Полевое трассирование

Полевое трассирование производится на окончательной стадии проектирования линейных сооружений и включает в себя следующие виды работ:

1. Вынесение проекта трассы в натуру. Вешение линий.

2. Определение углов поворота.

3. Линейные измерения и разбивка пикетажа с ведением пикетажного журнала.

4. Разбивка кривых (круговых, переходных, вертикальных).

5. Нивелирование трассы.

6. Закрепление трассы.

7. Привязка трассы к пунктам геодезической основы.

8. Съемочные работы.

9. Обработка полевого материала. Составление плана трассы, продольного и поперечных профилей.

Вынесение проекта трассы в натуру. Вешение линий. Проекттрассы, разработанный в камеральных условиях, выносится на местность, по данным привязки углов поворота к пунктам геодезической основы или к ближайшим четким контурам местности.

На данном этапе работу начинают с тщательной рекогносцировки местности и выявления вблизи трассы геодезических пунктов или точек четких контуров.

Сначала определяется местоположение соседних углов поворота по данным их привязки, а затем в створе этого направления устанавливается ряд вех и обследуется намеченное направление.

В зависимости от того, как трасса пересекает водотоки, овраги, существующие магистрали и другие препятствия иногда приходится смещать провешенную линию или передвигать углы поворота. Так поступают для того, чтобы более удобно разместить элементы плана и профиля трассы и обеспечить минимальный объем земляных работ. Окончательное положение углов поворота закрепляют.

Могут возникнуть случаи, когда между углами поворота нет видимости, тогда направление трассы определяется одним из способов:

а) если вблизи трассы имеется исходный геодезический пункт, то трассу задают от направления с вершины угла поворота на этот пункт;

б) в вершине угла поворота определяют азимут направления на хорошо видимый земной предмет (астрономическим способом или гиротеодолитом) и от этого направления задают трассу по ее дирекционному углу.

в) направление трассы может задаваться по магнитному азимуту.

Определение углов поворота. При трассировании измеряют правые по ходу углы одним приемом с точностью 0, 5^΄ , то есть теодолитом типа Т30.

Рис. 23. Углы поворота

Угол поворота образуется продолжением предыдущего и нового направлений трассы. В зависимости от положения угла относительно продолжения предыдущего направления трассы различают угол поворота вправо Уг. п. п. (рис. 23, а) и угол поворота влево Уг. п. п. (рис. 23, б). Для контроля угловых измерений одновременно определяют по буссоли магнитные азимуты сторон трассы

Формулы для определения углов поворота

,

. (89)

Если расстояние между соседними вершинами гораздо больше 500 м, то устанавливаются створные точки, которые разбиваются при вешении линии через 100 метров.

Проверку правильности положения створной точки осуществляют отложением угла 180 º при КЛ и КП теодолита.

Линейные измерения. При трассировании выполняется два вида линейных измерений:

1) измерение расстояний вместе с углами, по результатам измерений которых вычисляются координаты углов поворота.

Если углы наклона по трассе > 2 °, то необходимо измерять вертикальные углы и вводить поправки за наклон в измеренное расстояние (знак поправки «–»).

Расстояния измеряют с точностью 1 / 1000 – 1 / 2000 в зависимости от условий местности с помощью светодальномеров, мерными приборами (рулеткой и т. п.) или по дальномерным нитям теодолита.

2) измерение расстояний с целью разбивки пикетажа, элементов кривых, профилей, а также для промеров до точек ситуации, расположенных вблизи трассы.

Кроме целых пикетов, по трассе разбивают характерные или плюсовые точки.

К характерным точкам можно отнести рельефные точки – характерные перегибы рельефа (определяются с точностью до 1 м), и контурные точки – это точки пересечения трассой сооружений, водотоков, границ угодий (определяются с точностью до 1 см).

Начало трассы принимают за нулевой пикет (пк 0). В процессе разбивки пикетажа вводят поправки за наклон местности, но со знаком «+».

Разбивку пикетажа производят с помощью 50-ти метровой ленты или рулетки.

Вместо введения поправки за наклон при разбивке пикетажа можно применять ватерпасовку, которая выполняется следующим образом: измерительный прибор укладывается примерно горизонтально, а приподнятый конец мерного прибора проецируется на землю с помощью нитяного отвеса. Мерный прибор следует поддерживать в середине, чтобы избежать провисания.

Первоначально пикеты на трассу наносят камерально, и тогда, в случае необходимости для уточнения их местоположения, можно произвести разбивку пикетов от ближайших характерных точек.

Разбивка пикетажа производится дважды: первый раз – при выносе на местность кривых и разбивке пикетажа, и второй раз – в строительный период при восстановлении трассы.

Разбивка круговых кривых и пикетажа. Разбивка круговой кривой заключается в вынесении на местность главных точек кривой: начала, середины и конца кривой (НК, СК, КК) (рис. 24).

Основными элементами круговой кривой являются:

1) тангенс Т – это кусочек касательной от вершины угла до начала или до конца кривой;

2) кривая (длина кривой) К – расстояние по кривой от НК до КК через СК;

3) биссектриса Б – кусочек биссектрисы угла от вершины до середины кривой;

4) домер Д – это величина на которую кривая короче, чем два тангенса.

Для определения основных элементов кривых и разбивки кривых на местности можно использовать формулы или таблицы Митина.

Рис. 24. Круговая кривая

Начало круговой кривой (НК) определяют на местности отложением величины тангенса Т от вершины угла в сторону начала трассы, а при отложении тангенса по направлению трассы получим конец круговой кривой (КК).

При отложении по биссектрисе измеренного угла величины Б получим на местности середину круговой кривой (СК).

Вычисление пикетажных значений главных точек кривых начинают с вычисления пикетажа вершин углов поворота (ПК ВУ):

;

и т. д.

Затем вычисляют пикетажные значения начала, середины и конца кривой.

Основные формулы

ПКНК = ПКВУ – Т

ПКСК = ПКНК + ½ К (90)

ПККК = ПКНК + К

Контрольные формулы:

ПКСК = ПККК – ½ К

ПККК = ПКВУ + Т – Д (91)

Начало кривой на местности можно найти либо путем отложения от ближайшего закрепленного пикета расстояния, вычисленного по пикетажу, либо путем отложения от ВУ в обратном направлении величины тангенса Т.

Середину кривой находят на местности, откладывая расстояние, равное биссектрисе Б по направлению половины угла хода.

При разбивке на местности конца круговой кривой от вершины угла в сторону продолжения трассы откладывают величину домера Д и, считая, что конец домера имеет пикетажное значение вершины угла, продолжают дальнейшую разбивку целых пикетов. В этом случае местоположение конца круговой кривой (КК) определяют от ближайшего пикета или отложив от вершины угла по направлению трассы величину тангенса Т. При разбивке пикетажа мерной лентой должна быть обеспечена предельная относительная ошибка измерений:

– для равнинной местности – 1: 1000,

– для горной местности – 1: 500.

Для более полной характеристики местности разбивают поперечные профили в обе стороны от трассы на расстоянии 15 – 30 метров и более.

Поперечные профили разбивают на таком расстоянии друг от друга, чтобы местность между ними имела однообразный уклон. Если уклон более чем 0, 2 (200 %) ≈ 11 ˚, то в этом случае продольные профили разбивают на всех пикетажных и всех плюсовых точках.

Одновременно с разбивкой пикетажа ведется пикетажный журнал (рис. 25) – это тетрадь в клетку. Посередине страницы вертикальной линией показывается ось трассы. На оси, в некотором масштабе (1 клетка – 20 метров), снизу вверх наносят все пикетные и плюсовые точки, вершины углов поворота, поперечные профили, границы препятствий и ситуации приблизительно на 50 м от оси.

Рис. 25. Схема пикетажного журнала

В горных районах или населенных пунктах можно вместо пикетажного журнала составлять абрис. В этом случае не вытягивают ось трассы в прямую линию, а изображают ее ломаной. Стараются показать ось трассы в соответствии с расположением на местности, и относительно ее показывают ситуацию.

Трасса должна быть надежно закреплена на местности, чтобы ее легко можно было найти и восстановить перед строительством. Все опорные пункты трассы, фиксированные точки, вершины углов поворота, створные точки, места перехода через крупные препятствия закрепляют деревянными или железобетонными столбами и составляют абрис их привязки к местным предметам. Пикеты и плюсовые точки достаточно закрепить колышками со сторожками. Разбивка пикетажа работа трудоемкая и ответственная, поскольку именно к пикетажу привязывают все инженерно-геологические выработки по трассе, точки геофизической разведки и створы гидрометрических измерений.

Детальная разбивка круговых кривых. При вынесении на местность круговых кривых необходимо всю длину кривой разбить на равные отрезки такой длины, чтобы можно было принять дугу за кривую. Чем больше радиус R круговой кривой, тем больше интервал разбивки. При R ≥ 500 интервал разбивки k равен 20 м, при 100 < R < 500 – 10 м, при R < 100 м – 5 м.

Существует ряд способов детальной разбивки кривых. Наиболее распространенными из них являются способ прямоугольных координат, углов (или полярных координат), продолженных хорд, хорд (секущих), вписанного многоугольника. Точность детальной разбивки кривых зависит от точности выполнения элементарных разбивочных операций, таких, как построение проектных углов и расстояний.

Способ прямоугольных координат (рис. 26). В этом способе положение точек 1, 2, 3, …. на кривой через равные промежутки k определяется прямоугольными координатами x₁, y₁ , x₂ , y₂, …, при этом за ось абсцисс принимают линию тангенса, а за начало координат – начало (НК) и конец кривой (КК).

Рис. 26. Схема разбивки кривой способом прямоугольных координат

Основные формулы: , , где угол . От начала кривой по тангенсу в сторону вершины угла откладывается соответствующая вычисленная абсцисса х. В конце отложенного расстояния строится угол, равный 90 ˚, и по полученному направлению откладывается ордината y. В данном способе разбивка ведется и от начала и конца кривой к середине, что повышает точность разбивки.

Способ прямоугольных координат применяется при выносе пикетов на кривую, при выполнении съемочных и разбивочных работ.

Достоинство способа заключается в том, что каждая точка кривой определяется независимыми промерами и при переходе от одной определяемой точки к другой погрешности не накапливаются.

Способ углов. В этом способе (рис. 27) используется математическое положение, что углы с вершиной в какой-либо точке круговой кривой, образованные касательной и секущей и заключающие одинаковые дуги, равны половине соответствующего угла.

Рис. 27. Схема разбивки кривой способом углов

Основная формула: , где b – длина хорды. Разбивку кривой осуществляют следующим образом. В начале кривой устанавливают теодолит и от линии тангенса задают угол, равный ; расстояние b, откладывая вдоль полученного направления длину хорды, равную шагу разбивки (5, 10, 20 м). Найденную точку закрепляют. От того же направления теодолитом строят второй угол равный . От точки B откладывают следующую длину хорды b так, чтобы ее конец лежал в коллимационой плоскости теодолита, фиксируя на местности точку С кривой и т. д.

Недостаток способа заключается в том, что каждая последующая точка определяется относительно предыдущей и с возрастанием длины кривой точность детальной разбивки быстро падает.

Способ продолженных хорд. Разбивку кривой этим способом (рис. 28) ведут без теодолита. В основу положен способ линейных засечек. По радиусу R и принятой длине хорды находят отрезки d и y, называемые промежуточным и крайним перемещением. Положение первой разбивочной точки В можно определить способом прямоугольных координат или с отрезка тангенса AN = b линейной засечкой радиусами-векторами AВ = b и NВ = y. Закрепив точку В, на продолжении створа AВ откладывают длину хорды b и отрезками C'C = d и BC' = b засекают на кривой точку С и т. д.

Рис. 28. Схема разбивки кривой способом продолженных хорд

Основные формулы: ; , где b – длина хорды. Точность данного способа невысока, его используют при разбивке коротких кривых. Недостаток способа тот же, что и у предыдущего. Применяется этот способ в стесненных условиях (в насыпи, выемке, в шахте) при невысокой точности разбивки.

Способ хорд (секущих ). В этом способе (рис. 29) точки кривой разбивают от хорды по прямоугольным координатам. Длину хорды выбирают большой (100 м и более), но с учетом, чтобы максимальная длина ординаты не превышала 2 – 3 м. В этом случае точность способа высока. Направление первой хорды задают теодолитом из начальной точки кривой под углом к тангенсу, равным . Этот угол можно вычислить или найти по таблицам Митина для радиуса кривой и принятого шага разбивки. В этих же таблицах находят величины K – x и y для детальной разбивки участка кривой АВ от хорды.

Рис. 29. Схема разбивки кривой способом хорд

Основная формула: , где b – длина хорды. Разбиваемые точки получают на местности отложением расстояний х по хорде, а расстояний у по перпендикулярам к хорде. Абсциссы принимают равными: х1 = 20 м, х2 = 40 м и далее 60, 80, 100 м. Теодолит переносят в точку В, и от направления АВ откладывают угол , задавая направление второй хорды, от которой разбивают новый участок кривой.

Наряду со способом прямоугольных координат способ хорд является наиболее точным и применяется в стесненных условиях (в тоннелях, на дамбах и т. д.).

Способ вписанного многоугольника. Точки на кривой через равные промежутки определяются путем последовательного отложения хорды l и угла между соседними хордами β ₂ (рис. 30)

Местоположение точки 1 на кривой определяют способом прямоугольных координат или углов. В ней устанавливают теодолит и строят угол равный β ₂. Вдоль направления НК –1откладывают хорду l, определяя на кривой точку 2, в которую переносят теодолит.

В точке 2 производят такие же построения. В данном способе часть точек разбивают от начала кривой, остальные от конца, что позволяет повысить точность.

Рис.30. Схема разбивки кривой способом вписанного многоугольника

Основные формулы: , , где .

 

Благодаря высокой точности линейных и угловых измерений способ разбивки кривых используется в тоннелестроении, а также для выноса в натуру осей сооружений, имеющих в сечении окружность или многоугольник.

Способ полярных координат. При разбивке теодолит (тахеометр) устанавливают в точке начала (НК) или конца (КК кривой и от направления линии тангенса в сторону кривой откладывают углы , а вдоль каждого такого направления длины линии (радиус – векторы).

Вначале вычисляют величину исходного полярного угла разбивки по формуле:

/2R,

где – интервал разбивки (5, 10 или 20 м), который зависит от радиуса R кривой и длины кривой K_n;

( -число точек кривой), т.е. ;

- число минут в радиане .

Величины полярных углов и длины радиус–векторов вычисляют по формулам: ; Этот способ также используется при разбивке кривых электронным тахеометром.

Переходные кривые. Для уменьшения вредного влияния центробежной силы и обеспечения плавности движения при переходе с прямого участка пути на кривую их сопряжение осуществляется при помощи переходной кривой (рис. 31).

Элементы переходной кривой: , ;

, ;

; .

Рис. 31. Переходная кривая

Главной особенностью переходной кривой является ее радиус, который плавно изменяется от бесконечности в начале кривой до радиуса круговой кривой. В пределах переходной кривой делают односкатный поперечный профиль (вираж) с наклоном к центру кривой на автомобильных дорогах или поднимают наружный рельс над внутренним (на железнодорожных линиях).

При вставке переходных кривых круговая кривая с каждого конца укорачивается на величину, равную половине длины переходной кривой. Радиус круговой кривой уменьшается на величину р, угол поворота уменьшается на величину, равную 2 φ.

Динамическое уравнение переходной кривой , (92) где С – постоянная (параметр) переходной кривой, равная С = LR, l – удаление текущей точки кривой от ее начала.

Рис. 32. Клотоида

Переходная кривая представляет собой клотоиду (радиальную спираль).Уравнение клотоиды в полярных координатах

, (93)

где – угол между осью абсцисс и касательной в текущей точке кривой;

в прямоугольных координатах

,

. (94)

На местности начало переходной кривой находят отложением величины L / 2 от начала или конца круговой кривой, а пикетажные значения по формулам

ПКНПК₁ = ПКНК – L/2; ПКНПК₂ = ПККК + L/2. (95)

Концы переходных кривых выносят на местность способом прямоугольных координат от соответствующих начал переходных кривых. Вычисление разбивочных элементов х и у выполняют по формулам способа прямоугольных координат для длины кривой равной L и радиуса круговой кривой.

Вертикальные кривые. При проектировании трассы на переломах продольного профиля разбивают вертикальные кривые (рис. 33). В их качестве могут выступать круговые кривые с большими радиусами.

Основные элементы вертикальной кривой: ; ; , где .

Рис. 33. Вертикальная кривая

В зависимости от категории дорог, наименьшие радиусы для автомобильных дорог могут быть:

– для выпуклых кривых R min = 25000 –250 м;

– для вогнутых кривых R min = 8000 – 1500 м.

Детальную разбивку любой вертикальной кривой производят способом прямоугольных координат. Разбивку ведут через 10 метров. Абсциссы х определяют по пикетажу от начала вертикальной кривой, а ординаты у вычисляют по формуле и вводят в проектные высоты продольного профиля, прибавляя их в случае вогнутой кривой и вычитая при выпуклой кривой. Для разбивки вертикальных кривых могут быть использованы таблицы.

Нивелирование трассы. По пикетам и поперечным профилям, а также по установленным вдоль трассы постоянным и временным реперам производят техническое нивелирование или нивелирование IV класса.

Постоянные реперы устанавливают при закреплении трассы через каждые 20 – 30 км, а также в местах пересечения трассы существующих магистралей, вблизи переходов через крупные реки и горные препятствия, в населенных пунктах, на площадках станций. Дополнительно устанавливают временные реперы на расстоянии 2 – 3 км друг от друга, их закрепляют деревянными столбами. Все реперы должны располагаться вне зоны земляных работ. На каждый из них составляют абрис с привязкой пикетажу трассы и к местным предметам.

Техническое нивелирование производят в два нивелира, то есть двумя бригадами. Первым прибором нивелируют пикетажные и плюсовые точки, геологические выработки, временные и постоянные реперы. Вторым нивелируют только реперы, связующие точки, а также поперечные профили. Километровые пикеты и реперы обязательно нивелируют как связующие точки обоими приборами.

Одиночное нивелирование вдоль трассы разрешается при длине трассы не более 50 километров. При нивелировании соблюдаются следующие требования:

– расстояние от нивелира до рейки 100 – 150 метров (при благоприятных условиях может быть до 200 метров);

– нивелирование выполняется по двухсторонним рейкам;

– если нивелирование ведется по связующим точкам через два пикета, то остальные пикеты определяются как промежуточные при одном взгляде на рейку (вычисление отметок этих точек ведется через горизонт инструмента).

Точность технического нивелирования по основной магистрали характеризуется невязкой замкнутого полигона или одиночного хода между исходными пунктами равной ƒ _пред = 30 мм L_км (согласно ведомственной инструкции на а/д) и расхождением между суммами превышений, полученными из первого и второго нивелирования, которое не должно превосходить

Δ h_пред = 30 мм √ L· √ 2.

Съемочные работы. При полевом трассировании производят крупномасштабную (1: 500, 1: 1000, 1: 2000) топографическую съемку для отдельных участков трассы. Для съемки полосы вдоль трассы применяют чаще всего тахеометрическую съёмку, выполняемую электронным тахеометром.

На крупных мостовых переходах и в горных районах используют наземную стереофотограмметрическую съемку или лазерное сканирование. В залесенной местности съемку производят по поперечным профилям.

Обычно съемку ведут узкой полосой вдоль трассы, максимальная ширина может составлять 150 – 200 метров по обе стороны от оси трассы.

Для некоторых линейных сооружений съемочные работы ведут полосой более 500 метров. Тогда прокладывают замкнутые теодолитные ходы, создают короткобазисные параллактические сети или сети микротриангуляции и от полученных точек ведут съемку тахеометрическим методом. При наличии фотопланов крупных масштабов съемочные работы не производятся, в этом случае на фотопланах обновляют и дополняют ситуацию, а где надо рисуют рельеф.

Привязка трассы к пунктам геодезического обоснования. Привязка трассы к пунктам геодезического обоснования необходима для вычисления координат углов поворота, определения абсолютных отметок точек, а также для контроля работ и повышения точности. Привязку к пунктам триангуляции или полигонометрии и к реперам нивелирной сети обязательно выполняют вначале, в конце и по всей трассе через определенные промежутки (через 20 – 30 км).

Точность геодезических работ по привязке должна быть не ниже точности геодезических работ при проложении трассы. Проект привязки трассы составляют в начальный период технических изысканий и уточняют после полевых обследований трассы. Если геодезические пункты удалены от трассы на расстояние до 3 км, то привязка производится через 25 км. Если пункты удалены на расстоянии от 3 до 10 км, то через 50 км. Привязку планируют так, чтобы обеспечить необходимую точность проложения теодолитно-нивелирной магистрали. Предельная невязка теодолитного хода может быть допущена 0, 6 мм в масштабе плана.

Если пункты отсутствуют или значительно удалены от трассы, то через 20 – 30 сторон (не реже, чем через 50 км), производят астрономические определения азимутов или с помощью гиротеодолита с точностью 1'.

Для того, чтобы обеспечить необходимую точность изыскательских работ, необходимо, чтобы погрешности в определении высот пунктов не были более 10 см относительно реперов государственной геодезической сети. Предельные невязки нивелирных ходов не должны превышать ± 20 см.

Дорожные трассы должны удачно вписываться в ландшафт местности, трассу желательно располагать на землях, не имеющих народно-хозяйственной ценности. Проложение трассы в равнинных районах определяется контурными препятствиями, то есть ситуацией. При проектировании трассы стараться обходить контура и располагать вершины углов поворота приблизительно посередине контура или препятствия. В высотном отношении трассу ведут вольным ходом, то есть проектную линию ведут по характерным точкам местности вдоль намеченного направления.