Нивелирование — распространенный вид геодезических изысканий, которые проводятся для измерения превышений. Существуют разные способы нивелирования: геометрическое, тригонометрическое, барометрическое, гидростатическое. Геометрическое нивелирование выполняется комплектом оборудования, состоящим из нивелира, установленного на штативе, и пары реек. Конструкция нивелира постоянно изменяется и совершенствуется.
В настоящее время широкое распространение получили автоматические оптические нивелиры — приборы, имеющие специальный конструктивный узел, который называется компенсатор. Компенсатор служит для автоматического поддержания оптической оси нивелира в горизонтальном положении. Такой подход значительно повышает надежность получаемых результатов, облегчает труд исполнителей и экономит рабочее время.
Развитие современных технологий привело к созданию цифровых нивелиров (фото 1). Цифровой нивелир — это компьютер, который сам выполняет несколько важных функций, а также взаимодействует с внешним ПО. Цифровые нивелиры используются со специальными штрих-кодовыми рейками, используя которые можно измерять не только превышения, но и расстояние между ними, т.е. непрерывно контролировать неравенство плеч. Наблюдателю достаточно навести прибор на рейку, сфокусировать изображение и нажать на кнопку.
После этого прибор автоматически возьмёт отсчет, высветив его на экране (фото 2). Основное отличие цифровых нивелиров от оптических — их стабильность. Заявленная производителями точность таких приборов составляет 0,3—0,4 мм на 1 км двойного хода. Цифровые нивелиры не только повышают точность и скорость работы, но и исключают одну из основных ошибок нивелирования — ошибку наблюдателя.
Современные геодезические приборы, известные в России как электронные нивелиры, стали повседневной обыденностью. Производство насыщено этими приборами, однако до сих пор у производственников нет однозначного отношения к их использованию. С одной стороны, считают, что электронные нивелиры настолько хороши и совершенны, что нет необходимости использовать традиционные методики работы — все получится само собой.
Кроме того, реклама утверждает об увеличении производительности работ чуть ли не в два раза и возможности применения труда менее квалифицированных специалистов. С другой стороны, существует немало предприятий, на складах которых уже не один год хранятся приобретенные электронные нивелиры: исполнители боятся их применять, поскольку из-за отсутствия нормативной базы возникают сложности со сдачей результатов полевых работ. Не устраивают специалистов-изыскателей и ограничения на длину визирного луча: действительно, при длине визирного луча более 40 м точность измерений резко падает.
Создание высокоточных нивелирных сетей всегда рассматривалось как сложная профессиональная задача. Государственные нивелирные сети I и II классов — главная высотная основа России. Нивелирные сети I и II класса используются также для изучения фигуры Земли и ее внешнего гравитационного поля; определения разностей высот и наклонов среднеуровенной поверхности морей и океанов, омывающих территорию России; наблюдений за деформациями.
В руководствах к большинству нивелиров указывается, что желаемая высокая точность может быть достигнута при выполнении работ проложением двойного хода, но при этом не поясняется, что под этим понимается. Высказанное утверждение привело к необходимости создания специальной методики выполнения работ, ее теоретического и экспериментального обоснования.
Применение цифрового нивелирования можно рассмотреть на примере одного из циклов наблюдений за деформациями на Шекснинском створе (фото 3) каскада Верхневолжских ГЭС. В состав сооружений Шекснинского створа входят: здание ГЭС, земляная русловая плотина, лево- и правобережная земляные дамбы. На всех указанных сооружениях расположены стенные и грунтовые деформационные марки, а также имеются исходные грунтовые репера. Схема расположения исходных реперов и деформационных марок состоит из полигонов нивелирования I и II класса. Внутри каждого полигона нанесены общее количество станций; а также полученные и допустимые невязки, рассчитанные, согласно требованиям ГОСТ «Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений» 24846-81 (табл. №1), при выполнении высокоточных нивелирных работ в процессе наблюдений за осадками отдельных сооружений и их комплексов. В таблице №2 даны результаты измерений.
Была проведена оценка точности до и после уравнивания. До уравнивания величина μ1 для I класса составила 0,03 мм, а для II класса — 0,06 мм. После уравнивания и получения поправок в превышения была выполнена оценка точности, по результатам которой μ2 составила: для I класса — 0,04 мм, для II класса — 0,11 мм.
В.В. Ковыркин