Геодезические работы

1 ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ,

ВЫПОЛНЯЕМЫЕ ПРИ ИЗЫСКАНИЯХ ДОРОГ

1.1 Проложение трассы на местности. Измерение углов поворота

и линии трассы

Трассой дороги называют ее продольную осевую линию. В процессе изысканий и проектирования дороги трасса ее предварительно наносится на плане или карте. Вынесение положения трассы с карты на местность называют разбивкой трассы (рисунок 1.1).

 

 

Рисунок 1.1 – Схематический чертеж трассы дороги

При разбивке трассы выполняют следующие геодезические работы:

- закрепление вершин углов поворота  трассы;

- вешение прямолинейных участков  трассы между вершинами углов  поворотов;

- измерение длин линий и углов  поворота трассы;

- разбивка круговых и переходных  кривых;

- разбивка пикетажа, плюсовых точек  и точек поперечников;

- съемка полосы местности вдоль  трассы;

– нивелирование трассы;

- привязка трассы к пунктам  опорной геодезической сети;

- гидрометрические работы для  изысканий мостовых переходов.

Направление трассы на местности выбирают или назначают по привязкам к местным предметам, по магнитному азимуту линии, измеренному на карте, или по привязкам к пунктам геодезической опорной сети.

Выбранные на местности вершины углов поворота трассы закрепляют деревянными столбами (рисунок 1.2). На кривых закрепляются столбами начало, середина, конец кривой и точки сопряжения круговой и переходной кривых.

Линии трассы измеряют рулетками или дальномерами в прямом и обратном направлениях с предельной относительной погрешностью 1:1000 – 1:2000. На участках трассы с наклоном более 2º в непосредственно измеренные длины вводят поправки за наклон со знаком плюс.

На вершинах поворотов трассы теодолитом способом приемов измеряют углы.

По измеренным правым по ходу углам β (рисунок 1.3) вычисляют углы поворота трассы φ по формулам:

φп = 180º – β1, (1.1)

φл = β2 – 180º. (1.2)

Углом поворота трассы φ называется угол между продолжением предыдущего и последующим направлением трассы. При этом, если значение измеренного угла β меньше 180º, то угол поворота трассы будет правый, а если угол β больше 180º, то угол поворота будет левый (рисунок 1.3).

Одновременно с измерением углов по буссоли определяют магнитные азимуты предыдущего и последующего направлений трассы для контроля измеренного угла между ними.

1.2 Разбивка пикетажа, плюсовых  точек и поперечников.

Съемка дорожной полосы. Пикетажный журнал

Перед измерением длин линий трассы проводят вешение прямолинейных участков трассы между вершинами углов поворота. Вешение выполняют теодолитом способом на себя с установкой створных вех через каждые 200–250 м в зависимости от рельефа местности.

Одновременно с измерением длин линий в прямом направлении через каждые 100 метров по оси трассы закрепляют пикеты. Пикеты обозначают двумя колышками, один из которых забивают вровень с землей и называют точкой, а второй длиной около 40 см забивают в землю на половину его длины и называют сторожком. Сторожок забивают на расстоянии примерно в 20 см от точки по направлению хода. На точку ставится рейка при нивелировании трассы, а на сторожке подписывается номер пикета. Сторожок забивают для того, чтобы можно было отыскать пикет.

Кроме пикетов по оси трассы обозначают еще характерные точки, а именно: перегибы поверхности земли, урезы воды, пересечения трассы линиями связи, ЛЭП, с другими дорогами, начало и конец криволинейных участков и т. д. В этих точках, называемых плюсовыми (промежуточными), на сторожках пишут номер предыдущего пикета и расстояние от него до плюсовой точки. Например, точка ПК 1+35 (рисунок 1.4).

При разбивке пикетажа на наклонных участках местности землемерной ленте нужно придавать горизонтальное положение.

Одновременно с разбивкой пикетажа на косогорных участках разбивают поперечники длиной 20–50 м в обе стороны от оси трассы. Поперечники разбивают под прямым углом к оси трассы с помощью теодолита или экера в местах, где поперечные уклоны круче 1 : 10. Точки на поперечниках закрепляют так же, как и пикеты, а на сторожках подписывают расстояние от оси трассы с пометкой «право» или «лево» относительно расположения точки от оси трассы.

Съемку дорожной полосы при разбивке пикетажа производят способом прямоугольных координат (перпендикуляров) в обе стороны от оси трассы на 20–50 метров. Снимают контуры угодий, пересекающие трассу дороги, линии связи, электропередач и т. п.

При разбивке пикетажа обычно на миллиметровой бумаге в масштабе 1:2000 ведется пикетажный журнал (рисунок 1.5). В пикетажном журнале наносят выпрямленную линию оси трассы с пикетными и плюсовыми точками, вдоль которой показывают поперечники, абрис съемки ситуации, привязку к реперам, элементы кривых и другие данные.

Разбивка пикетажа через 100 м затрудняет использование дальномеров, поэтому в некоторых случаях применяют беспикетажный способ полевого трассирования, при котором на местности разбивают не каждый стометровый пикет, а только точки, расположенные на характерных формах рельефа и важных элементах ситуации. На планах и продольных профилях пикеты наносят камерально, их отметки определяют интерполированием между ближайшими плюсовыми точками. Если пикеты необходимы для строительства, то их разбивают на местности при восстановлении трассы.

В пикетажном журнале наносят выпрямленную линию оси трассы с пикетными и плюсовыми точками, вдоль которой показывают поперечники, абрис съемки ситуации, привязку к реперам, элементы кривых и другие данные. Разбивка пикетажа через 100 м затрудняет использование дальномеров, поэтому в некоторых случаях применяют беспикетажный способ полевого трассирования, при котором на местности разбивают не каждый стометровый пикет, а только точки расположенные на характерных формах рельефа и важных элементах ситуации. На планах и продольных профилях пикеты наносят камерально, их отметки определяют интерполированием между ближайшими плюсовыми точками. Если пикеты необходимы для строительства, то их разбивают на местности при восстановлении трассы.

1.3 Круговые кривые, их  элементы и главные точки.

Разбивка главных точек круговых кривых

В плане ось дороги представляет собой сочетание прямых и кривых участков. В каждой вершине поворота трассы две смежные линии ее сопрягаются кривой. Кривые могут иметь форму круговой или суммарной кривой. Суммарная кривая состоит из двух переходных кривых и круговой кривой.

Рассмотрим круговую кривую (рисунок 1.6). Круговая кривая – это дуга окружности, вписанная в угол, образованный двумя смежными линиями трассы. Круговая кривая имеет три главные точки и шесть элементов.

Главными точками круговой кривой являются начало круговой кривой (НКК), конец круговой кривой (ККК) и середина круговой кривой (СКК).

На плане и на местности эти точки могут быть получены, если известны следующие элементы кривой:

1 – угол поворота трассы φ;

2 – радиус круговой кривой R;

3 – расстояние от вершины угла поворота ВУП до начала или конца кривой, которое называется тангенс Т;

4 – длина кривой, расстояние от ее начала до ее конца К;

5 – расстояние от вершины угла поворота до середины кривой, которое называется биссектриса кривой Б;

6 – домер, показывающий, на сколько путь от начала до конца кривой по касательной больше, чем по кривой Д.

Угол поворота трассы (φ) измеряют при трассировании, а величину радиуса кривой (R) выбирают в соответствии с техническими условиями.

Остальные элементы круговой кривой могут быть определены из прямоугольного треугольника (О – НКК – ВУП) на рисунке 1.6 по следующим формулам:

 

 

Т = R tg φ / 2,

К = π R φ0 / 1800 ,

(1.3)

 

 

Б = R / cosφ / 2 – R,

Д = 2Т – К.

По вышеприведенным формулам составлены таблицы, в которых по известным φ и R находят элементы Т, К, Б и Д (например, Власов Д. И., Логинов В. Н. “Таблицы для разбивки кривых на железных дорогах” [3]).

Так, например, для φ = 24030′; R = 400 м; Т = 86,85 м; К = 171,04 м; Б = 9,32 м; Д = 2,65 м.

На местности начало и конец кривой получают, откладывая величины тангенса от вершины угла поворота (ВУП) по линиям трассы, а середину кривой (СКК) – отложением величины Б по биссектрисе угла (β/2):

β/2 = (180º – φº) / 2.

Этот угол откладывают при помощи теодолита. Точка О на местности не определяется и не обозначается ( см. рисунок 1.6). Для облегчения разбивки длинных кривых их целесообразно разделить на несколько равных частей, называемых кратными кривыми.

Чтобы определить элементы круговых кривых для больших углов поворота при любой величине радиуса, например R = 600 м, можно определить из таблицы 1 [3] элементы для радиуса R = 100 м и найденные значения умножить на отношение радиусов 600:100 = 6, так как величины Т, К, Б, Д пропорциональны радиусу кривой. Это видно из формул (1.3).

1.4  Переходные и суммарные кривые

Для устранения внезапного изменения центробежной силы, действующей на поезд или автомобиль при переходе его с прямой части пути на круговую кривую или наоборот, применяются переходные кривые, радиус которых изменяется от бесконечности до величины радиуса круговой кривой. Переходные кривые вставляют также между смежными круговыми кривыми разных радиусов. В качестве переходной кривой на дорогах применяются клотоиды (рисунок 1.7).

Уравнение клотоиды (радиальной спирали) имеет вид

ρ = С / ℓ,

где ρ – переменный радиус кривизны;

С – постоянная величина, называемая па-

раметром переходной кривой;

ℓ – длина переходной кривой от ее начала

до любой заданной точки.

Величина переходных кривых на дорогах принимается стандартной длины кратной 20 м, в зависимости от радиуса кривой и категории дороги. Для дорог Ι категории (с большими скоростями движения) длинапереходных кривых большая.

 На рисунке 1.8 показана суммарная кривая, состоящая из круговой кривой радиуса R и двух переходных кривых.

Рисунок 1.8 – Основные элементы суммарной кривой

Элементами переходных кривых являются:

ℓ – длина переходной кривой;

р – сдвижка круговой кривой;

m – добавочный тангенс.

Величины p и m определяют по формулам или выбирают из таблиц по заданному радиусу R и длине переходной кривой ℓ в нижней части страницы таблицы 1 [3]:

 

 

(1.4)

p = ℓ 2 / 24R,

m = ℓ / 2

Элементы суммарной кривой определяют по формулам (см рисунок 1.8)

 Тс = Т + m = (R + p) tg α / 2 + m,

(1.5)

Кс = К + ℓ = π R α/1800 + ℓ,

Бс = (R + p) / cosα /2 – R,

Дс = 2Тс – Кс.

Радиусы круговой кривой и длины переходных кривых устанавливаются техническими условиями. Угол α измеряется теодолитом. Эти величины являются исходными. Для всех остальных элементов суммарных кривых составлены таблицы, при помощи которых производят их разбивку на местности. Порядок разбивки аналогичен разбивке круговых кривых.

1.5 Расчет пикетажных  значений главных точек круговой  кривой.

Вынос пикетов с тангенса на кривую

Для разбивки трассы необходимо знать не только пикетажное значение вершины угла поворота, но и пикетажное положение главных точек кривой: начала кривой (НКК), середины кривой (СКК) и конца кривой (ККК). Для этого используют следующие соотношения:

НКК = ВУП – Т, Контроль:

СКК = НКК + К / 2, ККК = НКК + Т – Д,

ККК = НКК+ К. СКК = ВУП – Д / 2.

Пример. Определить пикетажное значение главных точек кривой, если вершина угла поворота (ВУП) находится в точке ПК4 + 28,30, а элементы кривой:

α = 24030′; R = 400 м; Т = 86,85 м; К = 171,04 м; Б = 9,32 м; Д = 2,65 м

Вычисление пикетажа Контроль

ВУП………………ПК4 + 28,30 ВУП…………….ПК4 + 28,30

- Т……………… 86,85 + Т……………. 86,65

—————————————- ————————————–

НКК………………ПК3 + 41,45 Σ……………..ПК5 + 15,15

+ К………………ПК1 + 71,04 – Д …………….. 2,65

—————————————- ————————————-

ККК………………ПК5 + 12,49 ККК……………ПК5 + 12,50

НКК……………….ПК3 + 41,45 ВУП…………….ПК4 + 28,30

+ К/2………………. 85,42 – Д/2…………….. 1,32

—————————————- ————————————-

СКК……………….ПК4 + 26,97 СКК……………..ПК4 + 26,98

К – x = 0,20

Расхождение между двумя вычисленными значениями СКК и ККК допускается ± 1 см. Все вычисления по определению положения главных точек кривой заносят в пикетажный журнал.

На вершинах поворота трассы все пикетные и плюсовые точки, лежащие на тангенсах, выносят на кривую, Для этого используют способ прямоугольных координат, сущность которого рассмотрим на примере (рисунок 1.9).

Пример. Вынести на круговою кривую с R = 400 м пикет 4, лежащий на тангенсе. Для этого вычисляют расстояние К от НКК до ПК4:

К = ПК4 – ПК3 + 41,45 = 400 м – 341,45 м = 58,55 м.

По таблицам 5 [3], интерполируя, находят значения К – х и ординаты y. При К = 58,55 м получим:

(К – х) = 0,20 м; y = 4,27 м.

От пикета 4 отмеряют рулеткой по тангенсу в сторону НКК расстояние (К – х) = 0,20 м, из полученной точки по перпендикуляру к тангенсу откладывают рулеткой ординату y = 4,27 м и забивают колышек, который и будет определять положение ПК4 на кривой (см рисунок 1.9).

Аналогично выносят остальные пикеты и плюсовые точки, лежащие на тангенсах.

1.6 Привязка трассы к  пунктам опорной геодезической  сети

Привязка трассы к пунктам опорной геодезической сети производится для определения общегосударственных координат точек и дирекционных углов линий трассы. Расстояние по трассе между привязанными точками определяется техническими условиями и может быть от 1 до 20 км. Результаты привязки дают возможность определить плановое положение трассы на поверхности Земли и иметь данные для надежного контроля полевых измерений. Рассмотрим некоторые наиболее распространенные способы привязки.

1 Привязка трассы к близко  лежащим пунктам опорной сети

Пусть на местности имеется два пункта опорной геодезической сети А и В (рисунок 1.10).

В этом случае для привязки точки 1 трассы от пункта А опорной сети необходимо измерить примычный угол β0 и расстояние d0.

По известному дирекционному углу αАВ вычисляют дирекционный угол линии А1: