Полевые изыскания транспортных объектов, их возведение, эксплуатация, текущее содержание и реконструкция требуют измерения ряда физических величин, характеризуемых числом единиц счёта, например, длины и плоских углов по конкретным линиям и траекториям, направлениям и лучам. При этом собственно геодезические измерения всегда выполняются с учетом сил земного тяготения по вертикали (по нормали к эквипотенциальной поверхности) в точке стояния геодезического прибора. В связи с этим все геодезические измерения всегда корреспондируются с вертикальными и горизонтальными направлениями.
В геодезическом приборе поверяют взаимное положение функциональных осей относительно друг друга и относительно визирной оси, их постоянство, соосность лимба, алидады и центрира, децентрацию вертикального круга и т.п., соблюдение метрологических характеристик (круговых и линейных шкал и разметок, постоянных коэффициентов и поправок, наличие люфтов) и т.п.
Практически при всех видах полевых измерений и особенно в строительстве геодезические приборы и вспомогательное оборудование транспортируют, а затем используют в достаточно жёстких условиях: аппаратуру на производственный объект доставляют на днище автомашины или вертолёта, иногда в грузовом неотапливаемом вагоне. Низкие температуры, удары и вибрации нарушают ряд метрологических характеристик (МХ), включая основную метрологическую характеристику (ОМХ). При этом доверие к сертификату, прилагаемому к геодезическому прибору, не всегда оправдано, а в некоторых случаях и безосновательно, так как соответствующие аттестационные испытания происходили в лаборатории; геодезические измерения сопровождают непрерывные строительные процессы и выполняются в снег и дождь, туман и запылённость. Приборы, отражатели, рейки эксплуатируются при температурах от +50 до -40°С и даже -45 °С, ветрах со скоростью до 22 м/с.
Нормативные документы, например, СТО НОСТРОЙ 2.25.25-2011, допускают выполнение земляных работ при возведении насыпей и выемок при -30°С, а регламенты на предельно допустимые величины атмосферных осадков отсутствуют. Часто из-за вибрации вблизи работающих механизмов типа большегрузных автосамосвалов, корчевателей, компрессоров, а также в условиях недостаточной освещенности ОМХ и МХ геодезических приборов существенно ухудшаются.
Известные и широко используемые методы контроля геодезических приборов в практике дорожных изысканий, обследовании зданий и сооружений, а также строительства постоянно уточняются и дополняются:
- Остаточная деформация стальных, полимерных и тесьмяных шкальных рулеток при натяжениях и сгибах непредсказуема. В производственных условиях такие рулетки периодически сличают на специально устроенном стенде стационарного компаратора из уединённых по створу бетонных оснований с интервалами обычно 5, 10, 20 и 50 м, маркировка которых проверяется с помощью электронного тахеометра. Оперативный контроль рабочих рулеток возможен и сличением разметки их шкал с показаниями более точной электронной рулетки.
- Фактическая длина телескопической рейки между конечными пятками переменна по причине суммарного люфта в сочленениях, нарастание которого при многократных выдвижениях неминуемо. Кроме обычной установки на нижнюю точку рейку могут подвешивать и сверху (это удобно для одной стоянки нивелира между горизонтами передачи высоты). Определяя суммарный люфт рейки, один её конец фиксируют к стене, по второму регистрируют смещение в усилиях при вытягивании и сжатии (у бывшей в употреблении телескопической рейки погрешность может достигать 5-8 мм). Стоит заметить, что практически стрела прогиба рейки длиной 6 м составляет 20-25 см, значит, отсчёт в верхних делениях отвесной шкалы преувеличен на 6-10 мм.
- Надёжность геометрического нивелирования особенно в ощутимых перепадах высот определяется метрологией реечной шкалы и её вертикальностью. По первому обстоятельству необходима проверка шкальных интервалов, возможных разъёмов и смещения нуля шкалы от пятки рейки, по второму – крепление круглого уровня. Уровень должен быть съёмный, вставной в клиновую прорезь боковой пластины, допускающей юстировку оси уровня параллельно самой рейке.
- Особо важна метрология штрих-кодовых шкал на полосе из инвара, алюминия или пластика, где для первых двух коэффициенты температурного расширения известны, для металлизированных пластмасс этот показатель хуже. Испытания проще выполнять подъёмами рейки на эталонные значения, используя лазерный интерферометр и оптико-механический компаратор МИИГАиК, возможны и другие способы. Такие поверки важны для высотной сбойки встречных тоннелей, в контроле осадок и деформаций объектов, в оценке плавности высокоскоростной магистрали.
- Очевидное нарастание эксцентриситета вертикального круга точного теодолита и электронного тахеометра, а также неперпендикулярность и качка оси вращения зрительной трубы оцениваются по изменениям коллимационной погрешности и значения МО (MZ) при визировании на разновысокие цели. Особенно существенны эти погрешности в тахеометрах ввиду значительной нагрузки наклоняемого блока «труба+светодальномер» на относительно слабые подшипники, несимметрично принимающие указанную нагрузку.
- Малую негоризональность визирной оси нивелира ухудшают температурные и ударные воздействия на прибор (первые неизбежны в дневное время, даже при работе под зонтом или в корпусном термостате прецизионного прибора, вторые неминуемы и в доставке оборудования на трассу, и в переходах оператора на новые стоянки).
В стационарных поверках значение угла i нивелира мы находим, выбрав в углах коридора длиной D = 30÷50 м точки A и B для постановки слабонаклоненной рейки. Нивелир размещается на минимально возможном расстоянии d сначала напротив точки A, затем — то же вблизи точки B; каждый раз фиксируются отсчёты по рейкам a и b для счёта превышений h1=a1– b1 и h2=a2 – b2 со стоянок 1 и 2 (отсчитывания выполняются в последовательности a1, b1 и a2, b2, не меняя фокусировку на дальнюю рейку); вычисляется значение i=ρ″Δh/D. То же рекомендуется повторить на вдвое меньшем или вдвое большем интервале AB для определения хода фокусирующей линзы прибора и его реальных погрешностях при плечах нивелирования до 70-100 м.
В полевых условиях для технического нивелирования, к сожалению, не лимитирована длина плеч. Здесь желательно, во-первых, не допускать накопления неравенства плеч и, во-вторых, через каждые 2-3 часа и при ощутимом изменении температуры воздуха выполнять нивелирование двух соседних точек A и B с двух симметрично близких к ним штативов. Указанные контрольные действия полезны не только при получении прибора или после неаккуратного обращения с рабочим средством измерений, но и при температурах, реальных в производственных условиях.
Доцент, кандидат техн. наук Ю.В. Визиров
Кандидат техн. наук Ж.К. Аймурзаева
Аспирант Т.А. Руденко