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。傳統鐵路定線測量是利用初測導線控制點,采用穿線法、撥角放線法等進行新線定線測量,即把中線上直線部分的控制樁(JD,ZD)測設到地面,以標定中線的位置。

施工前設計單位把外業測量控制樁點交給施工單位,控制樁包括:交點、直線轉點、曲線控制樁及水準點,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,線路復測后,由于施工過程中經常發生中線樁被碰動或丟失,為了迅速又準確地把中線恢復在原來的位置,必須對交點、直線轉點及曲線控制樁等主要樁點設置護樁。在施工過程中,每次測設中線的位置,首先要恢復線路主要控制樁,之后進行線路中線等測量。隨高速鐵路的不斷發展,勘測設計手段不斷更新,根據鐵路的等級、線路的走向進行施工坐標系設計,線路設計在施工坐標系中進行,減少外業斷鏈。線路定線測量,首先進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采用坐標法進行中線測量。

施工前向施工單位提交平面高程控制網資料、線路中線設計資料及線路逐樁坐標表。施工單位接樁后,復測后直接利用控制網進行線路放樣測量,節省了傳統中線測量接樁后的設置護樁等測量工作,從而簡化了施工放樣測量的工作程序。

2 坐標法施工放樣測量原理

坐標法進行施工放樣,利用高等級控制導線進行線路中線等的施工放樣點的測設,這種測設放樣點的方法,其優點是測量誤差不累計,測設點位精度高。尤其是控制導線都在線路的外側,給現場的測設工作帶來了很大的方便。

坐標法進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一的施工測量坐標系中,這樣便于計算放樣元素。如圖1所示,α為線路的轉向角,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系。

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

3 計算程序

3.1 計算程序說明

計算程序利用E-500袖珍機的功能進行編寫,E-500主機供電只需要4節普通電池,方便外業測量。適用范圍廣,比如進行曲線橋梁墩中心測設,只需輸入橋墩里程和設計的預偏心距離,即可輸出相應數據進行測設。

3.2 源程序設計

為了方便操作,依外業測設實際步驟,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和相應的鍵即可。程序設計框圖如圖2所示。

3.3 該程序的特點

1)簡單易學,操作簡便現場不易出錯,一般工程技術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系下的任意點坐標法測設程序。3)該程序在施工控制網各控制樁上均可建站。4)任意轉點采用支導線法進行。5)測設中只需輸入中線里程及距中線點的距離即可輸出相應的數據。

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。

1)輸入曲線要素及基本數據(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)轉點到交點的距離

ZD2 to JD=曲線另一切線(或直線)邊轉點到交點的距離

當上述輸入完畢后,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操作執行后,當全站儀置于測站上所進行的操作。此操作分為獨立執行和連續執行兩種情況:獨立執行時DEF B即可;連續執行時,在A操作后順序執行。其內容為,按機器提示,輸入后視點坐標,置鏡點坐標及后視點方向值(后視點方向為任意值)。B操作執行后,顯示L或Z操作,若直接回車,轉入L操作;若轉入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曲線點的操作。每測一個點執行一次。按機器提示,輸入測點里程(L.C)及邊樁距中線的距離(WD),大里程左側為負、右側為正,若測設中線點則輸入“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)。另外在第一次進入L操作時,計算機顯示后點當前方向值(H.D-F),若正確,直接回車;若有改變,鍵入新值后回車即可進入里程操作。

4)轉點操作(Z OP):當在已知點欲詳細測設曲線而視線受阻時,可通過Z操作設置轉點。轉點操作采用支導線法進行,只需輸入右角及前視平距即可。根據現場的實際情況為了防止誤操作,在一次開機過程中,只允許轉點一次,否則顯示提示信息,因此在兩次轉點間必須關機。轉點操作完成后,根據現場情況進行里程操作或繼續轉點操作,按照提示信息輸入相應的數據即可。

4 計算樣例

4.1 已知曲線資料

已知曲線資料見表1。

4.2 計算放樣點數據

計算放樣點數據見表2。

表2 放樣點數據

5 結語

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

[1]王紅芳,張保亮.坐標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范[S].

[3]GB 50090-99,鐵路線路設計規范[S].