Геометрическое нивелирование посредством горизонтального визирного луча осуществляют с помощью геодезических приборов, называемых нивелирами. Они имеют зрительную трубу, цилиндрический уровень или компенсатор, круглый уровень, подставку с подъёмными винтами (см. рис. 19).

Согласно действующему ГОСТу 10528-90 [3] нивелиры изготавливают трёх типов: высокоточные Н-05, точные Н-3 (Н-3К, Н-3КЛ) и технические Н-5 (Н-5К и Н-5КЛ). В названии Н – нивелир; 05, 3 и 5 – средняя квадратическая ошибка измерения превышения в миллиметрах на 1 км двойного нивелирного хода; К – компенсатор; Л – лимб.

В зависимости от того, каким способом визирный луч устанавливается в горизонтальное положение, нивелиры изготавливают в двух исполнениях:

- с цилиндрическим уровнем при зрительной трубе, с помощью которого осуществляется горизонтирование визирного луча (рис. 19);

- с компенсатором – свободно подвешенная оптико-механическая система, которая приводит визирный луч в горизонтальное положение (см. рис. 21, 22 и 23).

Точный нивелир Н3 предназначен для нивелирования III и IV классов, технический нивелир Н10К для технического нивелирования.

В нивелире Н3 (рис. 19) увеличение зрительной трубы – 31,5^х, наименьшее расстояние визирования – 1 м, цена деления уровней: круглого – 10', цилиндрического – 15''.

Рис. 19. Точный нивелир Н3 с цилиндрическим уровнем при зрительной трубе: 1 – подъемные винты; 2 – круглый уровень; 3 – элевационный винт; 4 – окуляр зрительной трубы с диоптрийным кольцом; 5 – визир; 6 – кремальера; 7 – объектив зрительной трубы; 8 – закрепительный винт; 9 – наводящий винт; 10 – контактный цилиндрический уровень; 11 – юстировочные винты цилиндрического уровня

Нивелир крепят к штативу с помощью станового винта и пружинящей пластины. В отвесное положение ось вращения нивелира устанавливают по круглому уровню 2 с помощью подъемных винтов 1, винтовая нарезка которых входит в гнезда подставки (трегера). Для приближенного наведения трубы на рейку служит визир 5 с мушкой, для точного – наводящий винт 9, который работает, когда труба зафиксирована закрепительным винтом 8. Резкость изображения сетки нитей достигается вращением диоптрийного кольца окуляра 4, вращением кремальеры 6 получают четкое изображение рейки. Перед каждым отсчетом по рейке визирный луч нивелира устанавливают в горизонтальное положение элевационным винтом 3. При этом следят за изображением четвертей пузырька цилиндрического уровня 10, которые через систему призм передаются в поле зрения трубы (рис. 20). Если центр пузырька уровня совместить с нуль-пунктом ампулы, то произойдет оптический контакт – изображения четвертей пузырька уровня будут равными по длине и образуют в верхней части один овал (рис. 20). При наклоне оси уровня контакт нарушается.

Рис.20. Поле зрения зрительной трубы нивелира Н-3 при положениях пузырька цилиндрического уровня в нуль-пункте

Сетка нитей нивелира имеет один вертикальный и три горизонтальных штриха, из которых два крайних (коротких) служат для определения расстояний. Нивелиры с цилиндрическими уровнями требуют тщательной установки по уровню при работе с ними и постоянного контроля положения пузырька уровня при взятии отсчётов. Этого недостатка лишены так называемые авторедукционные нивелиры, у которых линия визирования автоматически устанавливается в горизонтальное положение с помощью специального компенсатора – свободно подвешенной оптико-механической системы. На рис. 21 показана схема горизонтирования визирного луча компенсатором.

На рис. 22 приведен точный нивелир третьего поколения с компенсатором и лимбом 3Н3КЛ, на рис. 23 – технический нивелир второго поколения с компенсатором и лимбом 2Н10КЛ. Данные нивелиры не имеют закрепительного винта, зрительная труба у них наводится на предмет вращением наводящего винта 2, фокусировка трубы осуществляется кремальерой 3 (рис. 22).

Рис. 21. Схема горизонтирования визирного луча в нивелире с компенсатором

Рис. 22. Точный нивелир ЗН3КЛ с компенсатором и лимбом:
1 – лимб; 2 – наводящий винт; 3 – кремальера; 4 – визир

Нивелир 2Н10КЛ предназначен для выполнения технического нивелирования. Предварительная установка нивелира (горизонтирование) осуществляется по круглому уровню с ценой деления 10'. Призменный компенсатор нивелира обеспечивает установку визирной оси в горизонтальное положение при наклонах подставки в пределах ±15'.

Техническое нивелирование выполняют для определения высот точек высотного съемочного обоснования и при решении различных инженерно-технических задач при изыскании, строительстве и эксплуатации линейных сооружений и промышленно-гражданском строительстве.

Рис. 23. Технический нивелир 2Н10КЛ

Нивелирные рейки

При нивелировании используются три типа реек: РН-05 - для нивелирования I и II классов; РН-3 - для нивелирования III и IV классов и инженерно-геодезических изысканий; РН-10 - для технического нивелирования и строительных работ. Рейки РН-3 и РН-10, предназначенные для нивелирования с погрешностями соответственно 3 и 10-мм на 1 км хода.

При нивелировании рейки ставят на вбитые в землю колышки или переносные трости или костыли.

Перед началом работы с помощью контрольного метра проверяют правильность метровых и дециметровых делений рейки.

При техническом нивелировании применяются двухсторонние шашечные рейки, изготавливаемые из дерева или пластмассы. Они бывают складные или цельные длиной 3-4 м. На рейки наносят деления, цена деления рек для технического нивелирования 10 мм. Счёт делений ведётся от нижнего конца (пятки рейки). Для упрощения отсчётов по рейкам начало каждого дециметра обозначают чертой. С этой же целью первые пять делений каждого дециметра отображают в виде буквы Е. Дециметры подписывают арабскими цифрами. Если используется прибор со зрительной трубой, дающей перевёрнутое изображение, то для удобства отсчитывания дециметры на рейку наносятся в перевёрнутом виде.

Для технического нивелирования чаще всего используют рейку РН-3 (рис. 24, а) длиной 3 м.

Рис. 24. Нивелирная рейка РН-3 (а) и поле зрения зрительной трубы нивелира с цилиндрическим уровнем (б)

Основная шкала рейки имеет деления черного и белого цвета, нулевой отсчёт совмещен с пяткой рейки. Дополнительная шкала на другой стороне рейки имеет чередующиеся красные и белые деления. На красной стороне с пяткой рейки совмещен отсчет больше 4000 мм. Деления на красных сторонах реек сдвинуты относительно делений на чёрных сторонах так, что с пяткой одной рейки совпадает, например, отсчёт 4687 мм, с пяткой другой 4787 мм, т.е. отсчёты по красным сторонам пары реек различаются на 100 мм. Сдвиг делений позволяет контролировать правильность отсчётов по обеим сторонам каждой рейки (разность отсчётов должна быть равна 4687 или 4787), а также правильность определения превышений на станции (превышение, полученное по чёрным и красным сторонам реек, должны последовательно отличаться на +100 или –100 мм). Отсчёты по рейкам при техническом нивелировании берут по среднему штриху сетки нитей в миллиметрах, оценивая доли сантиметра – миллиметры на глаз.