土木工程测量测量教案14章路线施工测量.ppt
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1、第14章 路线施工测量,概述主要工作内容:恢复路线中线、测设施工控制桩、路基边桩和竖曲线。路线三维空间曲线设计图纸平曲线,竖曲线,纵断面,横断面平,竖曲线联系的纽带桩号桩号路线中线某点距路线起点的水平距离。表示方法KXXX+XXX.XXX,某中桩距离路线起点的水平距离为1086.586m桩位在路线整体式路基K1+086.586桩位在路线分离式路基左线ZK1+086.586桩位在路线分离式路基右线YK1+086.586桩位在互通式立交B匝道BK1+086.586。(1)路线平曲线测设内容 正算桩号计算中/边桩位置。反算全站仪测定边桩坐标计算中线垂足点桩号/坐标。(2)路线竖曲线测设内容 桩号计算
2、中桩设计高程 标准横断面图纸计算超高横坡,边桩设计高程。,(3)桥墩桩基测设内容设计图纸已给出每个桥墩桩基的测量坐标平曲线图纸,桥墩桩基大样图,墩台中心设计数据计算复核每个桥墩桩基的设计坐标确认图纸给出的桥墩桩基测量坐标无误后才能进行施工放样。上述三类计算工作均可由fx-5800P程序QH2-7T实现。,卜鱼沟大桥平曲线设计图,卜鱼沟大桥墩台桩基大样图,墩台中心数据桩基设计坐标表。,14.1 路线中线测量将路线设计中心线测设到实地路线中线直线、圆曲线、缓和曲线径相连接而成工作内容:测设中线交点JD,转点ZD测量交点转角,测设曲线。,公路勘测规范规定公路测量符号,采用汉语拼音字母或英文字母国内招
3、标汉语拼音字母引进外资或为国际招标项目英文字母。一条公路宜使用一种符号。,1)路线交点和转点的测设 纸上定线完成后,将图上设计路线交点标定到实地。当相邻两交点互不通视或直线较长时需要在其连线上测定一个或几个转点ZD以便在交点测量转角时作为照准目标。直线上一般每隔200300m设一转点ZD,路线与其它道路交叉处及路线上需设置桥、涵等构筑物处,也应设置转点ZD。用CASS打开路线数字地形图dwg格式文件在图上绘制并编辑好转点ZD的位置执行下拉菜单“工程应用指定点生成数据文件”命令将图上采集的转点坐标存入坐标文件再将坐标文件上载到全站仪内存供野外放样转点使用。,重庆市涪(陵)丰(都)高速公路A1标段
4、JD18数字地形图,2)路线转角的测定路线转折处需要精确测定交点转角。转角是路线由一个方向偏转至另一个方向时偏转后方向与原方向间的水平夹角。偏转后方向位于原方向右侧右转角R0偏转后方向位于原方向左侧左转角L0,3)公路测量标志的种类与用途 公路勘测规范将公路测量标志分为三种主要控制桩,一般控制桩,标志桩。路中线控制桩或标志桩应书写桩号。,(1)主要控制桩需保留较长时间,设计及施工都需使用的控制性标志。主要用于平面控制测量的GPS点、三角点、导线点桥隧控制桩、互通式立体交叉控制桩等。主要控制桩应为混凝土桩,可预制或就地浇筑有整体坚固岩石或建筑物时,可设置在岩石或建筑物上。(2)一般控制桩交点桩、
5、转点桩、平曲线控制桩、路线起终点桩断链桩及其它构造物控制桩等。木质方桩顶面应钉小铁钉,表示点位。(3)标志桩路线中线的整桩,加桩,主要控制桩,一般控制桩的指示桩钉设在控制桩外侧2530cm,书写桩号面面向被指示桩。,14.2 交点法单圆平曲线的计算与测设路线由一个方向转向另一个方向,应用曲线连接。单圆曲线最基本的平面曲线之一。,公路路线设计规范规定各级公路的圆曲线最小半径。,路线设计图纸的“直线、曲线及转角表”给出各交点JDn曲线设计数据交点桩号、平面坐标、转角、圆曲线半径R主点桩号及其中桩坐标、20m间距的逐桩坐标施工测量员的计算工作 验算设计数据的正确性 根据施工需要计算曲线任意加桩的中、
6、边桩坐标用于全站仪放样,简称坐标正算用全站仪测定路线附近某个边桩的平面坐标由该边桩点向路线曲线作垂线计算边距、垂足点桩号及其中桩坐标简称坐标反算。,福建永安至宁化高速公路(闽赣界)“直线、曲线及转角表”,路线曲线的坐标正、反算计算非常繁琐但又要求在施工现场快速算出结果,以指导施工。用普通计算器几乎无法满足施工进度要求需要使用合适的编程计算器程序快速计算。本节介绍fx-5800P基于数据库子程序输入已知数据的交点法任意基本型平曲线三维坐标正/反算程序QH2-7T程序逐屏图片ppt文件位于光盘“fx-5800P程序”文件夹建议教师安排14名学生分别输入主程序QH2-7T16个子程序SUB2-71S
7、UB2-79SUB2-7ASUB2-7G通过数据通讯将程序集中到一台机器内经验算本章各案例无误后,再传输给每位同学。,1)复数计算原理三种表示法直角坐标,极坐标,指数z=x+yi=r=rei,r0fx-5800P能对直角坐标、极坐标表示的复数进行计算。(1)直角坐标表示法格式a+bi,i2=-1,按 键输入i a复数实部(Real Part)b复数虚部(Imaginary Part)当字母变量B存储了复数时ReP(B)复数变量B实部,按 键输入ReP(ImP(B)复数变量B虚部,按 键输入ImP(,复数几何意义复平面点高斯平面直角坐标系纵轴x实数轴横轴y虚数轴象限顺时针编号。,(2)极坐标表示
8、法格式r,按 键输入r复数模(Absolute value)复数辐角(Argument)当字母变量B存储了复数时Abs(B)复数变量B的模按 键,或按 键输入Abs(Arg(B)复数变量B的辐角,按 键输入Arg(辐角取值范围0o180o与Pol函数算出辐角的几何意义完全相同。,2)单圆平曲线坐标正算(1)曲线要素计算切线长T曲线长L外距E切曲差J,(2)主点桩号的计算设JD桩号为ZJD,则曲线主点ZY,QZ,YZ桩号,(3)主点中边桩坐标的计算设JDn坐标复数zJDn相邻后交点JDn-1坐标复数zJDn-1JDn-1JDn的辐角=Arg(zJDnzJDn-1)辐角0时,JDn-1JDn 方位
9、角(n-1)n=辐角0,左转角0,下同。,(4)加桩中桩坐标的计算设圆曲线上任意点j的桩号ZjZYj的弧长l=ZjZZY弦切角与弦长弦长方位角及j点走向方位角j点走向方位角j点切线沿路线走向方向的方位角。,j点中桩坐标边桩坐标过加桩任意直线方向,指定边距的坐标用户先输入任意直线相对于加桩走向方向的偏角 0右偏角R;0左偏角L当=90o时均为计算走向法向的边桩坐标效果相同。再输入左边距wL,右边距wR计算。,输入左偏角Lj左/右边桩方位角输入右偏角Rj左/右边桩方位角,左/右边桩坐标,3)单圆平曲线坐标反算全站仪测得路线附近任意边桩点j坐标zj=xj+yji由j点向单圆曲线作垂线时垂足点p位于圆
10、曲线元,直线线元。(1)直线线元坐标反算原理 已知直线线元起点s桩号Zs中桩坐标复数zs=xs+ysi走向方位角s,终点e设垂足点p的中桩坐标复数zp=xp+ypi,直线se的点斜式方程将起点s的中桩坐标代入因直线jpse,p点中桩坐标满足垂线的点斜式方程,联立方程求解,得垂足点p的中桩坐标再由p点坐标反算出边距dj,p点桩号pj的方位角pj,以p点走向方位角p归零当pj 180j点位于直线线元走向左边当pj180j点位于直线线元走向右边。,(2)圆曲线元坐标反算原理圆曲线元起点桩号Zs,中桩坐标复数zs=xs+ysi走向方位角s,圆曲线半径R则圆心点C坐标垂足点p坐标sp的弦长及弦切角,垂足
11、点p的桩号与走向方位角j点边距dj=RdCj 交点转角0j位于圆曲线元走向左边边距dj0边距dj0j位于圆曲线元走向右边边距dj0j位于圆曲线元走向左边。,例14-1 设全站仪已安置在导线点D27,试用QH2-7T程序计算加桩K48+230,K47+930,K48+610的中、边桩坐标及其坐标放样数据,左右边距均为13m;计算三个边桩点坐标反算结果。,解 编写与输入JD40的数据库子程序文件JD4048289.346Z:3166738.289+460008.909iB-7o23o55oQ 0E:2800R:0F 3165997.973+459733.202iU 35+2SDimZ Return
12、,编辑QH2-7T主程序将正数第10行数据库子程序名修改为JD40,执行QH2-7T程序,计算曲线要素与主点数据,按 键进入REG模式,察看2个主点桩号,中桩坐标ZH=HY=ZY,YH=HZ=YZ,屏幕显示“MODE4Stop!”时按 键,停止程序并进入REG模式察看程序算出的4个主点桩号与中桩坐标程序按“第一缓和曲线+圆曲线+第二缓和曲线”基本型平曲线设计,单圆曲线是基本型平曲线在第一缓曲参数A1=0,第二缓曲参数A2=0的特例基本型平曲线有ZH,HY,YH,HZ等4个主点4个主点的桩号与中桩坐标顺序存储在统计串列List X,List Y,List Freq的14行。,坐标正算及其全站仪放
13、样重复执行QH2-7T程序,计算加桩K48+230的中边桩坐标,不计算极坐标放样数据的坐标反算 重复执行QH2-7T程序,计算12号边桩坐标反算,QH2-7T程序将基本型平曲线的第一缓和曲线、圆曲线、第二缓和曲线的线元号分别定义为1,2,3号线元ZH点后的夹直线定义为-1号线元HZ点前的夹直线定义为4号线元显示的垂点桩号复数,例如p PEG(m)+ni=48305.1280+2.0000ip PEG(m)+ni=48017.97341.0000i其实部为垂点桩号,虚部为垂点所在线元号。,14.3 交点法非对称基本型平曲线的计算与测设 可以将直线看作曲率半径为的圆曲线在直线与半径为R的圆曲线径相
14、连接处曲率半径有突变,由此带来离心力的突变。R较大时,离心力突变一般不对行车安全构成不利影响R较小时,离心力的突变将使快速行驶的车辆在进入或离开圆曲线时,偏离原车道,侵入邻近车道从而影响行车安全。解决该问题的方法在圆曲线段设置超高或在直线与圆曲线之间增设缓和曲线或同时设置超高与缓和曲线。,公路路线设计规范规定高速公路、一、二、三级公路的直线同小于不设超高的圆曲线最小半径径相连接处应设置缓和曲线。称由“第一缓和曲线+圆曲线+第二缓和曲线”组成的路线交点曲线基本型平曲线,1)缓和曲线方程缓和曲线几何意义曲线上任意点的曲率半径与该点至曲线起点ZH的曲线长l成反比A缓和曲线参数,在缓和曲线终点HY,缓
15、和曲线长为Lh,曲率半径为R求得缓和曲线参数缓和曲线方程的另一种形式缓和曲线几何意义解释缓和曲线起点ZH,l=0,得缓和曲线曲率半径=直线曲率半径缓和曲线终点HY,l=Lh,得=R缓和曲线曲率半径=圆曲线半径。缓和曲线作用使路线曲率半径由逐渐R。,设缓和曲线上任意点j的曲率半径其偏离纵轴y的角度为j点计算偏角微分弧长dl缓和曲线微分方程积分,得偏角公式,2)缓和曲线切线支距坐标微分弧长dl在切线支距坐标系ZHxy的投影,(1)切线支距坐标的积分公式 可用fx-5800P的积分函数计算设缓和曲线参数A存储在字母变量Aj点的缓和曲线长l存储在字母变量L,函数程序语句Rad:(cos(X22A2),
16、0,L)U(sin(X22A2),0,L)V:Deg 积分函数的自变量只能是字母变量X积分表达式含三角函数时,应设置角度单位为弧度Rad完成积分计算后,应恢复角度单位为十进制度Deg。,(2)切线支距坐标的级数展开形式,将l=Lh代入,得HY点的切线支距坐标,3)曲线要素(1)圆曲线内移值p与切线增量q在直线与圆曲线之间插入缓和曲线时在参数为A1的第一缓和曲线端应将原有圆曲线向内移动距离p1圆曲线内移值才能使圆曲线与第一缓和曲线衔接这时,切线增长了距离q1切线增量此时,在参数为A2的第二缓和曲线端圆曲线内移值p2,切线增量q2,第一缓和曲线端圆曲线内移值p1,切线增量q1公式,第二缓和曲线端圆
17、曲线内移值p2,切线增量q2公式,因级数公式忽略了三角函数展开式的高次项它们只适用于最大计算偏角h50的缓和曲线而积分公式适用于任意偏角的缓和曲线。,(2)切线长入、第二缓和曲线长HY,YH点的计算偏角切线方程,解切线方程得4)主点桩号曲线长切曲差外距,5个主点桩号,5)主点与加桩的中桩坐标(1)ZH点与HZ点的中桩坐标设由JDn-1与JDn的坐标算出的JDn-1JDn-的方位角ZH点的走向方位角与中桩坐标复数 HZ点的走向方位角与中桩坐标复数,(2)加桩位于第一缓和曲线段的中桩坐标以ZH点为基准,ZHj的曲线长lj=ZjZZH算出加桩j的切线支距坐标zj=xj+yjiZHj弦长及其弦切角ZH
18、j弦长的方位角及j点走向方位角 j点中桩坐标复数将lj=lHY代入,求得HY点的中桩坐标与走向方位角。,(3)加桩位于圆曲线段的中桩坐标以HY点为基准,HYj的曲线长lj=ZjZHYHYj点的弦切角与弦长 HYj点弦长的方位角与j点走向方位角j点中桩坐标复数当lj=ly/2时,j点=QZ点;当lj=ly时,j点=YH点。,(4)加桩位于第二缓和曲线段的中桩坐标以YH点为基准YH点Lh2,zYH=xYH+yYHi加桩jlj=ZHZZj,zj=xj+yjijYH弦长及其弦切角YHj弦切角 YHj弦长方位角,j点走向方位角j 点中桩坐标复数,弦长YHj 弦切角YH-j计算原理,(5)缓和曲线线元坐标
19、反算原理缓和曲线积分曲线边桩点j在缓和曲线垂足点p的桩号与中桩坐标无法一次解算出传统方法是使用牛顿法或二分法迭代解算迭代计算次数n与缓和曲线长Lh及迭代计算误差有关当Lh=200m,=0.001m时,n=18。本书介绍拟合圆弧法取=0.001m时,最多只需计算2次即可。,缓和曲线拟合圆弧的曲率半径设任意非完整缓和曲线起点半径Rs,原点线长ls终点半径Re,原点线长le缓和曲线长Lh=lels由式(14-23)得缓和曲线中点Lh/2的曲率半径R为,当Rs或Re时代入可得R=2RR圆曲线半径。结论:完整缓和曲线中点的曲率半径R为其小半径R的2倍。第一缓和曲线以ZH点和HY点为端点R为半径作圆弧对于
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