高速鐵路施工放樣測量的方法與研究

徐亞軍

1 概述

在線路施工過程中,施工放樣測量是必不可少的。傳統(tǒng)鐵路定線測量是利用初測導(dǎo)線控制點,采用穿線法、撥角放線法等進(jìn)行新線定線測量,即把中線上直線部分的控制樁(JD,ZD)測設(shè)到地面,以標(biāo)定中線的位置。

施工前設(shè)計單位把外業(yè)測量控制樁點交給施工單位,控制樁包括:交點、直線轉(zhuǎn)點、曲線控制樁及水準(zhǔn)點,線路中線是線路路基等施工的主軸線,線路施工放樣都是以線路中線為基準(zhǔn),線路復(fù)測后,由于施工過程中經(jīng)常發(fā)生中線樁被碰動或丟失,為了迅速又準(zhǔn)確地把中線恢復(fù)在原來的位置,必須對交點、直線轉(zhuǎn)點及曲線控制樁等主要樁點設(shè)置護樁。在施工過程中,每次測設(shè)中線的位置,首先要恢復(fù)線路主要控制樁,之后進(jìn)行線路中線等測量。隨高速鐵路的不斷發(fā)展,勘測設(shè)計手段不斷更新,根據(jù)鐵路的等級、線路的走向進(jìn)行施工坐標(biāo)系設(shè)計,線路設(shè)計在施工坐標(biāo)系中進(jìn)行,減少外業(yè)斷鏈。線路定線測量,首先進(jìn)行線路平面高程控制測量,即CPⅠ,CPⅡ等控制測量,之后利用所建的控制網(wǎng)采用坐標(biāo)法進(jìn)行中線測量。

施工前向施工單位提交平面高程控制網(wǎng)資料、線路中線設(shè)計資料及線路逐樁坐標(biāo)表。施工單位接樁后,復(fù)測后直接利用控制網(wǎng)進(jìn)行線路放樣測量,節(jié)省了傳統(tǒng)中線測量接樁后的設(shè)置護樁等測量工作,從而簡化了施工放樣測量的工作程序。

2 坐標(biāo)法施工放樣測量原理

坐標(biāo)法進(jìn)行施工放樣,利用高等級控制導(dǎo)線進(jìn)行線路中線等的施工放樣點的測設(shè),這種測設(shè)放樣點的方法,其優(yōu)點是測量誤差不累計,測設(shè)點位精度高。尤其是控制導(dǎo)線都在線路的外側(cè),給現(xiàn)場的測設(shè)工作帶來了很大的方便。

坐標(biāo)法進(jìn)行放樣測量主要是放樣點資料的計算問題,該方法的計算原理和思路:把線路直線段、圓曲線段、緩和曲線段組合而成的曲線歸算到統(tǒng)一的施工測量坐標(biāo)系中,這樣便于計算放樣元素。如圖1所示,α為線路的轉(zhuǎn)向角,D為道路中線至邊線的距離。以ZH為原點建立切線支距坐標(biāo)系。

在施工坐標(biāo)系中,ZH至JD1的方位角為 QK。根據(jù)線路設(shè)計方位角、起點坐標(biāo)及曲線資料計算線路中線點的坐標(biāo),利用中線點坐標(biāo)及法線方位角計算需要放樣點的坐標(biāo),之后利用全站儀極坐標(biāo)法進(jìn)行測放。

3 計算程序

3.1 計算程序說明

計算程序利用E-500袖珍機的功能進(jìn)行編寫,E-500主機供電只需要4節(jié)普通電池,方便外業(yè)測量。適用范圍廣,比如進(jìn)行曲線橋梁墩中心測設(shè),只需輸入橋墩里程和設(shè)計的預(yù)偏心距離,即可輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行測設(shè)。

3.2 源程序設(shè)計

為了方便操作,依外業(yè)測設(shè)實際步驟,把程序分成了A,B,L,Z四個模塊,欲啟動一種模塊,只需按DEF和相應(yīng)的鍵即可。程序設(shè)計框圖如圖2所示。

3.3 該程序的特點

1)簡單易學(xué),操作簡便現(xiàn)場不易出錯,一般工程技術(shù)人員操作一遍后均能迅速掌握。2)該程序為建立在施工坐標(biāo)系下的任意點坐標(biāo)法測設(shè)程序。3)該程序在施工控制網(wǎng)各控制樁上均可建站。4)任意轉(zhuǎn)點采用支導(dǎo)線法進(jìn)行。5)測設(shè)中只需輸入中線里程及距中線點的距離即可輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

3.4 程序操作說明

本程序:角度以度、分、秒為單位,如 30°20′30″,可輸 30.2030;里程及距離以米為單位。置機于DEG和RUN狀態(tài)。

1)輸入曲線要素及基本數(shù)據(jù)(A OP):Z or Y曲線左偏輸入Z,右偏輸入Y

R=曲線半徑,L0=緩和曲線長,AF=曲線偏角

ZH or ZY=輸入直緩點或直圓點的里程

ZD1 to JD=曲線起始邊切線(或直線)轉(zhuǎn)點到交點的距離

ZD2 to JD=曲線另一切線(或直線)邊轉(zhuǎn)點到交點的距離

當(dāng)上述輸入完畢后,機器重顯一次。若有誤時,鍵入正確值后回車;若無誤時,直接回車即可。

2)建立測站(B OP):該操作是在A操作執(zhí)行后,當(dāng)全站儀置于測站上所進(jìn)行的操作。此操作分為獨立執(zhí)行和連續(xù)執(zhí)行兩種情況:獨立執(zhí)行時DEF B即可;連續(xù)執(zhí)行時,在A操作后順序執(zhí)行。其內(nèi)容為,按機器提示,輸入后視點坐標(biāo),置鏡點坐標(biāo)及后視點方向值(后視點方向為任意值)。B操作執(zhí)行后,顯示L或Z操作,若直接回車,轉(zhuǎn)入L操作;若轉(zhuǎn)入Z操作,可按DEF Z即可。

表1 已知曲線資料

3)里程操作(L OP):L操作是按里程方式具體測設(shè)曲線點的操作。每測一個點執(zhí)行一次。按機器提示,輸入測點里程(L.C)及邊樁距中線的距離(WD),大里程左側(cè)為負(fù)、右側(cè)為正,若測設(shè)中線點則輸入“0”。輸入后即顯示欲測點的里程,以便核對,回車后則顯示測點的左角(Z.J)值(即儀器度盤值)和距離(D)。另外在第一次進(jìn)入L操作時,計算機顯示后點當(dāng)前方向值(H.D-F),若正確,直接回車;若有改變,鍵入新值后回車即可進(jìn)入里程操作。

4)轉(zhuǎn)點操作(Z OP):當(dāng)在已知點欲詳細(xì)測設(shè)曲線而視線受阻時,可通過Z操作設(shè)置轉(zhuǎn)點。轉(zhuǎn)點操作采用支導(dǎo)線法進(jìn)行,只需輸入右角及前視平距即可。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況為了防止誤操作,在一次開機過程中,只允許轉(zhuǎn)點一次,否則顯示提示信息,因此在兩次轉(zhuǎn)點間必須關(guān)機。轉(zhuǎn)點操作完成后,根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行里程操作或繼續(xù)轉(zhuǎn)點操作,按照提示信息輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)即可。

4 計算樣例

4.1 已知曲線資料

已知曲線資料見表1。

4.2 計算放樣點數(shù)據(jù)

計算放樣點數(shù)據(jù)見表2。

表2 放樣點數(shù)據(jù)

5 結(jié)語

本軟件是針對E-500型電子手簿進(jìn)行研制的,適用于鐵路、公路等施工放樣。隨著測量設(shè)備及計算機支持環(huán)境的更新,本項技術(shù)將有著廣闊應(yīng)用前景和較高的利用價值。

[1]王紅芳,張保亮.坐標(biāo)方位角通用計算公式[J].山西建筑,2008,34(6):361-362.

[2]TB 10101-99,新建鐵路工程測量規(guī)范[S].

[3]GB 50090-99,鐵路線路設(shè)計規(guī)范[S].