Передача высотных отметок на монтажные горизонты методами геометрического и тригонометрического нивелирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский Государственный Горный Институт им. Г.В. Плеханова (научно-исследовательский университет)

Курсовой проект

Тема:Передача высотных отметок на монтажные горизонты методами геометрического и тригонометрического нивелирования

Санкт - Петербург 2010 год

Содержание

Введение

1. Передача высотной отметки на монтажный горизонт методом геометрического нивелирования

1.1 Предрасчет точности передачи отметки

1.2 Приборы и оборудование

1.3 Методика наблюдений и вычисление высотной отметки определяемого репера

1.4 Пример журнала и вычисления высотной отметки

2. Передача высотной отметки на монтажный горизонт методом тригонометрического нивелирования

2.1 Оценка точности передачи отметки электронным тахеометром

2.2 Электронный тахеометр Trimble 3303 DR

2.3 Методика наблюдений и пример вычисления высотной отметки определяемого репера

Заключение

Библиографический список

Введение

В строительстве, маркшейдерском деле, при наблюдениях на гидроузлах и т.д. возникает необходимость в передаче отметок с горизонта на горизонт. Для этого применяют разнообразные методы: стационарные устройства (например, элеватор высот), метод МИИГАиК, светодальномеры, геометрическое и тригонометрическое нивелирование.

Передачу отметок геометрическим нивелированием выполняют с помощью вертикально подвешенной рулетки с миллиметровыми делениями, двух нивелиров и двух реек, установленных на реперах исходного и монтажного горизонтов. Этим методом целесообразно передавать отметки на монтажные горизонты значительной высоты или на дно глубоких котлованов. При наличии нескольких горизонтов отметку можно передавать тремя путями: одновременно на все горизонты по одной подвешенной рулетке; независимо на каждый горизонт от исходного горизонта; ступенчато с передачей отметки с горизонта на горизонт.

Метод тригонометрического нивелирования применяют при работах на строительных площадках, наблюдениях на тонких арочных и земляных плотинах, а также при изучении оползней и обвалоопасных участков. Достоинством тригонометрического нивелирования является возможность определения отметок труднодоступных точек, однако оно несколько ниже по точности, чем геометрическое нивелирование. Кроме того, требуется с высокой точностью знать расстояние до определяемой точки.

В проекте рассматривается пример передачи отметки при разбивочных работах на стройплощадке на монтажный горизонт высотой 20м. Передача отметки выполняется как минимум от 2-х реперов разбивочной сети здания.

1. Передача высотной отметки на монтажный горизонт методом геометрического нивелирования

1.1 Предрасчет точности передачи отметки

Средние квадратические погрешности передачи отметок в зависимости от высоты монтажного горизонта над исходным, а также условия обеспечения точности передачи даны в СНиП 3.01.03-84 «Геодезические работы в строительстве»:

Таблица 1

Условия измерений, типы приборов	Средние квадратические погрешности определения отметок на монтажном горизонте относительно исходного, мм
	3	4	5	6	15
Характеристика зданий и сооружений (высота монтажного горизонта)	Здания до 5 этажей (до 15 м) или с пролетами до 6 м	Здания от 5 до 15 этажей (15-60 м) или с пролетами 6-18 м	Здания выше 15 этажей (60-100 м) или с пролетами 18-30 м	Сооружения выше 100 м или с пролетами 30-36 м
Неравенство плеч на станции, м, не более	5	15
Высота визирного луча над препятствием, м, не менее	0,2	0,3	0,1
Методика работы	Взятие отсчета на монтажном горизонте	Одновременное взятие отсчетов на верхнем и нижнем горизонтах	Взятие отсчета на монтажном горизонте
Типы нивелиров, реек, теодолитов или им равноточные	Н-3 и модификации; РН-3	H-05 и модификации; РН-05	Н-10 и модификации; РН-10; Т-5; Т-30
Типы рулеток	ОПК2-20 АНТ/1, ОПК2-30 АНТ/1, ОПК2-50 АНТ/1	ОПК3-20 АНТ/10
Натяжение рулеток, Н (кгс)	100 (10)	50 (5)

СКП передачи отметки на монтажный горизонт высотой 20 м равна 4 мм.

Исходя из характеристик применяемого оборудования можно рассчитать ожидаемую погрешность передачи отметки. При использовании нивелира Н-3, реек РН-3, установленных по круглому уровню, и стальной компарированной рулетки:

· увеличение зрительной трубы Г = 30^Х, цена деления цилиндрического уровня ? = 15", i = 20";

· цена деления рейки t_рейки = 10мм, ?_дел. = 1мм, h_max = 2м, ?_р = 20'; цена деления рулетки t_{рулетки} = 1мм, погрешность компарирования рулетки 1/100000, измеряемый интервал рулетки l = 20м;

· коэффициент для измерений при разбивочных работах k = 0,045; расстояние от нивелира до рейки S = 75м; неравенство плеч ?S = 5м; заданная СКП передачи отметки m_T = 4мм, степень разрядности высотной сети стройплощадки n = 2.

·

,	(1)

где m_Rp - погрешность высотного положения исходного репера;

m_a - СКП отсчета по рейке;

m_N - СКП отсчета по рулетке.

1) ,	(2)
2)		(3)

где m_совм. - погрешность из-за неточного приведения уровня в нуль-пункт;

m_i - погрешность из-за наклона визирной оси;

m_o - погрешность отсчета по рейке;

m_дел. - погрешность нанесения делений на рейке;

m_H - погрешность из-за наклона рейки.

	(6)

3)

где m_к - погрешность компарирования рулетки;

m'_о - погрешность отсчета по рулетке.

	(10)

Ожидаемая СКП передачи отметки на монтажный горизонт высотой 20м:

1.2 Приборы и оборудование

Для выполнения передачи отметки необходимы: 2 нивелира Н-3, штативы, комплект нивелирных реек РН-3, стальная компарированная рулетка длиной 50м, специальные приспособления и груз для подвеса рулетки.

Нивелир Н-3 - точный нивелир, обеспечивающий определение превышений со средней квадратической ошибкой не более 3мм на 1км двойного хода. Предназначен для производства нивелирования III и IV классов, а также используется при техническом нивелировании.

Характеристики нивелира Н-3:

· цена деления круглого и цилиндрического уровней соответственно 5' и 15" на 2мм;

· увеличение зрительной трубы 30^Х;

· наименьшее расстояние визирования 2,0м;

· поле зрения 1°20';

Перед началом полевых работ выполняют следующие поверки нивелира:

· внешний осмотр нивелира;

· поверка и регулирование хода подъемных винтов;

· поверка плавности вращения прибора вокруг своей оси;

· поверка круглого уровня: ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира;

· поверка сетки нитей: горизонтальная нить сетки должна быть перпендикулярна к оси вращения нивелира;

· поверка главного условия уровенных нивелиров: ось цилиндрического уровня должна быть параллельна визирной оси зрительной трубы и перпендикулярна к оси нивелира.

Нивелирные рейки РН-3 - нескладные, трехметровые, деревянные, двусторонние, с шашечными сантиметровыми делениями. Для установки в вертикальное положение рейки имеют круглый уровень. Предназначены для нивелирования III и IV классов. Перед началом полевых работ и по окончании их производят исследования реек, в результате которых определяют:

· случайные ошибки дециметровых интервалов шкал реек;

· среднюю длину метровых интервалов шкал реек;

· разность высот нулей реек;

· величину прогиба реек.

Непосредственно перед проведением работ поверяют параллельность оси круглого уровня и оси рейки.

1.3 Методика наблюдений и вычисление высотной отметки определяемого репера

В зданиях рулетку располагают между этажами через вентиляционные отверстия, лифтовые шахты, оконные проемы и т.п. Для подвеса рулетки используют специальные кронштейны. Рулетку со вспомогательным грузом 3-5 кг опускают с монтажного до исходного горизонта, где вспомогательный груз заменяют рабочим. Чтобы уменьшить колебания рулетки, груз помещают в емкость с отработанным маслом, опилками, водой и тому подобным. На исходный и определяемый реперы устанавливаются рейки, между ними и рулеткой с соблюдением равенства плеч - нивелиры. Схема передачи отметки изображена на рисунке 1.

Рис.1. Схема передачи высотной отметки по подвешенной рулетке

Наблюдения производятся в следующем порядке:

- на исходном горизонте - а_Н по рейке (задний отсчет) и N_Н по рулетке (передний отсчет);

- на монтажном - N_В и а_В соответственно.

Отсчеты по рулетке на обоих горизонтах берут по команде.

Эти измерения составляют один прием. Передачу отметки следует выполнять в 2-4 приема, при этом сдвигая рулетку или меняя высоту прибора не менее чем на 3 см. Одновременное взятие отсчетов по полотну рулетки, выполнение измерений в несколько приемов, а также введение поправок в длину отрезка рулетки позволяют повысить точность передачи отметки. Также необходимо замерить температуру воздуха при проведении измерений; при этом, если высота сооружения значительна, температура измеряется на исходном и монтажном горизонтах и из этих значений принимается среднее арифметическое.

Превышение ?Н между реперами А и В вычисляется

	(

Если расхождение превышений, полученных из разных приемов, не превышает точности измерений 4 мм, то эти значения усредняют и в полученный результат вводят поправки в длину рулетки: ?l₁ - поправка за компарирование; ?l₂ - за температуру; ?l₃ - за удлинение рулетки от разности масс грузов, принятых при измерении и при компарировании; ?l₄ - за удлинение рулетки вследствие собственного веса.

1) Поправка ?l₁ за компарирование рулетки принимается по паспорту или по результатам компарирования на местном компараторе. Поправка вычисляется на всю длину мерного прибора или на 1 метр, и при растяжении рулетки вводится со знаком «+».

2) Поправка за тепловое расширение рулетки определяется по формуле

,

где ? - температурный коэффициент линейного расширения материала рулетки, для стали равен 1,2•10^-5;

l = (N_В - N_Н) - измеряемый интервал рулетки, м;

t - средняя температура воздуха при проведении измерений;

t_o - температура при компарировании рулетки.

3) Поправка ?l₃ за удлинение рулетки от разности масс грузов, принятых при измерении и при компарировании вычисляется по формуле

,

где Q - масса рабочего груза, кг;

Q_o - масса груза при компарировании, кг;

E - модуль Юнга, для стали равен 2•10⁴ кгс/мм²;

F - площадь поперечного сечения рулетки по паспорту, мм².

Очевидно, что поправка исключается, если массы грузов при компарировании и измерениях одинаковы.

4) Поправка ?l₄ за удлинение рулетки под действием собственного веса считается как ?l₃, если в формулу (3) вместо (Q - Q_o) подставить Q_ср - среднее натяжение рулетки под действием ее массы:

,

где ? - удельный вес материала рулетки, для стали равен 7,8•10^-6 кг/мм³.

Высотная отметка марки на монтажном горизонте Н_МВ вычисляется по представленной ниже формуле, при этом суммирование производится алгебраически, т.е. с учетом знаков слагаемых:

,

1.4 Пример журнала и вычисления высотной отметки

Таблица 2

№ станции	Отсчет по верхней дальномерной нити	Отсчет по средней нити	Превышение ?Н, мм
	З	П	З	П
1 прием
1 2	1298 (2)	1345 (4)	1409 (1)	1236 (3)	+20525 (15)
	222 (9)	218 (10)
	+4 (11)
	22003 (6)	1650 (8)	21873 (5)	1521 (7)
	260 (12)	258 (13)
	+2 (14)
2 прием
1 2			1445	1272	+20524
			21906	1555
3 прием
1 2			1497	1321	+20526
			21862	1512
?	69992	8417

Расхождение превышений из приемов 2мм,

При вычислении поправок в длину рулетки примем следующие исходные значения:

· поправка за компарирование на 50м длины рулетки - 5,1мм;

· температура при компарировании и проведении измерений t_o=20°С, t = 25°С;

· масса рабочего груза и груза при компарировании - Q=15кг, Q_o=10кг;

· площадь поперечного сечения рулетки F=2мм²;

· длина измеряемого интервала рулетки l = (N_В - N_Н) ? 20,6м.

1) Поправку за компарирование на измеряемый интервал рулетки

?l₁=+2,1мм.

2) Поправка за тепловое расширение рулетки

3) Поправка за растяжение рулетки от разности масс грузов

4) Поправка за удлинение рулетки от собственного веса

Вычислим высотную отметку марки В на монтажном горизонте:

2. Передача высотной отметки с горизонта на горизонт тригонометрическим нивелированием

Рассмотрим пример передачи отметки методом тригонометрического нивелирования с использованием электронного тахеометра. Использование тахеометра обеспечивает качество, точность и быстроту измерений, позволяет упростить их методику и обойтись без дополнительных приспособлений и нескольких станций.

2.1 Оценка точности

Для оценки точности измерений электронными тахеометрами воспользуемся формулой тригонометрического нивелирования:

,

где S - измеренное тахеометром наклонное расстояние;

Z - измеренное тахеометром зенитное расстояние;

i - высота прибора над исходным пунктом;

v - высота отражателя над определяемым пунктом;

k - коэффициент вертикальной рефракции;

R - радиус кривизны Земли.

Если считать, что при измерениях центр сетки нитей зрительной трубы тахеометра тщательно наводится на центр отражателя, который с точностью до 1 мм выставлен на вехе на высоту v, равную высоте прибора i, и при малых расстояниях S влиянием вертикальной рефракции можно пренебречь, СКП определения превышения оценивается по формуле:

,

где m_S и m_Z - СКП измерения тахеометром значений S и Z соответственно.

Оценка точности определения отметки при условии m_iv = 1мм и тщательном визировании на призму отражателя представлена в таблице 3:

Таблица 3СКП определения отметок электронным тахеометром

СКП тахеометра	Z, °	S, м
mS, мм	mZ, "		20	60	100
2	3	90	1,1	1,3	1,8
		80	1,1	1,4	1,8
		60	1,4	1,6	1,9
2	5	90	1,1	1,8	2,6
		80	1,2	1,8	2,6
		60	1,5	1,9	2,6

Оценка показывает, что СКП m_h не превышает 2 мм для тахеометров типа SET 330 и Trimble 3303 DR в пределах 100 м; для тахеометров SET 530 и Trimble 3305 DR -- в пределах 60 м. В этих случаях точность электронных тахеометров не хуже точности нивелиров типа Н-3.

2.2 Электронный тахеометр Trimble 3303 DR

Электронные тахеометры - современные приборы для выполнения широкого круга работ. Тахеометры позволяют определять расстояния, высоту недоступного объекта, осуществлять измерения относительно базовой линии, определять координаты, выполнять обратную засечку, вынос отметок и координат в натуру и многое другое.

Trimble 3303 DR - тахеометр среднего класса точности, подходит для работ на строительных площадках и землемерных работ. Оснащен видимым лазерным указателем для облегчения визирования на любую поверхность (кроме сильноотражающих); дальномер тахеометра работает как в стандартном, так и в безотражательном режиме; прост в использовании, имеет развитое программное обеспечение, малый вес и небольшое энергопотребление (одной зарядки аккумулятора хватает более чем на 1000 измерений или 8 часов непрерывной работы).

Характеристики тахеометра:

· СКП измерения углов: 3";

· СКП измерения расстояний:

без отражателя 3мм + 2ppm;

с отражателем 2мм + 2ppm;

· дальность измерения:

без отражателя 100м;

по рефлекторной марке 800м;

по одной призме 3000м;

· объем внутренней памяти 1900 точек;

· увеличение зрительной трубы 26^х;

· наименьшее расстояние визирования 1.5м;

· цена деления установочного и цилиндрического уровней 10' и 30" на 2мм соответственно;

· автоматическая компенсация коллимационной ошибки и ошибки места нуля;

· односторонний дисплей с графическим режимом (128х32 пиксела).

Учитывая совмещенность дальномерных и угловых измерений, в тахеометре должны выполняться геометрические условия взаимного положения оптико-механических и оптико-электронных осей. Ниже приведены лишь основные поверки, которые можно выполнить в полевых условиях:

· поверка круглого и цилиндрического уровней;

· поверка оптического центрира;

· поверка компенсатора наклона вертикальной оси прибора;

· определение коллимационной ошибки и места нуля вертикального круга;

· поверка направления лазерного луча.

Измерение расстояний производится на отражатели, входящие в комплект тахеометра, но при малых расстояниях применяется безотражательный режим дальномера. Поэтому для наведения на исходный и определяемый реперы можно использовать рейки, например РН-3.

Обработка результатов измерений отличается по объему и применяемому ПО в зависимости от назначения, сложности построений, требования к точности выполненных работ. В целом можно выделить три основных этапа обработки:

-- первичная обработка результатов непосредственных измерений на основе встроенного ПО тахеометра;

-- передача информации с тахеометра на компьютер;

-- окончательная обработка результатов измерений с использованием универсальных программных пакетов с выдачей требуемой информации, в том числе в графическом виде.

Первичная обработка измерения углов и расстояний тахеометром выполняется автоматически после входа в соответствующий режим меню или режим работы прибора и сопровождает измерения. Встроенное ПО входит в техническое оснащение электронного тахеометра и обеспечивает ввод информации, настройку (установки) прибора, вычисление элементов привязки, определение координат и других геодезических величин, решение прикладных задач, настройку интерфейса. В некоторых случаях первичной обработки измерений, выполняемой тахеометром, достаточно, особенно при определении координат отдельных точек в режиме реального времени.

Математическая обработка ходов и других сложных построений выполняется с использованием универсальных программных комплексов. Для обработки в них информация полевых измерений передается с электронного тахеометра в компьютер. Обмен информацией «тахеометр-компьютер» выполняют с помощью индивидуальных программ передачи данных в комплекте прибора или универсальных программ. Для обработки переданных результатов измерений существует широкий арсенал программных средств. Их выбор определяется в основном требованиями единства обработки и представления информации. Используются: пакет программ CREDO, модули ТРАНСКОР, SYMBOL, НИВЕЛИР, TRANSFORM, АСТРО, ГИС ЭКСПОРТ и другие.

2.3 Методика наблюдений и вычисление высотной отметки определяемого репера

Подготовка тахеометра к работе включает:

· поверки и юстировки прибора;

· комплектование оборудования в зависимости от вида работ;

· зарядку аккумуляторов;

· в режиме памяти выбор файлов для записи результатов измерений.

Работу на станции начинают с установки тахеометра и его горизонтирования при помощи подъемных винтов и уровня. Выбор станции может быть свободным, т.к. не требуется определение отметки станции. После включения прибора необходимо ввести основные величины и предварительные установки. К ним относятся:

· задание единиц измерения для углов и расстояний: градусы и метры;

· включение безотражательного режима измерений;

· ввод условий наблюдения, значений давления и температуры (в наклонные расстояния и любые полученные значения вносится поправка за кривизну Земли, рефракцию и влияние атмосферных условий);

· задание системы координат и системы отсчета вертикальных углов (зенитные расстояния).

· данные о станции: высоты прибора, станции и отражателя. По умолчанию в безотражательном режиме устанавливаются: высота отражателя th=0.000 м; константа призмы = 0.000 м.

В меню измерений могут быть выбраны следующие режимы:

HzV - теодолитный режим;

HD - режим горизонтального проложения и превышения;

yxh - локальные прямоугольные координаты;

SD - начальные отсчеты.

Измерения выполняются в режиме горизонтального проложения и превышения (вывод на дисплей HD, Hz, h), в безотражательном режиме дальномера в таком порядке: сначала на исходный репер А, затем на определяемый репер В (рис.2). Наводиться следует на один и тот же штрих реек, установленных на реперах.

Измерения на исходный репер А

Измерения на определяемый репер В

Исходя из формулы тригонометрического нивелирования, превышение между точками А и В можно определить по формуле:

,

где S, Z - измеренные расстояния и зенитные углы на указанные точки;

(i_В - i_А) - изменение высоты тахеометра при измерениях на точки А и В;

(v_А - v_В) - изменение при этом высоты визирования;

(k_В - k_А) - изменение коэффициента вертикальной рефракции.

При стабильности высотного положения тахеометра измерение его высоты i не требуется, т.к. будет выполнено условие i_В=i_А. Для этого достаточна надежная установка штатива и тахеометра на станции. Визирование на один и тот же штрих установленных на пунктах реек обеспечивает равенство v_А=v_В. Влияние вертикальной рефракции на малых расстояниях становится незначимым.

Для обеспечения точности передачу отметки следует выполнять в несколько приемов при двух положениях вертикального круга, а для контроля передачу выполнить с другого репера.

Превышения вычисляются в результате первичной обработки тахеометром непосредственно измеренных зенитного расстояния и наклонного расстояния. Отметка определяемой марки вычисляется по формуле:

,

где H_А - отметка исходного репера;

h_А, h_В - превышения соответственно на исходный и определяемый реперы.

Например, при отметке исходного репера 116,683м:

Заключение

высотный отметка тригонометрический нивелирование

В курсовом проекте были приведены примеры передачи высотной отметки на монтажный горизонт методами геометрического нивелирования по подвешенной рулетке, тригонометрического нивелирования электронным тахеометром. Оценка точности показала, что тригонометрическое нивелирование тахеометром не уступает по точности геометрическому нивелированию, и СКП передачи отметки обоими методами не превышает 3мм для монтажного горизонта высотой 20м.

Библиографический список

1. Ворошилов А.П. Спутниковые системы и электронные тахеометры в обеспечении строительных работ: Учебное пособие. -- Челябинск: АКСВЕЛЛ, 2007.

2. Интулов И.П. Инженерная геодезия в строительном производстве: Учебное пособие. -- Воронеж: Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т., 2004.

3. СНиП 3.01.03-84. Геодезические работы в строительстве. -- М.: Госстрой СССР, 1985.

4. Карлсон А.А.Руководство по натурным наблюдениям за деформациями гидротехнических сооружений и их оснований геодезическими методами. -- М.: Энергия, 1980

Размещено на Allbest.ru