Геодезические инструменты и приборы при разведке торфяных месторождений

При разведках торфяных месторождений для топографических съемок применяются следующие приборы и инструменты:

1) теодолиты с вертикальным кругом (фиг. 4—1,4—2, 4—3); 2) нивелиры глухие HF и системы Стодолкевича, нивелиры с перекладной трубой и уровнем при трубе HT, или уровнем при подставке (фиг. 4—4, 4—5, 4—6); 3) мензулы и кипрегели (фиг. 4—7); 4) дальномеры ДСП и системы Белицына (фиг. 4—8, 4—9); 5) буссоли с диоптрами (фиг. 4—10); 6) гониометры (фиг. 4—11); 7) двухзеркальные эккеры (фиг. 4—12) и 8) мерные ленты и рулетки (фиг. 4—13, 4—14).

Теодолиты при разведках торфяных месторождений применяются одноминутные и тридцатисекундные типа Геофизика, ТТ-2, ТТ-50.

Нивелиры используются любой системы, но наилучшие результаты дает нивелир полуавтомат системы Стодолкевича. Хорошие результаты дают нивелиры типа HF (глухие).

Дальномеры ДСП используются для разбивки пикетажа на маршрутных разведках и для съемки ситуации на всех видах разведок, а дальномерная насадка системы Белицына — при измерениях линий в теодолитных ходах.

Буссоли применяются на маршрутных разведках для ориентирования ходовых линий, гониометры служат для построения прямых углов, эккеры и рулетки используются при съемке ситуации, а ленты при измерении линий.

Устройство большинства указанных приборов и инструментов общеизвестно.

Далее приводится лишь описание новых, вводимых в практику разведки торфяных месторождений, инструментов: нивелира Стодолкевича, дальномера ДСП и дальномерной насадки ДНБ-2 (системы Белицына).

Нивелир Стодолкевича (фиг. 4—6) предназначен для производства нивелирования IV кл. и внеклассной технической нивелировки при инженерных изысканиях; он выгодно отличается от других типов нивелиров тем, что, будучи грубо отнивелирован по круглому уровню, при небольших наклонах оси нивелира, автоматически сохраняет горизонтальное положение визирной оси. Благодаря этому не приходится напряженно следить за положением пузырька уровня в момент отсчета по рейке, чем облегчается процесс нивелирования, особенно, на зыбком грунте.

Нивелир системы Стодолкевича последнего выпуска НС-2, состоит из следующих основных узлов: трубы инструмента 1; коробки, в которой помещен цилиндрический уровень и оптическая система, передающая изображение концов его пузырька в поле зрения трубы 2; коробки с призмой, передающей изображение, даваемое объективом зрительной трубы в фокальную плоскость 3; окуляра трубы 4; трегера инструмента 5; круглого уровня для установки инструмента в рабочее положение 6; регулировочного винта уровня 7 и котировочных винтов объектива системы уровня 8.

В поле зрения трубы нивелира видны два штриха, которые служат для дальномерных определений.

Отсчеты по рейкам производятся по подвижному штриху, образуемому изображениями противоположных кондов пузырька уровня, переданному в поле зрения трубы через особую оптическую систему. В отъюстированном инструменте изображения концов пузырька уровня совмещены как показано на фиг. 4—15. Линия их совмещения служит индексом для отсчета по рейке.

Во время производства нивелирования при наклонах зрительной трубы в пределах ±90'', индекс передвигается вместе с изображением рейки (в зависимости от наклона трубы — вверх или вниз), благодаря чему отсчет по рейке при наклонах грубы остается неизменным.

Изменение длины пузырька приводит к расхождению изображений его кондов (индекс раздваивается), как показано на фиг. 4—16. При этом наблюдения производить нельзя. Совмещение изображения кондов пузырька уровня производят вращением регулировочного винта 7.

Порядок нивелирования состоит из следующего: а) при помощи круглого уровня ось вращения нивелира устанавливается в отвесное положение, после чего убеждаются в том, что совмещенные изображения концов пузырька видны в поле зрения трубы; б) в случае несовпадения изображений концов пузырька, их совмещают вращением винта 7 и в) пользуясь индексом, производят отсчет по рейкам.

Дальномер ДСП (фиг. 4—8) служит для измерения расстояний и состоит из большой коробки 0, малой коробки 1, соединительной трубки 2, и зрительной трубы 3, представляющей собою одну половину бинокля с шестикратным увеличением.

На передних стенках большой и малой коробок расположены круглые входные отверстия 4 и 5. Расстояние между центрами входных отверстий является базисом дальномера. Отверстия 4 и 5 закрыты защитными стеклами, имеющими в поперечном сечении форму клина.

В верхней стенке большой коробки помещается лупа 10, для отсчитывания по дистанционной шкале. Против лупы 10, в нижней стенке большой коробки, находится закрытое стеклом круглое оконце для освещения дистанционной шкалы.

Между правой торцевой стенкой большой коробки и специальным приливом соединительной трубки находится накатанная головка 11 измерительного валика.

Дистанционная шкала (фиг. 4—17) связана с измерительным винтом 11 и при вращении его перемещается в поле зрения лупы 10. Индекс, расположенный в поле зрения лупы 10, дает возможность производить отсчеты. На шкале нанесены два ряда делений. Ряд делений, расположенный справа, называемый шкалой расстояний, предназначен для отсчитывания расстояний от дальномера до цели в метрах. Шкала расстояний имеет деления от 30 до 1000 м.

Цена деления шкалы неравномерна и изменяется в зависимости от измеряемых расстояний (табл. 4—1).

Если при отсчете держать дальномер малой коробкой вверх, то цифры на шкале расстояний возрастают снизу вверх. Ряд равных между собой делений, нанесенный на шкале слева, служит для отсчитывания параллактических углов. Он имеет деления от 0 до 1700 секунд и цену наименьшего деления равную десяти секундам. Этой шкалой можно пользоваться для введения поправок в отсчеты, поэтому ее называют шкалой поправок.

Между шкалами, ближе к шкале расстояний, помещен указатель изменения цены деления в виде полоски, то светлой, то зачерненной. Каждому полю полоски соответствует своя цена деления на шкале расстояний. Это облегчает отсчеты по шкале. Отсчеты производят по индексу i—i (фиг. 4—17), перпендикулярному к направлению шкалы.

Зрительная труба (монокуляр) прикреплена к большой коробке винтом 12, ослабление которого может вызвать расстройство дальномера. Фокусировка на резкость изображения предмета и линии раздела поля зрения осуществляется вращением оправы окуляра 13.

Дальномер ДСП относится к ручным дальномерам двойного изображения, с базисом внутри самого прибора. Принцип действия дальномера заключается в следующем.

Перед нижней половиной объектива О зрительной трубы OK (фиг. 4—18) установлены отражатели, в виде призм, в точках A и О так, что после прохождения через них, луч, идущий от некоторой точки S, отражается в точках A и О под прямыми углами. В результате луч SAOS1 поступает в зрительную трубу параллельно своему первоначальному направлению и дает изображение точки S в фокальной плоскости трубы FF, в точке S1. С другой стороны луч SO, проходящий через верхнюю половину объектива, дает изображение точки S в фокальной плоскости зрительной трубы, в точке S2.

Таким образом, два луча, идущие от предмета S, дадут в фокальной плоскости два изображения S1 и S2.

Наблюдатель, смотрящий через окуляр такой оптической системы, увидит два изображения предмета, смещенные друг относительно друга, так как открытая верхняя половина объектива дает изображение предмета с точки зрения О, а закрытая отражателями нижняя половина объектива дает второе изображение того же предмета с другой точки зрения — А.

Рассматриваемая оптическая система будет иметь две оптические оси — левую KL, проходящую через оптические центры К и О окуляра и объектива, и правую KOAS, проходящую через оптические центры окуляра и объектива и далее, через отражательные призмы, в точках О и А.

Если отражательные призмы установлены правильно, то оптические оси KL и AS будут параллельны между собою и будут лежать друг от друга на расстоянии называемом постоянным базисом дальномера и равном 0,25 м.

Направление луча SO составляет с левой осью дальномера KL угол Е, называемый параллактическим углом. Поскольку оптические оси KL и SA параллельны между собой, то угол между лучом SO и осью 54 при точке 5 так же будет равен Е. Из фиг. 4—18 можно видеть, что чем меньше* измеряемое расстояние 45 (например AC), тем больше Bi. Таким образом, измеряемое расстояние AS является функцией параллактического угла Е. С увеличением расстояния величина параллактического угла уменьшается, а следовательно уменьшается и величина параллакса, т. е. видимого смещения изображений.

В дальномере (фиг. 4—19) внутренний круг полезного поля зрения разделен диаметром (линией раздела) 1 на два полуполя — верхнее 2 и нижнее 3. Линия раздела создается преломляющим ребром бипризмы.

В верхнее полуполе лучи поступают через окно 4, а в нижнее — через окно 5, т. е. с точек зрения, отстоящих друг от друга на величину базиса дальномера, равную 0,25 м. Поэтому изображения одного и того же предмета в верхнем и нижнем полуполях смещаются друг относительно друга вдоль линии раздела. Величина смещения изображений предмета называется параллаксом. По мере увеличения расстояния до предмета, параллакс будет уменьшаться, а при бесконечно большом удалении параллакс станет равным нулю, т, е. изображения предмета совпадут.

В дальномере действием измерительного валика 11, связанного с оптическим микрометром, параллакс изображений можно увеличивать или уменьшать.

Положение оптического микрометра, при котором параллакс отсутствует, т. е. в обоих полуполях изображения сведены в одно целое, соответствует настройке дальномера на измеряемое расстояние. Предметы, находящиеся в это время на другом расстоянии, будут иметь параллакс.

Величина перемещения положительной линзы оптического микрометра, соответствующая определенной величине параллактического угла, читается по левой шкале в секундах, а расстояния до предмета, по правой шкале в метрах (фиг. 4—17).

Например, по шкале дальномера (фиг. 4—17) отсчет по индексу i—i параллактического угла равен 770", измеренного расстояния — 66,9 м.

Целью для визирования дальномером может служить любой предмет с четкими очертаниями (веха, столб, дерево, оконный переплет, угол строения и т. д.). Наилучшие результаты достигаются при измерении расстояний до предметов, имеющих отвесные, резко очерченные прямолинейные контуры.

Наилучшие результаты измерений. получаются при употреблении для визирования специальной рейки, представляющей собою деревянный брус, длиной 2 м, шириной 0,15 м и толщиной 0,01 м, по середине которого нанесена черная полоса, шириной 0,05 м (фиг. 4—20).

При измерении расстояний дальномер извлекается из футляра, и наблюдатель, удерживая его левой рукой за большую коробку, подносит окуляр зрительной трубы к глазу, а входные окна направляет на цель. Далее, вращением оправы окуляра, наблюдатель добивается резкой установки по глазу изображения предмета и линии раздела одновременно. Затем, охватив правой рукой соединительную трубку и положив большой палец снизу, а указательный сверху на измерительный валик, большим вращает его в ту или другую сторону, добиваясь точного совмещения изображения предмета.

При совмещении изображения надо следить за тем, чтобы его половинки были перпендикулярны к линии раздела и располагались в середине полезного поля зрения. Если контур наклонный или горизонтальный, то дальномер поворачивают так, чтобы часть контура, по которой производится совмещение, пересекала линию раздела перпендикулярно к ее середине (фиг. 4—21). При изображениях, занимающих значительную часть полезного поля зрения, надо совмещать только одну боковую линию контура на середине линии раздела (фиг. 4—22).

Совместив изображения, поворачивают дальномер малой коробкой вверх и, глядя через лупу 10, делают отсчет по шкале расстояний.

Для повышения точности измерений, а также для их контроля следует делать многократные измерения и из полученных результатов брать среднее.

При расстояниях до 100 м должно быть не менее 2 измерений; при расстояниях от 100 до 200 м — 4, при расстояниях от 200 до 300 м — 6, а при расстояниях более 300 м не менее 8—10.

На результаты измерений дальномером оказывает влияние ошибка, величина которой зависит от тщательности регулировки прибора. Численные значения этой ошибки и ее знак могут быть различны, но неизменны для данного состояния дальномера.

Для исключения влияния постоянной ошибки необходимо тщательно проверить и отъюстировать дальномер, после чего определить остаточную величину поправки прибора.

Для введения поправки при измерениях пользуются шкалой параллактических углов следующим образом: многократно (2—10 раз) измеряют параллактический угол на наблюдаемый предмет, из полученных результатов измерений получают среднее, затем к среднему прибавляют поправку и получают исправленный параллактический угол. После этого устанавливают шкалу параллактических углов на исправленный отсчет и против него делают по индексу шкалы расстояний отсчет, равный исправленному расстоянию до предмета.

Пусть например, поправка дальномера равна — 3". При многократном измерении расстояния, среднее из отсчетов по шкале параллактических углов выразилось в 291" Тогда исправленный параллактический угол будет равен: 291" + (-3") = 288", а измеренное расстояние — 180 м.

Наблюдения дальномером следует производить при благоприятных погодных условиях. Повышение точности измерения достигается: а) введением поправок за систематическую ошибку прибора; б) увеличением количества измерений и в) измерением линии по частям.

Дальномер ДСП может быть рекомендован для измерений линий только на маршрутных разведках, где он может заменить мерную ленту. На других видах разведок дальномер ДСП может быть применен лишь при съемке ситуации.

На маршрутных разведках разбивка пикетажа по магистрали и поперечникам дальномером ДСП, должна производиться в следующем порядке:

а) измерения и съемку ведет техник, пикеты забивает рабочий;

б) линии перед измерением провешиваются на глаз или по биноклю;

в) в начале линии (на пк 0 магистрали или поперечника) устанавливается вертикально веха с прямым очертанием;

г) техник в сопровождении рабочего передвигается по створу линии и производит съемку ситуации, применяя дальномер вместо ленты или рулетки;

д) приблизившись к месту пикета (т. е. к расстоянию, близкому к 100 м), техник, действуя измерительным валиком, устанавливает на шкале расстояний отсчет, равный 100 м, и наблюдает веху в первой точке, продолжая передвижение по створу вперед или назад, пока в верхнем и нижнем полуполе изображение вехи не совпадет;

е) добившись совпадения рабочий забивает пикет и устанавливает у пикета веху.

Дальнейшая разбивка пикетажа производится в том же порядке до конечной точки линии. Остаток от последнего пикета до конечной точки линии замеряется дальномером обычным порядком. Лучшие результаты ДСП дает при разбивке пикетажа через 50 м. Частые расстройства дальномера (от сотрясения и температурных условий) ограничивают его преимущества и область применения.

Дальномерная насадка ДНБ-2 (системы Белицына). Дальномерная насадка в сочетании с зрительной трубой теодолита представляет собой дальномер двойного изображения.

Дальномерная насадка последних выпусков приспособлена к зрительной трубе теодолита ТТ-50 (фиг. 4—23) и предназначается для непосредственного измерения расстояний на местности от 80 до 700 м с точностью 1 : 1000.

Дальномерная насадка состоит из плосковогнутой отрицательной линзы с фокусным расстоянием 4125,3 мм и плоско-выпуклой положительной линзы с тем же фокусным расстоянием, которая по диаметру разрезана на две равные части.

Полулинзы расположены в одной вертикальной плоскости так, что каждая из них занимает половину площади входного зрачка.

Обе полулинзы имеют независимое друг от друга горизонтальное перемещение на ±10,5 мм от оси визирования трубы и в плоскости, перпендикулярной ей. Полулинзы монтируются в общем корпусе 1 (фиг. 4—24). Корпус имеет цилиндр с прорезью, с помощью которого надевается на объективную часть зрительной трубы и закрепляется винтом 2. Перемещение полулинз осуществляется посредством ходовых винтов. Вращая за головку 3 ходового винта 4, перемещают каретку 5. Движение каретки передается тяге 6, с укрепленной на ней полулинзой 7, через штифт 8, запрессованный в тяге. С верхней полулинзой 9 наглухо соединена дальномерная шкала 10, для измерения величин параллактических углов.

Шкала разделена на 105 делений. Цена наименьшего деления шкалы равна 10". Отсчеты по дальномерной шкале производятся с помощью микроскопа 11, по вспомогательной шкале, находящейся в фокальной плоскости микроскопа, имеющей 10 делений с угловой ценой делений в 1". Микроскоп жестко скреплен с литым корпусом насадки.

Для разделения изображений рейки в вертикальной плоскости, сетка нитей трубы теодолита заменяется бипризмой, ребро которой помещается в фокальной плоскости микроскопа. На гранях бипризмы нанесена сетка нитей для угловых и дальномерных измерений по вертикальной рейке. На внешнюю резьбу окуляра трубы теодолита навинчивается специальная диафрагма для устранения побочных изображений. Щель диафрагмы 0,75х4 мм.

К дальномерному комплекту прилагаются 2 горизонтальные рейки (фиг. 4—25).

Дальномерная рейка состоит из дюралюминиевой трубы 1, с жестко укрепленными на ней четырьмя марками с вертикальными штрихами.

Ширина штрихов крайних марок (2) — 45 мм, средних (3) — 18 мм.

Расстояние между серединами штрихов крайних марок равно 1018 мм, средних — 400 мм. В середине рейки располагается съемная марка 4, окрашенная в желтый цвет. На ней нанесен ромб для угловых измерений. Ось ромба совпадает с осью трегера 5. Рейка может вращаться в трегере, что дает возможность установить ее перпендикулярно измеряемой линии. В нужном положении рейка в трегере закрепляется с помощью тормозного вкладыша винтом 6.

Рейка снабжена визиром 7 для установки ее перпендикулярно измеряемой линии. Оптическая ось визира перпендикулярна оси рейки. В горизонтальное положение рейка устанавливается с помощью подъемных винтов трегера 8 по круглому уровню 9 с ценой деления 10", укрепленному по рейке. Tpeгep устанавливается на штативе 10 и укрепляется становым винтом 11. Конструкция трегера дает возможность установить теодолит на место рейки, т. е. работать по трехштативной системе.

Дальномерный комплект упаковывается в два ящика. В один ящик укладываются: дальномерная насадка, диафрагма, бипризма и отвертка. Во второй ящик укладываются: две рейки с их визирами и трегерами, два отвеса, паспорт и описание.

Для определения длины линии дальномерной насадкой необходимо теодолит установить на одном конце линии, центрировать его по отвесу и привести в горизонтальное положение с помощью уровней при алидаде. На другом конце линии устанавливается рейка, которая центрируется и приводится в горизонтальное положение по круглому уровню и направляется с помощью визира перпендикулярно к измеряемой линии, для чего пересечение сетки нитей визира наводят на зрительную трубу теодолита.

Перед началом измерения параллактического угла зрительную трубу теодолита наводят на рейку и вращением наводящего винта зрительной трубы устанавливают разделительную грань бипризмы так, чтобы она делила штангу рейки пополам.

Порядок измерений параллактического угла следующий: 1) перемещая верхнюю полулинзу, устанавливают нулевой штрих дальномерной шкалы вблизи нулевого штриха шкалы микроскопа; 2) перемещая нижнюю полулинзу, совмещают изображения двух марок рейки а и в1 и вращением наводящего винта алидады, устанавливают изображения в положении I (фиг. 4—26); 3) вновь перемещая верхнюю полулинзу, точно совмещают изображения марок а с в1 в положении И и делают отсчет по шкале щ; 4) затем с помощью верхней полулинзы перемещают нижнее изображение на величину рейки, совмещая изображения марок а с а1 и в с в1 в положении III, после чего вновь производят отсчет по шкале n2.

Разность отсчетов (n2 — n1) даст значение параллактического угла в в секундах.

Рассмотренный порядок действий составляет один прием. Таких приемов должно быть выполнено 4 или 6 в зависимости от длины линий. Из числа приемов определяют среднюю разность отсчетов (n2—n1). Во втором, четвертом и шестом приемах перемещение нижнего изображения рейки с помощью верхней полулинзы производят в обратном направлении.

Одновременно с дальномерными определениями измеряют также и углы наклона, с помощью вертикального круга теодолита, для последующего введения в измеряемые линии поправки за наклон их к горизонту.

Длина линии определяется по формуле

где: S — расстояние от инструмента до рейки;

S1 — расстояние, измеренное дальномером;

bt — поправка за изменение температуры;

ba — поправка за наклон линии;

С — постоянное слагаемое дальномера (для теодолита ТТ-50 С = 0,118 м).

Величина S1 определяется по формуле

где: К — коэффициент дальномера, определяемый из измерений на базисе;

в— параллактический угол.

Поправка за изменение длины рейки, вследствие изменения температуры, определяется по формуле

где: Л — 0,000022 (коэффициент расширения дюралюминия);

tизм. — температура воздуха, при которой велось измерение линии;

t0 — температура, при которой определяется коэффициент дальномера;

S1 — расстояние, вычисленное по формуле (2).

Поправку bt можно не вводить, если температура, при которой велись измерения, отличается от температуры, при которой определялся коэффициент дальномера, не более, чем на 10°.