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公路工程施工测量 交流与分享 湖北利民建设工程咨询有限公司赵俊林 目录 第一章公路施工测量概述第二章导线控制测量第三章道路中线测量及全站仪施工放样第四章路线纵横断面测量及施工测量第五章桥梁施工放样测量及测量检核方法第六章隧道施工放样测量及测量检核方法第七章测量监理及内业资料 第一章公路施工测量概述 第一节公路施工测量的依据公路工程施工测量 就是在公路施工过程中 利用现代测量技术和仪器设备 依据交通部颁发的有关公路施工技术规范和经过批准的公路施工设计文件 图纸 在公路施工过程中指导施工队伍进行公路铺筑的测量工作 实际上公路施工测量就是普通测量技术在公路过程施工中的应用 依据一 公路路基施工技术规范 公路桥涵施工技术规范 简称规范 等其它各种规范 依据二 业主提供的公路施工设计图表 业主提供给施工单位的设计文件 其中施工测量方面的有 公路平面总体设计图 路线纵断面图 路基横断面图 主线路面结构图 路面横断面结构图 路基设计表 直线曲线及转角表 曲线要素表 导线点坐标表 埋石点成果表 逐桩坐标表以及边沟 排水沟 设计表 路基防护工程数量表 路堑及路堤 等 第二节公路施工测量的任务公路工程属于线性工程 不同于房屋建筑 所谓公路线性 简言之就是公路的面貌形象 它是有直线和曲线以及路面宽度 路堑 路堤等平面和高程要素组成的 公路工程施工测量的任务就是应用导线测量方法加密路线平面控制施工导线点 用坐标放样方法来控制公路的线性外观 用水准测量加密线路施工高程控制水准点 用水准测量 放样 方法来控制线路的纵向坡度和横向路拱坡度 从而指导施工人员顺利进行路基路面的施工 以确保公路工程的质量 第三节公路工程施工测量的工作内容公路施工测量贯穿公路施工全过程 施工前 施工中 施工结束都要进行测量 根据施工程序及进度 公路工程施工测量的内容包括 施工前1 根据公路勘测初测导线点 在施工标段现场 结合线路实际情况加密施工导线点 2 根据公路勘测初测水准点 在施工标段现场 结合线路实际情况加密施工水准点 3 根据加密后导线点进行中 边桩恢复 进行原地面的纵 横断面测量 工程量图纸复核 施工过程中1 根据加密的施工导线点 在施工过程中用坐标放样等方法标定线路中桩 边桩等平面点位 以监控线路线形 直线及曲线 2 根据加密的施工水准点 在施工过程中采用水准测量 放样 方法标定线路中桩 边桩高程等 以监控施工中挖填高度和线路纵向高低以及横向坡度 施工结束后 检测 根据规范质量标准和道路设计的要求 用经纬仪 几乎不用 全站仪 水准仪 塔尺 钢尺等仪器工具检测路基路面各部分的宽度 高程 横坡及中线偏差等几何尺寸 第一章小结 测量 工作分为两部分 一是测设 放样 把图纸反映到实地 对于施工测量来说 若是设计测量 刚好相反 二是计算工程量 通过测量数据 高低 长宽 用正确的方法把实际施工的工程量统计出来 公路施工通常在一狭长地带进行 由于受地貌影响 每个项目甚至同一个项目不同段落都不可能一样 经常会遇到新问题 但 万变不离其宗 只要掌握了公路施工的特点 测量的基本原理 基本程序 其它只不过是实际操作中的实施方法不一样 公路施工测量并不复杂 均是常规的易操作的测量技术 不比国家测绘局和设计院进行测量研究 公路施工测量在施工中多次的重复操作 量大而繁 尤其是施工中的坐标放样和高程测量 每天要重复很多遍 同一个点位也要放样N多遍 如1km长的公路 每10m测设左中右三个桩位 则线路每结构层都要测300个点位高程 况且施工中随时都要补桩 这就要求施工测量员要有足够的耐心和细心 具备高度的责任心 施工测量是公路施工的基础依据 就好比乐队的指挥 决定了整个项目的走向 测量工作过程中的任何一点疏忽和差错 都将影响施工的进度和质量 造成返工事故 因此测量人员必须要有高度的责任心 工作中要胆大心细 经常校核 一切以数据说话 发现问题 及时纠正千万不可得过且过 第二章导线控制测量 第一节施工控制点的概述施工控制点包括平面控制导线点和高程控制水准点 坐标导线点是公路施工过程中控制公路线性平面位置的重要依据 水准点是公路施工过程中控制公路路线高低的主要依据 也就是说 坐标导线点的任务是把设计图上的 公路线型 放样到实地 水准点的任务是把设计图上 公路路线的高低 放样到实地 随后 施工队伍根据这个 放样 进行施工 由此可知 施工控制点对保证施工进度和工程质量有着密切的关系 因此 施工过程中应妥善保护这些点位 一旦发现损坏 必须立即恢复 根据公路工程是在一条狭长地带施工这一特点 它的平面控制系统一般采用导线法布设 高程控制系统采用水准测量方法建立 施工单位所用的导线点 水准点的成果是由业主提供的 它是在设计勘测阶段布设的 所以施工单位进驻工地后 当业主把导线点 水准点交给施工单位时 应到实地对这些点位认真勘察核实 一般来说 从路线勘察设计到路基正式施工 间隔时间都较长 这期间勘察设计阶段所布设的导线点 交点 转点 水准点难免损坏丢失 为了保证施工精度 满足施工需要 必须对业主提供的控制点进行复测和加密 目的 提供控制基础和起算基准实质 测定具有较高精度的平面坐标和高程的点位 第二节导线点的复测和加密施工导线点加密前 应对定测阶段所布设的导线点进行复测 加密导线点的目的是为便于线路平面位置的放样 并保证施工精度 在施工过程中 需要多次恢复路线中桩及边桩 因为施工中经常可能破坏这些桩位 需要在挖填一定高度后 重新放桩以保证路线线形 布设合理的导线点位 能够方便而又准确的恢复中桩 边桩 勘察设计阶段所布设的交点 导线点在其分布和数量上都不能满足施工现场的需要 因此施工单位必须根据所施工标段的实际需要和实际地形加密导线点 我们把加密的导线点称为施工导线点 施工导线点的加密原则是从整体到局部 从高级到低级 先控制后碎部 因此施工导线点的起终点必须是设计单位提供的导线坐标成果 一 导线的布设形式 根据测区的情况要求 导线可布设成以下三种 1 闭合导线 2 附合导线 3 支导线 二 导线点的选点要求1 通视良好 尽量选在地势较高 视野开阔的地点 便于施测周围地形 相邻两导线点间要互相通视 便于测量水平角 一般选在路堑堑顶的适当位置以及路线结构物附近 不易受施工干扰处 2 点位桩的编号要醒目 易识别 3 导线边长要选得大致相等 相邻边长不应悬殊过大 相邻边长不超过400m 最短边长不少于100m 同时要尽量布设在道路两侧 夹角在60 至120 间 4 便于架设仪器 方便操作 施工导线点的密度应满足施工放样的需要 放样点若距控制点远 则放样不方便 且误差也大 放样时应一站到位 放样视距不宜超过500m 三 测设方法 施工标段只有一组起始数据时 可考虑选用闭合导线 施工标段有两组起始数据时 可考虑选用附合导线 若需要 例如涵洞放样等可考虑选用支导线 一组起始数据即 只有两个已知坐标点 通视 一条导线边两个导线点的坐标已知 两组起始数据即两条不相邻的导线边四个导线点的坐标已知 1 施工导线点的测设方法导线测量实际上就是测量相互连接折线的夹角和边长 简言之就是测距和测角 只要用全站仪测出转角和各边的边长 然后通过计算便可求得各导线点的坐标 其中注意边长为平距 如测出的为斜边时应进行平距改算 2 导线平差计算导线平差计算有严密平差和近似平差两种 公路常用近似平差 平差目的 由于观测角和边长不可避免的存有误差 所以计算结果就有角度闭合差和纵横坐标闭合差 用这种带有误差的坐标增量计算出来的导线点坐标也就存在有误差 为了消除角 测边误差 就要对观测角和坐标增量进行改正 平差方法 将角度闭合差平均分配于各观测角 然后用平差角和导线边 平距 计算坐标增量 再对坐标增量进行改正 最后求得各导线点的最后坐标 在进行内业计算前一定要对外业导线测量记录检查一遍 第三节导线测量的内业计算 一 坐标计算的基本公式1 根据已知点的坐标及已知边长和坐标方位角计算未知点的坐标 即坐标的正算 2 由两个已知点的坐标反算其坐标方位角和边长 即坐标的反算 YAB YB YA YAB xB xA 需要指出的是 按坐标反算公式计算出来的坐标方位角是有正负号的 因此 还应按坐标增量 X和 Y的正负号最后确定AB边的坐标方位角 也就是当 X Y 时 AB为本身 1象限 当 X Y 时 AB为负号 应给 AB加360 四象限 当 X Y 时 AB为负号 2象限 应给 AB加180 当 X Y 时 AB为正号 3象限 应给 AB加180 方位角 AB一定小于360度 二 坐标方位角的推算为了计算导线点的坐标 首先应推算出导线各边的坐标方位角 以下简称方位角 180 前的正负号取用 是当 后 180 时 用 号 当 后 180 时 用 号 导线的转折角是左角 左 就加上 右角 右 就减去 三 闭合导线的坐标计算 角度闭合差的计算与调整 式中 n 闭合导线的转折角数 测 观测角的总和 各内角的改正数之和应等于角度闭合差 但符号相反 即 V f 改正后的各内角值之和应等于理论值 即 i n 2 180 2 坐标增量闭合差的计算与调整 若K K允 则表明导线的精度符合要求 否则应查明原因进行补测或重测 3 坐标增量闭合差的计算与调整 设 Xi Yi分别为纵 横坐标增量的改正数 即 则改正后的坐标增量应为 所有坐标增量改正数的总和 其数值应等于坐标增量闭合差而符号相反 即 四 附合导线的坐标计算 附合导线的坐标计算方法与闭合导线基本上相同 但由于布置形式 见下图 不同 且附合导线两端与已知点相连 因而只是角度闭合差与坐标增量闭合差的计算公式有些不同 下面介绍这两项的计算方法 1 角度闭合差的计算 附合导线角度闭合差的一般形式可写为 n包括转折角的个数 角B 角C 左角用减号 右角用加号 左包括 1和 2 一级导线方位角闭合差 10 n 导线全长相对闭合差1 15000 短边角改正数多1秒 角度改正数 2 坐标增量闭合差的计算 附合导线坐标增量闭合差的调整方法以及导线精度的衡量均与闭合导线相同 若K K允 则表明导线的精度符合要求 否则应查明原因进行补测或重测 第三节水准点的复测和加密 一 水准点的测设1 加密水准点原则 1 必须遵循由高级到低级的原则 即必须从设计单位提供的水准点到施工水准点 起终点必须是设计单位提供的水准点 2 施工水准点密度应能满足高程测量的需要 若放样点距水准控制点远 则测量误差大 故一站就应放出所需点位的高程 测量视距宜控制在80m以内 可以加临时水准点 2 选点要求 1 一般布设在填方路段两侧20m范围内的高地上 或与挖方段交接的山坡脚 适宜高填方 等易于保存的地方 临时水准点 当路基工程基本完成 挖方段的排水沟或坡脚砌体也已施工完毕 水准点位可布设在其水泥抹面上 埋设好的水准点要作好点标记 方便以后使用 2 施工水准点位的编号要醒目 清晰 易识别 3 相邻水准点距离200 300m 一般应在标石埋设稳定后再测量 3 施工水准点的测量方案 1 施工标段已知水准点的利用情况 前后相邻标段水准点的分布情况 利于选用与相邻标段水准点闭合方案 2 施工标段挖方段 填方段情况 施工初期先加密填方段施工水准点 随后挖方段工程进展 再在挖方段增设施工水准点 3 施工工程放样的需求 根据施工规范 结合实测经验 适用于公路工程加密水准点的施工方案有 1 附合水准路线 2 闭合水准路线 3 复测水准路线 即往返测水准路线 支水准路线 一般应采用上两种 4 测量方法施工水准点的高程用水准测量方法测定 水准测量就是利用水准仪 水准尺或塔尺测定点间高差 根据公路施工特征 一般用四等水准测量来加密施工高程控制点 二 水准路线的布设 1 单一水准路线 1 闭合水准路线如图 a 从一个已知高程的水准点BMA出发 沿一条环形路线进行水准测量 依次测定若干个待定高程的水准点1 2 3 最后又回到水准点BMA 称为闭合水准路线 在普通水准测量中 路线长一般不超过8km 2 附合水准路线如图 b 从一个已知高程的水准点BMA出发 沿一条路线进行水准测量 依次测定若干个待定高程的水准点1 2 3 最后附合到另一个已知高程的水准点BMB上 称为附合水准路线 在普通水准测量中 路线长一般不超过8km 3 支水准路线如图 c 从一个已知高程的水准点BMA出发 沿一条路线进行水准测量 依次测定若干个待定高程的水准点1 2 最后既不回到起始水准点 也不附合到另一个已知高程的水准点上 称为支水准路线 由于支水准路线缺乏检核 故路线一般不超过4km 通常要进行往返观测 以加强检核 三 附合水准路线的计算1 高差闭合差的计算 在水准测量中 由于测量误差的影响 使水准路线的实测高差值与应有高差值不相等 其差值称为高差闭合差 用fh表示 fh h测 h理 h测 H终 H始 2 高差闭合差的调整当fh fh容时 即可进行高差闭合差的调整 消除闭合差的原则是 将fh反号 按与各测段的路线长度或测站数成正比地改正各段观测高差 或 高差改正数的计算检核 Vi fh 3 待求点高程的计算根据各段改正后的高差和起始点的高程 分别求得各待求点的高程 例2 1下图为某附合水准路线 各测段的路线长 实测高差和起点高程如图所示 该附合水准路线的计算结果列于下表中 四 水准测量的误差及注意事项 水准测量的误差来源于仪器误差 操作误差 外界条件影响带来误差 一 仪器误差1 视准轴不平行于水准管轴的误差 水准仪经检验和校正后 仍存在视准轴不平行于水准管轴的残余误差 为了减少这项误差的影响 在作业时应尽可能保持前后视距相等 2 望远镜调焦透镜的运行误差 3 水准尺误差 包括长度误差 分划误差 零点误差 对于零点误差 采用偶数站进行观测 二 观测误差1 水准气泡居中误差 水准气泡未严格居中 会使读数产生误差 这种误差的大小与水准管的灵敏度及视线长度有关 当水准管的分划值为20 2mm时 气泡偏离中央1mm 当视线长度为80 100m时 对读数的影响达到4mm 5mm 应此必须对水管泡居中 2 估读水准尺的误差 3 水准尺的倾斜误差 在进行水准测量时 由于水准尺没有竖直所产生的误差 由于这项误差是系统性的 总使读数偏大 应此必须认真扶尺 三 外界条件影响1 地球弯曲差2 大气折光差3 仪器和尺子的升降 水准测量的注意事项水准测量操作简单 并且是高程控制中最精确的方法 用水准测量方法测出的高程比任何其它方法 例如三角高程方法 精度都高 所以在各类工程施工中都采用此法控制高程 但是要快而准确的测出高精度的水准成果也并不容易 工作中的粗心 大意和疏忽 都会发生错误 例如附和气泡没有完全吻合 尺子立的不垂直 立尺点变动等都会使测量结果产生错误 特别注意 1 两点间应为偶数站 且前后视距应保持大致相等 2 仪器安置一定要稳妥 在松散的地方架设仪器 脚架一定要踩牢 来回走动照准标尺读数时不要碰动脚架 架设仪器尽量避免骑腿 随时检查脚腿螺旋有没有拧紧 3 读数时要果断 要稳 要准 切不可三心二意拿不定主张 而且不准凑数 4 转点要选在坚硬牢固处 若用尺垫一定要踩牢 转动尺面要提起尺子 5 用塔尺进行水准测量时 一定要每节到位 测量过程中要经常检查抽出的尺有没有降落 6 读数后必须立刻记在手簿上 不应记在心中或随便什么纸上 不准靠回忆补记 记录要整洁 清晰 真实 记错应重新记录 不得涂改 7 转站时 一定要检查本站记录 计算正确无误后才可挪动仪器迁站 8 测量过程中 观察气泡是否偏离中心 若偏离太大 需重新测量 若偏离较小 继续测量 但不可以调脚螺旋 8 为了避免仪器接受日晒 测量时尽量打伞 盛夏正午不宜进行水准测量 第三章道路中线测量及全站仪施工放样 第一节道路中线测量概述1 道路组成公路工程一般由路基 桥涵 隧道及各种设施构成 由于受地物 地貌 水文 地质等其它因素的限制 在路线方向发生改变的转折处 为了满足行车要求 需要用适当的曲线把前 后直线连接起来 这种曲线称之为平曲线 平曲线包括圆曲线和缓和曲线 道路平面线形是由直线 圆曲线 缓和曲线三要素组成 圆曲线是具有一定曲率半径的圆弧 即标准的圆弧 缓和曲线 回旋线 是在直线与圆曲线之间或两不同半径的圆曲线之间设置的曲率连续变化的曲线 我们常见的是单曲线 也有复曲线和回头曲线 2 道路中线测量通过直线和曲线的测设 将道路中线的平面位置具体地敷设到地面上去 并标定出其里程 供设计和施工之用 施工单位在施工前 必须把设计单位提供的全部控制点 平面控制点 水准点 复测 施工复测的工作内容与设计定测基本相同 包括导线 中线 基平 中平 纵横断面 复测的主要目的是检验原有桩号的正确性 而不是重新测设 若复测成果与原设计误差在允许范围内 以原设计为准 不得随意改动 若相差超范围 要分析原因 道路中线测量也叫中桩放样 中线测量是公路测量中关键工作 对设计院来说 是控制整条线路的走向 是一切设计图纸的根据 对施工测量 此项工作仅跟控制测量之后 只有中线测量完成后 才能定出线路的大致走向 它是测绘纵 横断面图的基础 公路中心线定测 设计院 以后 一般情况不能立即施工 在这段时间内 设计院标定的部分桩可能丢失或者被移动 因此 施工前必须进行一次复测工作 以恢复公路中心线的位置 第二节交点和转点的测设 1 交点与转点的定义交点 在路线测设时 应先选定出路线的转折点 这些转折点是路线改变方向时相邻两直线的延长线相交的点 用JD来表示 是中线测量时的控制点 转点 路线测量时 当相邻两交点间互不通视时 需要在其连线或延线上定出一点或数点 以供交点测角 量距或延长直线时瞄准之用 用ZD来表示转点分为 在两交点间测设转点 在两交点延长线上测设转点 图A交点间转点 图B交点延长线转点 2 交点的测设三种方法 放点穿线法 拨角放线法 坐标放样法 1 放点穿线法概念 是利用已做好的导线点与路线之间的角度和距离关系 在实地将路线中线的直线段测设出来 然后将相邻直线延长相交 定出地面交点桩的位置 具体步骤 放点在地面上测设路线中线的直线部分 只需定出直线上若干个点 即可确定这一直线的位置 说明 放点时 在现场找到相应的导线点 如果是支距点 垂足点 可采用支距法 用方向架定出垂直方向 在量出支距的距离 确定点的位置 全站仪测垂足和距离 如果是任意点 不是垂足 即用极坐标法放点 将全站仪安置在相应的导线点上 拨角定出临时点 导线点 方向 再用皮尺或全站仪测距定出点位 穿线由于测量仪器 测设数据及放点操作时的误差 在同一直线上各点放于地面后 一般不能准确位于同一直线上 因此需要通过穿线 定出一条尽可能多的穿过或靠近临时点的直线 穿线可用目估或全站仪进行 尽量用全站仪 交点当相邻两直线在地面上定出后 即可延长直线进行交会交出交点 2 拨角放线法 根据已知交点坐标 反算相邻交点间的直线长度 坐标方位角及路线转角 将全站仪置于路线中线起点或已确定的交点上 拨出转角 测设直线长度 依次定出各交点位置 3 坐标放样法交点坐标在设计图上已知 利用控制导线按全站仪坐标放样法将交点直接放样在地面上 说明 拨角放线法这种方法外业工作迅速 但拨角放线的次数愈多 误差累积也愈大 故每隔一定距离应将测设的中线与控制导线联测 以检查拨角放线的质量 坐标放样法外业工作更快 由于利用控制导线放点 故无误差累积现象 3 转点的测设如果两交点通视 一般距离控制在50 500m之间 当点间距离小于50m 应设置远视点 当点间距离大于500m 应在两点间增设转点 若两交点不通视 需要在其连线或延长线上定出一点或数点以供交点 测角 量距或延长直线时瞄准之用 1 在两交点间设转点例 设JD5 JD6为相邻两交点 互不通视 ZD 为粗略定出的转点位置 将全站仪置于ZD 用正倒镜分中法延长直线JD5 ZD 于JD6 若JD6 与JD6重合或量取的偏差f在路线容许移动的范围内 则转点位置即为ZD 这时应将JD6移至JD6 并在桩顶上钉上小钉表示交点位置 说明 当偏差f超过容许范围或JD6不许移动时 则须重新设置转点 设e为ZD 应横向移动的距离 仪器在ZD 用视距测量方法测出距离a b 则e af a b 直角三角形相似 即e f a a b 2 在两交点延长线上设转点例 设JD8 JD9互不通视 ZD 为其延长线上转点的概略位置 将全站仪置于ZD 盘左照准JD8 在JD9处标出一点 盘右再瞄准JD8 在JD9处也标出一点 取两点的中点得JD9 若JD9 与JD9重合或偏差f在容许范围内 即可用JD9 代替JD9作为交点 ZD 即作为转点 否则应调整ZD 的位置重设转点 设e为ZD 应横向移动的距离 用视距测量方法测出距离a b 则e af a b 即f e a b a 第三节路线转角的测定 在路线的转折处 为了测设曲线 需要测定转角 路线在转折处所构成的角度有左角 右角和转角之分 在路线前进方向左侧的水平夹角称为左角 在右侧的称为右角 左 右角和为360 所谓转角是指路线由一个方向偏转至另一个方向时 偏转后的方向与原方向的夹角 常以 表示 转角有左转 右转之分 按路线前进方向 偏转后的方向在原方向的左侧称为左转角 反之为右转角 转角是路线转弯处设置平曲线的必要元素 1 路线右角的观测目前 通常是观测路线前进方向的右角 通过计算而得到其转角 在中线测量中 一般采用测回法测定 观测一个测回 上 下两个半测回所测角值的误差视公路等级而定 高速公路 一级公路为 20 二级及以下为 60 若在允许范围内 可取两个半测回的平均值作为最后结果 3 分角线方向的标定 接上页 在右角测定后 仪器处于盘右 测角时前视方向的水平度盘读数为b 后视方向的水平度盘读数为a 则分角线方向的水平度盘读数c为 c b 2或c a b 2 因为 a b 对于左转角应将c值加上180 为分角线的方向值 也可以用右转角的公式计算出c值 再纵转望远镜 在设置曲线一侧定出分角线方向 4 测定后视方向的视距在中线测量中 为防止丈量距离时的错误 测角时还要用视距测量的方法 全站仪 测定两交点 或转点 的距离 作为中桩量距时校核用 5 磁方位角的观测与推算为了保证测角的精度 测量角度还需进行路线角度闭合差的校核 当路线导线与高级控制点连接时 可按附和导线的计算方法计算角度闭合差 如在限差内 则可进行闭合差的调整 当路线无法与高级控制点联测时 可以通过每天开工时与收工时各测一次磁方位角 通过罗盘仪测定 以便与推算的方位角核对 其误差不得超过2 第四节里程桩设置 目的 标定道路中线的具体位置 1 道路中线测量的基本要求 1 中线上设有里程桩 里程桩亦称中桩 桩上写有桩号 表示该桩至路线起点的水平距离 如某桩至路线起点的水平距离为1234 56m 则桩号记为k1 234 56 2 中桩的设置应按照规定满足其桩距及精度要求 说明 中桩桩距应按表的规定执行 中桩平面桩位精度表 是由路线起点开始 每隔10m 20m 或50m的整倍数桩号而设置的里程桩 百米桩 公里桩属于整桩 是指沿中线地面起伏突变化处 横向坡度变化处以及天然河沟处等所设置的里程桩 是指曲线上设置的主点桩 即圆曲线起点 ZY 圆曲线中点 QZ 圆曲线终点 YZ 是指路线上的转点 ZD 桩和交点 JD 桩 断链设计图纸上经常会出现会出现长链或短链 主要是改建工程局部改线中会存在 改线段的实际距离跟总的里程桩号不符 在里程中间不连续的情况叫 断链 凡新桩号比老桩号大 新路线比老路线长 的叫 长链 凡新桩号比老桩号小 新路线比老路线短 的叫 短链 所谓 断链处理 就是不牵动全线桩号 允许中间断链 而出现桩号不连续 仅在改动处用新桩号 其它不变动处仍用老桩号 并就近在直线段选一个是整桩的老桩号为断链桩 在同一断链桩上分别标明新老两种里程及相互关系 例 某路线A在定测时 在AK2 356 400处开始局部改线 老路线A 新改路线B各自经过一段连续里程后 新改路线B在BK3 426 200处又与老路线A重合 此处老桩号为AK3 641 600 在这个重合点之后的直线段上桩 AK3 660等同于BK3 444 600 断链桩AK3 660处此断链是短链 短链215 400米 如何写该桩的桩志和桩号 断链桩BK3 444 600 AK3 660 短链215 4米 第五节圆曲线测设 圆曲线是具有一定曲率半径的圆弧线 其测设一般分两步进行 先测设对圆曲线起控制作用的主点桩 即圆曲线的起点 ZY 中点 QZ 和终点 YZ 然后在主点桩之间进行加密 按规定桩距测设圆曲线的其它各点 称之为圆曲线的详细测设主要讲圆曲线的主点测设 根据线路偏角 圆曲线半径R计算圆曲线的三个主点 直圆点ZY 曲中点QZ和圆直点YZ ZY QZ YZ 圆曲线主点的测设步骤 1 测设圆曲线的起点 ZY 将经纬仪 全站仪 置于JDi上 望远镜照准后一交点JDi 1或此方向上的转点 量取切线长T 得曲线起点ZY 插一测钎 然后用钢尺丈量ZY至最近一个直线桩的距离 如两桩号之差等于所丈量的距离或相差在容许范围内 即可在测钎处打下ZY桩 如超出容许范围 应查明原因 2 测设曲线终点 YZ 将经纬仪 全站仪 置于JDi上 将望远镜照准前一交点JDi 1或此方向上的转点 量取切线长T 得曲线终点 打下YZ桩 3 测设曲线终点 QZ 设置中点时 可自交点沿分角线方向量取外距E 打下曲线中点QZ 如下一页图所示 直线与圆曲线的连接点称为直圆点 ZY 圆曲线的中点称为曲线中点 QZ 圆曲线与直线的连接点称为圆直点 YZ 圆曲线要素有线路转向角 圆曲线半径R 圆曲线长L 外矢距E及切曲差 其中转向角 单位 度 分 秒 和半径R是已知数据 其余要素如切线长T 曲线长L 外矢距E 切曲差可以按下列关系式计算得出 圆曲线主点元素计算 公式见下页 倒数关系tan cot 1sin csc 1cos sec 1 转角a与圆心角a相等 几何原理 例1已知某交点的里程为K3 182 76 测得转角 拟定圆曲线半径R 300m 求圆曲线测设元素及主点桩里程 解 计算圆曲线测设元素 圆曲线主点里程的计算 注意 圆曲线终点里程YZ应为圆曲线起点里程ZY加上圆曲线长L 而不是交点里程加切线长T 即YZ里程 JD里程 T 因为在路线转折处道路中线的实际位置应为曲线位置 而非切线位置 例1已知某交点的里程为K3 182 76 测得转角 拟定圆曲线半径R 300m 求圆曲线测设元素及主点桩里程 解 计算主点桩里程 校核 计算无误 圆曲线的详细测设 了解 1 基本要求应按曲线上中桩桩距的规定 参照P44里程桩表 进行加桩 即进行圆曲线的详细测设 中线测量中一般均采用整桩号法 1 整桩号法 将曲线上靠近曲线起点的第一个桩凑成为桩距倍数的整桩号 然后按桩距连续向曲线终点设桩 这样设置的桩均为整桩号 2 整桩距法 从曲线起点和终点开始 分别以桩距连续向曲线中点设桩 由于这样设桩的桩号均为零桩号 应此应注意加设百米桩和公里桩 3 对中桩量距精度及桩位限差应符合规定 曲线测量闭合差也应符合规定 纵向误差 高速 一级公路平原微丘区 S 2000 0 05 m 山岭重丘区 S 2000 0 1 m S为转点或交点至中桩的距离 横向误差 高速 一级公路平原微丘区5cm 山岭重丘区为10cm 曲线纵向闭合差不应超过 高速 一级公路平原微丘区1 2000 山岭重丘区为1 1000曲线横向闭合差不应超过 高速 一级公路10cm 2 测设方法 1 切线支距法又称直角坐标法 以曲线的起点ZY或终点YZ为坐标原点 以切线为x轴 过原点的半径方向为y轴 按曲线上各点坐标x y设置曲线上各点的位置 切线支距法测设步骤 现在可以用全站仪测距和定垂直方向 首先根据下面公式计算出Xi Yi的数据 1 从ZY 或YZ 点开始用钢尺或皮尺沿切线方向量取Pi点的横坐标Xi 得垂足 2 在垂足上用方向架定出垂直方向 量取纵坐标yi 即可定出Pi点 3 曲线上各点设置完毕后 应量取相邻各桩之间的距离 与相应的桩号之差作比较 若较差均在限差之内 则曲线测设合格 否则应查明原因 予以纠正 这种方法适用于平坦开阔地区 具有测点误差不累积的优点 为避免支距过长 一般从ZY和YZ向曲中测设 2 偏角法偏角法是以圆曲线起点ZY或终点YZ至曲线任一待定点Pi的弦线与切线方向之间的弦切角 这里称为偏角 和弦长来确定Pi点的位置 由于全站仪的水平度盘的数字是顺时针方向增加的 如果偏角增加方向与水平度盘一致 也是顺时针方向增加 即为正拨 反之称为反拨 对于右转角 仪器置于ZY点测设曲线 即为正拨 置于YZ上即为反拨 对于左转角 刚好相反 正拨时 直接拨出偏角值 反拨 各桩的偏角读数应等于360 减去各桩的偏角值 用偏角法测设圆曲线的细部点 因测设距离的方法不同 分为长弦偏角法和短弦偏角法 前者测设测站至细部点的距离 长弦 适合于用全站仪 后者测设相邻细部点之间的距离 短弦 适合于用经纬仪加钢尺 首先根据公式计算出偏角 i和弦长测设步骤 1 安置全站仪于曲线起点上 瞄准交点 使水平度盘读数设置为0 2 水平转动照准部 正拨 顺时针方向转动 使水平度盘读数为偏角 i 从ZY点开始 沿望远镜视线方向量测出弦长 定出Pi点 检核 当测至QZ点和YZ点时 应与预先测设的QZ点和YZ点位置符合 如两者不重合 其闭合差不得超过 半径方向 路线横向 不超过 0 1m 切线方向 路线纵线 不超过 L 1000m L为曲线长 偏角法不仅可以在ZY点上测设曲线 而且还可以在YZ上测设 在用短弦偏角法时存在测点误差累计的缺点 所以宜从曲线两端向中点或中点向两端测设曲线 一般建议用全站仪测 用长弦偏角法 用偏角法测设曲线 置仪点置曲线各桩点应通视 根据几何原理 偏角 i等于相应弧长所对圆心角的一半 3 极坐标法全站仪在公路施工中广泛运用 常用极坐标法测设曲线 所谓坐标法 即在直线上的转点或曲线上的控制点 测设曲线上任意中线点 并在该点上置仪测设曲线 用极坐标法测设曲线 首先应计算置仪点及各测点的坐标 根据置仪点及测设点的坐标 计算两点间的距离 以及该边与后视边的夹角 即可测设各测点的位置 也可根据坐标直接测设 1 坐标轴的选用及测点坐标的计算极坐标法在测设曲线时 首先设定一个直角坐标系 现场中常采用ZH ZY 点为坐标原点 切线方向为x轴 并且正向朝向交点 自x轴正向顺时针方向旋转90 为y轴正方向 这时曲线上各点坐标x y根据切线支距法公式计算 但当曲线位于x轴左侧时 y值应为负值 2 置仪点的设置采用任意点置仪测设曲线 置仪点可根据实际情况定 一般情况下 尽量置于ZY或YZ上 测设曲线转点数目不宜多于2个 后视边长不宜短于100m 第六节道路中线逐桩坐标的计算现在设计图纸都给出了逐桩坐标表 同时也有一张路线直线 曲线转角表 交点JD的坐标XJD YJD已知 路线导线的坐标方位角和边长S已知或者通过交点坐标反算 根据曲线的要素和里程桩号 依据坐标计算方法可以算出任意中线逐桩坐标 HZi 1点与ZHi点的中桩坐标计算 X Y X Y 一 线路逐桩坐标计算原理高等级公路 铁路的测设通常要用全站仪应用极坐标法测设中线 利用极坐标法测设中线就必须知道线路中线的点位坐标 下面就有关计算原理进行说明 直线段逐桩坐标计算原理直线是线路中最基本的线形 直线以最短的距离连接两目的地 具有线路短捷 汽车行车方向明确 驾驶操作简单 视距良好等特点 同时直线线形简单也容易计算 其计算方法和导线类似 知道一个已知点坐标 直线的方位角和距离 即里程差 就能计算未知点里程桩坐标 如图2 1 例如已知直线A点坐标和直线方位角以及直线AB之间的距离推算B点坐标 2 1 图2 1直线线路 圆曲线坐标计算交点坐标已知 根据相邻两交点坐标 可以根据a arctan YJD1 YJD2 XJD1 XJD2 即坐标方位角的反算公式算出切线的方位角 再根据下一页的公式计算坐标 圆曲线逐桩坐标计算原理2 ZY点与YZ点坐标计算由已知条件和计算出的曲线要素用极坐标法求出ZY和YZ点坐标 ZY点坐标计算 2 3 YZ点坐标计算 2 4 3 圆心O点坐标计算 2 5 注 曲线右偏时K值取 1 曲线左偏时取 1 JD ZY和JD YZ方位角不一样 4 计算圆曲线上任意未知里程点P DK表示里程桩号 1 里程差 2 里程差所对应的圆心角 即扇形计算公式 3 计算P点坐标 注 曲线右偏时K值取 1 曲线左偏时取 1 XO YO即圆心点坐标 上页已计算 a0 zy 即圆心到直圆点的方位角 2 6 第七节中线测量方法 分类 全站仪测量或GPS测量一 全站仪测设中线步骤1 导线控制2 按中桩的坐标测设二 中线测量方法根据逐桩坐标表 采用坐标放样 一般设计图纸都会给出中桩 占地红线边桩的坐标 1 极坐标法 将仪器架设在控制点上 后视另一控制点 后视棱镜必须要用三角架 输入测站点的坐标和后视点的坐标 测量后视点 输入测点P的坐标 松开水平制动 转动全站仪镜头使水平角为o 然后拧紧水平制动 由于镜头水平方向已经制动 在镜头方向上设置棱镜 此时持镜人根据测量人指示左右移动 直到镜头里出现棱镜 测距 此时面板上会显示距离 当 D 0时 说明要放样的点在仪器和棱镜之间 棱镜远 棱镜往仪器方向移动 当 D 0时 说明要放样的点在仪器和棱镜之后 棱镜近 棱镜往反仪器方向移动 如此反复 直至显示距离为0 即为要放样的点 2 后方交会法 定义 后方交会就是任意位置P上设站 观测至少两个已知点 得到观测角及距离 从而计算P的坐标 由于控制点一般在路线两侧 相对固定 或者其它原因两控制点不通视 且测站上架设仪器需对中 受很多限制 此时选择后方交会法 实际操作中 经常采用此方法 根据所要放样点的大概位置 选择合适位置架设仪器 且不需对中 只要调平即可 输入后视两个控制点 测量 仪器会自动计算出仪器架设点坐标 然后输入待测点坐标 方法同极坐标法一样 三 全站仪测量事前准备 1 仪器架设必须精平 且牢固 架设基本步骤 1 高度适中 使待测点在视场范围内 尤其放样点在较高或较低的位置 根据测量人身高 2 强制对中 先固定仪器架一只脚 然后移动仪器 使光学对中器与测点重合 若在平坦地区架设仪器 首先尽量使三只脚一般高 并把仪器的脚螺旋调至同一位置 水准仪如此 3 粗略整平 调节三脚架 使圆水准泡居中 4 精确整平 调节脚螺旋 使水准管居中 5 精确对中 移动基座 前后左右移动 不能旋转 6 重复 4 5 步骤 直至对中 精平 2 仪器参数的设置 包括精度设置 一般选择重复精测 棱镜类型选择 棱镜和反射片 棱镜常数改正 一般0和 30mm 测距回光信号的检查 格网因子的设定 坐标格网上两点的水平距离和地面上相应两点的水平距离一般不相同 其比值就叫格网因子 由于设计时 采用局部坐标系 所以格网因子不变 默认为1 全站仪在测量时 选择格网因子不变 但后方交会时 系统自动计算坐标 可能会自动修改格网因子 并储存在仪器中 若退出后方交会模式 采用正常模式测量时 可能会出现误差 这时检查格网因子是否发生变化 若变化 修改为1 四 全站仪测量注意事项 1 在测量过程中注意查看气泡的偏移情况 如果偏移过大 测量成果作废 重新整平后再测 若偏移较小 可以不做调整 2 必须遵循长边控制短边的原则 即后视距离要大于所放样点 所以做导线控制测量时 各边长距离尽量相等 距离适中 一次放样距离不可太远 3 后方交会时 要避免 危险圆 即仪器架设点P和已知三点在同一个圆周上 此时p点无法解算出坐标 两点测边后方交会根据精度要求 一般交会角P应控制在30 150之间 两边距离尽量相等 未知点尽量选在已知三角形内 夹角太小或太大 影响精度 若夹角过小 目前全站仪一般都有提示 4 全站仪有存储功能 控制点坐标和路线逐桩坐标可以提前录入 使用时直接调用 但录入时一定要注意检查核实 同时编号要简明易记 切不可重复 否则调用时可能出错 5 建站完成后或放样完成后对一已知点进行一次测量 这样能校核已放样点准确性 6 全站仪避免在高温和低温情况下使用 尽量避免在中午测量 注意防潮防湿 避免将物镜直接对准太阳和人的眼睛 五 全站仪测量导线 第四章纵横断面测量及施工测量 第一节纵断面测量纵断面测量 测定中线上各中桩的地面高程 绘制中线纵断面图 为设计线路坡度 计算土方量提供基础数据 它一般分三步进行 1 基平测量 沿线路方向设置水准点 建立高程控制 2 中平测量 以水准点为基础 分段测定各中桩的地面高程 3 绘制纵断面图 一 中平测量以基平测量为基础 通过已建立好的水准控制点 测定各中桩的高程 测量方法 以相邻两水准点为一测段 从一个水准点出发 按普通水准测量方法逐桩测量各中桩的高程 再附和到另一水准点上 进行闭合 实际测量中 由于纵向高差太大或距离太远 需要转点 一般转点也是最容易出错的地方 记录要规范 后视写前面 前视写后面 转点位置要牢固 由于转点起着传递高程的作用 和后视读数一样 直接影响后续每一个测量点的精度 所以读数时要尽量准确 精确到mm 一般转点间视线距离不超过150m 图形 水准仪中平测量 二 全站仪三角高程测量在工程的施工过程中 常常涉及到高程测量 传统的测量方法是水准测量 水准测量是一种直接测高法 测定高差的精度是较高的 但水准测量受地形起伏的限制 外业工作量大 施测速度较慢 三角高程测量是一种间接测高法 它不受地形起伏的限制 且施测速度较快 如果全站仪竖直角观测精度不大于2 测距精度不低于 5 5 10 6D mm 边长不超过600m 观测时采用对向观测 就可以达到四等精度 全站仪观测 距离一般比较精确 主要角度观测影响值最大 1 三角高程测量原理三角高程测量是根据地面上两点之间的水平距离D和测得的竖直角 来计算两点间的高程h 已知A点架仪器高程HA 现欲求B点高程HB 则在A点安置全站仪 同时量出A点至全站仪横轴的高度i 称为仪器高 在B点立棱镜 其高度为t 用望远镜瞄准棱镜 测出竖直角a 盘左 盘右各测一次 为一个测回 测出AB的水平距离D 则A B间的高差hAB Dtan i t 应用此公式时 HB HA Dtan i t 要注意竖直角的正负号 当竖直角a为仰角时取正号 为俯角时 取负号 2 三角高程球气差改正数当A B间距离不超过300m时 可以以水平面代替大地水准面 当距离超过300m时 就要考虑地球曲率和大气折光的影响 即要进行地球曲率和大气折光的改正 1 球差改正f1 h D2 2R式中 R 地球曲率半径 取6371mD 两点间的水平距离 2 大气折光的改正在观测竖直角时 由于大气的密度不均匀 视线将受大气折光的影响而总是成为一条向上拱起的曲线 这样使所测得的竖直角 水平方向与视线的切线方向 总是偏大 因此要进行大气折光的改正 简称气差改正 f2 kD2 2R式中 K 大气折光系数 经验值为0 14 3 综合地球曲率和大气折光对高差的影响 便得到球气差改正数 f表示 f f1 f2 0 43D2 2R则hAB Dtan i t f若采用双向三角高程测量 在已知高程A点测B点高差 再在B点测A点高差 取其平均值 可以抵消球气差的影响 第二节纵断面图的绘制纵断面图是沿中线方向绘制的反映地面起伏和纵坡设计的线状图 它表示出各路段纵坡的大小和中线位置的填挖高度 以前是用方格纸 现在基本上运用CAD 横坐标表示道路的里程 纵坐标则表示高程 一般高程比例尺比里程比例尺大10或20倍 横坐标10m距离等于纵坐标1m或0 5m 取决于纵向高程的高差 纵断面图分为上下两部分 图的上半部绘制原有地面线和道路设计线 同时标明各管涵构造物及竖曲线要素 下半部分则填写有关测量及道路设计的数据 纵断面图绘制步骤 1 在CAD上确定合理的横 纵坐标的比例 填写数据 桩号 填挖高 设计高 原地面高 平面曲线要素 2 绘地面线 设计线 由于CAD各点相对高差 数据提前做处理 3 计算各桩的填挖尺寸 同一桩号的设计与地面高差即为填土高度 正号 或挖土深度 负号 4 在图上标注竖曲线要素和管涵构造物 1 要素计算变坡角 i1 i2 曲线长 L R 切线长 T L 2 R 2外距 起点桩号 QD BPD T终点桩号 ZD BPD T 竖曲线计算由于在施工中经常会需要调整设计高程 尤其是老路改建 需要对原设计高程进行调整 即拉坡 在变坡点的位置需要进行竖曲线的设计 上坡正值 下坡负值 当i1 i2为正值 凸曲线 负值为凹曲线 我国采用二次抛物线作为竖曲线 1 任一点纵距y计算式中y 计算点纵距 x 计算点桩号与竖曲线起点 终点 桩号差 2 任一点切线高程计算 式中H0 变坡点标高 m H1 计算点切线高程 m i 纵坡度的绝对值 2 设计高程计算 3 任一点设计高程计算 凹形竖曲线取 凸形竖曲线取 例 某山岭区一般二级公路 变坡点桩号k5 030 00 高程H0 427 68m i1 5 i2 4 竖曲线半径R 2000m 试计算竖曲线诸要素以及桩号为k5 000 00和k5 100 00处设计高程 解 1 计算竖曲线要素 i1 i2 0 05 0 04 0 09 0 为凸形 曲线长L R 2000 0 09 180m 切线长 外距 竖曲线起点QD K5 030 00 90 K4 940 00竖曲线终点ZD K5 030 00 90 K5 120 00 2 计算设计高程 K5 000 00 位于上半支横距x1 K5 000 00 K4 940 00 60m竖距 切线高程H1 H0 i1 T x 427 68 0 05 90 60 426 18m设计高程H H1 y1 426 18 0 90 425 18m K5 100 00 位于下半支 按竖曲线终点分界计算 了解 横距x2 K5 100 00 K4 940 00 160m竖距 切线高程H1 H0 i1 T x 427 68 0 05 90 160 431 18m设计高程H H1 y2 431 18 6 40 424 78m K5 100 00 位于下半支 按变坡点分界计算 横距x2 k5 120 00 k5 100 00 20m竖距 切线高程H1 H0 i2 T x 427 68 0 04 90 20 424 88m设计高程H H1 y2 424 88 0 10 424 78m 第三节横断面测量目的 测定线路各中桩处垂直于中线方向上的地面起伏情况 绘制横断面图 为工程量计算提供基础资料 横断面反映的是垂直于道路中线方向的地面起伏情况 它是计算土石方和施工时确定开挖边界等的依据 方法 先确定横断面方向 再测定变坡点间的平距及高差 1 测设横断面方向 圆曲线 圆曲线上一点的横断面方向即为该点的半径方向 测定时采用求心方向架 实际操作时 尽量对准圆心方向即可 2 测设横断面方向 直线段 一 横断面测量方法要求 按前进方向分成左右侧 分别测量横断面方向上中桩至各变坡点的平距及高差 平距及高差的精度要求一般为0 1m即可 但全站仪对边测量可以精确至0 001m 方法分类 1 水准仪皮尺法 水准仪测高差 皮尺丈量平距 适用于 地形简单地区 精度高 2 花杆皮尺法 适用于山区低等级公路 精度低 3 经纬仪视距法4 全站仪法适用于 地形复杂地区 精度高 优点 操作简单 无需计算 外业作业配备人员少 一般两人即可 精度高 0 001m 效率高 方法 采用对边测量模式 可获得中桩至变坡点的水平距离和高差 可同时测得多个横断面 A B C 和 A B A C 模式 A为中桩 注意