Наблюдения за вертикальными перемещениями

При наблюдениях за вертикальными перемещениями используют различные способы, среди которых следует выделить наиболее употреблямые в практике работ: геометрическое и тригонометрическое нивелирование, микронивелирование, гидронивелирование, а также фото- и стереофотограмметрические способы.

Б о льшими преимуществами обладает способ геометрического нивелирования (см. гл. 6). В первую очередь достоинства этого способа заключаются в возможности определения вертикальных перемещений с высокой точностью на сравнительно больших расстояниях между точками. Так, например, при расстояниях между точками 5 – 20 м возможно обеспечение точности измерения перемещений до 0,05 – 0,10 мм, при расстояниях до 1 км измерение вертикальных перемещений можно выполнить с точностью 0,5 – 1,0 мм. Из других преимуществ данного способа следует отметить быстроту измерений, возможность проведения работ в стеснённых условиях, при наличии помех, использование в работе стандартного оборудования, а также, что немаловажно, использование большого опыта в нашей стране в проведении подобных измерений. Для высокоточного нивелирования используют нивелиры типа Н-05 с микрометром в комплекте с инварными рейками, для точного – нивелиры типа Н-1 и Н-2 с инварными рейками, для работ сравнительно меньшей точности – нивелиры типа Н-2 (без микрометра), Н-3 с рейками соответствующего класса (цельные нескладные с делениями 5 и 10 мм).

Тригонометрическое нивелирование используют в тех случаях, когда наблюдаемая точка находится на большой высоте, и в случаях, когда по каким-либо причинам невозможно выполнить работы способом геометрического нивелирования (высокие здания, башни, наличие непреодолимых препятствий, в горных выработках большой высоты для установленных в кровле реперов и др.). Высокая точность при тригонометрическом нивелировании достигается при коротких лучах визирования (до 100 м) и при использовании высокоточных (Т1) и точных (Т2) теодолитов. Расстояния до точки от станции определяют стальными рулетками, обеспечивающими точность 1:20000 – 1:30000 (3 – 5 мм на 100 м). Для тригонометрического нивелирования оборудуется специальная станция, на которой предусмотрено принудительное центрирование теодолита. Указанное нивелирование может выполняться как по непосредственному наблюдению рабочего репера, так и с использованием подвесной или постановочной нивелирной рейки, по шкале которой берут отсчёт вместе со значением отсчёта по вертикальному кругу теодолита. Наибольшая точность обеспечивается при тригонометрическом нивелировании из середины, поскольку в этом способе практически исключается погрешность из-за влияния кривизны Земли и рефракции атмосферы.

Гидронивелирование (гидростатическое, гидродинамическое) практически обеспечивает такую же точность, которая достигается и при геометрическом нивелировании. Однако расстояния между наблюдаемыми точками сравнительно небольшие, что ограничивается длиной шланга между колбами гидронивелира. Преимуществом данного способа может считаться возможность оборудования стационарной станции наблюдений, что во многих случаях является весьма важным. Тем более, что сравнительно просто обеспечивается и автоматизация регистрации измерительной информации с дистанционным управлением процессом измерений. Отсчёты положения уровня жидкости получают не визуально, а по регистрации контакта жидкости с иглой измерительной системы. Точность измерений обеспечивается в пределах 0,1 – 0,2 мм.

В системах гидростатического нивелирования рабочая жидкость находится в поле свободной силы тяжести, т.е. устанавливается на одном уровне во всех колбах. В системе гидродинамического нивелирования жидкость перемещается в сосудах под действием поршневого устройства. Поршневое устройство нагнетает жидкость в систему. Жидкость, перемещаясь, достигает контактной иглы, закреплённой в колбе. Устанавливается зависимость между перемещением поршня и моментом контакта жидкости с иглой. При изменениях положения колбы, что будет связано с вертикальным перемещением рабочего репера, контакт может наступить позже или раньше относительно исходного измерения. Такие системы позволяют использовать их и при больших перепадах высот между рабочими реперами, т.е. позволяют расширить диапазон измерений.

Микронивелирование используют на весьма малых базах – 1,0 – 2,0 м. В основном такие измерения выполняют для определения наклонов отдельных конструкций инженерных сооружений, технологического оборудования и т.п. Микронивелиры выпускаются практически только по заказу серией от одного до нескольких экземпляров. В конструкции микронивелира используют высокоточные цилиндрические или электронные уровни, а также приспособления с микрометрами и индикаторами часового типа.

Фото - и стереофотограмметрический способы заключаются в использовании для получения информации о деформировании объекта фотоснимков, получаемых с помощью специального фототеодолита в различных циклах наблюдений. Деформации могут определяться как в одной (вертикальной) плоскости (фотограмметрический способ), так и по трём координатам (стереофотограмметрический способ). При деформациях объекта на снимках двух последовательных циклов фотографирования определяются взаимные смещения точек либо в вертикальной плоскости, либо в пространстве. Измерение смещений точек на снимках выполняют на специальных приборах – стереокомпараторах. Наивысшая точность измерения деформаций при тщательном выполнении измерений составляет 1,0 – 2,0 мм.

В настоящее время используют для определения пространственных деформаций объектов электронные цифровые сканеры. Большим преимуществом таких приборов является то, что с их помощью определяются деформации объектов не в локальных точках, в которых установлены рабочие геодезические знаки, а практически в любой видимой сканирующей системой точке объекта.