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1、第九章 道路工程测量(圆曲线缓和曲线计算公式)学习园地2010-07-29 13:10:53阅读706评论0 字号：大中小订阅教程第九章 道路工程测量(圆曲线缓和曲线计算公式)未知 2009-12-09 19:04:30 广州交通技术学院第九章 道路工程测量 (road engineering survey)内容：理解线路勘测设计阶段的主要测量工作（初测控制测量、带状地形图测绘、中线测设和纵横断面测量）；掌握路线交点、转点、转角、里程桩的概念和测设方法；掌握圆曲线的要素计算和主点测设方法；掌握圆曲线的切线支距法和偏角法的计算公式和测设方法；了解虚交的概念和处理方法；掌握缓和曲线的要素计算和主点
2、测设方法；理解缓和曲线的切线支距法和偏角法的计算公式和测设方法；掌握路线纵断面的基平、中平测量和横断面测量方；了解全站仪中线测设和断面测量方法。重点：圆曲线、缓和曲线的要素计算和主点测设方法；切线支距法和偏角法的计算公式和测设方法；路线纵断面的基平、中平测量和横断面测量方法难点：缓和曲线的要素计算和主点测设方法；缓和曲线的切线支距法和偏角法的计算公式和测设方法。 9.1 交点转点转角及里程桩的测设一、道路工程测量概述分为：路线勘测设计测量 (route reconnaissance and design survey) 和道路施工测量 (road construction survey) 。（
3、一）勘测设计测量 (route reconnaissance and design survey)分为：初测 (preliminary survey) 和定测 (location survey)1、初测内容：控制测量 (control survey) 、测带状地形图 (topographical map of a zone) 和纵断面图 (profile) 、收集沿线地质水文资料、作纸上定线或现场定线，编制比较方案，为初步设计提供依据。2、定测内容：在选定设计方案的路线上进行路线中线测量 (center line survey) 、测纵断面图 (profile) 、横断面图 (cross-se
4、ction profile) 及桥涵、路线交叉、沿线设施、环境保护等测量和资料调查，为施工图设计提供资料。（二）道路施工测量 (road construction survey)按照设计图纸恢复道路中线、测设路基边桩和竖曲线、工程竣工验收测量。本章主要论述中线测量和纵、横断面测量。二、中线测量 (center line survey)1、平面线型：由直线和曲线（基本形式有：圆曲线、缓和曲线）组成。2、概念：通过直线和曲线的测设，将道路中心线的平面位置测设到地面上，并测出其里程。即测设直线上、圆曲线上或缓和曲线上中桩。三、交点 JD(intersecting point) 的测设（一）定义： 路
5、线的转折点，即两个方向直线的交点，用 JD 来表示。（二）方法：1、等级较低公路：现场标定2、高等级公路：图上定线实地放线。（三）实地放线的方法分类1、放点穿线法放直线点穿线定交点（1）放点可用支距法（垂直于导线边的距离）、导线相交法及极坐标法进行。如下图：1、2、4、6 点用支距法； 3 点用导线相交法； 5 点用极坐标法（2）穿线如图，定出一条尽可能多的穿过或靠近直线上点 P1 、 P2 、 P3 的直线 AB 。（3）定交点将穿出的直线延长，得交点 JD 。正倒镜分中法：1）在 B 点架仪，盘左瞄准 A ，倒镜定 a1 ， b1 点；盘右瞄准 A 点，倒镜定 a2 ， b2 点；取 a1
6、 、 a2 点中点 a ， b1 、 b2 点的中点 b 。2）同理可定出 CD 方向可定出 c 、d 两点。（骑马桩）。3）将线段 ab 、 cd 相交，得交点 JD 。2、拨角放线法极坐标法如图，在利用导线点或已测设的 JD ，计算测设元素（， S ）拨角，量边，定出 JD 位置。四、转点 ZD(turning point) 的测设1、定义： 当相邻两交点互不通视时，需要在其连线测设一些供放线、交点、测角、量距时照准之用的点。2、分为： 在两交点间测设转点、在两交点延长线上测设转点。（1）在两交点间测设转点：1）在 JD5 、 JD6 的大致中间位置 ZD 架仪。瞄准 JD5 ，用正倒镜分
7、中法定出 JD6 。2）测量出 a 、 b 距离。 有：3）计算 e 值，在实地量取 e 值，得 ZD 点。有：4）在 ZD 点架仪，检查三点在一直线上。有：（2）在两交点延长线上测设转点如图，有：五、转角 (turning angle) 和分角线的测设1、定义：指路线由一个方向偏向另一个方向时，偏转后的方向与原方向的夹角。当偏转后的方向在原方向的左侧，称为左转角；反之为右转角。2、转角的测定当左 180时，为右转角，有：y= 左 -180当左 180时，为左转角，有：z=180- 左当右 180时，为左转角，有：z= 右 - 1803、分角线的测定若角度的 2 个方向值为 a 、 b ，则分
8、角线方向 c=(a+b)/2六、里程桩 (mileage peg) 的设置又称中桩，表示该桩至路线起点的水平距离。如： K7+814.19 表示该桩距路线起点的里程为 7814.19m 。分为整桩和加桩。1、整桩。 一般每隔 20m 或 50m 设一个。2、加桩 分为地形加桩、地物加桩、人工结构物加桩、工程地质加桩、曲线加桩和断链加桩。（如：改 K1+100=K1+080 ，长链 20m 。） 9.2 单圆曲线 (circle curve) 的测设 圆曲线测设的传统方法：主点测设详细测设一、主点 (major point) 的测设1、曲线要素的计算若已知：转角 及半径 R ，则：切线长：；曲线
9、长：外距：；切曲差：2、主点的测设（1）主点里程的计算ZY 里程 =JD 里程 -T ； YZ 里程 =ZY 里程 +LQZ 里程 =YZ 里程 -L/2 ； JD 里程 =QZ 里程 +D/2 （用于校核）（2）测设步骤：1） JDi 架仪，照准 JDi-1 ，量取 T ，得 ZY 点；照准 JDi+1 ，量取 T ，得 YZ 点。2） 在分角线方向量取 E ，得 QZ 点。二、单圆曲线详细测设有整桩号法和整桩距法。一般采用整桩号法。1、切线支距法 (tangent off-set method)(1) 以 ZY 或 YZ 为坐标原点，切线为 X 轴，过原点的半径为 Y 轴，建立坐标系。(2
10、) 计算出各桩点坐标后，再用方向架、钢尺去丈量。特点： 测点误差不积累；宜以 QZ 为界，将曲线分两部分进行测设。 例题 设某单圆曲线偏角 =341200， R=200m ，主点桩号为 ZY ： K4+906.90 ， QZ ：K4+966.59 ， YZ ：K5+026.28 ，按每 20m 一个桩号的整桩号法，计算各桩的切线支距法坐标。（一）主点测设元素计算 61.53m ；=119.38m ；=9.25m ；=3.68m 。（二）主点里程计算ZY=K4+906.90 ； QZ=K4+966.59 ； YZ=K5+026.28 ； JD= K4+968.43 （检查）（三）切线支距法（整桩
11、号）各桩要素的计算表曲线桩号 ZY(YZ ）至桩 圆心角 i 切线支距法坐标 (m) 的曲线长 (m) 小数度 ( ) X i (m) Yi (m) ZY K4+906.904906.9 0 0 0 0 K4+920 4920 13.1 3.752873558 13.090635 0.428871637 K4+940 4940 33.1 9.482451509 32.949104 2.732778823 K4+960 4960 53.1 15.21202946 52.478356 7.007714876 QZ K4+966.59 K4+980 4980 46.28 13.25824338 45
12、.868087 5.330745523 K5+000 5000 26.28 7.528665428 26.20444 1.724113151 K5+020 5020 6.28 1.799087477 6.2789681 0.098587899 YZ K5+026.28 5026.28 0 0 0 0 注：表中曲线长。2、偏角法 (method of deflection angle)分为：长弦偏角法、短弦偏角法。（1）长弦偏角法1）计算曲线上各桩点至 ZY 或 YZ 的弦线长 ci 及其与切线的偏角i 。2）再分别架仪于 ZY 或 YZ 点，拨角、量边。特点：测点误差不积累；宜以 QZ 为界，
13、将曲线分两部分进行测设。（2）短弦偏角法。 与长弦偏角法相比：1）偏角i 相同。2）计算曲线上各桩点间弦线长 ci3）架仪于 ZY 或 YZ 点，拨角、依次在各桩点上在量边，相交后得中桩点。此外还有极坐标法 (polar coordinate method) 、弦线支距法、弦线偏距法。 例题 偏角法详细测设单圆曲线（注：此题作为实习课测设内容 , 数据是假设的）已知圆曲线的 R=200m ，交点 JD i 里程为 K10+110.88m ，试按每 10m 一个整桩号，来阐述该圆曲线的主点及偏角法整桩号详细测设的步骤。解：（一）主点测设元素计算 26.33m ；=52.36m ；=1.73m ；
14、=0.3m 。（二）主点里程计算ZY=K10+84.55 ； QZ=K10+110.73 ； YZ=K10+136.91 ； JD= K10+110.88 （检查）（三）偏角法（整桩号）各桩要素的计算表桩号 曲线长偏角值偏角读数 弦长（长弦法） ZY K10+84.55 0 0 00 00 0 00 00 0 K10+90 5.45 0 46 50 359 13 10 5.45 K10+100 15.45 2 12 47 357 47 13 15.45 K10+110 25.45 3 38 44 356 21 16 25.43 QZ K10+110.73K10+120 16.91 2 25 2
15、0 2 25 20 16.91 K10+130 6.91 0 59 23 0 59 23 6.91 YZ K10+136.91 0 0 00 00 0 00 00 0 注：； 9.3 缓和曲线 (spiral) 的测设 一、概念及基本公式1、概念为缓和行车方向的突变和离心力的突然产生与消失，需要在直线（超高为 0 ）与圆曲线（超高为 h ）之间插入一段曲率半径由无穷大逐渐变化至圆曲线半径的过渡曲线（使超高由 0 变为 h ），此曲线为缓和曲线。主要有回旋线、三次抛物线及双纽线等。2、回旋型缓和曲线基本公式缓和曲线全长。（1）切线角公式缓和曲线长所对应的中心角。（2）缓和曲线角公式缓和曲线全长所
16、对应的中心角亦称缓和曲线角。（3）缓和曲线的参数方程（4）圆曲线终点的坐标二、主点的测设1、测设元素的计算（1）内移距 p 和切线增长 q 的计算（2）切线长曲线长，其中圆曲线长。外距；切曲差2、主点的测设（1）里程的计算ZH=JD-T H ； HY=ZH+l s ； QZ=ZH+L H /2 ； HZ=ZH+L H ； YH=HZ-l s（2）测设方法。 ( 见例题 )例题： 如下图，设某公路的交点桩号为 K10+518.66 ，右转角 y = 181836 ，圆曲线半径 R= 100m ，缓和曲线长 l s = 10m ，试测设主点桩。（作为实习课内容）解：（一）计算测设元素p= 0.04
17、m ； q= 5.00m ；（二）计算里程ZH=K10+497.54 ； HY=K10+507.54 ； QZ=K10+518.52 ； HZ=K10+539.50 ； YH=K10+529.50（三）主点测设1、架仪 JDi ，后视 JDi-1 ，量取 TH ，得 ZH 点；后视 JDi+1 ，量取 TH ，得 HZ 点；在分角线方向量取 EH ，得 QZ 点。2、分别在 ZH 、HZ 点架仪，后视 JDi 方向，量取 x0 ，再在此方向垂直方向上量取 y0 ，得 HY 和 YH 点。三、带有缓和曲线的圆曲线详细测设1、切线支距法 (tangent off-set method)（1）当点位
18、于缓和曲线上，有：（2）当点位于圆曲线上，有：其中，为点到坐标原点的曲线长。2、偏角法 (method of deflection angle) （整桩距、短弦偏角法）（1）当点位于缓和曲线上，有：；距离：用曲线长 l 来代替弦长。放样出第 1 点后，放样第 2 点时，用偏角和距离 l 交会得到。（2）当点位于圆曲线上方法：架仪 HY ( 或 YH) ，后视 ZH( 或 HZ) ，拨角 b 0 ，即找到了切线方向，再按单圆曲线偏角法进行。此外还有极坐标法、弦线支距法、长弦偏角法。 9.4 路线纵断面测量 (route profile survey) 目的 测定线路中桩处的高程，绘制纵断面图 (
19、profile) ，为线路设计提供基础资料。工作步骤 “先基平 (principal leveling) 后中平 (profile leveling) ”一、基平测量 (principal leveling)1、水准点 (bench mark) 的设置。（1）位置：埋设在距中线 50-100m ，且不易破坏之处。（2）设置密度：相隔 0.5km-1km 山区 相隔 1km-2km 平原区每隔 5km 、路线起终点、重要工程处，设永久性水准点。2、基平测量的方法（1）路线附合水准路线。（2）仪器水准仪不低于 DS3 精度全站仪竖直角观测精度不大于，标称精度不低于（ 5+5 10 -6 D ） m
20、m（3）测量要求水准测量一般按三、四等水准测量规范进行。如：要进行往返测，闭合差不超过mm三角高程测量一般按全站仪电磁波三角高程测量（四等）规范进行。二、中平测量 (profile leveling)1、定义：在基平测量后提供的水准点高程的基础上，测定各个中桩的高程。2、方法：（1）水准仪法从一个水准点出发，按普通水准测量的要求，用“视线高法”测出该测段内所有中桩地面高程，最后附合到另一个水准点上。高差闭合差的限差为：高速公路、一级公路：（mm）； 二级及以下公路：(mm)。（2）全站仪法先在 BM1 上测定各转点 TP1 、 TP2 的高程，再在 TP1 、 TP2 上测定各桩点的高程。其原
21、理即为三角高程测量原理。三、纵断面图的绘制以横坐标为里程，纵坐标为高程。（详见道路工程制图课程） 9.5 路线横断面测量 (route across-profile survey)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，为线路设计提供基础资料。方法 先确定横断面方向，再测定变坡点间的平距及高差。一、横断面方向的确定1、直线段采用普通方向架。2、圆曲线段采用求心方向架。3、缓和曲线段该点的法线方向。选取缓和曲线上的一点 N 计算偏角值 1 后视 N 点，拨角 901 。12 为 P1 至 P2 点的方位角，可由 P1 、 P2 点的切线支距法坐标求得。二、横断面的测量
22、方法（一）要求：按前进方向分成左右侧，分别测量横断面方向上各变坡点至中桩的平距及高差。平距及高差的精度要求一般为 0.1m 。（二）方法分类：1、花杆皮尺法适用于：山区低等级公路。精度低。2、水准仪法适用于：地形简单地区，精度高。水准仪测高差、皮尺丈量平距。3、经纬仪视距法适用于：地形复杂地区。精度较高。4、全站仪法适用于：地形复杂地区，精度高。用全站仪的斜距测量模式，即可自动显示出平距和高差。三、横断面图的绘制绘图时一般先将中桩标在图中央，再分左右侧按平距为横轴，高差为纵轴，展出各个变坡点。绘出的横断面图。 9.6 全站仪中线测设及断面测量简介一、基本原理中线测设：计算中桩坐标全站仪点位放样
23、（极坐标法）纵断面测量：全站仪测量点的高程（电磁波三角高程测量）横断面测量：确定横断面点位全站仪测量点的高程（电磁波三角高程测量）二、全站仪点的放样功能1、点位放样原理（1）先在放样点的大致位置立棱镜。（2）对其进行观测，测出当前棱镜位置的坐标。（3）将当前坐标与放样点的坐标相比较，计算出其差值。距离差值 dD 和角度差 dHR 或纵向差值X 和横向差值Y 。（4）根据显示的 dD、dHR 或X 、Y ，逐渐找到放样点的位置。2、TOPCON全站仪放样点位的方法具体操作，详见测量课间实习指导书。三、中桩测设的基本程序1、测定线路交点（JD）的（线路统一）坐标（1）图上定出交点。（2）根据沿线布
24、设的（导线）控制点，用全站仪“点的放样”功能，实地测设出交点。（3）根据实地情况进行交点位置的调整。（4）根据沿线布设的（导线）控制点，用全站仪“坐标测量”功能测量出交点（ JD ）的（线路统一）坐标。若测出了交点的两条直线上的 4 个点坐标，可按数学方法计算出交点坐标。2、中桩（线路统一）坐标的计算（1）直线段中桩由交点坐标和桩号里程，按“坐标正算”公式，可计算出各中桩的坐标。（2）曲线段中桩1）计算出曲线上各中桩在切线支距法坐标系中的坐标。2）根据“坐标平移与旋转”公式，将切线支距法坐标转换成线路统一坐标。3、中桩的实地放样架全站仪在（导线）控制点或交点上，利用全站仪“点位放样”功能，放样
25、出各中桩。四、中桩高程测量（纵断面测量）中桩高程测量是在中桩放样的同时进行的。在中桩位置立棱镜，输入仪器高和棱镜高，即可利用全站仪“三维坐标测量”功能，在（导线）控制点上，测出中桩处的地面高程。五、横断面测量横断面测量也可在中桩测设、纵断面测量的同时进行。关键在于如何将棱镜立在中桩的横断面方向上。其方法之一是：1、大致横断面方向上的某变坡点 F 处立棱镜，测出点 F 的平面坐标。2 、根据测站点 B 及点 F 的坐标，计算出方位角BF ，将其与方位角 BA 相减，得角FBA 。3、据中桩 A 处的切线角 A 及切线支距法的 x 轴的坐标方位角，可得 A 处切线的方位角，进而得到 A 处法线方向的坐标方位角 AF 。4、由 AF 和 AB 可得角 BAF 。5、根据角FBA 、BAF 和边长 DAB ，可计算出 DBF 。