第10章-道桥隧工程测量

《测量学》第十章道路桥梁隧道工程测量193§10-1道路工程测量概述道路工程包括铁路和公路工程。铁路工程分为高速铁路、主干铁路、地方铁路，道路工程分为联系城市之间的公路(包括国道和高速公路)、城市道路(包括高架道路地下铁路)、工矿企业的专用道路以及为农业生产和农民生活服务的农村道路,由此组成全国道路网。道路工程测量也应遵循“先控制后细部”的原则。道路工程为线形工程，控制网只沿线路方向布设，是一个长度达数公里、数十公里甚至数百公里而宽度只有数十米或数百米的狭长带状控制网，并且需要与国家或城市控制网联测，以纳入统一的大地坐标系统。传统上用导线布设道路工程的平面控制网，用水准路线布设高程控制网。全球导航卫星系统（GNSS）技术为道路测量建立控制网提供了新的方法。293道路GNSS控制网某高速公路中的一段的GNSS控制网图393初测—在路线范围内，测绘带状地形图、纵断面图，收集地质、水文等资料，为初步设计提供依据。定测—在选定设计方案的路线上进行中线测量、纵、横断面测量、带状地形图测绘。为道路工程建立高程控制的路线水准测量称为基平测量，常用三﹑四等水准测量来建立。GNSS高程测量也可用于路线测量中的基平测量。路线勘测一般分为“初测”和“定测”两个阶段。道路经过定测后进行技术设计，它的平面线型、纵坡、横断面等已有设计数据和图纸，即可进行道路施工。施工前和施工中，需要恢复中线、测设路基边桩和竖曲线等。这些测量工作总称为道路施工测量。以下主要介绍道路定测和施工测量。493§10-2道路中线测量道路中线的平面几何线型由直线和曲线组成。中线测量工作主要包括：测设中线上各交点(JD)和转点(ZD)、量距和钉桩、测量交点上的偏角、测设圆曲线和缓和曲线的主点(直圆ZY,曲中QZ,圆直YZ,圆缓YH,缓圆HY)和细部点等。ZY—直线和圆曲线连接点QZ—圆曲线的中点YZ—圆曲线和直线连接点YH—圆曲线和缓和曲线连接点HY—缓和曲线和圆曲线连接点593上图的圆曲线和缓和曲线组成一组反向曲线段山区道路的反向曲线段693一.路线的交点和转点测设交点—路线的相邻直线段的相交之点。是详细测设道路中线的控制点。在初测的带状地形图上进行纸上定线，设计交点的位置，然后实地测设。转点—路线直线段上的点。定线测量中，当相邻两交点互不通视或直线段较长时，每隔200～3O0m设一转点,以便在交点测量转折角和直线量距时作为照准和定线的目标。(－)交点测设图上量得与地物的关系测设路线交点(例如用距离交会法)交点房屋电线杆793根据导线点测设路线交点893穿线法测设路线交点导线导线点交点测设的转点不严格在一条直线上。用目估法或经纬仪视准法定出一条直线，使尽可能靠近这些测设点，这一工作称为穿线。测设点P1P2P3P4不在一直线上导线沿道路中线布设，可按邻近的导线点用极坐标法测设交点。路线的相邻直线段(AB,CD)用穿线法定出后,可用延长相交法测设交点(JD)。方法：将经纬仪安置于B点，瞄准A点，倒转望远镜，在视线方向上,接近交点JD的概略位置前、后打下两个桩（称为骑马桩）采用延长直线的“正倒镜分中法”在该两桩上定出a，b两点，并钉以小钉,拉上细线；将经纬仪搬至C点,后视D点,同法在交点概略位置前,后打下两个骑马桩,定出c,d两点,拉上细线；在两条细线相交处打下木桩,并钉以小钉,得到交点JD。DJDABC993abcd二.路线转折角的测定路线前进方向180右180左1093在路线的交点上，应根据交点前、后的转点测定路线的转折角。通常测定路线前进方向的右角β，用DJ2或DJ6级经纬仪观测一个测回。按β角计算出路线交点处的偏角α，当β＜180°时，为右偏角（路线向右转折），当β＞180°时，为左偏角（路线向左转折）。最后定出转折角的分角线方向三.里程桩的设置里程桩的作用：标定路线中线的位置,注明类别和离起点的距离；(例:JD3+135.12—交点,离起点3135.12m)测量路线纵、横断面的依据；便于计算工程量。1193距离为50m整数的整桩地物加桩(涵洞)曲线主点桩(ZY)方桩(标明点位)扁桩(指明方桩所在和性质)§10-3道路圆曲线的测设一.圆曲线主点测设主点测设元素的计算:LTJRRRERLRT2)12cos1(2cos1802tan1293切线长曲线长外矢距曲切差根据主点元素测设圆曲线主点桩号的计算22LQZYZLZYQZTJDZY桩号桩号桩号桩号桩号桩号计算检核：YZ桩号=JD桩号+T-J1393桩号计算：道路中线不经过交点,圆曲线中点和终点的桩号必须从圆曲线起点的桩号沿曲线的长度推算而得。而交点桩的里程已由中线测量获得,因此可根据交点的里程桩号及圆曲线测设元素计算出各主点的里程桩号。一.圆曲线主点的测设1.曲线起点(ZY)的测设经纬仪安置在JD点,后视相邻交点,按视线方向测设切线长T，即为ZY点。2.曲线终点(YZ)的测设经纬仪前视相邻交点,按视线方向测设切线长T,即为YZ点。3.曲线中点(QZ)的测设测设路线转折角的分角线方向(曲线中点方向),测设外矢距E,即为QZ点1493（用极坐标法测设—方向,距离）二.圆曲线的细部点测设偏角法测设数据计算:(偏角即弦切角)细部点P1P2P3P4(整桩),l0整桩间弧长(整弧),l1ln+1(非整弧)所对圆心角分别为φ0φ1φn+1：ZYQZYZZYJDRRROPPPPPPcccccCcCαφφφφφΔΔllllll1234121000n+1102120100n+1n+1l000011CiPiΔi18011Rl18000Rl18011Rlnn1593（一）偏角法(曲线上的细部点为应设置的里程桩)931601)1(21ii1121nn11210021iiRCsin2ZYQZYZZYJDRRROPPPPPPcccccCcCαφφφφφΔΔllllll1234121000n+1102120100n+1n+1l000011CiPiΔi根据弦切角为同弧所对圆心角之半：同弧所对的弦长为：根据弦切角和弦长,以切线为起始方向,用极坐标法测设Pi9317曲线里程桩号相邻桩点弧长(m)偏角△弦长C(m)相邻桩点弦长c(m)ZY3+091.05P13+100P23+120P33+140P43+160YZ3+175.528.9520.0020.0020.0015.520°00’00”2°08’12”6°54’41”11°41’10”16°27’39”20°10’00”08.9528.8848.6168.0182.748.9519.9819.9819.9815.51QY3+133.2910°05’00”42.02表10-1圆曲线细部点偏角法测设数据(R=120m)l测设方法：经纬仪(或全站仪)置于ZY点,以JD定向,转过偏角按短弦c(相邻点距离)或长弦C(起点至该点)测设点位Pi。(二)圆曲线细部点测设的极坐标法1893计算各细部点坐标,置全站仪于控制点,用极坐标法测设点位是功效最高的方法。主点和细部点坐标计算方法：1.按交点坐标和圆曲线元素计算曲线主点坐标；2.按圆曲线起点坐标根据偏角Δ和长弦C计算Pi点坐标。9319曲线里程桩号偏角方位角α弦长C(m)坐标x(m)y(m)ZY3+091.05P13+100P23+120QZ3+133.29P33+140P43+160YZ3+175.520°00’00”2°08’12”6°54’41”10°05’00”11°41’10”16°27’39”20°10’00”52°16’30”54°24’42”59°11’11”62°21’30”63°57’40”68°44’09”72°26’30”8.9528.8842.0248.6168.0182.746821.356826.566836.156840.856842.696846.026846.315599.385606.665624.185636.605643.065662.765678.27表10-2圆曲线细部点坐标计算(按偏角和长弦)§10-4道路缓和曲线的测设一.缓和曲线计算Rαr=∞r=∞RJDZYQZQZYHHZYZHYZHOORR缓和曲线缓和曲线圆曲线2093车辆在平面线型为圆曲线的公路或铁路上行驶，会产生离心力,正比于车速,反比于曲线的半径。离心力影响行车安全，须用公路外侧超高或铁路外轨超高使车辆向曲线内侧倾斜来抵消这种离心力。超高不应突然产生，因此需要在直线段与曲线段之间插入一段“缓和曲线“作为过渡。高速公路的圆曲线两端必须设置缓和曲线使外侧超高均匀地增加2193曲线部分的路基横断面（一）缓和曲线的理论ZHHYQZYHHZROJDppmmTlsls2Eααβββr=∞r=∞ooor=RRrllrllCriSiiiii,,0ClRlrSii2293圆曲线半径R缓和曲线半径r=∞→R缓和曲线弧长li缓和曲线全长lS任意常数C缓和曲线的数学关系式：r=8半径与弧长成反比缓和曲线和圆曲线的独立坐标系=∞ZHHYRβOrXY=RβββrrijiodIJxxyydxdydlllββoiijjiβjijRdllRlrdldSiiiilSiSililRldllRld0202RlS20RllSjj02393为了求得缓和曲线长度与点位的关系,建立以ZH为原点,以切线方向为纵轴的独立坐标系。β为缓和曲线上任一点的切线方位角βo为HY点的切线方位角,Βj为圆曲线点的切线方位角缓和曲线圆曲线缓和曲线点和圆曲线点的独立坐标系坐标=∞ZHHYRβOrXY=RβββrrijiodIJxxyydxdydlllββoiijjiβjijRiidldydldxsincos!5!3sin!4!21cos5342iiiiiii3373225336640SiSiiSiiilRllRlylRllx2493缓和曲线点坐标：9325ZHHYQZYHHZROJDppmmTlsls2Eααβββr=∞r=∞ooor=RHY点坐标：圆曲线点坐标：切垂距：内移距：pRymRxjjjj)cos1(sin9326缓和曲线原素的计算公式：切线长外矢距圆曲线长曲线全长曲线独立坐标与大地坐标的变换：式中：XiYi为大地坐标,XoYo为ZH或HZ点坐标,xiyi为独立坐标系坐标。五.缓和曲线利用AutoCAD计算与绘图2793在AutoCAD系统软件中，用Visual-LISP语言编制“具有缓和曲线的圆曲线计算程序”(E-CURVE.LSP)，有计算、绘图和数据文件输出功能，其框图如下：*原程序在本书CD-ROM“7.工程测量LISP程序及应用”具有缓和曲线的圆曲线计算程序(E-CURVE.LSP）执行程序时的数据输入对话框28932993具有缓和曲线的圆曲线计算程序(E-CURVE.LSP）执行程序后的图形屏幕输出*路线中桩及边桩的坐标输出见书附CD-ROM“7.工程测量LISP程序及应用”§10-5路线纵横断面测量一.路线纵断面测量（一）基平测量—高程控制测量（按四等水准测量）（二）中平测量—按桩号依次测定中桩的地面高程(路线水准测量,两端附合于基平水准点)30939331（三）全站仪路线纵断面测量在道路工程测量中，应用全站仪的三维坐标测量和测设的方法，在测设道路中桩的同时，测定其高程，并自动记录这些点的桩号和三维坐标等。这些数据可与计算机联机通讯，实现路线测量的自动化和路线纵断面图的机助成图。（四）纵断面图的绘制及施工量计算纵断面图是以中桩的里程为横坐标、以其高程为纵坐标而绘制的。常用的里程比例尺有1∶5000、l∶2000和l∶1000几种。为了明显地表示地面起伏，一般取高程比例尺比里程比例尺大10倍或20倍。例如里程比例尺用1∶1000时，则高程比例尺取1∶100或l∶50。道路设计纵断面3293二.路线横断面测量（一）横断面测量方