Головна | Про нас | Зворотній зв'язок
У попередніх лекціях ми розглянули методи побудови планових державних геодезичних мереж, що розвиваються з метою знаходження координат (х, у) центрів пунктів. Однак для визначення місця розташування точки земної поверхні в просторі необхідна ще третя координата Н. позначає її положення по висоті в деякій висотної системі координат. Ця висотна координатна система задається в кожній державі щодо деякої вихідної рівневої поверхні і поширюється на його території методом високоточного геометричного нівелювання, якому ми присвятимо залишилися лекції з першого розділу вищої геодезії.
11.1. Загальні відомості про нівелірних мережах. Класифікація та призначення нівелірних мереж. Державна нівелірна мережу
Нівелірні мережі поділяються:
1. Державну мережу нівелювання.
2. Нівелірну мережу згущення.
3. Нівелірну знімальну мережу.
4. високоточних мережу нівелювання спеціального призначення.
Державна нівелірна мережу (ДПС) є висотною основою топографічних зйомок всіх масштабів і всіх геодезичних вимірювань, проведених для задоволення потреб народного господарства, оборони країни, для вирішення наукових і практичних завдань. Вона розвивається за принципом переходу від загального до приватного і розділяється на нівелірні мережі I, II, III і IV класів.
Нівелірна мережу I і II класів являетсяглавной висотною основою країни, яка створюється за спеціально розробленими програмами і схемами, які передбачають виконання високоточних нівелірних робіт на багато років вперед. Основним призначенням головною висотною основою країни є поширення єдиної системи висот на територію всієї держави. Крім того, за допомогою нівелювання I і II класів вирішують такі наукові завдання:
а) вивчення фігури і гравітаційного поля Землі;
б) вивчення сучасних вертикальних рухів земної кори;
в) визначення різниць рівнів морів і океанів;
г) сейсмічне районування території країни, виявлення передвісників землетрусів;
д) прогнозування впливу виробництва на навколишнє середовище, особливо при видобутку нафти, газу та інших корисних копалин.
Нівелірні мережі III і IY класів призначені для забезпечення топографічних зйомок аж до масштабу 1: 5000 і вирішення різних інженерно - геодезичних завдань.
Нівелірні мережі згущення служать висотною основою топографічних зйомок великих масштабів (1: 5000 - 1: 500), а також інженерно геодезичних робіт. Залежно від площі знімається території і необхідної точності нівелірні мережі згущення розвиваються у вигляді нівелірних полігонів і ходів 3 і 4 класів або технічного нівелювання.
Висотна знімальна мережа є безпосереднім висотним обгрунтуванням топографічних зйомок всіх масштабів і інженерно - геодезичних робіт. Вона створюється шляхом прокладання між пунктами державної нівелірної мережі і мереж згущення ходів технічного або тригонометричного нівелювання.
Високоточні нівелірні мережі спеціального призначення створюються для різних спеціальних цілей: на геодинамічних полігонах для спостереження за вертикальними деформаціями земної поверхні; на промислових і будівельних майданчиках для монтажу обладнання або для спостереження за опадами інженерно-технічних споруд і т.д. На кожному конкретному об'єкті така нівелірна мережа створюється за спеціальною програмою. Спеціальні нівелірні мережі можуть створюватися в місцевій системі координат, але обов'язково мати висотну прив'язку до реперам державної нівелірної мережі.
26.Схема побудови державної нівелірної мережі
Нівелірна мережу будується за принципом переходу від загального до приватного, згідно з яким спочатку створюється нівелірна мережу I класу, яка послідовно згущується мережами II, III і IV класів.
Мережа I класу складається з ходів, що утворюють замкнуті полігони периметром близько 3000-4000 км, або окремих ліній великої протяжності. Напрямок та протяжність цих ліній зазвичай розглядається і затверджується в спеціальних проектах Комітету з геодезії.
Лінії нівелювання I і II класів прокладають, в основному, по залізних, шосейних і поліпшеним грунтових дорогах. При відсутності доріг - по берегах великих річок, морів, стежках, зимникам.
Нівелірні мережі III і IY класів розвивають всередині полігонів вищого класу. Периметри нівелірних полігонів III класу в обжитих районах не перевищують 150 км, в необжитих - 300 км. Периметри полігонів і довжини окремих ліній IV класу не перевищують 50 км.
Лінії нівелювання всіх класів на місцевості закріплюються постійними знаками (реперами, скельними або настінними марками) не рідше ніж через 5 км по трасі, в важкодоступних районах - не рідше 6-7км.
У мережах I, II і III класів нівелювання прокладають в прямому і зворотному напрямках. Нівелірні ходи IV класу прокладають тільки в одному напрямку.
Уздовж всіх нівелірних ліній I і II класів, а в гірських районах і уздовж ліній III класу, за спеціальною програмою виконують гравіметричні вимірювання, що необхідно для обчислення поправок у виміряні перевищення за перехід до різницям нормальних висот.
Вимоги і допуски, яких дотримуються при виробництві нівелірних робіт в державній мережі, представлені в таблиці
Технічні вимоги до виробництва
Мал. 11.1. Схема геометричного нівелювання: ОВ - нівелірна секція; 1. 2. 3 - номера станції (точки стояння нівеліра); З. П - відліки по задній і передній рейках на кожній станції; h - перевищення на станції; - позначки реперів О і В.
Дуже проста ідея геометричного нівелювання ускладнюється наступним обставиною. Справа в тому, що положення горизонтального променя візування (тобто променя, спрямованого по дотичній до рівневої поверхні в точці спостереження) визначається за допомогою рівня нівеліра, який зафіксує цей промінь у напрямку перпендикуляра до прямовисної лінії в даній точці.
Стрімкі лінії в точках 1,2,3 стояння нівеліра, а також в точках стояння рейок, так як рейки теж за допомогою рівнів встановлюються за напрямками стрімких ліній, не паралельні між собою. Отже, будуть не паралельні між собою і проходять через дані точки перпендикулярні до стрімких лініях рівень поверхні (рис. 11.2).
Мал. 11.2. Залежність результатів геометричного нівелювання від шляху нівелювання внаслідок непараллельности уровенних поверхонь в різних точках земної поверхні (для наочності рівень поверхні, що проходить через початковий репер секції О. поєднана з рівнем моря)
Перевищення точки В над Про позначимо через hізм. З креслення видно, що
Якщо змінимо шлях нівелювання і підемо через точку A. тобто по шляху ОAВ. то в результаті отримаємо виміряне перевищення h 'вим = ОА. так як АВ - рівень поверхні, тобто поверхню однакового потенціалу, між будь-якими точками якої перевищення дорівнює 0.
Якщо шлях нівелювання буде проходити через точку С (ОСВ), то отримаємо вже третє значення виміряного перевищення h²ізм = CВ.
Так як рівень поверхні не паралельні між собою, то
hізм ¹ h ¢ вим ¹ h²ізм. Отже, ми бачимо, що висота точки B над точкою О залежить від того, яким шляхом виконується нівелювання, що призводить до невизначеності визначення позначки точки земної поверхні з результатів геометричного нівелювання.
Щоб уникнути цієї невизначеності, в практику нівелірних робіт введено чотири системи висот:
1. Наближена. в якій не береться до уваги реальне гравітаційне поле Землі.
2. ортометричною. в якій під ортометричною висотою Норт. розуміють відстань від поверхні геоїда до точки земної поверхні, що відраховується по прямовисній лінії.
WB, Wо - дійсний потенціал сили тяжіння уровенних поверхонь, що проходять, відповідно, через точку О (початок рахунку висот) і точку В;
g - прискорення дійсної сили тяжіння.
3. Нормальна. де під нормальною висотою розуміють відстань від поверхні квазігеоїда до точки земної поверхні, що відраховується по нормалі до еліпсоїда.
g - прискорення нормальної сили тяжіння.
4.Дінаміческая, в якій за динамічну висоту Нд приймають нормальну висоту, наведену до широти 45 °.
Детально з цими висотами ми ознайомимося в курсі геодезичної гравіметрії. Зараз тільки зазначимо, що в країнах колишнього СРСР і країнах Східної Європи в якості основної прийнята система нормальних висот. яку ввів Молоденський. Нормальні висоти найбільш зручні для практичних цілей, так як вони не залежать від шляху нівелювання і від розподілу щільності мас усередині Землі. При обробці геометричного нівелювання завжди вводиться поправка за перехід до нормальних висот.
Вихідна рівень поверхні. За вихідне початок рахунку висот в Білорусі і країнах колишнього СРСР прийнята рівень поверхні, що проходить через нуль Кронштадтського футштока. Ця система називається Балтійської. Практично нуль Кронштадтського футштока є горизонтальну риску на мідній пластині, яка укріплена на засаді мосту через обвідний канал в Кронштадті.
28. Класифікація знаків нівелювання
Як уже згадувалося вище, все нівелірні лінії на місцевості закріплюються нівелірними знаками.
Нівелірні знаки діляться на фундаментальні репери, рядові і тимчасові. Для спеціальних цілей закріплення виробляють ще глибинними реперами.
Фундаментальний репер області сезонного промерзання складається з залізобетонного пілона у вигляді усіченої чотиригранної піраміди, що становить єдине ціле з розташованої внизу залізобетонною плитою (рис. 11.5)
Мал. 11.4 Грунтовий репер (тип 5): Рис. 11.5. фундаментальний репер
1 залізобетонний пілон з маркою і
якірним пристроєм; 2 межа промерзання
(Відтавання грунту); 3 розпізнавальний знак.
При наявності монолітної скельної породи закладають фундаментальні репери для скельних ґрунтів.
Фундаментальні репери закладаються по лініях нівелювання I і II класів через 50-60км; в 50-150м від фундаментального репера закладається репер-супутник.
Рядові нівелірні знаки поділяються на такі види:
а) ґрунтові репери (рис.11.4);
б) скельні репери;
в) скельні марки;
г) стінні репери;
д) стінні марки.
Тимчасові нівелірні знаки закладаються на короткий термін і закріплюються дерев'яними стовпчиками з гвоздиками або милицею.
Глибинні репери закладаються на великі глибини (
10м і більше) на спеціальних лініях нівелювання підвищеної точності. Наприклад, на геодинамічних полігонах при спостереженні за вертикальними деформаціями земної поверхні; на майданчиках АЕС, що будуються при виборі тектонічно спокійного ділянки будівництва; при спостереженні за опадами особливо важливих інженерно-технічних споруд: гребель ГЕС, турбогенераторів ТЕЦ, реакторів АЕС і т.д.
Нівелірні знаки закріплюються на місцевості центрами, які поділяються ще на декілька видів залежно від конструкції. Типи центрів знаків нівелювання дані в спеціальному альбомі центрів. Вони розроблені в Цниигаик і застосовуються в залежності від кліматичних умов конкретної місцевості, грунту, глибини промерзання грунту і т.д.
Основною вимогою, що пред'являються до закладці центрів знаків нівелювання, є вимога довготривалого збереження знаків і стійкість у часі, виключаючи переміщення реперів в результаті сучасних рухів земної кори, землетрусів, вивержень вулканів і т.д.
Найбільш сприятливою є закладка реперів в скельні породи. З метою швидкого відшукання нівелірні репери повинні по можливості закладатися поблизу довговічних орієнтирів.