高速铁路施工放样测量的方法与研究

徐亚军

1 概述

在线路施工过程中,施工放样测量是必不可少的。传统铁路定线测量是利用初测导线控制点,采用穿线法、拨角放线法等进行新线定线测量,即把中线上直线部分的控制桩(JD,ZD)测设到地面,以标定中线的位置。

施工前设计单位把外业测量控制桩点交给施工单位,控制桩包括:交点、直线转点、曲线控制桩及水准点,线路中线是线路路基等施工的主轴线,线路施工放样都是以线路中线为基准,线路复测后,由于施工过程中经常发生中线桩被碰动或丢失,为了迅速又准确地把中线恢复在原来的位置,必须对交点、直线转点及曲线控制桩等主要桩点设置护桩。在施工过程中,每次测设中线的位置,首先要恢复线路主要控制桩,之后进行线路中线等测量。随高速铁路的不断发展,勘测设计手段不断更新,根据铁路的等级、线路的走向进行施工坐标系设计,线路设计在施工坐标系中进行,减少外业断链。线路定线测量,首先进行线路平面高程控制测量,即CPⅠ,CPⅡ等控制测量,之后利用所建的控制网采用坐标法进行中线测量。

施工前向施工单位提交平面高程控制网资料、线路中线设计资料及线路逐桩坐标表。施工单位接桩后,复测后直接利用控制网进行线路放样测量,节省了传统中线测量接桩后的设置护桩等测量工作,从而简化了施工放样测量的工作程序。

2 坐标法施工放样测量原理

坐标法进行施工放样,利用高等级控制导线进行线路中线等的施工放样点的测设,这种测设放样点的方法,其优点是测量误差不累计,测设点位精度高。尤其是控制导线都在线路的外侧,给现场的测设工作带来了很大的方便。

坐标法进行放样测量主要是放样点资料的计算问题,该方法的计算原理和思路:把线路直线段、圆曲线段、缓和曲线段组合而成的曲线归算到统一的施工测量坐标系中,这样便于计算放样元素。如图1所示,α为线路的转向角,D为道路中线至边线的距离。以ZH为原点建立切线支距坐标系。

在施工坐标系中,ZH至JD1的方位角为 QK。根据线路设计方位角、起点坐标及曲线资料计算线路中线点的坐标,利用中线点坐标及法线方位角计算需要放样点的坐标,之后利用全站仪极坐标法进行测放。

3 计算程序

3.1 计算程序说明

计算程序利用E-500袖珍机的功能进行编写,E-500主机供电只需要4节普通电池,方便外业测量。适用范围广,比如进行曲线桥梁墩中心测设,只需输入桥墩里程和设计的预偏心距离,即可输出相应数据进行测设。

3.2 源程序设计

为了方便操作,依外业测设实际步骤,把程序分成了A,B,L,Z四个模块,欲启动一种模块,只需按DEF和相应的键即可。程序设计框图如图2所示。

3.3 该程序的特点

1)简单易学,操作简便现场不易出错,一般工程技术人员操作一遍后均能迅速掌握。2)该程序为建立在施工坐标系下的任意点坐标法测设程序。3)该程序在施工控制网各控制桩上均可建站。4)任意转点采用支导线法进行。5)测设中只需输入中线里程及距中线点的距离即可输出相应的数据。

3.4 程序操作说明

本程序:角度以度、分、秒为单位,如 30°20′30″,可输 30.2030;里程及距离以米为单位。置机于DEG和RUN状态。

1)输入曲线要素及基本数据(A OP):Z or Y曲线左偏输入Z,右偏输入Y

R=曲线半径,L0=缓和曲线长,AF=曲线偏角

ZH or ZY=输入直缓点或直圆点的里程

ZD1 to JD=曲线起始边切线(或直线)转点到交点的距离

ZD2 to JD=曲线另一切线(或直线)边转点到交点的距离

当上述输入完毕后,机器重显一次。若有误时,键入正确值后回车;若无误时,直接回车即可。

2)建立测站(B OP):该操作是在A操作执行后,当全站仪置于测站上所进行的操作。此操作分为独立执行和连续执行两种情况:独立执行时DEF B即可;连续执行时,在A操作后顺序执行。其内容为,按机器提示,输入后视点坐标,置镜点坐标及后视点方向值(后视点方向为任意值)。B操作执行后,显示L或Z操作,若直接回车,转入L操作;若转入Z操作,可按DEF Z即可。

表1 已知曲线资料

3)里程操作(L OP):L操作是按里程方式具体测设曲线点的操作。每测一个点执行一次。按机器提示,输入测点里程(L.C)及边桩距中线的距离(WD),大里程左侧为负、右侧为正,若测设中线点则输入“0”。输入后即显示欲测点的里程,以便核对,回车后则显示测点的左角(Z.J)值(即仪器度盘值)和距离(D)。另外在第一次进入L操作时,计算机显示后点当前方向值(H.D-F),若正确,直接回车;若有改变,键入新值后回车即可进入里程操作。

4)转点操作(Z OP):当在已知点欲详细测设曲线而视线受阻时,可通过Z操作设置转点。转点操作采用支导线法进行,只需输入右角及前视平距即可。根据现场的实际情况为了防止误操作,在一次开机过程中,只允许转点一次,否则显示提示信息,因此在两次转点间必须关机。转点操作完成后,根据现场情况进行里程操作或继续转点操作,按照提示信息输入相应的数据即可。

4 计算样例

4.1 已知曲线资料

已知曲线资料见表1。

4.2 计算放样点数据

计算放样点数据见表2。

表2 放样点数据

5 结语

本软件是针对E-500型电子手簿进行研制的,适用于铁路、公路等施工放样。随着测量设备及计算机支持环境的更新,本项技术将有着广阔应用前景和较高的利用价值。

[1]王红芳,张保亮.坐标方位角通用计算公式[J].山西建筑,2008,34(6):361-362.

[2]TB 10101-99,新建铁路工程测量规范[S].

[3]GB 50090-99,铁路线路设计规范[S].