《道路工程》第7章道路定线.ppt

,道路勘测设计,四川大学建环学院,主讲教师：向安田,本章主要内容： 一、纸上定线 二、纸上定线的操作方法 二、实地放线 三、直接定线,第七章道路定线,一、纸上定线,定义： 在选线布局完成后的路线带（路线走廊）内根据既定的技术标准和路线方案，结合地形、地质条件，从平、纵、横三方面综合考虑，定出具体合理的路线。公路定线质量在很大程度上取决于采用的定线方法。 意义：定线是公路设计过程中很关键的一步。它不仅要解决工程、经济方面的问题，而且还要解决如何使公路与周围环境相配合，以及公路本身线形的美观等问题。 分类：常用有纸上定线和直接定线两种方法。,一、纸上定线,适用情况：,技术标准高、地形地物复杂的路线必须使用“纸上定线”，然后把纸上路线敷设在地面上。,是在大比例尺(一般以1：1000为宜)地形图上确定道路中线的位置。,(一)定导向线 1在大比例尺地形图上，仔细研究路线布局阶段选定的主要控制点间的地形、地质情况，选择有利地形如平缓、顺直的山坡、开阔的侧沟、利于回头的地点等，拟定路线各种可能的走向方案。 2根据等高线间距h及选用的平均纵坡ia（5.0%-5.5%，视地形曲折程度而定)，计算出等高线间平距a，使两脚规的开度等于a(比例尺与地形图同)。从某一段初拟线路起点A开始，沿各拟定走法在等高线上依次截取a、b、c等点，如最后一点的位置和标高均接近初拟线路终点D时，说明这个方案能够成立。否则，修改走法或调整ia，重新试验至方案成立为止。,基本步骤：,3连接AabcD各点，分析研究这条折线在利用地形和避让地物，以及工程艰巨方面的情况，从而选择出应穿或应避的特征点作为中间控制点。然后再分段仿照上法截取Aabc诸点，连接成折线，示出路线将行经的部位，称为“导向线”。,i,h,l,(二)修正导向线 1参照导向线定平面试线，注明平曲线半径，量出地形变化特征点桩号及地面标高，绘制纵断面图，参考地面线设计理想纵坡，量各桩的概略设计标高。 2在平面试线各桩的横断方向上点出与概略设计标高相应的点子，这些点子的连线是具有理想纵坡，不填不挖的折线，称为修正导向线。 3在修正导向线各点的横断图上，用路基模板逐点找出最经济的或起控制作用的最佳路基中线位置及其可以活动的范围，根据最佳位置点的性质分别用不同符号点在平面图上，这些点的连线是一条有理想纵坡、横断面上位置最佳的平面折线，称为二次修正导向线。,横断面最佳位置： 1.修正导向线； 2.最合适的路基中线位置； 3.路线可以左右移动的范围。,纸上定线应该既符合该级路规定的几何标准，又能充分适应当地地形，避开了尽可能多的障碍物。为此定线必须在分析研究二次修正导向线上各特征点的性质和可活动范围的基础上，反复试线才能得到满意的结果。,(三)定线,纸上定线的具体操作有两种做法：,（1）直线型法(传统法) 利用导向线各点的可活动性、按照照顾多数，注意重点的原则，掌握与该路等级相应的几何标准，先用直线尺试穿出与较大地形相适应的一系列直线作为线路基本单元，然后用适当的曲线把相邻直线转折处连接起来。,（2）曲线型法 根据导向线上各点控制性宽严程度，参照设计道路标准的要求，先用一系列圆弧去拟合控制较严的地段或部位、然后把这些圆弧用适当的缓和曲线连接起来。也可以根据需要插设适当的直线段，形成以曲线为主的连续线形。,二、纸上定线的操作方法,（一）、直线型定线方法,路线上每一线段的具体方向：平原微丘区应以布局定下的控制点为依据，山岭重丘区应参照定线初期选定的导向线试定，路线的最终方案是要经多方面的分析比较才确定下来的。 道路中线确定后，为标定路线，需要根据选定的圆曲线半径及缓和曲线计算平曲线要素、曲线主桩点及加桩里程、远桩坐标等。这些数据是否正确依赖于交点坐标采集的精度。,直接采集法：即在绘有格网的地形图上读取各交点坐标，一般只能估读到米。此法适用于交点前后直线方向和位置限制不严的情况。,定前后直线间接推算交点坐标：当交点前后直线方向及位置受限制较严时，可先固定前后直线(即在直线上读取两个点的坐标)，再用相邻直线相交的解析法计算交点坐标。,通常交点坐标采集有两种办法：,交点前直线上两点：（x1，y1）和（x2，y2）， 交点后直线上两点：（x3，y3）和（x4，y4）， 则交点坐标（x，y）为：,（a）定前后直线间接推算交点坐标,（二）曲线型定线法,1定线步骤 (1)在地形图上根据路线布局所确定的定线走廊和限制较严的控制点，徒手画出线形顺适、平缓并与地形相适应的路线概略位置。 (2)选用直尺和不同半径的圆曲线弯尺拟合徒手画线，把该画线分解成规则的数学单元（圆弧和直线），形成一个圆弧和直线组成的具有错位(即设缓和曲线后圆曲线的内移值)的间断线形。选取最接近徒手画线并符合该级道路线形设计要求的圆曲线半径作为设计半径。,(3)在每一被分解后的圆弧或直线上各采集两个点的坐标，从而将直线和圆固定下来，通过试定或试算，用合适的缓和曲线将固定的线形单元顺滑地连接，形成一条以曲线为主的连续平面线形。,2确定回旋线参数 回旋线参数的确定是曲线型定线法重要的一环。常用方法有： 回旋曲线尺法、 回旋曲线表法、 公式试算法 解析法等。,选用不同参数值的曲线尺去逼近相邻线形单元，从而定出A值。回旋曲线尺除用于直线与圆的连接、S型、卵型曲线外，还可以使回旋曲线尺组合来，用于其他复杂的组合线形。,(2)用整参数A回旋曲线表 此类的要素值都是按整参数A，以不同的整数半径R为自变量计算出来的。这种回旋线表实际上是回旋曲线尺的数字化表示，用途是相同的。,（3)近似计算法,直线与圆曲线间用缓和曲线连接：,A值算出后，要检查是否满足规范要求，不满足时，调整圆弧位置重新计算入值，直到满意为止。,S型、卵型曲线,S型曲线：,卵型曲线：,4)解析计算法 解析法是根据几何关系，建立含有参数A的方程式，通过计算精确求解A值的过程。以直线与圆曲线连接为例进行介绍,直线上点D1（X1，Y1）和D2（X2，Y2），圆曲线上点A （x1，y1）和B（x2，y2），圆曲线半径为R。,要求设计缓和曲线LS连接圆曲线并与直线D1D2相切。,计算圆心坐标M（xm，ym）,AB两点之间距离：,圆与直线间距D,回旋线参数A及长度Ls 距离D=曲线内移值p= D,直线D1D2斜率：,三.实地放线,常用方法： 穿线交点法； 拔角法； 坐标法等。 应根据路线复杂程度和精度要求高低、测设仪具设备、地形难易等具体条件选用。,实地放线是将纸上定好的路线敷设到地面上，供详细测量和施工之用。,穿线交点法是根据平面图上路线与施测地形时敷设的控制导线(以下简称导线)的关系，把纸上路线的每条边逐一而独立地放到实地上去，延伸这些直线交出交点，构成路线导线。 可分为： 支距法 解析法,A）穿线交点法,1支距法 通常所指穿线交点定线，多为此法，适用于地形不太复杂，路线离开导线不远的地段。,量支距：纸上每条导线边至少应取三个点，并能互相通视。,放支距：在现场找出各相应的导线点，根据量得的支距用皮尺和方向架定出各点，插上旗子。,穿线交点：放出的各点，由于误差而不太可能恰好在一条直线上，必须穿直。穿直线多用花杆进行(长直线或地形起伏很大时可用经纬仪)，然后根据实际地形审查路线是否合理，否则现场修改，改善线路位置。两相邻直线的交点即为转角点，如交点距路线很远或交在不能架设仪器的地方，则插成虚交形式。所有交点和转点都应钉桩以标定路线。,其工作方法如下：,导线：其实就是导点线，由各个导点组成。测量仪器架在导点上，一路测过去，以便把坐标数据传过去，得出这条路起点至终点的控制点坐标。导点是要打桩固定在现场的，留给测量和放线时取用。 交点：与你要定义的公路路线线性有关，依据公路的等级不同，套用公路规范，结合实际地形进行布线，这时便产生了布线要用的交点了；交点可以现场定，也可以纸上定，并且可以不断修改，因此，交点就不需在现场打桩固定。 转点：就是把你要取用的导点数据转一下，转到另外的地方。放线时因为前面有障碍物不能通视，如A点不能直接看C点，得找一个可以看到C点的B点，这时就可以把A点的坐标传递到B点，再把仪器架在B点就，B点就是转点。,解析法是用坐标计算纸上路线与导线的关系。此法较为准确。在地形复杂和直线较长，路线位置需要准确控制时用此法。,2解析法,计算夹角：从平面图上量得纸上路线的交点坐标和交点连线的象限角。,计算距离：计算导线点至导线与线路交点距离。,放线： (1)置经纬仪于导1，后视导2，丈量距离得M点。 (2)移经纬仪于M，后视导2，定交点连线方向。 (3)从M延长直线，求出交点，钉上小钉。,此法计算比较麻烦，但精度较高，实际工作中亦可用比例尺从平而图上直接量取距离。,其工作步骤如下：,拨角放线就是根据纸上路线在平面图上的位置与导线的关系，用坐标计算每一条线的距离、方向、转向角和各控制桩的里程，放线时就按照这些资料直接拔角量距，不穿线交点，外业工作较为迅速，但此法所根据的资料要可靠准确。,B）拨角法,1内业计算 其线段长度和象限角等关系的计算与解析法同。,(2)计算路线各边的转向角和距离,(1)计算路线起点与导线的关系,2外业放线 依内业计算夹角和距离，先从导1上放出路线起点A和第一边AB，以后各边按转向角及距离直接定出。,穿线交点，放线资料大都来自图解，准确度不高，适用于活动余地较大的路线。 拔角法放线资料较准确，但放线误差累积，也影响定线的精度。为了消除拨角量距误差积累增大的影响，放线时，应视现场具体情况，每隔一定距离，与导线联系闭合一次，并进行调整。 二法都只用于路线导线的标定，路线的曲线部分还须用传统的曲线敷设方法标定，只适用于直线型定线方法。,小结：,C）坐标法,建立一个贯穿全线的统一的坐标系，根据路线的位置和几何关系计算出道路中线上各桩点的统一坐标。 编制逐桩坐标表。 然后根据逐桩坐标实地放线。,实施步骤：,本法的关键是坐标如何计算。由于直线型定线法与曲线型定线法的定线过程和成果表达方法不同，坐标计算方法也有所区别。,(一)坐标计算,(1)直线型定线法坐标计算,（a）交点间距、偏角交角计算,设起点坐标为JD0（X0，Y0）,计算方位角：,交点间距 ：,第i个交点坐标为（Xi，Yi） 坐标增量：,如果DX0，则：,公路偏角：,如果i0，路线为右偏； 如果i0，路线为左偏。,直线段上任一点M（Lcz）的坐标计算方法：,. 以交点坐标计算逐桩坐标,（b）坐标计算,直线段上任一点M的计算方位角。,Lm直线段上任一点M到JDi的距离（ JDi前直线）,式中：,xq=Xi+ lqcosq yq=Yi+ lqsinq,曲线上任意一点Q的坐标计算方法：,q =i-1+ 180 - ,q =i + ,xq=Xi+ lqcosq yq=Yi+ lqsinq,（ 下半支曲线）,公路转向系数，右偏=1，左偏=-1。 x,y Q点的切线支距值。,式中：,JDi与Q点连线与缓和曲线切线的夹角。,（ 上半支曲线）,缓和曲线：,式中： l缓和曲线上任意点至缓和曲线起点的弧长（m）。,曲线上任意点的切线支距值计算公式：,式中： lm圆曲线上任意点m至缓和曲线终点的弧长（m）；,圆曲线：,上半支 下半支,0,上半支 下半支,上半支 下半支,0,0,式中：公路转向系数，右偏=1，左偏=-1。,上半支缓和曲线,曲线上任意点Q的方位角计算方法：,.以圆曲线起、终点为基点计算圆曲线点（Lcz）坐标,以起点（ZY、HY）为基点（计算HYYH）,设圆曲线起点坐标（xHY，yHY），起始边计算方位角为i-1，则曲线起点与计算点Lcz间的距离为 ： l = Lcz HY 或 l = Lcz ZY,弦切角：,弦线方位角：,计算方位角：,坐 标：,（1）以第一缓和曲线起点（ZH）坐标计算, 以缓和曲线起点为基点计算缓和曲线段坐标,缓和曲线弦偏角：,计算方位角：,缓和曲线弦线方位角：,计算坐标 ：,坐 标：,（2）以第二缓和曲线起点（HZ）坐标计算,缓和曲线弦线方位角：,计算方位角：,.以缓和曲线起点（ZH/HZ）为基点计算圆曲线段坐标,弦线方位角：,计算方位角：,坐 标：,单交点曲线 复曲线 S曲线 C曲线 回头曲线,(2)曲线定线法坐标计算,采用曲线型定线法定出的路线平面线形仍然是由直线、圆曲线和回旋线三种线形元所组成。当各线形元的衔接点的坐标一经确定，路线平面线形的形状和位置便完全确定了。下面就以下组合线形线元衔接点的坐标和线形上任意点坐标计算作些讲解。,带缓和曲线的平曲线中缓和曲线放样,带缓和曲线的平曲线中圆曲线放样,单交点曲线(元素计算),单交点曲线(元素计算),复曲线（元素计算）,复曲线（坐标计算）,S曲线（坐标计算与元素计算）,C曲线（坐标计算与元素计算）,回头曲线的测设S曲线+单交（偏角180,虚交）+S曲线,(二)实地放样 通过上述坐标计算。可编制成逐桩坐标表，根据实地的控制导线就可将路线敷设在地面上。按各级道路对放线精度的要求和测设仪器条件选用不同的放线方法。一般讲，坐标放线法使用常规测设仪具(指普通经纬仪、钢卷尺等)是十分困难、且效率低、质量差，难以达到精度要求的。这里只介绍以光电测距仪为测设手段的两种方法。,设置仪点的坐标为Ti(X0，Y0)，后视点的坐标为Ti-l(Xh，Yh) ，待放点的坐标为P(X，Y)。放线数据可按直线定线法计算。据此拨角测距即可放出待定点P。,1极坐标放线法,2坐标放线,此法的基本原理与极坐标相同，它是利用现代自动测量仪的坐标计算功能，只需输入有关点的坐标值即可、现场不需做任何手工计算，而是由仪器内电脑自动完成有关数据计算。,放线的具体步骤： (1)在置仪点Ti安置仪器，后视Ti-1点； (2)键入置仪点和后视点坐标； (3)键入待放点P坐标； (4)转动照准头使水平角为0000”，完成待放点P定向； (5)置反射镜于P点方向上，并使面板上显示0.000米时，即为P点的精确点位。,重复(3)-(5)步，可放出其他中桩位。当改变置仪点的位置后，要重复(1)一(5)步,适用情况,1.线位明确 2.路线等级不高的阶段测设。,四、直接定线,基本步骤,1.分段安排路线根据选线结果定出控制点，逐段确定路线方案。 2.放坡 3.调整坡度线产生导向线 4.穿线交点，定出交角点（打木桩） 5.测角：测偏角测视距打转点 6.中桩：曲线设计中桩丈量钉桩曲线敷设 7.水准测量 8.横断面测量,分段安排路线,根据选线结果定出控制点，逐段确定路线方案，拟订路线轮廓方案。,放坡,控制坡度 按平均坡度放坡5.05.5%，以对整个路线起控制作用。 放真坡：按真实纵断面放坡。 放坡 工具-花杆、手水准。10=1.75% 30=5.25% 2052=5%,i1,i2,h2,h1,放坡原理,放坡步骤,手水准定好角度-指挥另一人跑-插旗-得到导向线,放坡应注意几个问题,放坡者要有距离概念测距的能力。 测距法： a目估法 b用手水准读视距 c用花杆量距 d步测 放坡者要有线型的概念 a合成坡 b沟、山嘴的跨越 要根据地形地质情况，长短与大小坡结合。,调整坡度线产生导向线,坡度点就是概略的路基设计标高，由于各点的坡度陡缓不一，线位横向移动对路基的稳定和填挖工程量影响很大，应在各坡度点的横断方向上选定最合适的中线位置，这些点的连续即为修正导向线(相当于纸上定线的二次修正导向线)。,穿线交点，定出交角点,修正导向线是具有合理纵坡，横断面上位置最佳的一条折线，穿线要从平面线型要求着眼，尽可能多地靠近或