第11章 道橋施工測量

1、 11. 11. 道橋施工測量道橋施工測量 (road and bridge construction surveying)11.1 道路工程測量概述 11.2 圓曲線測設(shè) 11.3 緩和曲線測設(shè)11.4 縱橫斷面測量11.5 道路施工測量11.6 橋梁施工測量11.7 隧道施工測量 11.1 道路工程測量概述11.1.1 線路測量（線路測量（route survey）11.1.2 基平測量（基平測量（principal leveling）和中平測量）和中平測量（profile leveling）11.1.1 線路測量（線路測量（route survey）線路在勘測設(shè)計(jì)階段的測量工作，稱為線路

2、測量。（一）初測（一）初測（preliminary survey）對線路方案研究中有價(jià)值的幾條線路或一條線路，結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況，在實(shí)地進(jìn)行選點(diǎn)，標(biāo)出線路方向，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行導(dǎo)線測量、水準(zhǔn)測量和地形圖測繪，稱為初測。（二）定測（二）定測（location survey）把已批準(zhǔn)的初步設(shè)計(jì)所選的線路方案，利用帶狀地形圖上的初測導(dǎo)線和設(shè)計(jì)圖上的線路的幾何關(guān)系，將選定的線路測設(shè)到實(shí)地上去，稱為定測。它包括中線測量（center line survey）、曲線測設(shè)（curve ranging）、縱橫斷面測量（profile or cross-section survey）和局部地形測繪。（三）里程（三

3、）里程（mileage）從線路起點(diǎn)沿線路經(jīng)過的長度，稱為里程；把里程表示為整公里數(shù)+不足整公里米數(shù)的形式以區(qū)別線路上不同的點(diǎn)，稱為里程樁號。里程樁分整樁和加樁。整樁，如：K54+100； K54+110； K54+120加樁，如：K54+132.342； K54+277.379 加樁一般設(shè)置在橋涵、(平、豎)曲線的主點(diǎn)處。11.1.2 基平測量和中平測量基平測量和中平測量初測階段的水準(zhǔn)測量分為基平測量和中平測量。（一）基平測量（一）基平測量（principal leveling） 基平測量是沿線路布設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)，并對水準(zhǔn)點(diǎn)按國家等級水準(zhǔn)要求進(jìn)行觀測的水準(zhǔn)測量。水準(zhǔn)點(diǎn)一般地段約2公里一點(diǎn)，復(fù)雜地段約

4、1公里設(shè)一點(diǎn)。水準(zhǔn)點(diǎn)的高程采用一組往返或兩組單程水準(zhǔn)測量的方法測定。往返測或兩組高差閉合值在30L mm（L是相鄰水準(zhǔn)點(diǎn)間的路線長度，以km為單位）以內(nèi)時取平均值。（二）中平測量（二）中平測量（profile leveling） 中平測量是測定線路中樁高程。一般采用單程水準(zhǔn)測量。水準(zhǔn)路線應(yīng)起閉于基平測量時所設(shè)立的水準(zhǔn)點(diǎn)上。轉(zhuǎn)點(diǎn)高程取位到mm，中樁高程取位到cm，中平測量允許閉合差為50L mm（L為附和水準(zhǔn)路線長度，以km為單位）。11.2 圓曲線測設(shè)（circular curve location）11.2.1 圓曲線的主點(diǎn)元素及計(jì)算公式圓曲線的主點(diǎn)元素及計(jì)算公式11.2.2 圓曲線的主點(diǎn)（

5、圓曲線的主點(diǎn)（principle point）的測設(shè)過程）的測設(shè)過程11.2.3 偏角法（偏角法（method of deflection angle）放樣圓曲線中樁點(diǎn)）放樣圓曲線中樁點(diǎn)11.2.4 直角坐標(biāo)法放樣圓曲線中樁點(diǎn)（直角坐標(biāo)法放樣圓曲線中樁點(diǎn)（king-pile)線路由一個方向轉(zhuǎn)到另一個方向，若用圓曲線連接，則可根據(jù)線路偏角、圓曲線半徑R計(jì)算測設(shè)數(shù)據(jù)進(jìn)行放樣。放樣分兩步進(jìn)行，先放樣圓曲線的三個主點(diǎn)（直直圓點(diǎn)圓點(diǎn)ZY、曲中點(diǎn)、曲中點(diǎn)QZ和和圓直點(diǎn)圓直點(diǎn)YZ），再放樣圓曲線上的中樁點(diǎn)并檢查主點(diǎn)及中樁點(diǎn)。11.2.1 圓曲線的主要元素及計(jì)算公式圓曲線的主要元素及計(jì)算公式切線長 T 曲線長

6、 L外矢距 E 切曲差 D= Rtan(/2)= R/180= Rsec(/2)1= 2TL11.2.1 圓曲線的主要元素及計(jì)算公式圓曲線的主要元素及計(jì)算公式主點(diǎn)的樁號計(jì)算及檢核如下：ZY樁號 = JD樁號TQZ樁號 = ZY樁號L/2 YZ樁號 = QZ樁號L/2 = ZY樁號L JD樁號 = ZY樁號TD （檢核）11.2.2 圓曲線的主點(diǎn)的測設(shè)過程圓曲線的主點(diǎn)的測設(shè)過程在JD點(diǎn)安置經(jīng)緯儀（對中、整平），用盤左瞄準(zhǔn)直圓方向，將水平度盤的讀數(shù)配到00000，在此方向量取T，定出ZY點(diǎn)；倒轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部到度盤讀數(shù)為，量取T，定出YZ點(diǎn)；繼續(xù)轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部到度盤讀數(shù)為（180）/2，量取E，定

7、出QZ點(diǎn)。圓曲線中樁放樣方法很多，最常用的方法有偏角法、直角坐標(biāo)法等。11.2.3 偏角法放樣圓曲線中樁點(diǎn)偏角法放樣圓曲線中樁點(diǎn)1. 偏角法的偏角計(jì)算偏角法的偏角計(jì)算 i = i /2 (i 為圓曲線第i個樁點(diǎn)的偏角，i 為圓心角) i =(C/2R)180/( C為相鄰中樁間的距離，是個常數(shù))2. 偏角法（偏角法（method of deflection angle）測設(shè)過程）測設(shè)過程在ZY點(diǎn)安置經(jīng)緯儀（對中、整平），用盤左瞄準(zhǔn)JD，將水平度盤的讀數(shù)配到000.0 ；轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部到度盤讀數(shù)為1，從ZY點(diǎn)量取C，定出1點(diǎn)；轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部到度盤讀數(shù)為i ，從第i1點(diǎn)量取C，與此方向交出第i點(diǎn)；檢核，觀

8、測者將水平度盤讀數(shù)放到/4 時，應(yīng)能看到QZ樁；將水平度盤讀數(shù)放到/2時，應(yīng)能看到Y(jié)Z樁，最后一樁點(diǎn)到點(diǎn)的弦長在半徑方向的分量應(yīng)小于0.1m，在切線上的分量應(yīng)小于L/1000 。11.2.4 直角坐標(biāo)法放樣圓曲線中樁點(diǎn)（直角坐標(biāo)法放樣圓曲線中樁點(diǎn)（king-pile）1. 直角坐標(biāo)法的坐標(biāo)系直角坐標(biāo)法的坐標(biāo)系及坐標(biāo)計(jì)算及坐標(biāo)計(jì)算以點(diǎn)為ZY原點(diǎn)，指向點(diǎn)的切線方向?yàn)閄軸，指向圓心方向?yàn)閅軸，建立坐標(biāo)系，則： Xi = Rsin i Yi = R( 1cosi )式中： i = iC/R180/2. 直角坐標(biāo)法（直角坐標(biāo)法（method of direct coordinate）放樣過程）放樣過程從

9、ZY點(diǎn)沿切線方向量取Xi ，自此點(diǎn)沿垂直方向量取Yi ，定出1點(diǎn)重復(fù)依次定出i點(diǎn)檢查。與偏角法互檢。11.3 緩和曲線測設(shè)（spiral curve location）為了保障車輛行駛安全，在直線與圓曲線之間加入一段半徑由逐漸變化到R的曲線，這種曲線稱為緩和曲線。目前常用的緩和曲線多為螺旋線，它有一個特性，曲率半徑與曲線長度l成反比。數(shù)學(xué)表達(dá)為： 1/l 或 l = k ( k為常數(shù))若緩和曲線長度為l0，與它相連的圓曲線半徑為R，則有： l = Rl0 = k目前我國公路采用k = 0.035V3（V為車速，單位為km/h），鐵路采用k = 0.09808V3，則公路緩和曲線的長度為l0 =

10、 0.035V3/R , 鐵路緩和曲線的長度為：l0 = 0.09808V3/R 。11.3 緩和曲線測設(shè)11.3.1 帶緩和曲線的圓曲線的主點(diǎn)元素的計(jì)算帶緩和曲線的圓曲線的主點(diǎn)元素的計(jì)算11.3.2 帶緩和曲線的圓曲線的主點(diǎn)的測設(shè)過程帶緩和曲線的圓曲線的主點(diǎn)的測設(shè)過程11.3.3 偏角法測設(shè)帶緩和曲線的圓曲線的中樁偏角法測設(shè)帶緩和曲線的圓曲線的中樁11.3.4 直角坐標(biāo)法測設(shè)帶緩和曲線的圓曲線的中樁直角坐標(biāo)法測設(shè)帶緩和曲線的圓曲線的中樁11.3.1 帶緩和曲線的圓曲線的主點(diǎn)及主元素的計(jì)算帶緩和曲線的圓曲線的主點(diǎn)及主元素的計(jì)算帶緩和曲線的圓曲線的主點(diǎn)有：直緩點(diǎn)ZH、 緩圓點(diǎn)HY、 曲中點(diǎn)QZ、

11、 圓緩點(diǎn)YH、 緩直點(diǎn)HZ 。1. 主點(diǎn)元素的計(jì)算主點(diǎn)元素的計(jì)算切線長 Th = q(Rp)tan(/2)曲線長 Lh = 2l0R(20)/180外矢距 Eh = (Rp)sec(/2)R切線加長 q = l0/2l03/(240R2)圓曲線相對切線內(nèi)移量 p = l02/(24R)切曲差 Dh = 2Th Lh 式中： 為線路轉(zhuǎn)向角；0為緩和曲線角； 其中q、p、0緩和曲線參數(shù)。2. 緩和曲線參數(shù)推導(dǎo)緩和曲線參數(shù)推導(dǎo)d = dl/ = l/kdl兩邊分別積分，得：= l2/(2k) = l/(2)當(dāng) = R時，則 =00 = l0/(2R)若選用點(diǎn)為ZH原點(diǎn)，切線方向?yàn)閄軸，垂直切線的方向

12、為Y軸，建立坐標(biāo)系，則：dx = dlcos = cosl2/(2k)dldy = dlsin = sinl2/(2k)dl考慮很小，sin和cos即sin(l2/(2k)和cos(l2/(2k)可以用級數(shù)展開，等式兩邊分別積分，并把k = Rl0 代入，得以曲線長度l為參數(shù)的緩和曲線方程式：X = ll5/(40R2l02)Y = l3/(6Rl0)通常應(yīng)用上式時，只取前一、二項(xiàng)，即：X = ll5/(40R2l02)Y = l3/(6Rl0)另外，由圖可知，q = XHYRsin0 p = YHYR(1cos0)以0 = l0/(2R)代入，并對sinl0/(2R)、cosl0/(2R)進(jìn)

13、行級數(shù)展開，取前一、二項(xiàng)整理可得：q = l0/2l03/(240R2)p = l02/(24R)若仍用上述坐標(biāo)系，對于圓曲線上任意一點(diǎn)i，則i點(diǎn)的坐標(biāo)Xi、Yi可以表示為：Xi = Rsiniq Yi = R(1cosi)p3. 主點(diǎn)樁號計(jì)算及檢核主點(diǎn)樁號計(jì)算及檢核ZH樁號 = JD樁號ThHY樁號 = ZH樁號l0QZ樁號 = HY樁號L/2 YH樁號 = QZ樁號L/2 = HY樁號L = ZH樁號l0LHZ樁號 = YH樁號l0 = ZH樁號Lh JD樁號 = ZY樁號ThDh （檢核）11.3.2 帶緩和曲線的圓曲線的主點(diǎn)的測設(shè)過程帶緩和曲線的圓曲線的主點(diǎn)的測設(shè)過程(1)在JD點(diǎn)安置

14、經(jīng)緯儀（對中、整平），用盤左瞄準(zhǔn)直圓方向，將水平度盤的讀數(shù)配到00000，在此方向量取Th，定出ZH點(diǎn)；(2)從JD沿切線方向量取ThXHY，然后再從此點(diǎn)沿切線垂直方向量取YHY , 定出HY點(diǎn)；(3)倒轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部到度盤讀數(shù)為，量取Th，定出HZ點(diǎn)；(4)從JD沿切線方向量取ThXHY，然后再從此點(diǎn)沿切線垂直方向量取YHY , 定出YH點(diǎn)；(5)繼續(xù)轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部到度盤讀數(shù)為（180）/2，量取Eh，定出QZ點(diǎn)。11.3.3 偏角法測設(shè)帶緩和曲線的圓曲線的中樁偏角法測設(shè)帶緩和曲線的圓曲線的中樁1. 緩和曲線的偏角計(jì)算緩和曲線的偏角計(jì)算 tan = Y/X考慮到很小，則tan，因此可得：

15、= Y/X= l2/(6Rl0)上式表明偏角與曲線長度的平方l2成正比。因此，可以得出：i 1= li2 l12HY點(diǎn)的偏角0= l02/(6Rl0) = l0/(6R) =0/3若用整樁距進(jìn)行測設(shè)時，l2 = 2l1 ，l3 = 3l1 ， ，由此可得:1 = （l12/ l02）02 = 221n = n212. 緩和曲線的偏角法測設(shè)過程緩和曲線的偏角法測設(shè)過程在ZH點(diǎn)安置經(jīng)緯儀（對中、整平），用盤左瞄準(zhǔn)JD，將水平度盤的讀數(shù)配到00000；轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部到度盤讀數(shù)為1，從ZH點(diǎn)量取C，定出1點(diǎn)；轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部到度盤讀數(shù)為 i，從第i1點(diǎn)量取C，與此方向交出第i點(diǎn)；檢核，觀測者將水平度盤讀數(shù)放到0

16、/3 時，應(yīng)能看到HY樁；另一半緩和曲線在HZ點(diǎn)同樣過程測設(shè)。3. 緩和曲線的偏角法測設(shè)完成后的圓曲線偏角法測設(shè)過程緩和曲線的偏角法測設(shè)完成后的圓曲線偏角法測設(shè)過程在HY點(diǎn)安置經(jīng)緯儀（對中、整平），用盤右瞄準(zhǔn)ZH，將水平度盤的讀數(shù)配到360 20/3 ； 轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部使水平度盤讀數(shù)為00000，此時望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)的方向?yàn)閳A曲線線的切線方向，倒轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡；按照圓曲線偏角法進(jìn)行測設(shè)；檢核，如同圓曲線偏角法測設(shè)中的檢核一樣。11.3.4 直角坐標(biāo)法測設(shè)帶緩和曲線的圓曲線的中樁直角坐標(biāo)法測設(shè)帶緩和曲線的圓曲線的中樁放樣過程：放樣過程：從ZY點(diǎn)沿切線方向量取X1，自此點(diǎn)沿垂直方向量取Y1，定出1點(diǎn)；重復(fù)依次定出

17、i 點(diǎn)；檢查。與偏角法互檢。11.4 縱橫斷面測量11.4.1 縱斷面測量（縱斷面測量（profile survey）11.4.2 橫斷面測量（橫斷面測量（cross-section survey）11.4.1 縱斷面測量縱斷面測量（profile survey）線路的平面位置測設(shè)后，采用中平測量方法測出個里程樁、加樁處的高程，從而繪制表示沿線起伏情況的縱斷面圖，這個過程稱為縱斷面測量。其最終目的是便于進(jìn)行線路縱向坡度、橋涵位置等的設(shè)計(jì)。縱斷面測量記錄表如下：表中每一站的各項(xiàng)計(jì)算依次按下列公式進(jìn)行：(1)視線高程 = 后視點(diǎn)高程 后視讀數(shù)(2)轉(zhuǎn)點(diǎn)高程 = 視線高程 前視讀數(shù)(3)中樁高程 =

18、 視線高程 間視讀數(shù)11.4.2 橫斷面測量橫斷面測量（cross-section survey）為滿足路基、橋涵等專業(yè)設(shè)計(jì)和土方計(jì)算的要求，對線路兩側(cè)地形起伏情況進(jìn)行的測量工作稱為橫斷面測量，以便繪制出橫斷面圖。在線路的百米樁、加樁處都應(yīng)進(jìn)行橫斷面測量。橫斷面的方向與線路直線垂直或與線路曲線點(diǎn)的切線垂直。寬幅與線路等級相關(guān)，一般取左右各30m。1. 橫斷面測量的方法常用的有：橫斷面測量的方法常用的有：經(jīng)緯儀測量橫斷面、水準(zhǔn)儀測量橫斷面、斷面儀測量橫斷面和比高法測量橫斷面。2. 橫斷面測量記錄橫斷面測量記錄表中：分?jǐn)?shù)的分母表示測段水平距離，分子表示測段兩端點(diǎn)的高差。3. 繪制的橫斷面圖繪制的橫

19、斷面圖根據(jù)橫斷面測量數(shù)據(jù)，按距離和高程取相同比例尺（通常1:100或1:200）繪制的橫斷面圖。11.5 道路施工測量道路施工測量主要進(jìn)行線路中線的恢復(fù)、豎曲線測設(shè)、施工控制樁的測設(shè)和路基邊樁的測設(shè)。施工控制樁測設(shè)可以用與線路中心線平行的平行線法測設(shè)（適用于地勢平坦地區(qū)直線段），還可以切線延長線法控制恢復(fù)JD點(diǎn)。豎曲線測設(shè)時，考慮到豎曲線的坡度轉(zhuǎn)折角較小，可以近似計(jì)算，公式如下： = i1 i2而tan(/2) /2 = i1 i2, 此后，圓曲線的主元素簡化計(jì)算為：切線長 T = R（i1 i2）/2曲線長 L = R（i1 i2）外矢距 E = T2/(2R)11.6 橋梁施工測量11.6

20、.1 基線測量基線測量11.6.2 方向交會法方向交會法11.6.1 基線測量（基線測量（base line measurement）基線測量就是對控制網(wǎng)中某一條或幾條邊實(shí)施高精度的距離丈量，其量測精度不低于1/10000。11.6.2 方向交會法（方向交會法（orientation intersection）方向交會法是測設(shè)橋墩位置的常用方法，其圖如下（DA、CA為基線）：1. 基本原理基本原理 方向交會2. 計(jì)算公式計(jì)算公式i = arctandi sin1 /(D1 -di cos1 ) i = arctandi sin2 /(D2 -dicos2 )為了檢核i 、i ，參考求算i 、i

21、 的方法計(jì)算i 、i ：i= arctanD1 sin1 /(di -D1 cos1 )i= arctanD2 sin2 /(di -D2 cos2 )計(jì)算檢核式為:ii1 = 180ii2 = 1803. 施測過程施測過程在A、C、D點(diǎn)分別安置經(jīng)緯儀（對中、整平），A 點(diǎn)標(biāo)出橋軸線AB方向，在 C、D點(diǎn)分別后視A 點(diǎn)，然后分別測設(shè)i、i角，此時三條線通常構(gòu)成一個視誤三角形，而不是一點(diǎn)。若視誤三角形在橋軸線上的邊長不大于規(guī)定數(shù)值（墩底2.5cm, 墩頂1.5cm），則取C、D點(diǎn)兩測設(shè)方向交點(diǎn)在橋軸線上的投影點(diǎn)作為放樣的墩位中心。方向交會的精度與交會角（方向線CP與方向線DP之間的夾角）有關(guān)，交

22、會角在90110之間，交會精度最高。在選擇基線和布網(wǎng)時盡可能使交會角在80130之間，但不能小于30或大于150。11.7 隧道施工測量11.7.1 地下導(dǎo)線測量地下導(dǎo)線測量11.7.2 地下水準(zhǔn)測量地下水準(zhǔn)測量11.7.3 隧道中線測設(shè)隧道中線測設(shè)11.7.1 地下導(dǎo)線測量地下導(dǎo)線測量 隧道施工地面控制網(wǎng)布設(shè)時，在洞口附近至少應(yīng)有3個平面控制點(diǎn)和2個高程控制點(diǎn)。地下導(dǎo)線測量具有以下特點(diǎn)：(1)地下導(dǎo)線是支導(dǎo)線，并且隨著隧道的開挖而向前延伸。支導(dǎo)線只能用重復(fù)觀測的方法進(jìn)行檢核。(2)地下導(dǎo)線是先敷設(shè)精度較低的施工導(dǎo)線，然后再敷設(shè)精度較高的基本導(dǎo)線。(3)最后一個導(dǎo)線點(diǎn)離工作面的距離不應(yīng)過大。(4)隧道貫通后，應(yīng)重新觀測地下導(dǎo)線，以便最后確定隧道中線位置。11.7.2 地下水準(zhǔn)測量地下水準(zhǔn)測量地下水準(zhǔn)測量應(yīng)以洞口水