(5)《工程测量学》第2章线路设计阶段的测绘工作(II)

测绘科学与工程学院第2章线路设计阶段的测绘工作II工程测量学多媒体课件分节目录2.1线路设计的有关知识2.2线路初测阶段的测量工作2.3线路定测阶段的测量工作2.4线路纵横断面图的测绘2.5既有线路测量2.6航测、遥感技术中线路勘测中的应用补充：高速铁路控制网的布设2.4线路纵横断面的测绘断面图是根据断面外业测量资料绘制而成，非常直观地体现了地面现状的起伏状况，是工程设计和施工中的重要资料，也是铁路、公路设计的基础文件之一。2.4线路纵横断面的测绘线路纵断面图表示了沿中线方向的地势起伏形状，设计中用于研究线路空间线型的起伏布置。线路横断面图则反映了各中桩处垂直于线路中线方向的地面起伏情况，设计人员结合当地的地形、地质、气候和水文等自然因素，用于确定横断面的形式、各部分位置和尺寸，并为路基土石方量的计算提供依据。2.4线路纵横断面的测绘一、线路纵断面的测绘线路的平面位置在实地测设之后，应测出各里程桩处的高程。从而绘制表示沿线起伏情况的纵断面图，以便进行线路纵向坡度、桥面位置、隧道洞口位置的设计。后视前视中视后视前视中视2.4线路纵横断面的测绘一、线路纵断面的测绘①②③④⑤①②⑤③④⑥⑦⑧2.4线路纵横断面的测绘一、线路纵断面的测绘后视前视中视后视前视中视2.4线路纵横断面的测绘2.4线路纵横断面的测绘2.4线路纵横断面的测绘一、线路纵断面的测绘2.4线路纵横断面的测绘一、线路纵断面的测绘线路纵断面图是以中桩的里程为横坐标，以其高程为纵坐标而绘制的。常用的里程比例尺有1:2000和1:1000。为明显表示地形起伏状态，通常使高程比例尺为水平比例尺的10～20倍。2.4线路纵横断面的测绘一、线路纵断面的测绘平面曲线及其要素竖曲线及其要素水准点及位置水准点及位置2.4线路纵横断面的测绘二、线路横断面的测绘在铁路、公路设计中，线路的横断面图用以满足路基、隧道、桥涵、站场等专业设计以及计算土石方数量等方面的要求。横断面图是设计路基横断面、计算土石方和施工时确定路基填挖边界的依据。横断面测量的宽度，由路基宽度及地形情况确定，一般在中线两侧各测15～50m。2.4线路纵横断面的测绘二、线路横断面的测绘(一)确定横断面方向在线路上，一般应在曲线控制点、公里桩和线路纵、横向地形明显变化处测绘横断面。在大中桥头、隧道洞口、挡土墙等重点工程地段，适当加密横断面。横断面的方向，在直线地段与线路方向垂直；在曲线地段与各点的切线方向垂直。其确定方法可用方向架、经纬仪等进行。2.4线路纵横断面的测绘二、线路横断面的测绘(二)横断面上点位的测定经纬仪：宜用于地形起伏变化大的山区。将仪器置于中线桩上，读取中线桩两侧各地形变化点的视距和垂直角，计算各观测点相对中桩的水平距离与高差。水准仪皮尺法：适用于施测横断面较宽的平坦地区。由方向架定断面方向，皮尺量距，水准仪测量高差。全站仪：将仪器置于中线桩上，直接测量中线桩两侧各地形变化点的水平距离与高差。2.4线路纵横断面的测绘二、线路横断面的测绘(二)横断面上点位的测定——水准仪皮尺法2.4线路纵横断面的测绘二、线路横断面的测绘(二)横断面上点位的测定——水准仪皮尺法2.4线路纵横断面的测绘二、线路横断面的测绘(二)横断面上点位的测定——数据记录2.4线路纵横断面的测绘二、线路横断面的测绘(三)绘制横断面图绘制横断面图的纵横比例尺相同，一般采用1:100或1:200。根据横断面测量中得到的各点间的平距和高差，检验横断面测量成果，横断面测量检测限差为：检查点至中桩的高差检查点至中桩的水平距离单位均为m2.4线路纵横断面的测绘二、线路横断面的测绘(三)绘制横断面图在横断面图上应标定中桩位置和里程，并逐一将地面特征点画在图上，再连接相邻点，即绘出横断面图。2.5既有线路测量为了增强铁路、公路的运输能力，除修建新线之外，对既有线路进行技术改造也是一种有效措施。既有线路的勘测设计与新建线路一样，即：

方案研究

→初测

→

初步设计

→定测

→

施工设计2.5既有线路测量既有线勘测的主要特点是：勘测基本上沿着既有线进行，较之新线勘测减少了大量的选线测量工作，其主要内容之一是对既有线路及各种建筑物作详细测绘。既有线路测量的主要内容有：既有线里程丈量线路调绘高程测量横断面测量线路平面测绘地形测绘站场测绘设备调查等2.5既有线路测量

GPSRTK技术进行既有线路测量时，基准站安置在道轨旁的已知点上，流动站安置在可在轨道上开行的任何一种平板车上，随着平板车的运动，RTK测量系统将实时地得出线路中线各点的三维坐标，一次性完成平面与高程测量。天宝GEDO轨道测量系统瑞士安伯格GRP一体化轨道测量系统2.5既有线路测量一、里程丈量

里程丈量是为了在既有线路上定出千米桩、百米桩和加桩的位置，作为勘测设计和施工的里程依据，也是既有线平面坐标计算的长度依据。2.5既有线路测量二、线路调绘

线路调绘又称为横向测绘，是对既有线路两侧30～50m以内的地物、地貌进行调查和测绘。其目的是作为修改和补充既有线平面图、拆迁建筑物、路基加宽、防护、排水系统布置以及第二线左右侧选择等意见的依据。2.5既有线路测量二、线路调绘2.5既有线路测量三、高程测量沿线路检测已有水准点和补设新的水准点，测量沿线所有百米桩和加桩处钢轨顶面的高程。测量工作分为水准点高程测量和中桩高程测量。2.5既有线路测量四、站场测绘站场平面图的比例尺为1:2000或1:1000，其测绘范围根据需要确定，除了要测绘站场及其周围的地形外，还要对站内既有建筑和设备进行测绘。测量的主要工作有：基线测量、高程测量、横断面测量、站场平面测绘、地形测绘、站内股道及线路测量、道岔测量等。2.5既有线路测量五、桥涵测量既有桥涵丈量应在调查和有关资料的基础上进行。丈量的数据必须核对，并查明各部位的建筑材料等有关情况。2.6航测、遥感技术在线路勘测中的应用线路勘测设计的过程可分为外业勘测和内业设计。内业设计主要取决于计算机硬、软件水平的提高与发展；外业勘测主要是地形数据采集的高精度与自动化，这取决于各种新技术、先进设备的支持。2.6航测、遥感技术在线路勘测中的应用地形数据的获取野外实测已有地形图的数字化航测遥感方法GPS和全站仪等方法手扶跟踪数字化全自动数字化全数字测图模拟法解析法遥感判译2.6航测、遥感技术在线路勘测中的应用随着计算机技术、信息技术、光电技术、测绘技术、遥感技术等高新技术的进步以及学科的相互交叉和渗透、相互影响和促进，线路勘测设计技术得到了迅速的发展。从技术发展的角度看，全球定位系统、航空摄影测量、遥感以及地理信息系统为线路的勘测设计提供了有力的技术支持。2.6航测、遥感技术在线路勘测中的应用勘测设计一体化线路勘测地形数据采集与处理的自动化和DTM技术、工程数据库、线路CAD紧密结合成一个有机的整体，可实现地面数据采集、资料获取、数据处理、道路设计与优化直至成果输出等线路勘测设计全过程都自动传递，达到勘测与设计信息的真正共享，将形成覆盖数据采集与处理、线路初步设计、施工设计到输出设计文件的路线设计全过程的一体化。计算机不仅参与勘测设计计算绘图工作，而且还参与勘测设计各阶段工作的管理、协调和质量控制等，这就是所谓的勘测设计一体化。2.6航测、遥感技术在线路勘测中的应用勘测设计一体化基于航测数据采集的公路测设一体化总体框架补充：高速铁路控制网的布设徐万鹏补充：高速铁路控制网的布设徐万鹏，男，1967年11月出生，河南淅川人，1990年毕业于武汉测绘科技大学。硕士研究生学历。中铁十五局集团京沪高铁指挥部副指挥长，教授级高级工程师。全国五一劳动奖章铁道部青年科技拔尖人才詹天佑中国铁建青年奖铁道部火车头奖章中国铁建劳动模范先后获得省、部级科技进步一等奖2项，二等奖2项，洛阳市青年科技奖2项。在国际会议和国家核心期刊上发表学术论文16篇。/g732/s1796/t25180.aspx补充：高速铁路控制网的布设补充：高速铁路控制网的布设徐万鹏补充：高速铁路控制网的布设国际铁路联盟对高速铁路的定义：通过改造原有线路，使营运速率达到每小时200公里以上，或者专门修建新的“高速新线”，使营运速率达到每小时250公里以上的铁路系统。时速100～120公里称为常速；时速120～160公里称为中速或准高速；时速160～200公里称为快速；时速200～400公里称为高速；时速400公里以上称为特高速。

中国对速度的界定到2014年底，中国高铁运营里程将达到16500公里，约占世界总里程的2/3；“四纵四横”高铁路网主骨架已经大部分建成。补充：高速铁路控制网的布设1、高速铁路的分类2、高速铁路修建过程3、高速铁路工程分类和测量要求4、高速铁路测量关键技术5、高速铁路测量控制网分级6、布网方法及数据处理原则7、测量基准和精度匹配问题8、CPⅢ网布设9、三网合一技术补充：高速铁路控制网的布设优点：技术成熟，经济，与既有路网的兼容性好缺点：噪声大。按驱动方式划分轮轨系统高速铁路磁悬浮铁路优点：速度快，噪声小缺点：技术不成熟且造价高，与既有路网不兼容上海磁悬浮——世界唯一磁悬浮营运线路列车在钢轨上运行列车悬浮在轨道上1、高速铁路的分类补充：高速铁路控制网的布设1、高速铁路分类优点：轨道稳固、线路平顺，运营维护工作量小缺点：造价高。轮轨系统按照道床结构划分无砟轨道系统有砟轨道系统优点：造价低缺点：线路不稳定，昼间运营，夜间维护，运营维护成本高补充：高速铁路控制网的布设1、高速铁路分类Ⅱ型双块系统Ⅰ双块系统无砟轨道系统分类双块式无砟轨道系统板式无砟轨道系统Ⅰ型板式系统Ⅱ板式系统补充：高速铁路控制网的布设浇筑轨道板间的接缝轨道板纵连与锁定形成带状受力结构灌注CA砂浆填充层轨道板与底座板耦合轨道板铺设和精调亚毫米级精度(0.3mm)2、高速铁路修建过程(以CRTSⅡ型板为例介绍)下部主体工程施工桥梁、隧道、路基、涵洞厘米级精度下部主体工程底座板或支撑层下部主体工程支承层或底座板施工毫米级精度(3mm)下部主体工程底座板或支撑层底座板或支撑层通过锁件张拉宽接缝无砟轨道成型补充：高速铁路控制网的布设3、高速铁路工程分类和测量要求下部主体工程施工桥梁、隧道、路基、涵洞厘米级精度线下工程钢轨铺设和轨道精调

精度0.3毫米浇筑轨道板间的接缝轨道板纵连与锁定灌注CA砂浆填充层轨道板铺设和精调亚毫米级精度(0.3mm)支承层或底座板施工毫米级精度(3mm)基础承轨结构轨道扣件轨道系统除了严格控制沉降和变形外，其它方面与传统铁路测量并无本质区别精密工程测量独立测量基准三网合一技术专用测量工具特殊测量手段强调相对精度精密测量设备补充：高速铁路控制网的布设4、高速铁路测量关键技术变形控制和精密测量技术是高速铁路建设中与测量相关的两大关键技术。高速铁路实现列车高速行驶的前提条件：轨道系统的高稳定性一次性建成稳固、可靠的线下工程；严格控制沉降和变形。轨道系统的高平顺性精密测量技术：测量精度0.3mm；特殊测量手段：严格控制误差传递和积累，确保轨道平顺补充：高速铁路控制网的布设5、高速铁路测量控制网分级平面控制网分四级，逐级向下控制；高程控制网为二等水准网。第一级为框架控制网，简称为CP0网；第二级为基础平面控制网，简称CPⅠ网；第三级为线路平面控制网，简称CPⅡ网；第四级为轨道控制网，简称CPⅢ网。补充：高速铁路控制网的布设5、高速铁路测量控制网分级补充：高速铁路控制网的布设5、高速铁路测量控制网分级补充：高速铁路控制网的布设5、高速铁路测量控制网分级控制网测量方法相邻点的相对中误差(mm)点间距CP0GPS20约50kmCPⅠGPS10约4000mCPⅡGPS8600～800m附合导线8400～800mCPⅢ自由测站边角交会1点对间距50～70m二等水准二等水准测量高差中误差2mm/km约2000m说明：1、相邻点的相对中误差指X、Y坐标分量中误差。

2、相邻CPⅢ点高程的相对中误差为0.5mm。补充：高速铁路控制网的布设6、布网方法及数据处理原则——框架控制网(CP0)布设在线路初测前布网和测量，用静态GPS技术建网；点间距约50km，应与IGS参考站或国家A、B级GPS点联测；联测点数不少于2个，且均匀分布；每个点上的独立基线不小于3条，采用精密星历解算基线；要求全线一次性布设、测量和整体平差。CP0CP0CP0CP0CP0补充：高速铁路控制网的布设6、布网方法及数据处理原则——基础平面控制网(CPⅠ)在线路初测阶段建立，用静态GPS技术建网；点间距约4km，隧道段应在洞口处加设一对CPⅠ点；由三角形、大地四边形构成的带状网，附合在CP0网上；全线一次布网、测量和整体平差；整网三维约束和无约束平差在2000国家大地坐标系中进行；GPS测量的空间直角坐标分区、分带投影带至工程独立坐标系中CP0CPⅠCPⅠCPⅠCPⅠCPⅠCPⅠCPⅠCP0补充：高速铁路控制网的布设6、布网方法及数据处理原则——线路控制网(CPⅡ)在线路定测阶段建立，用静态GPS技术或精密导线建网；沿线路每600～800m布设一个点(隧道洞内每300～600m布设一对点)；由三角形、大地四边形连接成的带状网，并附合在CPⅠ网上；隧道段，采用四至六条边的导线环布网，并附合在洞口CPⅠ点上全线应一次布网、测量和整体平差。CPⅠCPⅡCPⅠCPⅡCPⅡCPⅡCPⅡCPⅡCPⅡ补充：高速铁路控制网的布设6、布网方法及数据处理原则——轨道控制网(CPⅢ)在线下主体完工、沉降变形趋于稳定后建立，用精密测量机器人施测；平面和高程共点的三维控制网，控制点埋设强制对中装置；平面控制基准是CPⅠ或CPⅡ点；自由设站后方边角交会方式布设，网形规则；轨道系统施工和运营维护的控制基准；数据处理采用传统平面、高程平差或三维平差。自由设站点补充：高速铁路控制网的布设6、布网方法及数据处理原则——轨道控制网(CPⅢ)强制对中装置常规强制对中装置补充：高速铁路控制网的布设6、布网方法及数据处理原则——轨道控制网(CPⅢ)强制对中装置通用强制对中装置转接盘转接杆预埋件转接头补充：高速铁路控制网的布设6、布网方法及数据处理原则——轨道控制网(CPⅢ)强制对中装置强制对中模式一补充：高速铁路控制网的布设6、布网方法及数据处理原则——轨道控制网(CPⅢ)强制对中装置强制对中模式二补充：高速铁路控制网的布设7、测量基准和精度匹配问题高速铁路线下基础工程施工，其测量控制网可以基于国家统一基准。确保新建工程不与既有建筑发生矛盾和冲突；便于地理信息的统一。轨道系统施工前，需要在线下基础工程的永久结构物上，重新建立基于工程独立坐标系下的CPⅠ、CPⅡ、CPⅢ三网合一的精密控制网。实现最佳精度匹配：相邻CPⅠ点的相对精度应优于7mm；相邻CPⅡ点的相对精度应优于3mm。补充：高速铁路控制网的布设7、测量基准和精度匹配问题轨道控制网(CPⅢ网)是精密三维控制网。工程独立坐标系应确保轨面上的长度投影变形不大于10mm/km。这一要求的依据是：高速铁路轨道系统是狭长结构，净宽很小(通常小于10m)，施工测量时，现场实测距离因长度投影变形而引起的横向误差(通常小于0.1mm，轨道平顺性要求是0.3mm)可以小到忽略不计的程度。补充：高速铁路控制网的布设8、CPⅢ网布设——点位CPⅢ控制点成对且对称布置，点间距9米～15米，点对间距约60米，网形非常规则。CPⅢ点要永久保存，需埋设在专用观测墩。路基段：专用观测墩补充：高速铁路控制网的布设8、CPⅢ网布设——点位CPⅢ控制点成对且对称布置，点间距9米～15米，点对间距约60米，网形非常规则。CPⅢ点要永久保存，需埋设在专用观测墩。桥梁段：桥梁防护墙CPIII点永久保存补充：高速铁路控制网的布设8、CPⅢ网布设——点位CPⅢ控制点成对且对称布置，点间距9米～15米，点对间距约60米，网形非常规则。CPⅢ点要永久保存，需埋设在专用观测墩。隧道段：隧道边墙补充：高速铁路控制网的布设8、CPⅢ网布设——平面测量观测：CPⅢ观测条件苛刻，一般要求在夜间或阴天，用边角交会自由设站模式，向前、后各3对CPⅢ点进行全圆法方向和距离的全自动化观测。每测站至少测量三个测回，测站之间重叠4对点。自由设站点补充：高速铁路控制网的布设8、CPⅢ网布设——平面测量处理：全站仪的测量成果要在工程独立坐标系中，利用联测的CPⅡ点作为强制约束点，分段进行约束平差，求得CPⅢ点的平面坐标。分段长度不能小于四公里，平差方法为常规平面网平差。精度要求：点位绝对精度优于2mm，相邻点的相对精度优于1mm。自由设站点补充：高速铁路控制网的布设8、CPⅢ网布设——平面测量CPⅢ测量通常按照间隔2对点设站的形式向前推进；施工干扰或观测条件不佳时可采用间隔1对点设站的形式向前推进；自由设站点

全站仪观测方向可以直接在CPⅡ点上安置仪器进行CPⅡ