Микротелескопы – это высокоточные оптические приборы для контроля прямолинейности и соосности, имеющие телескопическую систему и микроскоп вместо окуляра.

Оптические способы створных измерений заключаются в визировании зрительными трубами на марки, последовательно устанавливаемые на промежуточных точках створа. Искомые нестворности при этом определяются способом подвижной марки, способом измерения малых углов или способом измерения угла на контрольном пункте.

В способе подвижной марки смещение створной точки определяют по неподвижной шкале путём введения визирной марки с отсчётным индексом в створ зрительной трубы оптического прибора. Для повышения точности отсчётный индекс заменяют механическим микрометром или индикатором часового типа.

В способе малых углов искомую нестворность определяют по расстоянию от вершины малого угла до створной точки и горизонтальному углу, образованному направлениями створа и контрольной точки (рис. 1.4). S sin S.

Малый угол может быть измерен теодолитом или алиниометром. При измерении малого угла теодолитом с оптическим микрометром (Т2, ОТ-02 и др.) полным приёмом средняя квадратическая погрешность измерения составит 0,5.

Пренебрегая погрешностями измерения расстояний средняя квадратическая погрешность определения нестворности запишется так:

Легко подсчитать, что при длине створа 200 м и погрешности измерения угла 0,5 погрешность определения нестворности составит 0,5 мм.

Из выражения следует, что погрешность вычисления нестворности возрастает с увеличением расстояния до контролируемой точки. Это вынуждает на практике длинный створ разбивать на части.

Рис. 1.5. Схема измерения угла на контрольном пункте Способ измерения угла на контрольном пункте заключается в том, что теодолит Т устанавливается непосредственно на точку, нестворность которой следует определить (рис. 1.5). Измерив угол, а также расстояния S1 и S2, вычисляют нестворность по формуле В этой формуле = 180 -, а = 206265. Погрешность нестворности вычисляется по формуле Описанный способ створных измерений по сути есть полигонометрический ход, проложенный по контролируемым точкам и опирающийся на задающие створ пункты.

Основные программы створных измерений. Повышение точности створных измерений оптическими методами ограничивается ошибками визирования и влияния внешних условий. С целью уменьшения этих ошибок, в частности боковой рефракции, створ разбивают на части, что приводит к уменьшению длины визирного луча. Преимущества измерений коротким визирным лучом (до 50 м) положены в основу большинства программ створных измерений. В простых программах нестворность каждой промежуточной точки определяется относительно одного створа, общего или частного, в прямом и обратном направлениях. В сложных программах нестворности одних и тех же точек определяются независимо от нескольких частных створов в ходе прямо и обратно.

В геодезической практике наибольшее распространение получили такие программы створных измерений как программы общего створа, частей створа, последовательных створов и частных створов.

Рис. 1.6. Схема последовательных створов Программа общего створа является наиболее простой схемой створных измерений, в которой нестворности всех наблюдаемых точек измеряются непосредственно от общего створа. Здесь возможны варианты. В одном варианте измерения выполняют последовательными наблюдениями всех контрольных точек с конечных пунктов створа. Во втором варианте наблюдения ведут с конечных пунктов, начинают с середины створа на себя.

Программа частей створа. В этой программе весь створ разбивают на несколько частей, допустим четыре части. Вначале определяют положение средней точки С, её нестворность относительно общего створа АВ. Затем относительно новых створов АС и СВ находят частные нестворности промежуточных точек 1 и 2, расположенных соответственно посредине створов АС и СВ. Далее внутри каждой четверти створа А1, 1С и т. д. измеряют частные нестворности остальных промежуточных точек. От измеренных частных нестворностей переходят к общим посредством вычислений.

Программа последовательных створов. Схема последовательных створов базируется на известном в геодезии положении, что точность ориентирования линии повышается при визировании на дальние опорные пункты, а линейная величина нестворности измеряется с большей точностью на коротких расстояниях.

Сущность способа заключается в следующем (рис.1.6).

Частная нестворность 1 точки 1 определяется относительно створа АВ.

Для этой точки частная и общая нестворности совпадают (1 = 1). Затем прибор переносят в точку 1 и относительно частного створа 1В измеряют нестворность 2. Общая нестворность для этой точки определится из вычислений на основе простых геометрических зависимостей в подобных треугольниках и с учётом знаков нестворностей:

Далее прибор устанавливают в точку 2 и относительно образовавшегося частного створа 2В измеряют частную нестворность 3 и вычисляют общую нестворность для этой точки:

Здесь через S обозначены длины последовательных створов, а индексы обозначают начало и конец створа.

Если створ АВ разделён на n + 1 частей, то по аналогии производят вычисления всех нестворностей. Обратный ход в аналогичном ключе реализуется со второй точки створа, точки В.

В данной схеме средняя точка створа является наиболее слабой. Приняв точность измерения частных нестворностей одинаковой m1 m 2 m3 можно записать формулы для расчёта средних квадратических ошибок искомых нестворностей для любой контрольной точки i [20]:

Расчёты показывают, что чем длиннее створ, тем эффективнее применять программу последовательных створов. Однако эта схема не всегда может быть реализована по разным причинам, например из-за закрытия видимости между конечными пунктами створа. В связи с этим могут быть реализованы другие схемы и программы измерений, в частности схема частных створов и др. Более детально программы и схемы створных измерений приведены в [20, 21].

Интерференционный способ створных измерений. Способ основан на опытах Юнга для дифракции света от двух щелей. Способ применяется при высокоточных створных измерениях для установки и выверки специального оборудования.

Луч света от источника (лампа накаливания, лазер) А через коллиматор проходит через узкую щель марки M 1, и попадает на марку M 2 с двумя щелями a и a2.

На экране L в зоне наложения световых потоков возникает система полос, образующих интерференционную картину. При наблюдении в белом свете центральная полоса картины легко определяется, так как она будет белой (максимум) или голубой (минимум). Цвет любой другой полосы изменяется от фиолетового к красному, проходя через всю гамму цветов.

При перемещении марки М2 перпендикулярно к оси АВ происходит перемещение картины в плоскости экрана L. Именно эта особенность и положена в основу дифракционного спocoбa створных наблюдений.

В комплект дифракционного прибора входят источник света А, однощелевая марка M 1, двухщелевая марка M 2, приемник света L.

В установке в качестве источника света может быть использован лазер или проекционная лампа накаливания мощностью 30 - 50 Вт с коллимирующей оптической системой.

Однощелевая марка выполняет две функции:

Ось щели марки является линией, фиксирующей начальное положение створа.

При использовании ламп накаливания узкая щель необходима для получения когерентного светового потока.

Двухщелевая марка необходима для получения интерференционной картины разделением светового потока на два. С помощью подвижной двухщелевой марки определяется отклонение точек от створа.

Приемник света служит для наблюдения интерференционной картины. Интерференционная картина формируется в плоскости сетки нитей приемника света и рассматривается глазом наблюдателя с помощью линзы с увеличением 2 - 3.

В дифракционном способе могут быт реализованы две методики измерений: подвижной спектральной марки и подвижного приёмника света.

В методике подвижной спектральной марки в качестве исходных точек, задающих референтную линию, используют однощелевую марку и экран с приёмником света. Двущелевая марка устанавливается на контролируемую точку. Перемещением двущелевой марки в горизонтальной плоскости перпендикулярно створу добиваются совмещения максимума (минимума) интерференционной картины с биссектором сетки нитей приёмника света. Перемещения замеряются индикатором часового типа.

В методике подвижного приёмника света исходными точками, задающими референтную прямую, являются однощелевая и двущелевая марки. Выверяемые точки вводятся в створ перемещением источника света, установленного в этих точках путём введения биссектора приёмника света в центральную интерференционную полосу.

По опытным данным средняя квадратическая ошибка установки точки в створ дифракционным способом составляет 20 – 30 мкм при длине створа 80 – 100 м. Для лазерного источника света при расстояниях до 400 м ошибки измерений не превышают 60 мкм.

Лучевые методы створных измерений. Приборы для створных измерений с применением лазеров, визуальных и фотоэлектрических регистрирующих устройств объединены общим названием – лазерные створофиксаторы.

По принципиальным схемам построения створофиксаторы могут быть разделены на следующие типы:

Лучевые створофиксаторы, использующие в качестве опорной прямой ось коллимированного светового пучка.

Дифракционные створофиксаторы, основанные на принципиальной Для решения задачи контроля прямолинейности технологических линий представляют интерес лазерные створофиксаторы лучевого типа – это лазерные визиры и указатели направлений и приборы со сканированием лазерного пучка.

Основной схемой построения лучевых створофиксаторов является использование лазерных источников света, отличающихся узконаправленностью, высокой когерентностью и монохроматичностью. Кроме того, луч лазера строго поляризован. Для лазеров энергия в поперечном сечении распределена достаточно симметрично относительно оси светового потока, что позволяет строить в пространстве опорные базовые линии, по отношению к которым возможно осуществлять измерения положения контролируемых точек. Регистрация положения промежуточных (контролируемых) точек может выполняться визуально при помощи простых экранов с координатной сеткой, но также могут быть использованы фотоэлектрические регистрирующие устройства.

Более подробно с вопросами построения и использования лазерных створофиксаторов с фотоэлектрической регистрацией светового потока можно ознакомиться в трудах [4, 15].

1.3. Координатный способ монтажа конструкций Координатный способ установки конструкций в проектное положение успешно используется при монтаже куполов и перекрытий со сложной пространственной конфигурацией.

Применение способа покажем на простом примере монтажа навесных фасадных панелей сверхвысотного здания – башни «Евразия» объекта «МоскваСити». Здание в 69 этажей имеет высоту 310 метров. Навесные фасадные конструкции выполнены в виде панелей прямоугольной формы размером около 1,7 м на 4,0 м.

На рисунке 1.8. приведена схема установки конструкций фасада в проектное положение по четырём точкам при помощи электронного тахеометра.

В точке С геодезического обоснования с координатами Хс, Ус устанавливается прибор – электронный тахеометр. Прибор приводится в рабочее положение, т.е. центрируется и нивелируется. Далее прибор следует перевести в режим разбивочных работ в координатах. Вводятся высота прибора над точкой, координаты точки стояния и точки ориентирования.

Рис. 1.8. Установка панели по четырём точкам Таким образом, прибор ориентируется. В качестве ориентирной точки принимается другая, хорошо видимая точка геодезического обоснования.

Дальнейшие действия заключаются в непосредственной установке конструкций в проектное положение. Последовательно вводятся координаты выносимой в натуру точки, отражатель (призма) устанавливается в соответствующей точке конструкции и перемещениями самой конструкции добиваются её выставления в проектное положение.

На рис. 1.8 отдельным фрагментом показана точка в углу несущей рамы монтируемой панели, куда следует устанавливать призму. Точка находится простым делением на две равные части прямой, соединяющей две вершины уголка рамной конструкции.

Из рисунка видно, что все точки, расположенные на одной вертикали от первого до последнего этажа будут иметь равные горизонтальные проекции, следовательно, и координаты Х и У будут одни и те же. Различия будут касаться только высоты.

В связи с этим обстоятельством координатный способ монтажа значительно упрощается и сводится к линейным промерам расстояний от точки стояния прибора до контрольных точек монтируемых конструкций (рис. 1.9).

Горизонтальные проекции расстояний от точки стояния прибора до всех точек, расположенных на одной вертикали, должны быть равны.

Это обстоятельство позволяет реализовать контрольные измерения смонтированных панелей, иначе говоря, произвести исполнительную съёмку завершённых работ по монтажу конструкций.

Контрольные промеры заключаются в сравнении горизонтальных проекций линейных отрезков для точек одной вертикали фасада. Способ исполнительной съёмки достаточно прост, не нуждается в исходных пунктах геодезической основы и не вызывает сомнений в реализации, но с некоторыми оговорками.

Во-первых, должны быть установлены какие-либо исходные конструкции фасада по его периметру. Иначе говоря, должна быть исходная точка, относительно которой все остальные должны выставляться по одной вертикали и по одной горизонтальной проекции.

Следующее обстоятельство, приводит к ограничениям в использовании метода. Речь идёт о влиянии неперпендикулярности визирной плоскости к плоскости монтируемой конструкции (угол, рис. 1.10) на точность производства монтажных работ.

Рис. 1.9.Схема координатного способ монтажа Визирная плоскость образуется визирной линией при вращении зрительной трубы вокруг её горизонтальной оси вращения. Если эта плоскость пересекается с плоскостью монтируемой конструкции под углом, отличным от 90°, то перемещения монтируемых конструкций в направлении, перпендикулярном плоскости фасада не будут пропорциональны изменению расстояний от точки стояния дальномера до монтируемой точки.

Кроме этого, в вертикальной плоскости визирная линия образует угол с плоскостью монтируемой конструкции. Этот угол с ростом этажности сооружения будет уменьшаться. Только в случае = 90°и = 90° связь между перемещениями монтируемой конструкцией и измеряемым расстоянием будет находиться в линейной зависимости. При любых других значениях углов обозначенная связь носит сложный тангенциальный характер. Расчёты показывают, что угол может отличаться от 90° в пределах ± 15°, а ограничения угла вызваны возрастающими приборными погрешностями при увеличении угла наклона трубы.

Считается, что угол не следует допускать меньше 45°.

Описанный координатный способ монтажа можно использовать в сочетании с другими способами и приёмами выставления конструкций.

Исходя из конструктивных особенностей крепления панелей, реализовать их установку в проектное положение по координатам четырёх точек возможно лишь для панелей первого, исходного пояса. Панели второго пояса своим нижним торцом входят в паз уже установленной панели нижнего пояса и, следовательно, их положение в своей нижней части фиксировано и обусловлено пространственным положением уже выставленной ранее конструкции.

Рис. 1.10. Геометрия рабочих плоскостей Таким образом, кроме панелей исходного нижнего пояса все остальные практически монтируются по координатам двух верхних точек панели при фиксированном положении её нижнего контура.

Приведённые особенности монтажа панелей (за исключением панелей исходного пояса) определяют методику производства геодезических измерений, обеспечивающих выставление фасадных конструкций в проектное положение:

электронный тахеометр устанавливается на устойчивой поверхности в окрестностях здания так, чтобы визирная плоскость образовала с плоскостью монтируемой панели угол, близкий к 90° (угол. ), а визирная ось имела бы угол наклона не более 45° (угол ).

расстояние до соответствующей точки панели исходного пояса, расположенной на одной вертикали с монтируемой. Например, если выставляется точка А3 (рис. 1.9), то измерить следует расстояние до приняв в качестве исходного, расстояние до точки А1, выставляют точку А3 по этому же расстоянию.

При фиксированном положении нижней грани панели её плоскость обладает лишь одной степенью свободы, а именно вращательной вокруг этой грани.

Иначе говоря, этим вращением следует добиться вертикальности монтируемой панели: вертикальность монтируемой панели с очень высокой точностью достигается электронными строительными уровнями, которые могут быть приложены к плоскости монтируемой панели, как со стороны фасада, так и с внутренней стороны здания.

Детально рассмотренные выше схемы геодезических измерений с целью обеспечения монтажа фасадных конструкций здания «Евразия» позволяют обобщить и выделить три последовательных этапа в процессе сборки и наладки панелей:

1. На первом этапе в проектное положение устанавливаются панели нижнего исходного пояса. Геодезические работы на данном этапе заключаются в разбивках планово-высотного положения кронштейнов на монтажных горизонтах и выставлении панелей по координатам её четырёх контурных точек.

Разбивочные и наладочные работы производятся электронным тахеометром с пунктов внешней разбивочной сети здания. Исходными данными в этом комплексе работ являются координаты пунктов внешней разбивочной сети здания, координаты мест крепления кронштейнов и координаты контурных точек панелей.

Работы первого этапа являются наиболее ответственными и закладывают основу для дальнейших работ по выставлению фасадных конструкций в проектное положение. По завершении монтажа панелей исходного пояса, равно как панелей любого другого монтажного горизонта следует произвести исполнительную съёмку планово-высотного положения смонтированных конструкций. По результатам исполнительной съёмки и контрольных замеров производится примка смонтированных конструкций. Монтаж фасадных конструкций высших горизонтов возможен лишь после приёмки и утверждения результатов монтажа панелей данного пояса. Это положение принципиально, поскольку панели нижнего пояса связаны с панелями высших горизонтов и являются основанием и основой их монтажа. Следовательно, любая коррекция планово-высотного положения нижней панели приведёт к лавинообразному рассогласованию выше расположенных конструкций.

2. На втором этапе выполняется установка в проектное положение панелей второго пояса и далее последовательно высших монтажных горизонтов.

Монтаж каждого следующего пояса производится после приёмки и утверждения результатов монтажа нижнего пояса фасадных конструкций. Геодезические работы на данном этапе включают разбивку мест крепления кронштейнов и выверку монтируемой панели. Работы выполняются электронным тахеометром и строительным уровнем.

Места крепления кронштейнов разбиваются тахеометром с пунктов внешней разбивочной сети здания. Исходными данными разбивки являются координаты мест крепления кронштейнов и координаты пунктов внешней разбивочной сети. Работы выполняются в режиме координатной разбивки.

Установка панели в проектное положение выполняется по двум верхним контрольным точкам. Нижний торец монтируемой панели крепится в пазе панели нижнего пояса, их равнозначное планово-высотное положение обеспечивается технологически. Панель выставляется по расстоянию, замеренному тахеометром до соответствующей точки панели исходного пояса. Во избежание ошибок контролировать установку панели следует накладным строительным уровнем.

Описанная технологическая схема имеет ограничения. Угол, образованный визирной плоскостью зрительной трубы тахеометра и плоскостью панели должен быть близок к 90°± 15°. Угол наклона визирной оси не должен быть более 45° (угол ).

Ограничения по углу приводят к тому, что разбивочные работы по технологии второго этапа могут проводиться приблизительно до 45 монтажного горизонта (около 200 м по высоте) при отстоянии тахеометра от здания также м. Дальнейшие разбивочные работы следует выполнять по ниже приведённой методике.

3. На третьем этапе разбивочные работы следует производить электронным тахеометром непосредственно с монтажного горизонта по схеме «свободной станции». Для реализации этой схемы необходимо в окрестностях возводимого здания на соседних высотных строениях иметь ряд знаков, выполненных из светоотражательной плёнки – это, известные марки катафоты. Марки крепятся на соседних строениях на значительной высоте так, чтобы они были видны с монтажных горизонтов возводимого здания. Координаты центров марок определяются с пунктов внешней разбивочной сети полярным способом, боковыми или прямыми засечками.

Для выполнения разбивочных работ на данном монтажном горизонте электронный тахеометр устанавливается на перекрытии данного горизонта в удобном месте и способом обратной засечки определяются координаты точки стояния. Далее тахеометр переводится в режим разбивочных работ и по координатам выносимых в натуру точек производят их разбивку. Панели выставляются по координатам её двух верхних точек также как и при разбивке с земли, но эти точки берутся с внутренней стороны здания.

Выполним оценку точности описанного способа монтажа конструкций.

Из рисунка 1.9, принимая во внимание последовательность технологических операций по выставлению фасадных конструкций в проектное положение, можно в первом приближении наметить возможные источники ошибок, сопутствующих этим операциям.

1. Основой координатного способа является внешняя разбивочная сеть здания, которая, безусловно, не может не иметь собственных погрешностей построения. В соответствии с СНиП 3.01.03-84, внешняя разбивочная сеть строительной площадки рассматриваемого комплекса должна была быть построена с точностью линейных элементов сети 1:25000 и угловых построений со средней квадратической ошибкой 3. Хотя для установления реальной точности внешней разбивочной сети необходимы специальные контрольные измерения.

Возьмём приведённые значения ошибок в качестве отправных при обозначении так называемых ошибок исходных данных, которые проявятся в координатах точки стояния и координатах точки ориентирования. Иначе говоря, речь идёт об ошибке взаимного положения двух исходных пунктов геодезической разбивочной основы, которая определится величиной абсолютной ошибки в расстоянии между пунктами и ошибкой дирекционного угла образованного ими направления. Таким образом, для расстояния между пунктами в 100 м будем иметь Суммарное влияние ошибок исходных данных составит 4,3 мм.

2. Центрирование прибора при помощи оптических центрировочных приспособлений приведёт к ошибке центрирования mц, которая оценивается величиной 0,5 мм.

3. Процесс выставления конструкции при помощи электронного тахеометра сводится к измерению координат центра призмы тахеометром и вычислению разности координат проектной точки и действительной точки установки призмы.

Координаты центра призмы вычисляются тахеометром по координатам точки стояния и результатам измерения полярного угла от ориентирного направления, а также полярного расстояния. По двум последним измеренным величинам вычисляются приращения координат. Следовательно, погрешности измерения этих величин прямо отразятся на результатах выставления конструкции.

Относительно ошибки измерения горизонтального угла следует сказать следующее. В технических характеристиках многих современных электронных тахеометров указаны средние квадратические ошибки измерения угла одним приёмом. Так для тахеометра SRX1 эта величина равна 1. Однако в процессе установки конструкций по координатам горизонтальные углы не измеряются, а строятся, тем более не одним приёмом (один приём измерения горизонтального угла предполагает его измерение при двух положения трубы прибора – КЛ и КП), а полуприёмом. В условиях строительной площадки построение углов на коротких расстояниях следует оценивать ошибками, превышающими заводские показатели приборов в 3 – 5 раз. Для выполнения примерных расчётов примем среднюю квадратическую ошибку построения горизонтальных углов для расстояний в 300 м, равной m = 5.

Горизонтальные проекции измеренных светодальномером тахеометра расстояний вычисляются по данным датчика угла наклона зрительной трубы. Угол наклона трубы может отсчитываться как от горизонта (углы наклона), так и от вертикали (зенитные расстояния). В любом случае горизонтальные проекции дальномерных расстояний D вычисляются по формуле, в которой присутствуют дальность S и угол наклона :

Выполнив дифференцирование этой формулы по переменным и, перейдя к средним квадратическим ошибкам, получим где = 206265, число секунд в радиане.

Расстояния для расчётов примем равным S = 300 м, угол наклона примем равным 45°, что считается предельно возможным углом наклона, с точки зрения удобств производства измерений на высокие объекты, и влияния ошибок наклона оси вращения прибора. Ошибку датчика компенсации угла наклона вертикальной оси прибора примем равной m =±5.

Относительно ошибки измерения расстояния тахеометром mS следует сказать, что эта ошибка состоит из двух частей: постоянной составляющей и переменной части, зависящей от длины измеряемого расстояния. Для тахеометра SRX1 эта ошибка равна ±(2 мм + 210-6 S). Для расстояний в 300 м она выразится величиной mS = ±2,6 мм.

Подставив рассмотренные величины в (1.3), получим mD=±5,6 мм.

В вычислении координат центра призмы помимо горизонтальной проекции измеренного расстояния участвует полярный угол, посредством которого вычисляется дирекционный угол направления на проектную точку.

Средняя квадратическая ошибка положения точки, вынесенной способом полярных координат, определится из известной формулы Подставив рассмотренные ранее значения в эту формулу, получим mпол = ±9,4 мм.

Чтобы получить полную картину результирующей ошибки монтажа фасадных конструкций координатным способом из-за ошибок геодезических построений следует сложить квадраты всех, выше обозначенных источников ошибок, а именно mпол, mц,, и mисх. и результат вынести из под корня. В результате получим mгео = ±10,3 мм.

Таким образом, нами получена результирующая средняя квадратическая ошибка монтажа фасадных конструкций на расстоянии 300 м из-за влияния ошибок геодезических построений.

В расчётах не приняты во внимание ошибки, вызванные влиянием внешней среды и носящие случайный характер. Это, во-первых, деформации несущих и монтируемых конструкций здания, вызванные изменениями температуры, случайным распределением розы ветров, а также остаточными деформациями зажатых конструкций механического характера.

Расчёты выполнены для расстояний в 300 м. Это относится как к расстояниям от монтируемых конструкций до прибора, так и к расстояниям между исходными пунктами геодезического обоснования.

Расстояния между пунктами геодезического обоснования необходимы для расчётов влияния ошибок исходных данных. Однако ошибки исходных данных могут быть сведены до минимума или вообще могут не приниматься во внимание, если принять соответствующие меры. Так, если выполнять установку конструкций какой-либо грани фасада, выполняя измерения с одной точки и ориентируясь на одну и ту же точку геодезической сети, то ошибки исходных данных приведут к тому, что все конструкции грани будут ошибочно смещены на одну и ту же величину (допустим 5 мм по какому то постоянному дирекционному углу), что не представляется существенным.

Что касается расстояний от прибора до монтируемых конструкций, то с их увеличением ошибки геодезических построений будут только увеличиваться.

Принятое в расчётах наклонное расстояние в 300 м взято из предположений, что прибор расположен на расстоянии около 200 м от здания, а монтируемая конструкция расположена на высоте около 210 м, т.е. на 45 этаже. Угол наклона трубы тахеометра в этом случае составит около 45°.

С ростом высоты здания будет возрастать угол наклона зрительной трубы, возрастёт парусность башни, возрастут собственные колебания башни, т.е. будут усложняться условия наблюдений, и что самое главное, возрастёт влияние приборных ошибок. Это ошибки, вызванные неперпендикулярностью оси вращения трубы к оси вращения прибора, а также ошибки из-за угла наклона вертикальной оси вращения прибора. Из-за увеличения угла наклона трубы, с увеличением этажности, возникнет необходимость увеличения расстояния от прибора до здания, что приведёт к увеличению ошибок разбивки. Принимая во внимание обстановку вокруг строящегося здания, может наступить момент когда от координатного способа монтажа конструкций фасада проще будет отказаться.

Для комбинированного способа разбивки результирующая средняя квадратическая ошибка установки конструкций в проектное положение из-за ошибок геодезических построений составит mгео = 5,6 мм для случая, когда = 90°и = 90°.

Однако, как было указано ранее, расчёты выполнены для средней квадратической ошибки, доверительная вероятность которой 0,67. Для большей надёжности расчётов следует пользоваться доверительной вероятностью 0,95. Такую вероятность имеет предельная ошибка. Итак, предельная ошибка геодезических построений при монтаже фасадных конструкций комбинированным способом составит гео = 11,2 мм. Это и есть та величина, в пределах которой следует ожидать разброс значительной массы геодезических контрольных измерений. Поле разброса ошибки составит 22 мм.

При выставлении панелей по координатам углов несущей рамы геодезические построения с применением электронного тахеометра будут сопровождаться средними квадратическими ошибками порядка 10 мм, или предельной ошибкой 20 мм.

Следует подчеркнуть, что речь идёт о случайных ошибках измерений или построений, которые подчиняются нормальному закону распределения. Грубые ошибки или промахи при этом в расчёт не принимаются, хотя их появление имеет определённую долю вероятности.

При высотной установке и выверке конструкций и оборудования применяют, в основном, три метода нивелирования: геометрическое, микронивелирование и гидростатическое нивелирование.

Геометрическое нивелирование, как наиболее оперативный способ, является наиболее распространенным, обеспечивающим требуемую точность практически для любого вида строительства. При высотной установке конструкций в настоящее время больше применяют оптические нивелиры с компенсаторами, т.е. с самоустанавливающейся линией визирования. Зрительные трубы имеют, в основном, прямое изображение. Увеличение зрительных труб высокоточных оптических нивелиров может составлять около 40х, для технических 2030х.

Практически все фирмы производящие приборы для геодезии представлены на рынке нивелиров. Завод УОМЗ производит нивелиры 4Н2КЛ, 3Н3КЛ, 3Н5Л, фирма SETL выпускает приборы DSZ3, AT-20D, AT24D, японская фирма SOKKIA торгует приборами В1, В20, В21, С300, С310, С320 и т.п. Декларируемая точность приборов, которая характеризуется средней квадратической погрешностью измерения превышения на 1 км двойного хода, может составить 0,2 мм (нивелир PL1 фирмы Sokkia). Точность технических нивелиров колеблется в пределах 2-4 мм. Для них используют шашечные раздвижные 3-5 м рейки из легких дюралевых сплавов.

Все большее распространение приобретают цифровые нивелиры. Это современные многофункциональные приборы, совмещающие функции высокоточного оптического нивелира, электронного запоминающего устройства и встроенного программного обеспечения для обработки полученных измерений. В комплект нивелира входят штрих-кодовые рейки, зарядное устройство, карта памяти и юстировочные инструменты. Прибор DINI 12 фирмы Trimble обеспечивает погрешность измерений 0,3 мм на 1 км двойного хода с инварной рейкой и 1, мм с шашечной. Нивелир имеет горизонтальный лимб, а внутреннее программное обеспечение позволяет с проложением хода выполнить его уравнивание, работать в режиме тахеометра и выполнять вынос в натуру проектных отметок.

Успешно используются для производства разбивочных и монтажных работ так называемые лазерные нивелиры или построители плоскостей. Их отличительной особенностью является возможность увидеть построенную рабочую поверхность. С их помощью можно задать горизонтальную, вертикальную или наклонную плоскость. Лазерные нивелиры также используются для контроля установки в проектное положение технологического оборудования, для разметки и задания направлений, монтаже стен, колонн и подвесных потолков, выравнивания полов и укладки плитки и т.п. Фирмы изготовители таких приборов те же.

Основные технические характеристики, например лазерного нивелира Trimble Spectra Precision 1242, таковы:

диапазон работы компенсатора 11;

питание осуществляется от 4-х никель-кадмиевых батарей с ресурсом 40 часов;

точность на 30 м ± 1,6 мм, а на 1 км двойного хода ±1,7 мм;

На рис. 1.11 приведена схема выверки опалубки под монолитное перекрытие.

Рис. 1.11. Высотная выверка опалубки перекрытия Нивелир устанавливают так, чтобы было видно по возможности больше стоек домкратов, поддерживающих опалубку. Зная высоту репера на монтажном горизонте, находят горизонт прибора, а, зная проектную высоту нижней поверхности перекрытия (т.е. верха фанеры опалубки), и толщину бруса, досок и фанеры, находят необходимый отсчет по рейке. Приложив нивелирную рейку вертикально к балке, как это показано на рисунке, и вращая соответствующий домкрат, добиваются вычисленного отсчета по рейке.

Вместо нивелира на известную высоту может быть установлен лазерный построитель плоскости. Рабочие при этом, самостоятельно смогут выполнить выверку опалубки по высоте, перенося рейку с отмеченным отсчетом от стойки к стойке.

Микронивелирование. Микронивелирование применяется для высотной выверки оборудования, строительных конструкций, направляющих и т. д., т. е. там, где решается задача определения горизонтальности поверхностей.

Микронивелир (рис. 1.12) представляет собой прибор, состоящий из жесткого основания 6, вдоль которого установлен цилиндрический уровень 1 с ценой деления 5", и имеет по краям две опоры: подвижную 2 и неподвижную 3, расстояние между которыми называется шагом или базой микронивелира.

Подвижная опора 2 жестко связана с индикатором часового типа 4, который позволяет определить превышение непосредственно в миллиметрах.

Прежде чем приступить к работе с микронивелиром, необходимо на выверяемой поверхности разметить места постановки опор микронивелира, откладывая и фиксируя расстояния, равные базе микронивелира. Фиксированные точки отмечают кружками диаметром 6-8 мм. При работе опоры микронивелира ставят в центр размеченных кружков.

Производство наблюдений начинают с установки подвижной опоры на точку 1 (рис.1.13).

Подъемным винтом 5 приводят пузырек уровня в нуль-пункт и берут отсчет по индикатору, что будет соответствовать заднему отсчёту “З”. Затем переставляют нивелир на 180°, снова приводят пузырек уровня в нуль-пункт и берут второй отсчет по индикатору “П”.

Одновременно с определением превышения на каждой станции определяют место нуля прибора.

Место нуля – это отчет по индикатору, при котором ось уровня параллельна линии, соединяющей опоры микронивелира, и его значение может быть вычислено по формуле:

Тогда (1.4) с учетом (1.5) можно записать следующим образом:

Место нуля прибора должно быть постоянным, непостоянство МО может колебаться в пределах 0,05 мм.

Если же колебание МО превышает указанное значение, то это является свидетельством того, что прибор необходимо отъюстировать, либо устранить неровности на нивелируемой поверхности.

Гидростатическое нивелирование основано на свойстве жидкости в сообщающихся сосудах перераспределятся до тех пор, пока не наступит гидростатическое равновесие. Наипростейший гидростатический нивелир представляет собой два сосуда, соединенных шлангом. Залитая в систему жидкость (например, вода) устанавливается на одном горизонтальном уровне, от которого и выполняются высотные измерения. В одну сообщающуюся систему можно объединить много датчиков гидронивелиров, а процесс измерения уровней жидкости легко поддается автоматизации. Автоматизированные системы гидростатического нивелирования особенно эффективны при мониторинге (постоянном наблюдении) за осадками и деформациями объектов или механизмов, вблизи которых находиться человеку не желательно, например, по причине наличия радиации.

В настоящее время гидростатическое нивелирование применяется при выверках по высоте технологического оборудования при наблюдении за осадками инженерных сооружений. Оно успешно применяется в стесненных условиях закрытых помещений, где геометрическое нивелирование применить трудно или невозможно.

Метод гидростатического нивелирования основан на системе сообщающихся сосудов. В такой системе мениск жидкости устанавливается на одной уровенной поверхности. Это дает возможность использовать ее в качестве отсчетной поверхности при определении превышений.

На практике используют переносные и стационарные гидростатические системы. Первая предназначена для производства выверок, вторая для наблюдений за осадками инженерных сооружений.

Переносная гидростатическая система Фрайберга (рис. 1.14) состоит из двух сосудов - пьезометров 1, соединенных шлангом 2. В процессе работ пьезометры навешиваются на специальные стенные реперы и фиксируются ручкой 3 и скобой 4. Вертикальность пьезометра обеспечивается регулировочными винтами 5 и круглым уровнем 6.

Измерение превышения осуществляется с помощью винтового микрометра, вращением штурвала 7 до момента соприкосновения острия измерительного штока 8 с мениском жидкости 11. Снятие отсчетов производится в окошке (целые мм) и 10 (сотые доли мм). Для включения системы при ее переносе служит кран 12. Для исключения влияния разности давлений гидростатическая система может быть герметизирована, для этого штуцеры 13 должны быть соединены воздушным шлангом.

Порядок производства наблюдений. Гидростатический прибор не требует каких-либо предварительных поверок. Работоспособность прибора проверяется изменением высоты одного из пьезометров, при этом изменится уровень жидкости в обоих сосудах. Пьезометры подвешиваются на стенные реперы и контролируется их вертикальность по круглому уровню 6.

Начинают наблюдения с открытия обоих кранов 12.После этого необходимо выждать 1,5-2 мин, чтобы вода в системе пришла в равновесие. Процесс измерений заключается в одновременном опускании штоков до момента контакта с мениском жидкости в обоих пьезометрах. Как уже говорилось, достигается это вращением в соответствующую сторону штурвала 7, делается это под команду одного из наблюдателей.

Шток пьезометра опускают до момента контакта с мениском жидкости, но не наоборот. При приближении острия штока к поверхности воды вращение штурвала должно быть медленным. Благодаря хорошему смачиванию металла водой момент контакта штока легко обнаруживается по резкому поднятию мениска. Это является гарантией малой величины ошибки контакта (менее 2 мкм).

Расхождение в моментах контакта в одном и другом пьезометрах не должно превышать 5 с.

Выполнив контактирование, наблюдатели берут отсчеты по шкалам обоих пьезометров и записывают результаты в журнал. После этого штоки приподнимают над менисками и, вновь опуская их, производят новое контактирование.

Таких контактов делается не менее трех. Если расхождения между результатами этих трех измерений оказываются в допустимых пределах, то наблюдатели закрывают краны 12 системы, откидывают скобы 4 и, освободив ручки 3, снимают пьезометры с реперов и меняют их местами. После подвешивания пьезометров открывают краны системы, контролируют правильность подвески по уровню и, выждав положенные 2 минуты, процесс измерений повторяют.

Закончив наблюдения на первой паре реперов, наблюдатель снимает свой пьезометр и вешает его на следующий по ходу репер, передний наблюдатель вместе со своим пьезометром остается на месте. В такой последовательности измерения ведутся по всему намеченному ходу.

В процессе измерений необходимо аккуратно обращаться с пьезометрами, особенно при их перевешивании, следить за состоянием шланга, не допускать, чтобы он раскачивался в момент контактирования, был сильно перекручен и образовывал мелкие петли, на шланг не следует наступать, класть на батареи отопления. Желательно, чтобы превышение между мениском жидкости в пьезометрах и шлангом было минимальным. Это уменьшает влияние разницы температур в шланге на точность нивелиров.

Превышение на станции вычисляют с учетом того, что нули шкал в пьезометрах располагаются сверху, по формуле:

где П и З- соответственно отсчеты по переднему (по ходу) и заднему пьезометрам.

О контроле качества наблюдений судят по результатам измерений. Максимальные расхождения между тремя превышениями не должны превышать 0, мм. Места нуля прибора контролируется по формуле.

где d1 и d 2 - расстояния от нулей шкал пьезометров до точек их подвеса на реперах. Колебания в значениях МО не должны превышать 0,15 мм.

При аккуратном исполнении наблюдений невязка в сумме превышений по полигону обычно не превышает f h 0,4 мм.

В строительно-монтажном производстве и при наблюдениях за деформациями сооружений и оборудования выверка вертикальности конструкций является наиболее распространённым процессом. Выверка конструкций по вертикали производится приборами и приспособлениями, задающими вертикаль или вертикальную плоскость. Основными методами выверки являются: метод механической вертикали (струнный отвес, монтажная линейка с накладным уровнем или оптическим квадрантом, рейка-уровень, рейка-отвес), метод оптической вертикали (зенит приборы, надир приборы, теодолит, оптический центрир), метод вертикальной референтной плоскости (коллимационной плоскости теодолита, лазерного планосканера и др.).

При выверке вертикальности струну отвеса укрепляют при помощи кронштейна в верхней части конструкции, а внизу к струне прикрепляют груз, погружаемый в демпфирующую жидкость (трансформаторное и автомобильное масло). Выверка заключается в перемещении конструкции и в совмещении её монтажной оси с проекцией струны отвеса. Измерения отклонений конструкций от вертикали осуществляется, как правило, при помощи нутромера.

Приборы вертикального проектирования. При возведении высотных зданий и сооружений повышенной этажности, а также в условиях стесненной строительной площадки перенесение осей или точек внутренней разбивочной сети (базисных фигур) на высшие монтажные горизонты производят методом вертикального проектирования. Для этих целей в перекрытиях верхних монтажных горизонтов над переносимыми точками следует заблаговременно предусмотреть сквозные отверстия размером около 200200 мм. Перенесение осуществляется специальными приборами, которые называются приборами вертикального проектирования (ПВП). Они могут быть лазерными и оптическими (рис.

1.15) Если прибором производится вертикальное проектирование плановой точки с нижнего горизонта на верхний, то такой прибор иногда называют зенитприбор. При обратном проектировании прибор называется надир-прибор. Некоторые приборы несут в себе обе функции.

Процесс перенесения точки по вертикали на верхние монтажные горизонты при помощи зенит прибора прост. Прибор центрируется над точкой, которую следует спроектировать, приводится в рабочее положение. На нужном монтажном горизонте над технологическим отверстием устанавливается палетка на прозрачной основе. На палетке нанесена сетка прямоугольных координат. Процесс перенесения точки заключается в определении координат центра проекции визирной оси зенит прибора на палетке. Эту точку отмечают на палетке, и над ней уже центрируется нужный геодезический прибор – теодолит или тахеометр.

Таблица 1.1. Технические характеристики FG-L