第11章 道桥施工测量

1、 11. 11. 道桥施工测量道桥施工测量 (road and bridge construction surveying)11.1 道路工程测量概述 11.2 圆曲线测设 11.3 缓和曲线测设11.4 纵横断面测量11.5 道路施工测量11.6 桥梁施工测量11.7 隧道施工测量 11.1 道路工程测量概述11.1.1 线路测量（线路测量（route survey）11.1.2 基平测量（基平测量（principal leveling）和中平测量）和中平测量（profile leveling）11.1.1 线路测量（线路测量（route survey）线路在勘测设计阶段的测量工作，称为线路

2、测量。（一）初测（一）初测（preliminary survey）对线路方案研究中有价值的几条线路或一条线路，结合现场的实际情况，在实地进行选点，标出线路方向，在此基础上进行导线测量、水准测量和地形图测绘，称为初测。（二）定测（二）定测（location survey）把已批准的初步设计所选的线路方案，利用带状地形图上的初测导线和设计图上的线路的几何关系，将选定的线路测设到实地上去，称为定测。它包括中线测量（center line survey）、曲线测设（curve ranging）、纵横断面测量（profile or cross-section survey）和局部地形测绘。（三）里程（三

3、）里程（mileage）从线路起点沿线路经过的长度，称为里程；把里程表示为整公里数+不足整公里米数的形式以区别线路上不同的点，称为里程桩号。里程桩分整桩和加桩。整桩，如：K54+100； K54+110； K54+120加桩，如：K54+132.342； K54+277.379 加桩一般设置在桥涵、(平、竖)曲线的主点处。11.1.2 基平测量和中平测量基平测量和中平测量初测阶段的水准测量分为基平测量和中平测量。（一）基平测量（一）基平测量（principal leveling） 基平测量是沿线路布设水准点，并对水准点按国家等级水准要求进行观测的水准测量。水准点一般地段约2公里一点，复杂地段约

4、1公里设一点。水准点的高程采用一组往返或两组单程水准测量的方法测定。往返测或两组高差闭合值在30L mm（L是相邻水准点间的路线长度，以km为单位）以内时取平均值。（二）中平测量（二）中平测量（profile leveling） 中平测量是测定线路中桩高程。一般采用单程水准测量。水准路线应起闭于基平测量时所设立的水准点上。转点高程取位到mm，中桩高程取位到cm，中平测量允许闭合差为50L mm（L为附和水准路线长度，以km为单位）。11.2 圆曲线测设（circular curve location）11.2.1 圆曲线的主点元素及计算公式圆曲线的主点元素及计算公式11.2.2 圆曲线的主点（

5、圆曲线的主点（principle point）的测设过程）的测设过程11.2.3 偏角法（偏角法（method of deflection angle）放样圆曲线中桩点）放样圆曲线中桩点11.2.4 直角坐标法放样圆曲线中桩点（直角坐标法放样圆曲线中桩点（king-pile)线路由一个方向转到另一个方向，若用圆曲线连接，则可根据线路偏角、圆曲线半径R计算测设数据进行放样。放样分两步进行，先放样圆曲线的三个主点（直直圆点圆点ZY、曲中点、曲中点QZ和和圆直点圆直点YZ），再放样圆曲线上的中桩点并检查主点及中桩点。11.2.1 圆曲线的主要元素及计算公式圆曲线的主要元素及计算公式切线长 T 曲线长

6、 L外矢距 E 切曲差 D= Rtan(/2)= R/180= Rsec(/2)1= 2TL11.2.1 圆曲线的主要元素及计算公式圆曲线的主要元素及计算公式主点的桩号计算及检核如下：ZY桩号 = JD桩号TQZ桩号 = ZY桩号L/2 YZ桩号 = QZ桩号L/2 = ZY桩号L JD桩号 = ZY桩号TD （检核）11.2.2 圆曲线的主点的测设过程圆曲线的主点的测设过程在JD点安置经纬仪（对中、整平），用盘左瞄准直圆方向，将水平度盘的读数配到00000，在此方向量取T，定出ZY点；倒转望远镜，转动照准部到度盘读数为，量取T，定出YZ点；继续转动照准部到度盘读数为（180）/2，量取E，定

7、出QZ点。圆曲线中桩放样方法很多，最常用的方法有偏角法、直角坐标法等。11.2.3 偏角法放样圆曲线中桩点偏角法放样圆曲线中桩点1. 偏角法的偏角计算偏角法的偏角计算 i = i /2 (i 为圆曲线第i个桩点的偏角，i 为圆心角) i =(C/2R)180/( C为相邻中桩间的距离，是个常数)2. 偏角法（偏角法（method of deflection angle）测设过程）测设过程在ZY点安置经纬仪（对中、整平），用盘左瞄准JD，将水平度盘的读数配到000.0 ；转动照准部到度盘读数为1，从ZY点量取C，定出1点；转动照准部到度盘读数为i ，从第i1点量取C，与此方向交出第i点；检核，观

8、测者将水平度盘读数放到/4 时，应能看到QZ桩；将水平度盘读数放到/2时，应能看到YZ桩，最后一桩点到点的弦长在半径方向的分量应小于0.1m，在切线上的分量应小于L/1000 。11.2.4 直角坐标法放样圆曲线中桩点（直角坐标法放样圆曲线中桩点（king-pile）1. 直角坐标法的坐标系直角坐标法的坐标系及坐标计算及坐标计算以点为ZY原点，指向点的切线方向为X轴，指向圆心方向为Y轴，建立坐标系，则： Xi = Rsin i Yi = R( 1cosi )式中： i = iC/R180/2. 直角坐标法（直角坐标法（method of direct coordinate）放样过程）放样过程从

9、ZY点沿切线方向量取Xi ，自此点沿垂直方向量取Yi ，定出1点重复依次定出i点检查。与偏角法互检。11.3 缓和曲线测设（spiral curve location）为了保障车辆行驶安全，在直线与圆曲线之间加入一段半径由逐渐变化到R的曲线，这种曲线称为缓和曲线。目前常用的缓和曲线多为螺旋线，它有一个特性，曲率半径与曲线长度l成反比。数学表达为： 1/l 或 l = k ( k为常数)若缓和曲线长度为l0，与它相连的圆曲线半径为R，则有： l = Rl0 = k目前我国公路采用k = 0.035V3（V为车速，单位为km/h），铁路采用k = 0.09808V3，则公路缓和曲线的长度为l0 =

10、 0.035V3/R , 铁路缓和曲线的长度为：l0 = 0.09808V3/R 。11.3 缓和曲线测设11.3.1 带缓和曲线的圆曲线的主点元素的计算带缓和曲线的圆曲线的主点元素的计算11.3.2 带缓和曲线的圆曲线的主点的测设过程带缓和曲线的圆曲线的主点的测设过程11.3.3 偏角法测设带缓和曲线的圆曲线的中桩偏角法测设带缓和曲线的圆曲线的中桩11.3.4 直角坐标法测设带缓和曲线的圆曲线的中桩直角坐标法测设带缓和曲线的圆曲线的中桩11.3.1 带缓和曲线的圆曲线的主点及主元素的计算带缓和曲线的圆曲线的主点及主元素的计算带缓和曲线的圆曲线的主点有：直缓点ZH、 缓圆点HY、 曲中点QZ、

11、 圆缓点YH、 缓直点HZ 。1. 主点元素的计算主点元素的计算切线长 Th = q(Rp)tan(/2)曲线长 Lh = 2l0R(20)/180外矢距 Eh = (Rp)sec(/2)R切线加长 q = l0/2l03/(240R2)圆曲线相对切线内移量 p = l02/(24R)切曲差 Dh = 2Th Lh 式中： 为线路转向角；0为缓和曲线角； 其中q、p、0缓和曲线参数。2. 缓和曲线参数推导缓和曲线参数推导d = dl/ = l/kdl两边分别积分，得：= l2/(2k) = l/(2)当 = R时，则 =00 = l0/(2R)若选用点为ZH原点，切线方向为X轴，垂直切线的方向

12、为Y轴，建立坐标系，则：dx = dlcos = cosl2/(2k)dldy = dlsin = sinl2/(2k)dl考虑很小，sin和cos即sin(l2/(2k)和cos(l2/(2k)可以用级数展开，等式两边分别积分，并把k = Rl0 代入，得以曲线长度l为参数的缓和曲线方程式：X = ll5/(40R2l02)Y = l3/(6Rl0)通常应用上式时，只取前一、二项，即：X = ll5/(40R2l02)Y = l3/(6Rl0)另外，由图可知，q = XHYRsin0 p = YHYR(1cos0)以0 = l0/(2R)代入，并对sinl0/(2R)、cosl0/(2R)进

13、行级数展开，取前一、二项整理可得：q = l0/2l03/(240R2)p = l02/(24R)若仍用上述坐标系，对于圆曲线上任意一点i，则i点的坐标Xi、Yi可以表示为：Xi = Rsiniq Yi = R(1cosi)p3. 主点桩号计算及检核主点桩号计算及检核ZH桩号 = JD桩号ThHY桩号 = ZH桩号l0QZ桩号 = HY桩号L/2 YH桩号 = QZ桩号L/2 = HY桩号L = ZH桩号l0LHZ桩号 = YH桩号l0 = ZH桩号Lh JD桩号 = ZY桩号ThDh （检核）11.3.2 带缓和曲线的圆曲线的主点的测设过程带缓和曲线的圆曲线的主点的测设过程(1)在JD点安置

14、经纬仪（对中、整平），用盘左瞄准直圆方向，将水平度盘的读数配到00000，在此方向量取Th，定出ZH点；(2)从JD沿切线方向量取ThXHY，然后再从此点沿切线垂直方向量取YHY , 定出HY点；(3)倒转望远镜，转动照准部到度盘读数为，量取Th，定出HZ点；(4)从JD沿切线方向量取ThXHY，然后再从此点沿切线垂直方向量取YHY , 定出YH点；(5)继续转动照准部到度盘读数为（180）/2，量取Eh，定出QZ点。11.3.3 偏角法测设带缓和曲线的圆曲线的中桩偏角法测设带缓和曲线的圆曲线的中桩1. 缓和曲线的偏角计算缓和曲线的偏角计算 tan = Y/X考虑到很小，则tan，因此可得：

15、= Y/X= l2/(6Rl0)上式表明偏角与曲线长度的平方l2成正比。因此，可以得出：i 1= li2 l12HY点的偏角0= l02/(6Rl0) = l0/(6R) =0/3若用整桩距进行测设时，l2 = 2l1 ，l3 = 3l1 ， ，由此可得:1 = （l12/ l02）02 = 221n = n212. 缓和曲线的偏角法测设过程缓和曲线的偏角法测设过程在ZH点安置经纬仪（对中、整平），用盘左瞄准JD，将水平度盘的读数配到00000；转动照准部到度盘读数为1，从ZH点量取C，定出1点；转动照准部到度盘读数为 i，从第i1点量取C，与此方向交出第i点；检核，观测者将水平度盘读数放到0

16、/3 时，应能看到HY桩；另一半缓和曲线在HZ点同样过程测设。3. 缓和曲线的偏角法测设完成后的圆曲线偏角法测设过程缓和曲线的偏角法测设完成后的圆曲线偏角法测设过程在HY点安置经纬仪（对中、整平），用盘右瞄准ZH，将水平度盘的读数配到360 20/3 ； 转动照准部使水平度盘读数为00000，此时望远镜照准的方向为圆曲线线的切线方向，倒转望远镜；按照圆曲线偏角法进行测设；检核，如同圆曲线偏角法测设中的检核一样。11.3.4 直角坐标法测设带缓和曲线的圆曲线的中桩直角坐标法测设带缓和曲线的圆曲线的中桩放样过程：放样过程：从ZY点沿切线方向量取X1，自此点沿垂直方向量取Y1，定出1点；重复依次定出

17、i 点；检查。与偏角法互检。11.4 纵横断面测量11.4.1 纵断面测量（纵断面测量（profile survey）11.4.2 横断面测量（横断面测量（cross-section survey）11.4.1 纵断面测量纵断面测量（profile survey）线路的平面位置测设后，采用中平测量方法测出个里程桩、加桩处的高程，从而绘制表示沿线起伏情况的纵断面图，这个过程称为纵断面测量。其最终目的是便于进行线路纵向坡度、桥涵位置等的设计。纵断面测量记录表如下：表中每一站的各项计算依次按下列公式进行：(1)视线高程 = 后视点高程 后视读数(2)转点高程 = 视线高程 前视读数(3)中桩高程 =

18、 视线高程 间视读数11.4.2 横断面测量横断面测量（cross-section survey）为满足路基、桥涵等专业设计和土方计算的要求，对线路两侧地形起伏情况进行的测量工作称为横断面测量，以便绘制出横断面图。在线路的百米桩、加桩处都应进行横断面测量。横断面的方向与线路直线垂直或与线路曲线点的切线垂直。宽幅与线路等级相关，一般取左右各30m。1. 横断面测量的方法常用的有：横断面测量的方法常用的有：经纬仪测量横断面、水准仪测量横断面、断面仪测量横断面和比高法测量横断面。2. 横断面测量记录横断面测量记录表中：分数的分母表示测段水平距离，分子表示测段两端点的高差。3. 绘制的横断面图绘制的横

19、断面图根据横断面测量数据，按距离和高程取相同比例尺（通常1:100或1:200）绘制的横断面图。11.5 道路施工测量道路施工测量主要进行线路中线的恢复、竖曲线测设、施工控制桩的测设和路基边桩的测设。施工控制桩测设可以用与线路中心线平行的平行线法测设（适用于地势平坦地区直线段），还可以切线延长线法控制恢复JD点。竖曲线测设时，考虑到竖曲线的坡度转折角较小，可以近似计算，公式如下： = i1 i2而tan(/2) /2 = i1 i2, 此后，圆曲线的主元素简化计算为：切线长 T = R（i1 i2）/2曲线长 L = R（i1 i2）外矢距 E = T2/(2R)11.6 桥梁施工测量11.6

20、.1 基线测量基线测量11.6.2 方向交会法方向交会法11.6.1 基线测量（基线测量（base line measurement）基线测量就是对控制网中某一条或几条边实施高精度的距离丈量，其量测精度不低于1/10000。11.6.2 方向交会法（方向交会法（orientation intersection）方向交会法是测设桥墩位置的常用方法，其图如下（DA、CA为基线）：1. 基本原理基本原理 方向交会2. 计算公式计算公式i = arctandi sin1 /(D1 -di cos1 ) i = arctandi sin2 /(D2 -dicos2 )为了检核i 、i ，参考求算i 、i

21、 的方法计算i 、i ：i= arctanD1 sin1 /(di -D1 cos1 )i= arctanD2 sin2 /(di -D2 cos2 )计算检核式为:ii1 = 180ii2 = 1803. 施测过程施测过程在A、C、D点分别安置经纬仪（对中、整平），A 点标出桥轴线AB方向，在 C、D点分别后视A 点，然后分别测设i、i角，此时三条线通常构成一个视误三角形，而不是一点。若视误三角形在桥轴线上的边长不大于规定数值（墩底2.5cm, 墩顶1.5cm），则取C、D点两测设方向交点在桥轴线上的投影点作为放样的墩位中心。方向交会的精度与交会角（方向线CP与方向线DP之间的夹角）有关，交

22、会角在90110之间，交会精度最高。在选择基线和布网时尽可能使交会角在80130之间，但不能小于30或大于150。11.7 隧道施工测量11.7.1 地下导线测量地下导线测量11.7.2 地下水准测量地下水准测量11.7.3 隧道中线测设隧道中线测设11.7.1 地下导线测量地下导线测量 隧道施工地面控制网布设时，在洞口附近至少应有3个平面控制点和2个高程控制点。地下导线测量具有以下特点：(1)地下导线是支导线，并且随着隧道的开挖而向前延伸。支导线只能用重复观测的方法进行检核。(2)地下导线是先敷设精度较低的施工导线，然后再敷设精度较高的基本导线。(3)最后一个导线点离工作面的距离不应过大。(4)隧道贯通后，应重新观测地下导线，以便最后确定隧道中线位置。11.7.2 地下水准测量地下水准测量地下水准测量应以洞口水