现代测量学课件 第14章 线路测量

第14章线路测量01线路测量概述02线路中线测量线路纵横断面测量04曲线测设03线路施工测量05线路竣工测量06一、线路工程建设的基本程序线路测量概述01铁路、公路建设要经过勘测设计和施工的过程，建成后再交付运营。这些工作一般都由设计、施工和运营等部门分别承担。勘测设计是为铁路、公路建设收集设计资料，并做出经济合理的设计，它是一项政策性强，涉及面广，技术复杂的工作，在铁路、公路建设中占有十分重要的地位。铁路、公路勘测设计一般要经过下列过程，即：方案研究（室内研究、现场踏勘、提出方案报告）、初测、初步设计、定测，施工设计等过程。方案研究不作为一个设计阶段，故这种方式称为两阶段设计，即初步设计和施工设计，勘测工作分为初测和定测两个阶段。二、线路测量基本内容线路测量概述01平面控制测量GNSS线路控制测量导线测量高程控制测量基平测量中平测量带状地形测量初测二、线路测量基本内容线路测量概述01定测中要进行放线交点工作，中线的测设（包括直线和曲线的测设），纵断面测量和横断面测量。定测线路施工测量：复测、边桩放样、中线测量、高程测量线路竣工测量：中线测量、高程测量和横断面测量线路施工及竣工阶段的测量工作三、路线测量的基本特点线路测量概述01线路测量具有全线性、阶段性和渐近性的特点全线性：指测量工作贯穿于线路工程建设的全过程。例如铁路、公路工程从项目立项、决策、勘测设计、施工、竣工图编制、营运监测等都需进行必要的测量工作。阶段性：既体现了测量技术本身的特点，也是路线设计过程的需要。在不同的实施阶段，所进行的测量工作内容与要求也不同，并要反复进行，而且各阶段之间测量工作也不连续。渐近性：线路测量在项目建设的全过程中，历经了由粗到精、由高到低的过程。线路工程项目高标准、高质量、低投资、高效益目标的实现，必须是严肃、认真、全面的勘察和科学、合理、经济、完美的设计与精心、高质量施工等的完美结合。测量工作必须遵循“由高级到低级”的原则，按阶段、分先后循序渐进逐步实施，同时也必须顾及到典型工程对测量的特殊要求。一、中线直线段的放样线路中线测量02适用于地形不太复杂，且定测中线离初测导线不远的地区。其放线的步骤为：（1）室内选点：在初测地形图上，根据纸上线路与初测导线的相互关系，选择定测中线转点位置。其位置一般要选择在地势较高，且互相通视的地方，并且纸上线路的每条直线段最好有三个以上的点，以便核对。（2）测设数据准备：如图所示，Cl、C2、C3…为初测导线点，在线路中线上选定D1、D2、D3…，以它们作为定测的中线点。即可在图上量取相应的放样数据Si、βi，作为放线的依据。穿线放线法一、中线直线段的放样线路中线测量02（3）现场放线：用全站仪实地测设各中线点。若个别点的位置不太合适，可以根据现场的实际情况调整支距或角度，使其位于适当的地点。（4）穿线：根据实地上已放出的点位，用全站仪检查这些点是否在一条直线上。如偏差不大时，可以适当调整其位置，使位于一条直线上。（5）交点：如图所示。A、B是直线段调整后的两个中线点，延长AB在CD直线方向附近设骑马桩B1、B2。C、D是另一直线段调整后的两个中线点，延长CD在AB直线方向附近设骑马桩C1、C2。由B1、B2与C1、C2的连线交会定出交点JD。穿线放线法一、中线直线段的放样线路中线测量02交点定出后，在交点JD上观测一个测回，然后计算偏角，并注明其左偏或右偏。偏角计算公式为：左偏角右偏角如果交点遇到障碍或位于不能置镜处或交点较远时，一般采用测设副交点的方法来解决。所谓副交点就是当交点不能设桩时，在两切线适当位置选择的辅助点。副交点通常选在便于测角量边处，并且要注明副交点与交点的关系。穿线放线法一、中线直线段的放样线路中线测量02放线资料的内业计算如图所示，C1、C2、……Cp、Cp1等点为初测导线点，JD1、JD2……JD5为定测中线的交点，由初测地形图上依次量取每个交点的纵、横坐标（x、y）至米。然后，计算出各交点之间直线长度Si以及各点的拨角值βi，并用地形图上的图解值进行校核。拨角放线法一、中线直线段的放样线路中线测量02放线定交点放线资料计算完毕并经复核无误后，便可进行外业放线。首先将仪器置于C1点上后视C2点，拨角度β1，测量距离S1，定出交点JD1。然后将仪器搬到JD1，后视C1点，拨角度β2，测量距离S2，定出交点JD2。用同法依次可定出其他各交点。拨角放线法一、中线直线段的放样线路中线测量02与初测导线联测在实地放出若干个交点后，应与初测导线联测。若闭合差在允许的范围内时，一般不进行调整，以实际联测数据重新计算交点JD4的坐标，并以此为起点测设下一段的各交点。若闭合差超过限差时，应检查不闭合的原因，并予以改正。交点定出后，即可进行曲线测设，并沿线路定出百米桩及加桩等。拨角放线法一、中线直线段的放样线路中线测量02用GNSSRTK进行线路中线测量时，直线段可采用前期准备的测设坐标数据，曲线段可根据交点定位测量的偏角和曲线设计参数计算出各待测设点的坐标和整桩、桥位等加桩的坐标数据，然后将这些数据输入到电子手簿中，有了坐标以后在实测前还应作坐标转换参数的计算，以便把GNSS测量结果转换到工程采用的坐标系统。这样便可在野外进行测设工作。GNSSRTK法目前线路地面测量的外业工作与部分内业数据处理几乎都可在全站仪中完成。且全站仪坐标法具有放样方法简单、灵活的优点，在线路中线定测中普遍使用。全站仪坐标法二、中线桩的设置线路中线测量02里程：即表示线路中线上点位沿线路到起点的水平距离里程桩：即埋设在线路中线点上注有里程的桩位标志。里程桩上所注的里程又称为桩号，以公里数和公里以下米数相加表示。如图，K100+560.56，表示里程为100560.56m；K100，即100km。里程、里程桩、中线桩二、中线桩的设置线路中线测量02（1）决定线路中线直线方向的点位，如起点、终点、交点、方向转角、直线段中线点必须设立相应的中线桩。（2）按相应间距在线路中线上设立中线整桩。中线整桩间距有整公里、整百米、整十米的形式。整十米间距分为整10米、整20米、整40米等几种间距，整桩的里程注计到米位。（3）根据线路中线地形特征点位和线路中线特殊点设立附加的里程桩，即设立中线加桩。加桩里程应精确注计到厘米位。（4）各种中线里程桩设置测量应符合下表要求。设立中线桩的基本要求二、中线桩的设置线路中线测量02（5）重要桩位如公里桩、百米桩、方向转点桩、交点桩等重要中线桩应加固防损，必要时应对有关桩位设立指示桩、控制桩等。设立中线桩的基本要求公

路

等

级纵

向

误

差横

向

误

差高等级公路s/2000+0.1m10cm一般公路s/1000+0.1m10cm注：s是中线桩位测量的长度，以m为单位。一、曲线概述曲线测设03就线路而言，由于受地形地物及社会经济发展的要求限制，道路总是不断从一个方向转到另一个方向。这时，为了使车辆平稳、安全地运行，道路必须用曲线连接。这种在平面内连接不同线路方向的曲线，称为平面曲线。平面曲线可分为圆曲线和缓和曲线。圆曲线上任意一点的曲率半径处处相等；缓和曲线上任意一点的曲率半径处处在变化。当缓和曲线是在直线与圆曲线之间设置的一段过度曲线，其半径变化范围自∝至圆曲线半径R；若用以连接半径为R1和R2的圆曲线时，缓和曲线的半径便自R1向R2的过渡。一、曲线概述曲线测设03按曲线的连接形式不同，可分为：单圆曲线——亦称为单曲线，即具有单一半径的曲线；复曲线——由两个或两个以上同向的单曲线连接而成的曲线；反向曲线——由两个方向不同的曲线连接而成的曲线；回头曲线——由于山区线路工程展线的需要，其转向角接近或超过180°的曲线；螺旋线——线路转向角达360°的曲线。线路的纵断面是由不同的坡度连接的。在竖面上连接不同坡度的曲线，称为竖曲线，有凸形与凹形两种。二、平面曲线曲线测设03圆曲线要素及其计算：圆曲线的半径R、偏角α

、切线长T、曲线长L、外矢距E及切曲差q，称为曲线要素。其中，R及α均为已知数据。R是在设计中按线路等级及地形条件等因素选定的；α是线路定测时测出的。其余要素可按下列关系式计算得出：其中，切曲差q除了用来校核切线长T及曲线长L外，还用以验算主要点里程的计算。圆曲线二、平面曲线曲线测设03圆曲线主要点里程的计算：圆曲线的主要点包括：ZY点（直圆点）：直线与圆曲线的连接点；QZ点（曲中点）：圆曲线的中点；YZ点（圆直点）：圆曲线与直线的连接点。其主要点的里程，可自交点JD的里程算得。圆曲线二、平面曲线曲线测设03缓和曲线可用螺旋线、三次抛物线等空间曲线来设置。我国铁路、公路上采用螺旋线作为缓和曲线。当在直线与圆曲线之间嵌入缓和曲线后，其曲率半径由无穷大（与直线连接处）逐渐变化到圆曲线的半径R（与圆曲线连接处）。螺旋线具有的特性是：曲线上任意一点的曲率半径R′与该点至起点的曲线长l成反比

或式中c为常数，称为曲线半径变化率。当l等于所采用的缓和曲线长度l0时，缓和曲线的半径R′等于圆曲线半径R，故：

有缓和曲线的圆曲线二、平面曲线曲线测设03在直线与圆曲线间嵌入缓和曲线时，当圆曲线两端加入缓和曲线后，圆曲线应内移一段距离，方能使缓和曲线与直线衔接。而内移圆曲线，可采用移动圆心或缩短半径的办法实现。我国在铁路、公路的曲线测设中，一般采用内移圆心的方法。若圆曲线的圆心O1沿着圆心角的平分线内移至O2，圆曲线的两端就可以插入缓和曲线，把圆曲线与直线平顺地连接起来。具有缓和曲线的圆曲线，其主要点为：ZH（直缓点）：直线与缓和曲线的连接点；HY（缓圆点）：缓和曲线和圆曲线的连接点；QZ（曲中点）：曲线的中点；有缓和曲线的圆曲线二、平面曲线曲线测设03YH（圆缓点）：圆曲线和缓和曲线的连接点；HZ（缓直点）：缓和曲线与直线的连接点。加入缓和曲线后，其曲线要素可以用下列公式求得：有缓和曲线的圆曲线二、平面曲线曲线测设03有缓和曲线的圆曲线参数方程缓和曲线参数方程平面曲线放样数据的准备二、平面曲线曲线测设03有缓和曲线的圆曲线参数方程圆曲线参数方程平面曲线放样数据的准备二、平面曲线曲线测设03曲线在切线直角坐标系中的坐标计算曲线上任意一点的坐标都可以曲线长li为参数计算得到。当li小于l0时，所计算的坐标为缓和曲线上的坐标；当li等于l0时，即为缓圆点（HY）或圆缓点（YH）的坐标；当li大于l0时，所计算的坐标为圆曲线上的坐标；li为圆曲线上的任意一点到ZH点的曲线长。同样建立以缓直点HZ为原点，过HZ点的缓和曲线切线为x轴，HZ点上缓和曲线的半径为y轴的直角坐标系，计算另一半曲线任意一点的坐标。然后，通过坐标转换统一为以直缓点ZH为原点的直角坐标系中的坐标。曲线坐标的计算二、平面曲线曲线测设03曲线在切线直角坐标系中的坐标计算如图所示，HZ点坐标为过HZ点缓和曲线的切线x轴在以直缓点ZH为原点的切线直角坐标系中的方位角为180°+α右或180°－α左，并考虑到以缓直点HZ为原点的y轴方向与以直缓点ZH为原点的y轴方向相反，通过坐标转换，则另一半曲线任意一点的坐标为：

α为右偏角α为左偏角曲线坐标的计算二、平面曲线曲线测设03曲线坐标转换到测量坐标系中的坐标根据ZH点切线所在直线段两端端点的测量坐标计算该边的坐标方位角为A，ZH点在测量坐标系中的坐标为XZH和YZH，则曲线任意一点在测量坐标系中的坐标为：若曲线位于ZH点切线的右侧若曲线位于ZH点切线的左侧曲线坐标的计算二、平面曲线曲线测设03曲线的主要点测设圆曲线主要点的测没圆曲线主要点的测设步骤如下：①将经全站仪置于交点DJi上，以线路方向定向。自DJi起沿两切线方向分别量出切线长T，即得曲线起点ZY及曲线终点YZ。②在交点DJi上后视ZY，拨角，得分角线方向，沿此方向自DJi

量出外矢矩E，即得曲线中点QZ。曲线的放样方法二、平面曲线曲线测设03曲线的主要点测设有缓和曲线的圆曲线主要点测设在测设有缓和曲线和圆曲线主要点之前，应根据圆曲线的半径R、线路转向角及缓和曲线的长度确定曲线的要素T、E、L、q及主要点的里程，测设步骤如下：①将全站仪置于交点JD100上定向，由JD100沿两切线方向分别量出切线长T，即得ZH及HZ；②在交点JD100上，根据，用经纬仪设置的平分线。在此平分线上由JD100量取外矢距E，即得曲线的中点QZ；③根据x0及y0设置HY及YH。在两切线上，自JD100起分别向曲线起、终点量取T–x0

（或自ZH、HZ点起分别向JD100点量取x0

），然后沿其垂直方向量y0，即得HY、YH点。曲线的放样方法二、平面曲线曲线测设03曲线的详细测设方法曲线详细测设的方法有多种，常见的有极坐标法、坐标法、切线支距法、偏角法。极坐标法坐标法:(全站仪坐标法、GNSSRTK法）切线支距法偏角法曲线的放样方法三、竖曲线曲线测设03根据“铁路工程技术规范”规定，竖曲线半径R，Ⅰ、Ⅱ级铁路不小于10000m、Ⅲ级铁路不小于5000m。在工作量不过份加大的情况下，为了改进交通条件，竖曲线的半径应当尽可能地加大。由于允许坡度的数值不大，纵断面上的曲折角可以认为式中，i1、i2为两相邻的纵向坡度值；△i为变坡点的坡度代数差。竖曲线切线长度T竖曲线长度LL≈2T竖曲线上各点高程及外矢距E竖曲线测设要素的计算一、线路纵断面的测绘线路纵横断面测量04线路的平面位置在实地测设之后，应测出各里程桩处的高程。从而绘制表示沿线起伏情况的纵断面图，以便进行线路纵向坡度、桥面位置、隧道洞口位置的设计。断面图采用直角坐标法绘制，其横坐标表示水平距离，纵坐标表示高程。线路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1:2000和1:1000。在纵断面图上，为明显表示地形起伏状态，通常使高程比例尺为水平比例尺的10～20倍。二、线路横断面的测绘线路纵横断面测量04线路横断面测量的主要任务是在各中桩处测定垂直于道路中线方向的地面起伏，然后绘制横断面图。横断面图是设计路基横断面、计算土石方和施工时确定路基填挖边界的依据。横断面测量的宽度，由路基宽度及地形情况确定，一般在中线两侧各测15～50m。确定横断面方向在线路上，一般应在曲线控制点、公里桩和线路纵、横向地形明显变化处测绘横断面。在大中桥头、隧道洞口、挡土墙等重点工程地段，适当加密横断面。横断面的方向，在直线地段与线路方向垂直；在曲线地段与各点的切线方向垂直。其确定方法可用方向架、全站仪等进行。二、线路横断面的测绘线路纵横断面测量04横断面上点位的测定横断面上各地形特征点相对于中桩的平距和高差可用全站仪等测定。首先建立以各里程桩为坐标原点，以里程桩切线方向为X´轴，法线方向为Y´轴的临时坐标系，全站仪在该坐标系中测得的X´值即为偏离Y´轴（横断面的方向）的值，测得的Y´值即为离X´轴的距离（即至中线的垂直距离）。将测量坐标系中的任一点P（Xp、Yp）转换成横断面坐标系中的坐标，测设步骤如下：①选取视野开阔的已知点P1为测站，另一已知点P2为后视，按极坐标法测量断面点。②测量里程桩的三维坐标，在横断面坐标系中，该点的坐标X´=0，Y´=0。③测量横断面的地形变化点。二、线路横断面的测绘线路纵横断面测量04绘制横断面图绘制横断面图的纵横比例尺相同，一般采用1:100或1:200。根据横断面测量中得到的各点间的平距和高差，检验横断面测量成果，横断面测量检测限差为：检验合格后，绘出各中桩的横断面图。在横断面图上应标定中桩位置和里程，并逐一将地面特征点画在图上，再连接相邻点，即绘出横断面图。一、线路复测线路施工测量05施工复测前，施工单位应检核线路测量的有关图表资料，会同设计单位进行现场桩橛交接。主要桩橛有：直线转点、交点、曲线主点、有关控制点、导线点、水准点等。线路复测内容包括：转向角测量、直线转点测量、曲线控制桩测量和线路水准测量等。其目的是恢复定测桩点和检查定测质量，而不是重新测设，所以要尽量按定测桩点进行。若桩点有丢失和损坏，则应予以恢复；若复测和定测成果的误差在允许范围之内，则以定测成果为准；若超出允许范围，应查找原因，确定证明定测资料错误或桩点位移时，方可采用复测资料。中桩点在施工中将被填挖掉，因此在线路复测后，路基施工前，对中线的主要控制桩（如交点、直线转点及曲线五大桩）应设置护桩。护桩位置应选在施工范围以外不易被破坏的地方。一般设两根交叉的方向线，交角不小于60°，每一方向上的护桩不少于3个。为便于寻找护桩，护桩的位置用草图及文字作详细说明。二、路基边坡放样线路施工测量05当所测的横断面图有足够的精度时，可在横断面图上根据填挖高度绘出路基断面，则左右两侧边桩离中线桩的水平距离从图上可直接量出。根据图上所得距离，在实地放出边桩，这是测设边桩最简单的方法。从横断面图上求出边桩位置在平坦地面，路基边桩到中线桩的水平距离可用公式计算。平坦地面路基边桩位置的测设二、路基边坡放样线路施工测量