《工程测量》-8.7线路纵横断面测量

学期授课教案20XX—20XX学年度第X学期课程编号课程名称学分/学时授课专业工程测量授课班级任课教师20XX年XX月-2-教学设计项目/章节第八章第7节专业XXXX教师XXXX教学名称线路纵横断面测量班级XXXX时间XXXX授课形式讲授课时4时地点XXXX学情分析教学任务1.纵断面测量；2.纵断面图绘制；3.横断面测量；4.横断面图绘制。教学目标技能目标1.能够进行线路纵断面测量和绘制纵断面图；2.能够进行线路横断面测量和绘制横断面图。知识目标1.了解基平测量内容和要求；2.掌握中平测量的方法，纵断面图的绘制方法；3.掌握横断面测量的方法，横断面图的绘制方法。素质目标1.培养学生团队协作能力和认真负责的的敬业精神；2.培养学生吃苦耐劳的品质和精益求精的工匠精神；3.提高学生理论联系实际和动手操作能力。教学策略教学重点及解决措施1.中平测量；2.纵断面图绘制；3.横断面测量；4.横断面图绘制教学难点及解决措施1.中平测量；2.横断面测量。教学组织班级授课√实训教学分组教学个别教学协作教学现场教学教学过程实施流程导图基平测量基平测量中平测量纵断面测量纵断面测量纵断面图绘制纵断面图绘制横断面方向确定横断面测量方法横断面方向确定横断面测量方法横断面测量横断面测量横断面图绘制横断面图绘制教学活动实施教学步骤与内容备注8.7线路纵、横断面测量8.7.1纵断面测量（一）纵断面测量概述当线路的平面位置在实地测设以后，应测量出各个里程桩的高程，以便绘制出表示沿线起伏情况的断面图，供设计人员进行线路纵向坡度、桥涵位置、隧道洞口位置的设计以及土方量的计算等。纵断面测量，它是测量线路上各中桩（包括加桩）的高程，然后再根据里程桩号和测出的相应点高程，按一定的比例尺绘制纵断面图，以表示线路纵向地形的变化，为纵断面设计提供依据。线路的纵断面设计是公路设计中最重要的组成部分之一，主要根据地形条件和行车要求确定线路的坡度、路基标高和填挖高度以及沿线桥梁、涵洞、隧道等位置。（二）纵断面测量的内容及要求纵断面测量分为基平测量和中平测量。1.基平测量基平测量就是沿线每隔一定距离设置一个水准点，并按四等水准测量的方法测定其高程，以便为中平测量提供基准高程点。（1）测前准备基平测量前，应认真做好以下准备工作：=1\*GB3①路线起终点和终点、需长期观测的工程附近均设置永久性水准点，永久性水准点应埋设标石，也可设置在永久性建筑物的基础上或用金属标志嵌在基岩上。=2\*GB3②水准点密度应根据地形和工程需要而定，在丘陵和山区每隔0.5-1km设置一个，在平原地区每隔1-2km设置一个。进行沿线水准点加密时，一般为200m一个水准点。（2）技术要求根据《公路勘测规范》（JTGC10-2007），水准测量的精度要求，往返观测或两组单程观测的高差不符值应满足：mm式中：L为水准路线长度，以km为单位。（3）作业要求基平测量时应遵循以下原则：=1\*GB3①应将起始水准点与附近的国家水准点联测，以获得绝对高程。=2\*GB3②在沿线水准测量中，也应尽量与附近国家水准点联测，形成附合水准路线，以获得更多的检核条件。=3\*GB3③当路线附近没有国家水准点或引测有困难时，也可根据国家小比例地形图选定一个与实地高程接近的作为起始水准点的假定高程。（4）作业方法基平测量应使用不低于DS3级水准仪，采用一组往返或两组单程在水准点之间进行观测。（5）成果计算基平测量的记录计算方法采用四等水准测量的规定要求。若高差不符值在限差以内，取其高差平均值作为两水准点间高差，否则需要重测。最后由起始点高程及调整后高差计算各水准点高程。2.中平测量中平测量也称为中桩高程测量，就是根据基平测量设置的水准点，测量所有控制桩和中桩的高程。一般以相邻两水准点为一测段，从一个水准点开始，用视线高法逐点施测中桩的地面高程，附合到下一个水准点上。（1）测前准备中平测量之前要先进行基平测量后，选择起闭的基平水准点和转点，布设附和中平测量水准路线。（2）技术要求根据《公路勘测规范》（JTGC10-2007），中平测量的精度要求见表8.3所示：表8.3中平测量精度要求路线闭合差（mm）两次测量之差（mm）高速公路、一级、二级公路±5三级及三级以下公路±10（3）作业要求中平测量应遵循下列规定和要求：=1\*GB3①中平测量应起闭于基平测量的水准点上。=2\*GB3②在施测过程中，应检查中桩、加桩的位置是否合适，里程桩号是否正确，若发现错误或遗漏需进行补测和修正。=3\*GB3③转点起到传递高程的作用，因此转点标尺应立在尺垫、稳固的桩顶或坚石上，视线长一般不要超过150m；中间点的尺子要求立在紧靠桩边的地面上。=4\*GB3④转点尺上读数至毫米，中间点尺上读数至厘米。=5\*GB3⑤为了削弱高程传递的误差，观测时应先观测转点，后观测中间点。（4）作业方法中平测量常用的方法有水准测量法、电磁波测距三角高程测量法及GPSRTK法，本任务主要介绍水准测量方法。中平测量通常采用附和水准测量法，每站可以有多个前视点。如图8.19所示，BM1、BM2为基平高程点，TP1、TP2为转点，1、2、3为测站点。图8.19中平测量附和水准测量法作业过程示意图=1\*GB3①水准仪置于1测站后，后视水准点为BM1，读数为1.986；前视转点为TP1，读数为2.283，将观测结果分别记入表2-1-2中的“后视”和“前视”栏内。=2\*GB3②然后观测0+000，0+020，……，0+120等各中桩点，将读数分别记入“中视”栏。=3\*GB3③将仪器搬到2测站，后视转点为TP1，前视转点为TP2，然后观测各中桩地面点，用同法继续想前观测，直至附和到下一点水准点BM2，完成一测段的观测工作。表8.4中平测量记录手簿测站测点水准尺读数仪器视线高度高程后视中视前视1BM11.986180.679178.693K0+0001.57179.1090+0201.93178.7490+0401.56179.1750+0601.12179.559TP10.872179.8072TP12.283182.09179.8070+0800.68181.410+1001.59180.50+1202.11179.980+1402.66179.43TP22.376179.7143TP22.185181.899179.7140+1602.18179.7190+1802.04179.8590+2001.65180.2490+2201.27180.629BM21.387180.512（5）成果计算=1\*GB3①首先计算水准路线的闭合差。将所有后视点的读数a累加起来得；将所有前视点的读数累加起来得，则水准路线观测高差=。求出闭合差后，再与规定的限差比较，在满足要求时，不必进行闭合差的调整，可直接进行中桩高程的计算，否则，需重新进行观测。=2\*GB3②中间点的地面高程及前视点高程，一律按所属测站的视线高程进行计算。每一测站的计算公式如下：视线高程=后视点高程+后视读数转点高程=视线高程-前视读数中桩高程=视线高程-中视读数（三）纵断面图的绘制纵断面图是沿着中线方向绘制的反映沿线地面起伏和纵坡设计的现状图，是线路设计和施工中的重要文件资料。纵断面图是以中桩的里程为横坐标、中桩的地面高程为纵坐标绘制的，一般情况下，绘图时横坐标的比例尺，也就是里程比例尺应与线路带状地形图的比例尺一致；纵坐标的比例尺，也就是高程比例尺一般比绘制里程比例尺大10倍，如里程比例尺为1：1000时，绘制高程时的比例尺为1：100。1.纵断面图的绘制方法=1\*GB2⑴按照选定的比例尺绘制表示里程和高程的坐标轴线，填写里程桩号、地面高程。=2\*GB2⑵绘制原始地面线。首先选定纵坐标的起始高程，使绘出的地面线位置适中。然后根据中桩的里程和高程，在图上按纵横比例尺依次绘出各中桩的地面位置，再用直线将相邻点连接起来，就得到地面线。图8.20道路纵断面图=3\*GB2⑶绘制设计竖曲线，并在相应位置填写土壤地质情况、设计坡度及距离、竖曲线设计要素、设计高程、计算和填写填挖高度、填写平曲线设计要素等数据和资料。图8.20道路纵断面图=4\*GB2⑷标注水准点、涵洞等位置及相应数据和说明等。2.纵断面图示例对于设计人员来说，测量人员绘制的纵断面图一般不符合设计纵断面图格式，即使符合应用起来也不方便，故经常只要求提供纵断面测量数据文件即可。纵断面测量数据文件记录外业中桩高程测量成果。每一行记录一桩号的地面高程。格式分为里程桩号、地面高程。在桩号和高程之间一般用逗号或空格隔开。例如：0，12.8950，12.61100，13.89...…8.7.2横断面测量横断面测量是在线路各中桩处测定垂直于道路中线方向的地面起伏情况，并按一定比例尺绘制出横断面图，作为路基设计、土石方计算、路基防护设计、施工放样的依据。横断面测量的宽度，由路基宽度及地形情况确定。对于地质不良，填高挖深及需要对路基进行防护设计的地段应适当加宽。一般在中线两侧各测15～50m。横断面测量需要经过定向、施测和绘制横断面图等步骤来完成。（一）横断面方向的确定横断面测量的方向，在直线段应与线路中线垂直，曲线段应该在该点的法线方向上。传统方法是采用十字架、求心十字架等方法确定。近年来一般是采用全站仪或GNSSRTK直接放样出横断面方向。这种方法的难点在于如何计算出线路横断面方向的坐标方位角。1.直线段横断面方向的确定图8.21直线段横断面方向确定对于道路直线段（如图8.21），先利用线路两端交点坐标，求出道路中线前进方向的线路方位角，然后利用式（8-7-1）即可求出求出任意一点的横断面方向。图8.21直线段横断面方向确定图9.22圆曲线段横断面方向确定（8-7-1图9.22圆曲线段横断面方向确定图8.22圆曲线段横断面方向确定其中，求时用“—”号，求时用“+”号。注意要面向线路的前进方向来判断线路左右方向。图8.22圆曲线段横断面方向确定求出、后，只要给定左右边桩距中桩的距离，很容易求出左右两边桩的线路坐标。2.圆曲线段横断面方向确定如图8.22，设点切线方向的线路方位角表示为，圆曲线上任意一点距的弧长为，则其对应的圆心角。由图8.22可知，点的切线方位角为：（8-7-2）（符号取法：当曲线在切线的左侧时，用“—”号，当曲线在切线的右侧时用“+”号。）然后利用式（8-7-3）即可求出任意一点的横断面方向。（8-7-3）其中，求时用“—”号，求时用“+”号。图9.23缓和曲线段横断面方向确定图9.23缓和曲线段横断面方向确定如图8.23，由式（8-5-5）可以求出缓和曲线上任意一点切线与点切线之间的夹角。把代替带入图8.23缓和曲线段横断面方向确定式（8-7-2）即可求出点的切线方位角。最后利用式（8-7-3）即可求出任意一点的横断面方向。图8.23缓和曲线段横断面方向确定图图8.24标杆皮尺法测量横断面（二）横断面测量方法横断面上中桩的地面高程已在纵断面测量时完成，横断面上各地形特征点相对于中桩的平距和高差可用下述方法测定。1.标杆皮尺法如图8.24所示，将标杆立于断面方向的某特征点1上，皮尺靠中桩地面拉平，量出至该点的平距，而皮尺截于标杆的红白格数(每格0.2m)即为两点间的高差。同法连续地测出相邻两点间的平距和高差，直至规定的横断面宽度为止。测量记录格式见表8.5，表中按路线前进方向分左、右侧记录，其中每个分数中分子表示相邻两点间的高差，分母表示相邻两点间的平距。表8.5标杆皮尺法横断面测量记录左桩号右K1+1202.水准仪皮尺法此法适用于施测横断面较宽的平坦地区。如图8.25所示，在横断面方向附近安置水准仪，以中桩地面高程点为后视，中桩两侧横断面方向地形特征点为前视，分别测量地形特征点的高程。用皮尺分别测量出地形特征点至中桩点的平距。测量记录格式见表8.6。图9.25图9.25水准仪皮尺法测量横断面图8.25水准仪皮尺法测量横断面表8.6水准仪皮尺法横断面测量记录桩号3.全站仪法将全站仪安置在控制点上，设置好仪器后，利用横断面测量功能，直接测量出地形特征点与中桩的平距和高程。该法适用于地形困难、山坡陡峻路线的横断面测量。（三）横断面图绘制图8.26横断面图一般采用1：100或1：图8.26横断面图图9.26横断面图根据横断面测量得到的各点间的平距和高差，在毫米方格纸上绘出各中桩的横断面图。如图图9.26横断面图横断面图画好后，设计人员即可进行路基设计。先在透明纸上按与横断面图相同的比例尺分划分别绘出路堑、路堤和半填半挖的路基设计线