняют лишь после завершения нивелирования связующих точек. Отсчеты берут по черной стороне рейки, последовательно устанавливаемой задним реечником на всех промежуточных точках. Точки поперечного профиля также нивелируют как промежуточные.

При нивелировании на крутых равномерных склонах, когда при одной установке прибора оказывается невозможным определить превышение между соседними точками, между ними закрепляют дополнительные точки, выполняющие роль связующих. Поскольку выбранные точки располагаются на участках местности с равномерным уклоном, то нет надобности наносить их на профиль и измерять до них расстояния от пикетов. Такие дополнительные связующие точки носят название иксовых.

После нивелирования всех пикетов и промежуточных точек, расположенных на трассе и поперечных профилях, делают привязку нивелирного хода к реперу. В этом случае обеспечивается надежный контроль качества полевых измерений. При отсутствии такого репера прокладывают двойной нивелирный ход, т.е. нивелируют трассу в прямом и обратном направлениях.

Камеральная обработка результатов технического нивелирования состоит в обработке журнала нивелирования, включающего проверку правильности записей и полевых вычислений, выполнение уравнивания нивелирного хода, вычисление высот, нивелируемых точек, а также в составлении продольного и поперечных профилей трассы.

Обработка журнала нивелирования. Контроль результатов полевых измерений проводят отдельно для каждой страницы журнала либо в поле, либо в камеральных условиях и называют постраничным контролем. Он заключается в подсчете и записи в нижней части страницы журнала соответствующих суммарных результатов. Вычисления, аналогичные постраничным, выполняют и для всего хода. В случае правильности вычислений приступают к приближенному уравниванию нивелирного хода, т.е. к нахождению наиболее надежных значений высот связующих точек. Приближенное уравнивание разомкнутого или замкнутого нивелирного хода сводится к распределению высотной невязки на все превышения пропорционально расстояниям между связующими точками.

Контролем правильности выполненных действий служит точное совпадение вычисленного и известного значений высоты конечного пункта.

После определения высот связующих точек нивелирного хода приступают к нахождению высот промежуточных точек. Для этого используют горизонт прибора на станции, под которым понимают абсолютную высоту Нгп. визирной оси прибора. Горизонт прибора равен высоте заднего (или переднего) пикета плюс отсчет по рейке, установленной на нем:

(4.26)

Высоту любой промежуточной точки получают как разность горизонта прибора и отсчета по черной стороне рейки, установленной на данной точке.