Геодезические сети

Рис. 4. Ориентирный пункт:

1 - монолит; 2 - чугунная марка; 3 - опознавательный столб

 

Создание электронных  дальномеров, при помощи которых  стали возможными измерения длин линий с высокой точностью, позволило  применять их для развития геодезических  сетей методом трилатерации и в ряде случаев взамен рядов треугольников прокладывать полигонометрические ходы, равноценные по точности триангуляции.

 Государственная высотная (нивелирная) геодезическая сеть

Государственная высотная сеть устанавливает единую систему  высот (отметок) на территории страны и является основой для исследовательских и поисковых работ в геологии, экологии, при топографических съемках и проектировании сооружений. Кроме того, точное определение высот необходимо для наблюдений за движениями земной коры, колебаниями уровня воды в морях, реках и озерах.

Высоты пунктов государственной  нивелирной сети определяются геометрическим нивелированием. По точности и назначению государственная нивелирная сеть делится  на нивелирные сети I, II, III и IV классов. Нивелирные сети состоят из ходов или полигонов. Технические допуски нивелирных сетей приведены в табл. 2.

 

 

 

 

Таблица 2

Технические допуски нивелирных сетей

 

Наименование допуска	Единица измерений	Класс нивелирования				Техническое нивелирование (ТН)
		I	II	III	IV
Длина хода или полигона	км	3000–4000	500–600	150–200	_	2–16
Расстояние  от прибора  до реек	м	50	65	75	100	150
Неравенство расстояний от нивелира до реек на отдельных  стадиях	м	0,5	1,0	2,0	5,0	10,0
Высота визирного  луча над почвой не менее	м	0,8	0,5	0,3	0,2	0,2
Допустимые  расхождения  в превышениях  на станции	мм	0,5	0,7	3	5	5
Допустимые  расхождения  в превышениях  хода	мм	3	5	10	20	50
То же, но при  числе станций более 15 для I – IV классов  и 25 для ТН на 1 км	мм	4	6	2,6	5	10

Примечание. L - длина хода, км; n - число станций в ходе.

 

Нивелирные сети I и II классов обеспечивают единую систему  высот на всей территории страны. Они  служат основой для решения научных  задач по изучению вертикальных движений земной коры и сейсмических явлений, изучения физической поверхности Земли и определения разностей уровней морей и океанов. Нивелирные сети III и IV классов обеспечивают топографические съемки и решение инженерно-геодезических задач.

Основной системой отсчета  высот государственной нивелирной сети является нормальная система высот. Она позволяет получить точные значения высот точек земной поверхности относительно референц-эллипсоида.

Государственная нивелирная сеть I класса прокладывается по специально разработанной схеме, предусматривающей:

а) обеспечение территории страны исходными высотными пунктами для развития нивелировок II класса и ниже по единой системе;

б) связь с водомерными  постами морей и океанов, расположенными внутри и по границам страны;

в) использование наиболее благоприятных для нивелирования  трасс (железных и шоссейных дорог);

г) образование по возможности  замкнутых полигонов;

д) учет научных и практических требований, вытекающих из задачи изучения динамических процессов, связанных  с жизнью Земли как планеты, ее поверхности и недр.

Нивелирные линии I класса прокладываются и повторяются каждые 25 лет по заранее избранным направлениям, пересекающим территорию страны. Кроме того, в целях изучения движения земной коры и прогноза землетрясений сетью нивелировок I класса покрыты некоторые избранные участки - полигоны.

Нивелирование I класса характеризуется невязкой хода, которая не должна превышать

 мм,                                                  (1)

где L - длина хода, км.

Линии нивелирования II класса прокладываются между пунктами нивелирования I класса. Они начинаются и заканчиваются на пунктах нивелирования  I  класса  и  образуют  замкнутые  полигоны  с   периметром 500–600 км (рис. 5). Нивелирные ходы II класса прокладывают главным образом вдоль железных и шоссейных дорог, а также вдоль больших рек.

Нивелирование II класса характеризуется невязкой хода, которая  не должна превышать

  мм.                                                  (2)

Линии нивелирования III класса прокладываются внутри полигонов I и II классов в виде как отдельных, так и систем пересекающихся ходов с таким расчетом, чтобы полигон II класса был разбит на 6–9 полигонов с периметром 150–200 км каждый. На севере и северо-востоке страны периметр достигает 300 км.

Нивелирование III класса производят с невязкой в ходе не более

  мм.                                                (3)

Рис. 5. Схема построения государственной нивелирной сети

 

Нивелирование IV класса является сгущением нивелирной сети III класса. Линии нивелирования IV класса опираются на пункты нивелирной сети высшего класса; они могут прокладываться в виде одиночных ходов, пересекающихся в узловых точках.

Невязка в ходах IV класса не должна превышать

  мм.                                              (4)

Нивелирование IV класса выполняется для топографических  съемок и проектируется в комплексе  со всеми съемочными работами. Расположение и густота линий нивелирования IV класса устанавливаются исходя из условий задания - масштаба предстоящей топографической съемки, обеспечения предстоящего строительства высотной основой и т.п. Нивелирование IV класса - один из массовых видов геодезических работ при строительстве.

Нивелирные сети I и II классов - главная высотная основа топографических съемок и инженерно-геодезических работ; нивелирные сети III и IV классов являются по отношению к ним сетями сгущения.

Государственная нивелирная сеть любого класса для сохранения ее на длительное время закрепляется на местности постоянными знаками, называемыми реперами и марками. На линиях нивелирования различных классов закладывают реперы следующих типов: вековые, фундаментальные, рядовые и временные.

Каждый репер должен иметь свой индивидуальный номер, не повторяющийся на данной линии, а  по возможности и на ближайших линиях нивелирования.

На всех нивелирных ходах, независимо от класса, через 5–7 км (в  труднодоступных районах через 10–15 км) закладываются рядовые реперы. Кроме того, при нивелировании I и II классов через 50–80 км закладываются фундаментальные реперы после предварительного исследования грунта бурением на глубину до 20 м. При нивелировании I класса закладываются вековые реперы, являющиеся наиболее устойчивыми. При закладке репера в грунт его называют грунтовым, в скалу - скальным, а в стену здания - стенным.

Вековые реперы обеспечивают сохранность главной высотной основы на продолжительное время, позволяют изучать происходящие в настоящее время вертикальные движения земной коры, колебания уровней морей и океанов.

Вековыми реперами закрепляют места пересечений линий нивелирования I класса. В пределах бывшего Советского Союза эти реперы заложены:

в районе городов Ашхабад, Барановичи, Барнаул, Взморье, Витим, Волгоград, Дудинка, Душанбе, Енисейск, Иркутск, Вятка, Самара, Москва, Нахичевань, Нижневартовск, Нукус, Пржевальск, Екатеринбург, Ставрополь, Сургут, Тбилиси, Тура, Тында, Ужгород, Хабаровск, Харьков, Целиноград, Чита, Чудово, Якутск и бухты Провидения;

вблизи уровенных постов, ведущих наблюдения за вековой изменчивостью моря Анадырь, Аральск, Балтийск, Ванкарем, Владивосток, Диксон, Кронштадт, Махачкала, бухта Нагаево, Певск, Петропавловск-Камчатский, Полярный, Севастополь, Сосновец, Таганрог, Тикси.

Фундаментальные реперы обеспечивают сохранность высотной основы на значительные сроки. Их закладывают на линиях нивелирования I и II классов не реже чем через 60 км, а также на узловых пунктах, вблизи морских, основных речных и озерных уровенных постов. В сейсмоактивных районах фундаментальные реперы закладывают не реже чем через 40 км. На расстоянии 50–150 м от фундаментального репера закладывают репер-спутник.

Временные реперы обеспечивают сохранность высотной опоры в течение нескольких лет и служат высотной основой при топографических съемках. Временные реперы включают в ходовые линии нивелирования II, III и IV классов.

Географические координаты реперов определяются с точностью 0,25¢. На каждый репер составляют абрис и дают описание его местоположения. Кроме того, расположение реперов показывают на карте масштаба 1:100 000, которую прилагают к материалам нивелирования.

Нивелирные сети в  городах, населенных пунктах и на промышленных площадках должны обеспечивать все потребности городского хозяйства  и строительства. Превышения между  наиболее удаленными друг от друга  реперами нивелирной сети города должны быть известны с ошибкой не более 30 мм.

Требования к методике нивелирования, нивелирам и рейкам те же, что и при создании сетей  государственного нивелирования соответствующего класса. Отличие состоит в допустимых длинах ходов и частоте закреплений нивелирных линий реперами.

В городах, территория которых  более 500 км , создают нивелирную сеть I класса. Схемы построений нивелирных сетей I класса в городах различаются – это или система полигонов, или система пересекающихся линий. Вид сети и расположение линий зависят от очертаний городской территории. Дальнейшее сгущение сети выполняют нивелированием II, III и IV классов.

В городах и поселках, расположенных в области сезонного  промерзания грунта, реперы закладывают в стены кирпичных, каменных, бетонных и железобетонных зданий и сооружений.

Стенные реперы закладываются  вблизи перекрестков улиц, а также  в середине кварталов. Они должны располагаться на высоте 30–60 см от поверхности земли так, чтобы  выступы стен не мешали установке реек. Здание, в котором заложен стенной репер, фотографируют. Кроме того, фотографируют сам репер так, чтобы в кадре был виден его номер.

Разнообразные физико-географические условия страны обусловливают использование  различных типов реперов, которые соответствуют определенным районам.

Конструкция векового репера зависит от глубины залегания геологически устойчивых, несжимаемых пород. Вековые реперы могут быть скальными и грунтовыми. В зависимости от глубины залегания скалы закладываются разные типы вековых реперов. Сохранность векового репера обеспечивается качеством закладки, добротностью материалов, из которых он изготовлен, а также местом расположения и внешним оформлением. Стабильность векового репера обусловливается заглублением его основания в несжимаемые породы не менее чем на 120 см для трубчатых реперов и 20 см – для скально-бетонных.

Если скала находится  на глубине до 120 см, то закладывают  группу из четырех скальных реперов типа 173 (рис. 6,а), расположенных на расстоянии 25–50 м друг от друга.

Высоты смежных реперов  должны отличаться друг от друга не менее чем на 15 см. Репер состоит  из марки (нержавеющая сталь или  бронза) и бетонного колодца с  крышкой. Размеры колодца зависят  от глубины залегания скалы. При  выходе скалы на дневную поверхность внешние размеры колодца 50´50 см. Если  глубина залегания скалы 50  см  и более – это колодец диаметром до 100 см.

При залегании скалы  на глубине до 500 см  закладывают  вековой репер типа 174 (рис. 6,б), который состоит из пилона (гранит или высококачественный бетон) формы параллелепипеда с поперечным сечением 35´35 см, бетонной плиты (якоря) размерами 150´150´40 см и колодца диаметром более 160 см. В верхнюю часть пилона на расстоянии 20 см цементируют две марки (горизонтальную и вертикальную). Верхний конец пилона располагают на глубине 100 см от поверхности земли. Бетонную плиту изготавливают на месте установки репера и цементируют в нее третью марку. До установки колодца и засыпки котлована грунтом измеряют превышения между всеми марками с точностью до 1 мм. Репер в колодце засыпают гравием, а на расстоянии 100–150 м от него устанавливают фундаментальный репер со спутником.

 

Рис. 6. Вековые реперы для скальных грунтов:

а – тип 173; б – тип 174

 

Вековой трубчатый репер типа 175 (рис. 7) закладывают при залегании несжимаемых пород на глубине более 500 см. Репер устанавливают в скважину диаметром 25 см. Он состоит из металлической трубы диаметра 8–15 см с толщиной стенок не менее 1 см. На верхнем конце трубы на расстоянии 20 см друг от друга укрепляют две марки (горизонтальную и вертикальную), а на нижнем конце крепят диск с диаметром на 2–3 см меньше диаметра скважины. В скважину опускают трубу и при помощи бетона скрепляют с несжимаемыми породами, в которые она должна войти не менее чем на 120 см. Верхний конец репера располагают на глубине 100 см от поверхности земли. Рядом с вековым репером на расстоянии 100–150 м закладывают фундаментальный репер со спутником.