Особенности точного и высокоточного нивелирования при наблюдениях за деформациями

Особенности использования геометрического нивелирования при измерениях деформаций земной поверхности и инженерных сооружений связаны, прежде всего, с необходимостью установления необходимой точности измерений для каждого объекта исследований. В абсолютном большинстве случаев организация работ и требования к предосторожностям в выполнении измерений при наблюдениях за сдвижениями земной поверхности на оползнях и в мульдах сдвижения обеспечиваются методикой и программой работ, соответствующим III и IV классам точности нивелирования. Сложнее обстоит дело при организации точных и высокоточных наблюдений за инженерными сооружениями. Здесь особенности измерений связаны со следующим. Во-первых, измерения выполняются короткими (от 3 до 20 м) визирными лучами (в среднем 8-10 м). Во-вторых, как правило, наблюдения проводятся в стесненных условиях, в переменной обстановке, когда вынужденно приходится изменять схемы измерений в циклах. В третьих, часто приходится работать на действующих объектах, при непрерывной работе производственного оборудования, что создает условия для вибрационных воздействий на измерительную систему, часто создает непериодические температурные воздействия на прибор и наблюдаемые цели.

При наблюдениях за деформациями элементарные источники погрешностей предлагается делить на пять основных классов:

• инструментальные погрешности;
• погрешности из-за влияния среды;
• погрешности из-за нестабильности измеряемого объекта;
• личные погрешности и погрешности способа обработки и оценки точности.

Первая группа инструментальных погрешностей относится непосредственно к конструкции нивелиров, вторая группа – к конструкции нивелирных реек. Основные из этих погрешностей были рассмотрены выше. К этой группе, в частности, можно отнести и большую часть личных погрешностей, обусловленных наведением на цель и получением отсчетов.

Погрешности, обусловленные влиянием внешней среды на результаты точного и высокоточного геометрического нивелирования изучены сравнительно мало; они могут достигать значительных величин. К ним относятся погрешности из-за оседания костылей (оседания достигают 0,03 – 0,08 мм при установке на них реек). Перемещения башмаков в 3-6 раз больше, чем перемещения костылей при грунтах любой плотности. Вертикальные перемещения связующих рабочих реперов из-за вибраций от проходящего мимо транспорта, либо от работы механизмов, могут достигать 0,1 мм. Из-за тепловых воздействий, вибраций, а также воздействия массы наблюдателя, вертикальные перемещения штатива могут оказаться более 0,02 мм. Чаще всего для ослабления воздействий от перемещения штатива устраивают специальные станции в виде железобетонных или цементных столбов с армированными гнездами для ножек штатива. Односторонний нагрев нивелира от работающих, например, механизмов, калориферов, приводит к неизвестным изменениям главного условия.

Погрешности, вызванные нестабильностью наблюдаемого объекта из-за его изменения в плане и по высоте, обусловлены экзогенными, эндогенными и техногенными процессами. К экзогенным процессам относится изменение влажности и температуры, притяжение Луны и Солнца. Эндогенные процессы определяются медленным опусканием или поднятием земной коры, либо сравнительно быстрыми ее перемещениями из-за сейсмических воздействий. Техногенные процессы связаны с деятельностью человека. В результате действия перечисленных выше факторов может измениться длина штанги репера (ослабление этого действия достигается использованием биметаллических штанг), измениться высота стены из-за температурных воздействий на нее и фундаменты (солнечного излучения и, например, утечек в системе водоснабжения), измениться исходные отметки реперов в промежутках между циклами и при возможных неравноточных измерениях в циклах при осреднении высот реперов и др.

Погрешности, обусловленные способом обработки и оценки точности измерений, связаны с тем, что при любых тщательных измерениях измеренные величины оказываются приближенными. К указанным погрешностям относятся:

• нестрогое вычисление среднего превышения при неравноточных измерениях;
• неполный учет влияния систематических погрешностей;
• ограниченность числа измерений, что приводит к увеличению погрешности приближения, а также к увеличению действия систематических погрешностей и др.

Большое значение здесь имеет выбор того или иного способа уравнивания. В геодезической литературе рекомендуется несколько основных подходов к выбору способов уравнивания:

• а) строгое уравнивание выполнять для точных измерений, а нестрогое – для измерений более низкой точности;
• б) не уравнивать измерения, полученные с точностью, значительно превышающей заданную;
• в) нестрогие способы применять только в том случае, если они равноценны строгим;
• г) уравнивать строгими способами все без исключения измерения;
• д) строгое уравнивание выполнять только для измерений первого (начального) цикла, а в последующих циклах применять только нестрогое уравнивание.

Выбор того или иного способа уравнивания в каждом случае должен определяться как требованиями к точности измерений, так и значениями фактически полученных невязок при проведении циклов и их допустимыми величинами. Если полученные невязки окажутся значимо меньше допустимых, то уравнивание можно проводить и нестрогими способами, либо, в каких-то случаях не уравнивать вообще. Приближенный способ уравнивания может быть использован и в тех случаях, когда поправки в измеренные значения не будут превосходить установленного основного допуска, определяемого часто, как «критерий ничтожной погрешности». Основной допуск может быть определен как 1/3 – 1/5 от заданной точности измерений.