12 ŠPECIALNE GEODETICKE PRÍSTROJE A ICH POUŽITIE

V geodetickej praxi sa okrem uhlomerných, dĺžkomerných a výškomerných prístrojov a zariadení používajú aj špeciálne prístroje potrebné pri riešení rozličných technických úloh, napr. pri vytyčovaní zvislíc.

Pri vytyčovaný výškových objektov (budov, veží, komínov a pod.) treba vytýčiť zvislý smer. Pri voľbe postupu vytyčovania je dôležité, aká zástavba je v okolí, možnosť odstupu od stavby, a tým aj možnosť voľby stanoviska pre prístroje alebo pomôcky na vytyčovanie zvislosti objektu. Pri vytyčovaní postupujeme zväčša tak, že do ďalších podlaží prenášame body zo základov alebo najnižších podlaží objektu. Postup vytýčenia sa líši od druhu stavby a vyžadovanej presnosti. Pri komínoch alebo vežiach zvyčajne vytyčujeme jeden bod väčšinou v strede, pri budovách vytyčujeme viacej bodov, a to podľa konštrukcie stavby.

Podľa výšky objektu a požiadaviek presnosti sa môžu na vytyčovanie alebo kontrolu zvislice použiť metódy:

  1. mechanické - pomocou olovnice,
  2. b) optické - pomocou teodolitu,
  3. optické - pomocou špeciálnych prístrojov,
  4. elektrooptické.

Každá z uvedených metód má svoje špecifické osobitosti a podmienky použitia.

V stavebníctve sa na vytyčovanie zvislosti objektov najčastejšie používa olovnica. Olovnica hmotnosti od 3 až do 10 kg je zavesená nad bodom v základoch na oceľovom drôte alebo silonovej šnúre. Býva ponorená do nádoby s vodou, prípadne s olejom na tlmenie jej pohybu. Olovnica obvykle stačí do 50 m výšky objektu.

Pri optickom vytyčovaní zvislice pomocou teodolitu sa prenáša v dvoch polohách ďalekohľadu zo základov objektu značka do vyšších podlaží, kde sa označia dva body zvislej roviny. Rozpolením vzdialenosti medzi bodmi dostaneme na podlaží bod na zvislici. Vytýčenie zvislice objektu treba vykonať z dvoch na seba kolmých smerov jedným alebo lepšie dvoma teodolitmi. Priesečník dvoch priamok približne na seba kolmých určuje bod na zvislici objektu.

12.1 OPTICKÉ PREVAŽOVANE

V súčasnosti sa na presné vytyčovanie alebo kontrolu zvislíc používajú osobitné prístroje - optické prevažovače. Sú to prístroje na prevažovanie bodov pomocou zvislej zámery, ktorá je umiestnená v zvislej osi prístroja. Na určenie zvislej polohy zámernej osi sa používa libela alebo kompenzátor, ktoré pracujú rovnako ako pri nivelačných prístrojoch.

 

Obr.7l.7. Optický prevažovač firmy Zeiss PZL 700 (foto Zeiss) a je to optický systém 1-okulár, 1-objektív, 3- kompenzátor, 4- návesný bod kompenzátora, 5-ryska urovnávaná kompenzátorom

Optické prevažovače vyrábajú viaceré závody na výrobu geodetických prístrojov, napr. firmy Zeiss, Wild, Kmn a pod. V ČSFR je najprístupnejší optický prevažovač firmy Zeiss PZL 100 (Präzisions-Zenit-Lot), (obr. 72.1 ).

Optický prevažovač Zeiss PZL má kompenzátorové urovnanie zvislej optickej osi so strednou chybou urovnania 0,15". Prístroj je určený na. meranie alebo vytyčovanie zvislíc zdola nahor s chybou 1 mm/ /100m. Nitkový kríž tvoria dve kolmé rysky. Zámernú rovinu, t.j. rovinu, ktorá sa automaticky urovnáva do zvislice, určuje ryska idúca vzhľadom na merača zľava doprava. Optický systém prístroja je zrejmý a obr. 12.1.

Na vylúčenie kolimačnej chyby sa meranie vykoná v dvoch polohách odchýlených o 180°. Zvislá zámerná rovina je určená stredom objektívu a priemerom z priemetu rysky v I. a II. polohe na rovine, v ktorej je cieľová značka alebo plocha. Prístrojom PZL treba pri výškach nad 50 m merať v štyroch polohách ďalekohľadu.

Obr. 12.2. Cieľové stupnicové značky pre optický prevažovač

Zvislica je určená ako priesečnica dvoch zvislých zámerných rovín z polôh I. a II. (0 + 18O°) a 11. a IV. (90° + 270°).

Na optické vytyčovanie zvislosti objektu možno použiť dve metódy: - metódu čítania polohy zvislice na plošnej stupnicovej cieľovej značke,

- metódu nastavenia prístroja na stanovisku alebo nastavenia zámerného terča v cieli. Prístroj alebo cieľová značka sa posúva.

Pri metóde čítania môžeme do výšky 60 m použi plošný raster, vyhotovený na prehľadnej milimetrovej sieti s veľkosťou 20 x 20 cm, resp. čiernobielu šachovnicu so stranami rozmerov 5 x 5 mm (obr. 12.2). Cieľové zariadenie na princípe priečneho meradielka predstavuje kraniometer od Janelého.

Pre metódu nastavenia terča do zvislice sú najvhodnejšie cieľové značky v tvare dvojfarebných sústredných kružníc, ktorých veľkosť priemerov možno pre rozličné rozsahy dĺžok zvislíc vypočítať.

Strednú chybu v polohe bodu v obidvoch smeroch možno vypočítať podľa vzorca

-----------------------

kde mu je neistota v urovnaní libely (uvažuje sa 1/4 až 1/5f citlivosti libely); pri PZL je mu = 0,15",

h - výška (hĺbka) zvislice v metroch.

Okrem prístroja Zeiss PZL možno na vytyčovanie zvislíc použiť napr. Wild ZNL -- libelový prevažovač na obojstranné vytyčovanie zvislíc, t. j. smerom nahor a aj nadol (obr. 12.3 ). Presnosť 4 mm/100 m; Kern OL - koincidenčná libela, obojstranné vytyčovanie zvislice, presnosť 1 mm/100 m.

V súčasnosti sa na vytyčovanie a kontrolu zvislosti objektov používajú aj laserové prístroje [38]. Na kontrolu odklonu od zvislice boli v Ústave merania (ÚM) SAV vyvinuté a vyrobené nové optické zariadenia, ktoré sa nazývajú optické pendametre. Tieto prístroje (obr. 12.3a) sa skladajú z kyvadla tvoreného pružinovým drôtom 0,3 mm a závažím ponoreným v tlmiacej kvapaline (TK).

Obr.12.3a. Optický pendameter

Obr. 12.3. Optický prevažovač Wild ZNL a ZL s meračskými saňami. Foto Wild

Kyvadlo (Kz) upevnené v závesnom zariadení (KZ) sa meria dvoma vzájomne kolmými optickými pozorovacími sústavami, z ktorých každú tvorí objektív (O) Anoret 50 mm, zrkadlo (Z) a mikrometrické meracie okuláre (Mk) OK 15 KM so zväčšením 15-krát. Merací rozsah (pri l= 2800 mm)je 0 až 8 mm, asi ±5'27", presnosť merania ±0,01 mm (asi ± 1"), rozlišovacia schopnosť 0,003 mm.

12.2 HĽADAČE PODZEMNÝCH VEDENÍ

V ostatných rokoch nastal veľký pokrok v metódach vyhľadávania neoznačených podzemných technických vedení. Ďalej stručne opíšeme niektoré prístroje, resp. pracovné postupy pre jednotlivé prípady meraní, ktoré sa v súčasnosti používajú.

Podzemné vedenia možno podľa vodivosti rozdeliť do dvoch základných skupín:

Medzi vodivé vedenia rátame všetky druhy káblov a kovové potrubia. Nevodivé vedenia možno rozdeliť na tlakové (uzavreté), kde patria napr. vodovody z nevodivých materiálov a nízkotlakové potrubia, v ktorých sa kvapalina pohybuje obvykle iba samospádom (kanalizácia, drenáže a pod.).

Pre elektricky vodivé vedenia sa vypracovala metóda vyhľadávania pomocou elektromagnetického poľa hľadaného vodiča. Princíp metódy je v tom, že do hľadaného vedenia zavedieme striedavý prúd s vhodnou frekvenciou. Ak vedením preteká prúd, vytvorí sa okolo neho elektromagnetické vlnenie, ktoré prenikne až na povrch Zeme, kde signál možno zachytiť prijímacou anténou naladenou na rovnakú frekvenciu a previesť do prijímača (zosilňovača), kde sa premení na tón, ktorý počuť v slúchadlách.

Súpravy elektromagnetického hľadača podzemných rozvodov sa skladajú z:

V súčasnosti je v ČSFR aj v zahraničí niekoľko typov elektromagnetických hľadačov, ktoré majú podobné funkcie, odlišujú sa z konštrukčnej a prevádzkovej stránky.

Podkladom na vyhľadávanie podzemných rozvodov sú grafické záznamy správcov rozvodov. Lepšie je, ak okrem grafických podkladov existujú aj písomné záznamy, kde je uvedené, o aké rozvody ide, z akého sú materiálu a akých rozmerov, odkiaľ

a kde vedú a staničenie rozličných zariadení (spojky, odbočky a pod.).

Pri vyhľadávaní podzemných vedení elektromagnetickými hľadačmi treba dodržiavať príslušné bezpečnostné predpisy. Prijímací signál bude tým kvalitnejší, čím väčšia je intenzita magnetického poľa v mieste merania rozvodu. Intenzita závisí od intenzity prúdu pretekajúceho rozvodom a od hĺbky uloženia rozvodu. Za predpokladu, že okolie rozvodu tvorí homogénne prostredie, budú magnetické siločiary tvoriť sústavu sústredných kružníc.

Prijímací signál sa sleduje akusticky pomocou slúchadiel a optický na meracom ručičkovom prístroji. Vyhľadáva sa smerovou anténou, ktorú tvorí krátka vzduchová rámová cievka alebo cievka navinutá na feritovom jadre - vyhľadávacia cievka. Keď sa cievka nachádza v striedavom magnetickom poli, indikuje sa v nej elektrické napätie. Podľa toho, aké množstvo siločiar pretína dutinu cievky, je indikované napätie vyššie alebo nižšie, čo sa využíva na vlastné vyhľadávanie rozvodu. Keď je vzduchová rámová cievka v bode A (obr. 12.4a), siločiary nepretínajú dutinu cievky a v cievke sa indikuje iba nízke napätie.

Keď polohu cievky zmeníme vzhľadom na jej os (obr. 12.4b) nastane opačná situácia. Maximálne napätie sa bude indukovať v bode A' a minimálne v bode B'.

Na krivkách intenzity signálu (pozri obr. 12.4) vidno, že v prvom prípade je maximum intenzity signálu nad rozvodom (metóda maxima), v druhom prípade je nad hľadaným rozvodom minimum (metóda minima). Ľudské ucho lepšie rozoznáva signál minima ako signál maxima. V praxi v niektorých prípadoch (pri oboch metódach) určujeme aj krajné polohy (obr. l2.5 - polohy 2 a 3) a v polovici vzdialenosti týchto polôh spresňujeme vyhľadanú polohu rozvodu. Postup merania je uľahčený tým, že cievka je umiestnená na tyči, ktorou možno kývať vľavo a vpravo. Presnosť v polohe vyhľadávaného podzemného rozvodu je podľa hĺbky uloženia rozvodu v rozpätí od 0,10 do 0,30 m.

Obr. 12.4. Znázornenie metódy maxima a minima

Obr. 12.5. Postup Pri hľadaní polohy rozvodu metódou maxima z krajových polôh

Môžeme ju vypočítať zo vzťahu mo = f (cm), kde M je hĺbka uloženia rozvodu v centimetroch, čo stačí pre stavebnú a priemyselnú prax.

Určenie hĺbky podzemných rozvodov

Rozloženie a tvar siločiar elektromagnetického poľa hľadaného podzemného rozvodu podľa obr. 12.6 sa využíva aj na určenie hĺbky rozvodu. Ak sa vyhľadávacia cievka otočí tak, aby jej os zvierala so zvislou osou 45°, potom možno vyhľadať dve maximá (minimá) - vľavo a vpravo od osi rozvodu. Vzniknú dva pravouhlé a rovnoramenné trojuholníky ABR a ACR. Vzdialenosť dvoch krajných polôh sa rovná dvojnásobku hĺbky rozvodu (R), čiže h = (a tg45°):2 = a:2. Hĺbka sa väčšinou určuje len orientačne s presnosťou 0,15 až 0,40 m.

Obr. 12.6. Zisťovanie hĺbky podzemného rozvodu

Vyhľadávanie podzemných rozvodov z elektricky nevodivých materiálov je založené na aplikácii niektorých metód užitej geofyziky. Využíva sa najmä magnetické pole, umele vyvolané magnetické pole, vodivosť zeminy atď. Na vyhľadávanie potrubí väčších priemerov možno využiť elektromagnetickú odporovú metódu, pri ktorej sa využívajú zmeny vodivosti zeminy a hľadaného potrubia.

V súčasnosti existuje v ČSFR na vyhľadávanie podzemných rozvodov elektromagnetickými metódami niekoľko typov prístrojov. V praxi sa osvedčili tieto prístroje: elektrónkový prijímač Krumphanzl, prístroj VÚGTK - odporový hľadač EOM, hľadacia súprava ELMAG (konštruktér Flégr). V roku 1982 vo VÚGTK vznikol elektromagnetický hľadač podzemných kovových rozvodov METAX a vylepšený typ pod názvom MELID.

Zo zahraničných typov hľadačov podzemných vedení sa v našej geodetickej praxi osvedčili výrobky firmy Seba-Dynatronic z Bambergu. Súpravy na hľadanie podzemných vedení od tejto firmy sa označujú názvom Ferrolux.

Na vyhľadávanie podzemných rozvodov odporúčame predpis Technologický postup na vyhledávání podzemních védení z elektricky vodivých materiálú ČÚGK Praha, 1971 a Pracovní príručka pro vyhledání podzemních vedeni ČÚGK Praha, 1982.

12.3 LASEROVÉ PRÍSTROJE

V geodetickej praxi, najmä v oblasti inžinierskej geodézie, sa stále častejšie uplatňujú HeNe lasery. Využívajú sa na vylepšenie a zefektívnenie doteraz používaných bežných vytyčovacích postupov.

Efektívne sa HeNe lasery využívajú v stavebníctve pri vytyčovaní priamok vodorovných alebo naklonených rovín. Ďalej sa používajú pri polohovom a výškovom navádzaní riadených strojov pre zemné práce, pri meraní a vytyčovaní nivelet vozovky, priehybov a chvení objektov a v rade ďalších úloh.

Podľa funkcie a konštrukcie rozoznávame:

Vytyčovacie lasery sa používajú na realizáciu zámernej priamky s využitím laserového žiarenia alebo tam, kde sa vyžaduje dlhodobo vyznačiť bod, os alebo roviny, napr. na ťažko prístupných miestach objektu.

V súčasnosti sa v k. p. Tesla Holešovice vyrábajú laserové súpravy typu TKG 205, TKG 206, TKG 208N a TKG 209N, ktoré sa používajú najmä pri vytyčovaní podzemných objektov (tunelov, metra a pod.). V praxi sa ďalej používa vytyčovací laserový prístroj Zeiss typ LFG-1, ktorý má obdobnú konštrukciu ako súčasný nivelačný prístroj s možnosťou skláňania lasera s ďalekohľadom. Sklonomer pracuje v rozsahu 10 % . možnosťou čítania 0,01 % . Prístroj má jednoduchý delený druh a libely s citlivosťou 20".

Pomocou laserových nivelačných prístrojov možno vytvoriť vodopriamku, ktorá sa dá využiť v nivelácii. Laserové nivelačné prístroje sa uplatnili najmä pri určovaní rovinnosti líniových a plošných stavieb, ako sú cesty, letiská a pod.

Laserové teodolity, sú uhlomerné prístroje, ktorých zámerná os je totožná s vysielaným laserovým žiarením. Optickú os ďalekohľadu nahrádza priestorovo orientovaný úzky laserový zväzok. Laserové teodolity sa uplatňujú v geodetických a banskomeračských prácach.

Laserové teodolity rozdeľujeme na špeciálne laserové prístroje s vodorovným a zvislým kruhom a laserové nadstavce na existujúce teodolity. Do skupiny kombinácie laserov s teodolitmi patrí napr. laser model LT-3 Spectra-Physics, Kern DKM 2-AL (obr.l2.7), Wild GLO2 atď

Obr. 12.7. Laserový teodolit Kern DKM2-AL

1 - laserová rúrka, 2 - šošovka koncentrujúca zväzok lúčov, 3 - svetlovodný kábel, 4 - nitkový kríž, S - svetelný hranol, 6 - filter, 7 - generátor

Laserové prevažovače sú určené na meranie zvislosti a uplatňujú sa najmä v banskom meračstve, pri vytyčovaní výškových stavieb a pod. Týmito prístrojmi možno premietať laserový zväzok v zvislej polohe hore alebo dolu.

Medzi špeciálne laserové prístroje patria zariadenia vytvárajúce automaticky referenčnú rovinu alebo len výseč z tejto roviny. Tieto zariadenia sa uplatnili najmä v stavebníctve, napr. pri terénnych úpravách riadení zemných a iných mechanizmov, betonáži, ale aj pri plošnej nivelácii veľkých plôch [38]. Ako príklady možno uviesť automatické laserové prístroje Ammann laser technik AG AS 21, 25, 30, príp. AS 170.

Medzi špeciálne laserové prístroje patrí aj laserinterferometrický dĺžkový komparátor (LIK). Na obr. 12.8a je znázornená schéma komparátora a na obr. l2.8b detail nadstavovacieho zariadenia. Dĺžkomer využíva laserinterferometrickú súpravu LA 3002 (výrobok Metry Bla. sko) a používa sa na komparáciu (overovanie) dĺžkových meradiel.

Kontrolné otázky

1. Opíšte metódy na vytyčovanie a kontrolu zvislíc.

2. Aký je princíp optického prevažovača a jeho použitie?

  1. Ktoré spôsoby určovania polohy podzemného vedenia poznáš
  2. Aké sú laserové prístroje v geodézii a ako sa využívajú?