测量学

第12章公路中线测量12.1概述线路工程是指长宽比很大的工程，包括铁路、公路、供水明渠、输电线路、各种用途的管道工程等。这些工程的主体一般是在地表，但也有在地下的，还有的在空中，如地铁、地下管道、架空索道和架空输电线路等。用发展的眼光看，地下工程会越来越多。在线路工程遇到障碍物时，要采取不同的工程手段来解决，如遇山打隧道，过江河峡谷架桥梁等。线路工程建设过程中需要进行的测量工作，称为线路工程测量，简称线路测量。12.2交点和专点设置12.2.1交点设置线路的转折点称为交点，它是布设线路、详细测设直线和曲线的控制点。对于低等级的公路，常采用一次定测的方法直接在现场测设出交点的位置。对于等级高的公路或地形复杂的地段，一般先在初测的带状地形图上进行纸上定线，然后实地标定交点位置。常用的方法有:放点穿线定交点、拔角放线定交点、全站仪定交点．当相邻两交点互相不通视时，需要在其连线上，测设一点或数点，以供交点、测转折点、量距或延长直线时瞄准之用。这样的点称为转点(ZD)。其测设方法如下：1)两交点间设转点、(2)延长线上设转点．12.2.1.1放点穿线定交点穿线交点法是利用图上就近的导线点或地物点与纸上定线的直线段之间的角度和距离关系，用图解法求出测设数据，通过实地的导线点或地物点，把中线的直线段独立地测设到地面上，然后将相邻直线延长相交，定出地面交点桩的位置。其程序是：放点、穿线、交点。①放点放点常用的方法有极坐标法和支距法。Pl、P2、P3、P4为纸上定线的某直线段欲放的临时点。在图上以附近的导线点4、5为依据，用量角器和比例尺分别量出放样数据。实地放点时，可用经纬仪和皮尺分别在4、5点按极坐标法定出各临时点的位置。按支距法放出中线上的各临时点Pl、P2、P3、P4。即在图上从导线点14、15、16、17作导线边的垂线，分别与中线相交得各临时点，用比例尺量取各相应的支距和。在现场以相应导线点为垂足，用方向架标定垂线方向，按支距测设出相应的各临时点。②穿线放出的临时各点理论上应在一条直线上，由于图解数据和测设工作均存在误差，实际上并不严格在一条直线上，在这种情况下可根据现场实际情况，采用目估法穿线或经纬仪视准法穿线，通过比较和选择，定出一条尽可能多的穿过或靠近临时点的直线AB。最后在A、B或其方向上打下两个以上的转点校，取消临时点桩。③交点当两条相交的直线AB、CD在地面上确定后，可进行交点。将经纬仪置于B点瞄准A点，倒镜，在视线上接近交点JD的概略位置前后打下两桩(骑马桩)。采用正倒镜分中法在该两桩上定出a,b两点，并钉以小钉，挂上细线。仪器搬至C点，同法定出c,d点，挂上细线，两细线的相交处打下木桩，并钉以小钉，得到JD点。12.1.2拔角放线定交点拔角放线定交点，反算出有关测设数据，按坐标法、角度交会法或距离交会法测设出交点。根据导线点6、7和JD1三点的坐标，反算出方位角和6点到JD1之间的距离D，按极坐标法测设JDl。按上述方法依次测设各交点时，由于测量和绘图都带有误差，测设交点越多，距离越远，误差积累就越大。因此，在测设一定里程后，应和附近导线点联测。联测闭合差限差与初测导线相同。限差符合要求后，应进行闭合差的调整。(1)两交点间设转点JD5和JD6为相邻而互不通视的两个交点，ZD为初定转点。欲检查ZD是否在两交点的连线上，可将经纬仪安置在ZD上，用正倒镜分中法延长直线／0s-2Df至tJ0；，与JD6的偏差为人用视距法测定a,b，则Zd应移动的距离'可按下式计算：将ZD'按'值移至ZD。在ZD上安置经纬仪，按上述方法逐渐趋近，直至符合要求为止。2)延长线上设转点延长线上设转点在图12-11中，JD8、JD9，互不通视，可在其延长线上初定转点ZDf。在ZDf上安置经纬仪，用正倒镜照准JD8，固紧水平制动螺旋俯视JD9，两次取中得到中点JD9。若JD9与JD9。重合或偏差值f在容许范围内，即可将Jd9作为转点，否则应重设转点。用视距法定出a、6，则ZD应横向移动的距离‘可按下式计算：将Z0“按’值移至ZD。重复上述方法，直至符合要求为止。１２.３路线转角的测定和里程桩设置12.3.1路线转角的测定相邻直线相交的点叫交点；一直线方向转向另一直线方向的夹角叫转角或偏转角．13.3.2里程桩的设置整桩和加桩统称为里程桩。整桩号为0十100，即此桩距起点100m。整柱之间的距离也不同，一般为20m、30m、50m等。在相邻整桩之间线路穿越的重要地物处(如铁路、公路、[日有管道等)及地面坡度变化处要增设加桩。因此，加桩又分为地形加桩、地物加桩、曲线加桩和关系加桩等。在钉桩时，对于交点桩、转点桩、距线路起点每隔500m处的整桩、重要地物加桩(如桥、隧道位置桩)，以及曲线主点校，都要打下方桩(如图12-14d所示)，桩顶露出地面约20cm，在其旁边钉一指示桩(如图12。14e所示)，指示桩为板桩。交点桩的指示校应钉在曲线圆心和交点连线外距交点20cm的位置，字面朝向交点。曲线主点的指示桩字面朝向圆心。其余的里程桩一般使用板桩，一半露出地面，以便书写校号，字面一律背向线路前进方向。12.4圆曲线的设置路线由一个方向转向另一个方向时，必须用曲线来连接。最常见的是圆曲线,又称单曲线,是一定半径的圆弧组成.一般分两步放样。先测设出圆曲线的主点，即起点、中点和终点；然后在主点间进行加密，在加密过程中同时测设里程桩，也称圆曲线细部放样。12.4.1圆曲线主点的设置圆曲线主要包括:曲线的起点,称直圆点(ZY);曲线的中点,称曲中点(QZ);曲线的终点,称圆直点.(1)曲线主点的放样元素切线长曲线长外距切曲差.切线长T=R*tan（α/２）曲线长Ｌ＝Ｒ*απ/１８０外距Ｅ＝Ｒ*（sec（α/２）－１）曲线差Ｄ＝２Ｔ－Ｌ(2)主点设置1)主点里程计算;2)设置主点.12.4.2圆曲线里程桩的详细设置圆曲线主点设置,对于曲线较长的弧段尚不能满足设置桩距的要求:一般圆曲线半径R小于100m时,桩距为20m;R在25～100m之间时,桩距为10m;同时桩距过长,也不便施工.因此在主点之间必须加设里程桩,这称为圆曲线的详细设置.常用方法有切线支距法和偏角法.设置里程桩的编号通常有整桩号法和整桩距法,所谓整桩号法,就是靠近起点的第一桩的里程凑整数为整桩里程号数,然后按整桩距连续向曲线终点设置;整桩距法就是从曲线起点的第一个桩起均按整桩距设桩.在中线测量中常用整桩号法.(1)切线支距法又称直角坐标法,它以圆\曲线的起点(ZY)﹑终点(YZ)或曲中点(QZ)为坐标原点,以过该点的切线为x轴,过原点的曲线半径为y,利用曲线上各点坐标x,y设置曲线里程桩。(2)偏角法以曲线起点ZY﹑终点YZ或曲中点QZ至曲线上任一待定点P的弦线与切线之间的弦切角(偏角)和弦长C来确定P。12.5虚交定出路线交点JD的目的在于测定其里程、转角、设置曲线主点以加密曲线里程桩。但若交点落在水中、建筑物等,不能设点或安置仪器困难时,交点作为虚交处理,以辅助线方法求得曲线各设置元素,定出曲线主点。常用方法有:1)圆外基线法;2)切基线法。12.6复曲线的设置由两个或两个以上不同半径的同向圆曲线连接而成的曲线,称为复曲线。设置复曲线时,必须先选定其中一个圆曲线的半径,该曲线称为主曲线,其余的为副曲线.副曲线的半径是通过主曲线和测量的有关数据计算求得的。主要有基线法。12.7缓和曲线的设置车辆从直线驶入圆曲线时,将会产生离心力,为减小其影响曲线路面必须在曲线外侧加高,叫超高.而超高不能在直线段进入曲线段或曲线段进入直线段时突然出现或消失,这样会产生车身横向震动。为此,必须使超高均匀的增加或减小,以使行车舒适,既在直线与曲线之间插入一半径由无穷大减小为圆曲线半径的曲线,这种曲线称为缓和曲线。可以采用的曲线回旋曲线双纽线三次抛物线等线型。目前我国多采用回旋曲线。12.7.1缓和曲线公式(1)基本公式回旋曲线是曲率半径随曲线长度的增大而成反比均匀减小的曲线。既曲线上任一点的曲率半径为或公路等级高速公路一二三四地形平原微丘10085705035山岭重丘7050352520(2)切线角公式如图12.15所示，设曲线上任一点Ｐ处的切线与起点ＺＨ或ＨＺ切线的交角为，称为切线角．12.7.2圆曲线带有缓和曲线的主点设置（１）内线值和切线值设计时需满足（α-２β０）＞０．（２）曲线主点放样元素计算切线长ＴＨ＝（Ｒ＋Ｐ）tan（α/２）＋q；曲线长ＬＨ＝Ｒ（α-２β０）π/１８００+２ls圆曲线长ＬＹ＝Ｒ（α-２β０）π/１８００外距ＥＨ＝（Ｒ＋Ｐ）sec（α/２）－Ｒ；曲线差ＤＨ＝２ＴＨ－ＬＨ（３）主点设置直缓点ＺＨ＝ＪＤ－ＴＨ；缓圆点ＨＹ＝ＺＨ＋ls；圆缓点ＹＨ＝ＨＹ＋ＬＹ缓直点ＨＺ＝ＹＨ＋ls曲中点ＱＺ＝ＨＺ－ＬＨ／２交点ＪＤ＝ＱＺ＋ＤＨ/２（校核）12.7.3带有缓和曲线的曲线的详细设置曲线主点定出后，即可进行缓和曲线和圆曲线里程桩的设置。常用方法有切线支距法和偏角法。如下图所示：12.8全站仪设置公路中线应用全站仪设置公路中线，具有速度快，精度高等特点，在实践中得到广泛应用。应用它首先要沿公路方向布设统一的测量控制点，编制中线逐一里程桩坐标表。12.8.1控制测量12.8.2公路中线里程桩坐标计算（1）直线段坐标计算（2）第一缓和曲线段及圆曲线段（ZH点至YH点）坐标计算（3）第二缓和曲线段坐标计算（4）中线里程桩设置见图：12.9路线纵、横断面测量12.9.1概述线路纵断面测量又称线路水准测量。它的任务是测定中线上各里程桩的地面高程，绘制中线纵断面图，作为设计线路坡度、计算中桩填挖尺寸的依据。线路水准测量分两步进行：首先在线路方向上设置水准点，建立高程控制，称为基平测量；其次是根据各水准点高程，分段进行中桩水准测量，称为中平测量。基平测量的精度要求比中平高，一般按四等水准测量的精度；中平测量只作单程观测，按普通水准测量精度。横断面测量是测定各中心桩两侧垂直于线路中线的地面高程，可供路基设计、计算土石方量及施工放边桩之用。12.9.2基平测量(1)水准点的设置基平测量也称高程控制测量。布设的水准点分永久水准点和临时水准点两种，在勘测设计和施工阶段甚至工程运营阶段都要使用。因此，水准点应选在地基稳固、易于联以及施工时不易被破坏的地方。水准点要埋设标石，也可设在永久性建筑物上，或将金属标志嵌在基岩上。永久性水准点，在较长线路上一般应每隔5km布设一点；在线路起点和终点、大桥两岸、隧道两端，以及需要长期观测高程的重点工程附近，均应布设。临时水准点的布设密度应根据地形复杂情况和工程需要而定。在重丘陵和山区，每隔0．5-1km布设一个，在平原和微丘陵区，每隔1-2km布设一个。此外，在中小桥梁、涵洞以及停车场等地段，均应布设。较短的线路上，一般每隔300-500m布设一点。(2)基平测量基平测量时，首先应将起始水准点与国家高程基准进行联测，以获得绝对高程。在沿线途中，也应尽量与附近国家水准点进行联测，以便获得更多的检核条件。若线路附近没有国家水准点，也可以采用假定高程基准。将水准点连成水准路线，采用四等水准测量的方法，或光电测距三角高程测量的方法进行，外业成果合格后要进行平差计算，得到各水准点的高程。12.9.3中平测量中平测量也称线路纵断面测量。从一个水准点出发，逐个测定中线桩的地面高程，附合到下一个水准点上。相邻水准点间构成一条附合水准路线。测量时，在每一测站上首先读取后、前两转点(7、尸)的标尺读数，再读取两转点间所有中线桩地面点(间视点)的标尺读数，间视点的立尺由后司尺员来完成。由于转点起传递高程的作用，因此，转点标尺应立在尺垫、稳固的桩顶或坚石上，尺上读数至毫米，视距一般不应超过150m。问视点标尺读数至厘米，要求尺子立在紧靠桩边的地面上。当线路跨越河流时，还需测出河床断面、洪水位高程和正常水位高程，并注明时间，以便为桥梁设计提供资料。如图12*15，水准仪置于测站①，后视水准点月M．1，前视转点了尸．1，将观测结果分别记人表