Пункты плановых геодезических сетей закрепляют на местности путём установки специального центра, который закладывают на глубину, превышающую не менее чем на 0,5 м глубину промерзания грунта либо не менее чем на 1 м сезонную глубину оттаивания грунта в районах вечной мерзлоты. В верхней части центра армируют марку, на которой имеется метка в виде отверстия диаметром 2 мм. К этой метке и относят координаты пункта. Для различных районов страны и условий закладки центра существуют стандартные типы центров.
Над центром устанавливают сигнал, ось визирного цилиндра 1 которого совпадает по отвесной линии с меткой марки (рис. 4.3).
Рис. 4.3. Конструкции сигналов:
а – простые пирамиды; б – простые сигналы;
в – сложные сигналы; г – туры.
Весьма важным при постройке и эксплуатации пункта является обеспечение устойчивости самого центра и сигнала. В первом случае устойчивость определяется свойствами грунтов, изменениями его влажности, наличием грунтовых вод, возможными воздействиями человека и природы. Во втором – как особенностями грунтов основания сигнала, так и периодическими воздействиями на него ветровой нагрузки (особенно в моменты наблюдений), нагрева солнечными лучами, воздействия влажности и т.п., что вызывает изгибы, колебания, дрожание и кручение конструкции сигнала. Исследованиями установлено, например, что при воздействии температуры в некоторых случаях кручение сигнала по азимуту в течение рабочего дня может достигать нескольких угловых минут. При точности измерений, например, от 0,7" до 5,0" – это весьма существенная величина.
В геодезических сетях используют различные конструкции знаков: простая пирамида, пирамида со штативом, простой сигнал, сложный сигнал, тур.
Простые пирамиды и пирамиды со штативом (рис. 4.3 а) строят в случаях, когда на соседние знаки имеется прямая видимость с земли (с переносного штатива). Если прибор необходимо поднять над поверхностью земли на 2-3 м, то строят простую пирамиду с изолированным от неё штативом 2. Наблюдатель перемещается у столика по специальному настилу 3, закрепляемому на столбах пирамиды. Опоры пирамиды закрепляют в грунт к якорю 4.
Простые сигналы (рис. 4.3 б) используют в тех случаях, когда прибор необходимо поднять над землей на высоту от 4 до 10 м. Простой сигнал состоит из двух изолированных сооружений: внешнего 3 и внутреннего 4, имеющего площадку 2 для наблюдателя. Внешняя часть имеет четыре опоры, внутренняя – три опоры, закрепленные якорями 5 в грунте.
Простые сигналы могут быть деревянными и металлическими. Они могут быть также постоянными и разборными. Разборные сигналы перевозят с точки на точку в районах, где нет препятствий для использования транспорта.
Сложные сигналы (рис. 4.3 в) имеют значительную высоту. Их строят тогда, когда прибор следует поднять на высоту от 11 до 40 м. Внутренняя пирамида 5 сложного сигнала опирается не на землю, а на конструкцию 9 внешней пирамиды. На внутренней пирамиде находится столик 3 для установки прибора. Наблюдатель находится на специальной площадке 4. Высота внутренней пирамиды порядка 7 - 7,5 м. Прочность конструкции обеспечивают связи, образованные крестовинами 7, венцами 8, скреплёнными с основными столбами 9. Внутренняя пирамида имеет свою стойку 5 с болванкой 6. Фрагмент 2 называется крышей знака. Элемент 10 представляет собой промежуточный столб знака. Опоры внешней пирамиды и промежуточный столб знака закреплены в грунте на якорях 11.
Сложные сигналы в настоящее время изготавливают только трехгранными, что облегчает их полную сборку на земле и установку в рабочее положение уже в полностью собранном виде.
Туры (рис. 4.3 г) устанавливают в тех местах, где имеется скальный грунт на глубине не более 1,5 м, а также обеспечивается хорошая видимость по всем необходимым для измерений направлениям. Над туром устанавливают простую пирамиду с визирным цилиндром. Иногда визирный цилиндр закрепляют непосредственно на туре. При измерениях на таких турах визирный цилиндр временно снимают.
Для обустройства пунктов высотной сети используют различные типы марок и реперов (рис. 4.4).
На дисках марок или реперов помещают надпись, содержащую в себе аббревиатуру организации, установившей данный знак, и номер данного
Рис. 4.4. Типы реперов нивелирной сети:
а – стенная марка; б – стенной репер; г – марка для бетонных и скальных реперов; 1 и 2 – марки для установки на трубчатых реперах.
Рис. 4.5. Конструкции грунтовых реперов:
а – для районов с сезонным промерзанием грунта; б – для районов вечной мерзлоты; в – для районов сыпучих песков; г – для скальных грунтов.
репера. В центре стенной марки (рис. 39 а) имеется глухое отверстие диаметром 4 мм. В это отверстие устанавливают на специальном штифте подвесную нивелирную рейку. В некоторых случаях к указанному отверстию могут быть и отнесены плановые координаты, т.е. высотный знак может быть совмещен и с плановым. Способы закрепления знаков показаны на рисунке под каждым видом. На позициях 1 и 2 указаны марки в виде дисков. Такие марки устанавливают на трубчатых реперах (штангах).
Закладка пунктов высотной сети (реперов) должна обеспечивать их устойчивость по высоте, в связи с чем хвостовик репера должен находиться ниже глубины промерзания и оттаивания грунта в устойчивых к проседанию породах. Основные конструкции реперов приведены на рис. 4.5. В районах сезонного промерзания грунтов хвостовик репера должен быть установлен ниже глубины промерзания не менее чем на 50 см. При установке основания репера в котлованах дно котлована зачищают вручную с таким расчётом, чтобы не нарушать естественное состояние грунта. В районах вечной мерзлоты хвостовик репера должен быть установлен на глубине, превышающей на 1 м глубину сезонного оттаивания грунта. В тех случаях, когда головка репера, несущая марку, находится ниже уровня земли, то над ней, в насыпном грунте, устанавливают опознавательный столб сечением 12х12 см и длиной 80 см. Он может быть бетонным или деревянным. На столбе наносят информацию об организации и номер репера.
Знаки Государственной геодезической сети охраняются государством.
Глава 5
ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ
Общие замечания
«Часами измеряется время, а временем
жизнь человеческая; но чем, скажи,
измеришь ты глубину Восточного океана?»
Козьма Прутков. Мысли и афоризмы.
Вот теперь, кажется, всё в порядке. К.Прутков спрашивает как раз о средствах измерений. Глубина Восточного океана, да и любого другого, относится непосредственно к Земле, хотя геодезисты производят измерения на физической поверхности, к которой относится и поверхность океана, а не его дно. Но, всё-таки, это ближе к теме нашего дальнейшего разговора.
Здесь речь пойдёт о приборах, с которыми Вы практически познакомитесь на занятиях по геодезии, на учебных геодезической и маркшейдерской практиках, а также и на производственных практиках. Но на последних, скорее всего, Вам придется работать с другими геодезическими приборами, о которых тоже будет идти речь в этой главе, с оптико-электронными геодезическими приборами. Будут рассмотрены лишь некоторые особенности конструкции геодезических оптико-электронных приборов, области их применения, указаны технические характеристики нескольких типов приборов. И это при том, что указанные приборы практически уже вытеснили оптико-механические приборы. Для многих из оптико-электронных приборов вообще невозможно привести хотя бы схематично их конструкцию. Во-первых, секрет фирмы, а, во-вторых, конечно, их сложная электронная начинка, которая также является секретом фирмы. Достаточно сказать, что все оптико-механические приборы предусматривают вмешательство в них при выполнении поверок. Если какое-либо условие не выполняется, то геодезист практически может и должен устранить отклонения при выполнении полевых работ. Только некоторые из поверок требуют исправлений в специализированных мастерских. Что же касается оптико-электронных приборов, то фирма, обычно, гарантирует надёжность работы прибора. И если случилась такая оказия, как несоблюдение прибором, например, какого-либо его главного условия, то лучше обратиться в специализированную мастерскую. Считается, что при несоблюдении условия поверки прибор является просто неисправным. С одной стороны, это неудобно, что из-за какой-то мелочи, которую весьма просто устранить в оптико-механическом приборе, останавливается работа. С другой стороны, при широкоразвитой сети сервисных услуг, это как раз и удобно. Тем более, если на время ремонта прибора можно воспользоваться работоспособным прибором сервисной фирмы.
В настоящее время геодезическая и маркшейдерская службы в строительстве промышленных зданий, инженерных сооружений, проектировании и проведении горных выработок, при выполнении топографических съёмок и решении специальных инженерных задач со своими традиционными методами и инструментами не всегда соотвествуют уровню механизации строительства (при проектировании и геодезическом и маркшейдерском контроле). Здесь имеется в виду, что к традиционным геодезическим инструментам и методам пока мы относим оптические приборы различных конструкций, а также специфическую камеральную обработку полевых результатов измерений и графическую подготовку отчетной документации. К сожалению, наша отечественная промышленность (приборостроение) не обеспечивает в полной мере наши потребности в геодезических приборах нового поколения. Нельзя сказать, что в этом направлении не предпринималось никаких шагов. Выпускались и выпускаются оптико-электронные приборы (теодолиты, тахеометры, светодальномеры, нивелиры, лазерные приборы и др.). Многие из них нашли широкое применение в геодезическом и маркшейдерском производстве. Речь идёт о массовом применении оптико-электронных приборов нового поколения, значительно облегчающих полевые измерения и практически исключающих камеральные работы, в том числе и графические. Имеются технические разработки, направленные на совершенствование контрукции приборов, которые позволяют после грубой первичной установки полностью автоматически с необходимой точностью измерять направления (углы) и расстояния [24]. Всё большее внимание сейчас уделяется выпуску внашей стране по лицензиям геодезических приборов иностранных фирм, поэтому современный рынок геодезических приборов представлен в большинстве своём в нашей стране зарубежными образцами различного назначения и точности. Следует сказать, что стоимость этих геодезических приборов довольно высокая.
Совершенствование геодезических приборов нового поколения идёт такими высокими темпами, что через 5-10 лет, а то и меньше, на смену современным оптико-электронным приборам полностью придут новые приборы, с б о льшими возможностями автоматизации полевых и камеральных работ. Так, как это случилось за короткий срок в области электронно-вычислительной техники, телекоммуникаций и мн.др. Все эти превращения произошли на глазах нашего, старшего поколения. Не будет ошибкой сказать, что в вашем представлении, студентов и молодых специалистов, телевизоры были всегда, калькуляторы – тоже, и в космос человек полетел исторически давно, а не 50 лет назад. Это естественно для человека. И о современных приборах нового поколения, о части из которых будет рассказано ниже, через совсем небольшое время будут говорить как о давно прошедшем времени.
В этой главе будут рассмотрены только общие схемы основных оптических геодезических приборов: теодолитов (приборов для измерения углов); нивелиров (приборов для измерения превышений, служащих для передачи высот с точки на точку); дальномеров (приборов для измерения расстояний). Это связано с тем, что в настоящее время существует весьма большое количество различных геодезических приборов, отличающихся друг от друга не только точностью измерений, но и существенными конструктивными особенностями. Общая же схема построения и основной принцип работы практически сохраняются во всех названных выше приборах.
