Трассирование линейных сооружений

Лекция №4 Трассирование линейных сооружений. Подготовка трассы линейного типа для производства нивелирования. Трассой называют ось линейного сооружения, представляющую собой в общем случае пространственную кривую. Одной из таких трасс может быть например ось автомобильной дороги. Графическое изображение проекции трассы на горизонтальную плоскость, называют планом трассы. В простейшем случае трасса может быть представлена ломанным тангенциальным ходом, с вписанными в углы поворота круговыми кривыми. Например: Рис.1. Схема трассы Элементы вписанной круговой кривой О Рис.2. Элементы круговой кривой Из прямоугольного треугольника (О,НК,ВУ) : - величина Т является противолежащим катетом углу φ/2, следовательно, Т можно вычислить через тангенс этого угла Для определения К запишем пропорцию из подобия фигур отсюда Из этого же треугольника биссектриса Б (ВУ,СК) будет равна (ВУ,О) – R, а (ВУ,О) - есть гипотенуза, которая равна R∙cos (φ/2), отсюда Б= 𝑅(,1-/cos(𝜑/2.)−1). Разницу в длине по касательным и кривой называют домером, и он равен Д = 2Т-К В этом случае простейшие закругления трассы представляются следующими элементами: – углом поворота трассы φ; • радиусом круговой кривой, вписанной во внутренний угол R; • длина круговой кривой К; • тангенсом Т; • биссектрисой Б; • домером Д. Углом поворота φ называется угол отклонения трассы от своего первоначального движения. Точка касания трассы с круговой кривой называют началом кривой НК и концом кривой КК. Кривая К - это длина трассы по круговой кривой от начала кривой до конца кривой. Тангенс Т – это расстояние от вершины угла поворота трассы до начала или конца вписанной круговой кривой. Биссектриса Б - это расстояние от вершины угла поворота трассы по биссектрисе внутреннего угла до вписанной кривой. Точка касания биссектрисы с кривой называется серединой кривой и обозначается СК. Домер D представляет собой разницу в измеренной длине трассы по ломанной и кривой. Он образуется в результате того, что измерения в полевых условиях длины трассы производят по ломанному тангенциональному ходу, а фактическая длина строящейся трассы в связи с наличием криволинейных участков будет меньше, чем измеренная. В связи с этим на каждом закруглении вычисляют величины домеров. Радиус круговой кривой выбирается в зависимости от угла поворота и назначения трассы, а остальные элементы вычисляются по назначенному радиусу и измеренному углу поворота трассы. При вычислении можно пользоваться таблицами Митина. Например: радиус трассы автомобильной дороги выбирается в зависимости от категории дороги, которая определяется её назначением и интенсивностью движения. Рассмотрим процесс подготовки трассы для производства нивелирования. При этом мы будем считать, что трасса на местности закреплена точками начала трассы Нтр, конца трассы Ктр, вершинами углов ВУ. Задача подготовки трассы к нивелированию при этом будет сведена: 1) к разбивке пикетажа; 2) закреплению главных точек круговой кривой; 3) детальной разбивке круговой кривой. Рассмотрим каждую из этих задач более подробно. Через каждые 100 м осуществляется закрепление трассы столбиками, на которых подписывают расстояния от начала трассы. В строительстве принято расстояние обозначать стометровками или иными словами - пикетами ПК. Нтр 100м 100м 100м 50м ПК1 ПК2 ПК3 ПК3+50 При разбивке (т.е. закреплении) пикетажа по трассе наибольшую трудность представляет расчет закруглений и вынос точек трассы на кривую. Пикетажное значение точки – это расстояние от начала трассы до самой точки, выраженное в пикетах. Например: расстояние от НТ до ВУ - 755,40 м, пикетажное значение ВУ будет ПК7+55,40 Расчет пикетажных значений главных точек закруглений осуществляют в следующей последовательности, позволяющей одновременно производить и контроль вычислений. НК= ВУ - Т; КК=НК+К; СК=НК+1/2К; КК=ВУ+Т-Д; СК =ВУ – 1/2Д, При этом ВУ – это расстояние от начала трассы до угла поворота ВУ, записанное в пикетажной форме. И так рассчитывают пикетажные значения главных точек всех кривых на трассе, но для этого надо знать пикетажные значения всех углов поворота (ВУ). Обычно, при трассировании, расстояния между вершинами углов поворота измеряются и они называются Si. Рассчитать пикетажные значения ВУ можно по формулам для нашей трассы (см.рис. 1): ВУ1= S1; ВУ2=S1+S2 -Д1; КТ=ВУ2+S3 -Д2. Между вписанными круговыми кривыми должны быть прямолинейные участки, называемые прямыми вставками Рi, которые рассчитываются: Р1=(НК1)м; Р2= (НК2 - КК1)м; Р3= (КТ – КК2)м; Контролем правильности расчетов будет: S1= Р1+Т1; S2=Т1+Р2+Т2; S3= Т2+Р3. Вся длина трассы контролируется формулой: L= ∑P+∑K=∑S - ∑Д Дирекционные углы направлений (прямых вставок) рассчитываются по следующим формулам: α2= α1+φпр; α3= α2 - φлев. Контролем правильности расчета дирекционных углов будет равенство: αк - αн=∑ φпр - ∑ φлев Все расчёты и измерения при трассировании заносятся в специальную ведомость, называемую «Ведомость прямых и кривых» ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ НИВЕЛИРОВАНИЕ. Геометрическое нивелирование позволяет определить превышение одной точки над другой с помощью горизонтального луча нивелира и отвесно установленных нивелирных реек. Существует 2 способа геометрического нивелирования: - нивелирование из середины (рис. 1); - нивелирование вперед (рис. 2). Рис. 1. Нивелирование из середины При нивелировании из середины в точках А и В устанавливают отвесно нивелирные рейки, а нивелир устанавливают между точками А и В (на одинаковом расстоянии от них), не обязательно в створе линии. Точку постановки нивелира называют станцией. При нивелировании используют обычно двухсторонние рейки, на черно-белой стороне рейки отсчеты начинаются с нуля, а на красно-белой стороне – с произвольного отсчета, значение которого больше, чем максимальный отсчет по черно-белой стороне. Начальный отсчет по красно-белой стороне называют пяткой рейки и его значение используется при контроле снятия отсчетов на станции. Если при нивелировании используются односторонние рейки, то на станции нивелирование выполняют дважды при разных высотах инструмента. Превышение h на станции вычисляют по формуле , где а – отсчет по задней рейке (точка А); b – отсчет по передней рейке (точка В) (см. рис. 1). Превышение может быть положительным или отрицательным. Если отсчет по задней рейке обозначить З, а отсчет по передней рейке П (см. рис. 1), то формула примет вид h=З - П При нивелировании по двухсторонним рейкам на станции получают два превышения: hч=Зч – Пч; hк=Зк – Пк, где Зч, Зк – отсчеты по черной и красной сторонам на заднюю рейку; Пч, Пк – отсчеты по черной и красной сторонам на переднюю рейку. При нивелировании на каждой станции выполняется два контроля: - контроль снятия отсчетов производится по пяткам реек: ; , где – пятка задней рейки; – пятка передней рейки. - контроль нивелирования производится по формуле: . Если условие выполняется, то на станции вычисляют среднее превышение: . Среднее превышение округляется до целых мм. Рис. 2. Нивелирование вперед В тех случаях, когда превышение между точками, расположенными на значительном расстоянии, с одной постановки нивелира определить нельзя, выполняется последовательное или сложное нивелирование (рис. 3). Рис. 3. Последовательное нивелирование При последовательном нивелировании способом из середины превышение между точками А и В вычисляется по формуле . При последовательном нивелировании способом вперед превышение вычисляется по формуле . При последовательном нивелировании точки 1 и 2 называют связующими. Если нивелирование выполняют вдоль какого-либо направления, например вдоль дороги или трубопровода, то такое нивелирование называют продольным. Одновременно с продольным нивелированием может проводиться поперечное нивелирование (рис. 4). Рис. 4. Схема поперечного нивелирования Связующие точки при продольном нивелировании на местности намечают и закрепляют обычно через равные интервалы, например через 100 м (расстояние в 100 м называют пикетом), а закрепленные точки часто не совпадают с точками перегиба рельефа, а для производства строительства необходимо знать отметки точек перелома уклонов. Отметки таких точек, а также: 1) точек пересечения инженерных коммуникаций (водопровод, ЛЭП, дороги); 2) главных точек круговой кривой, при продольном нивелировании определяют как отметки промежуточных точек. Промежуточные точки (рис. 5) обозначаются числом метров, соответствующих расстоянию от заднего пикета, поэтому их называют еще плюсовыми точками. Рис. 5. Вычисление отметки промежуточной точки Отметки промежуточных точек находят через горизонт инструмента ГИ на станции, с которой определялся отсчет на промежуточную точку. Горизонт инструмента – высота визирного луча нивелира над уровенной поверхностью, вычисляется по формуле или , где Нз – отметка задней точки; Зч – отсчет по черной стороне на заднюю точку; Нп – отметка передней точки; ПЧ – отсчет по черной стороне на переднюю точку. Горизонт инструмента и отметка задней точки вычисляются в метрах, поэтому и отсчет на заднюю точку переведен в метры. Отметку промежуточной точки вычисляют по формуле , где - отсчет на i-ю промежуточную точку, взятый по черной стороне рейки. Вычисление отметок через горизонт инструмента особенно удобно, когда с одной станции производилось снятие отсчетов на несколько промежуточных точек, например при нивелировании поперечников. При больших продольных уклонах между пикетами не всегда возможно определить превышение между ними с одной постановки нивелира. Тогда между пикетами берут дополнительные точки. Если уклон однородный, т.е. между пикетами нет точек перелома уклона, то в качестве связующих берут произвольные точки, которые подписывают иксовыми точками. Иксовые точки на продольном профиле не изображаются, поэтому расстояние до них не измеряется (рис. 6). Рис. 6. Иксовые точки Если уклон между пикетами не однороден, а превышение нельзя определить с одной постановки нивелира, то точка перелома уклона может быть взята в качестве связующей точки и до нее должно быть измерено расстояние, т.к. эту точку нужно обязательно изобразить на продольном профиле (рис. 7). Рис. 7. Точка перелома уклона Все измерения при нивелировании заносятся в журнал соответствующего образца. Заканчивают запись на странице отсчетами на переднюю точку. Так как нивелирный ход может занимать несколько страниц, то во избежание ошибок на каждой странице производят постраничный контроль: где – сумма отсчетов на задние (передние) рейки по черной и красной сторонам на странице; – сумма превышений на странице, вычисленных по черной и красной сторонам; – сумма средних превышений на странице. Каждый студент должен решить две задачи для закрепления знаний по геометрическому нивелированию. Задача 1. Дана отметка НА точки А. Вычислить отметку точки В через ее превышение над точкой А, если по нивелирным рейкам получены отсчеты: - в точке А отсчет по черной стороне рейки ; - в точке В отсчет по черной стороне рейки . Если номер зачетной книжки больше 100, то = номер зачетной книжки-50. Построить поясняющий схематический чертеж. Отметка точки А берется равной высоте точки п/п84 из первой части курсового задания: . Задача 2. Вычислить отметку точки А через горизонт инструмента, если отметка точки В и отсчеты а, в имеют такие же значения, как и в первой задаче. Построить поясняющий чертеж. Составление продольного профиля и поперечников. Продольный профиль – это условное изображение на бумаге продольного разреза местности по линии нивелирования. Исходными данными для составления продольного профиля трассы являются результаты обработки журнала нивелирования, ведомость прямых и кривых и пикетажная книжка. Профиль является документом, по которому выполняют вначале проектирование, затем строительство линейного сооружения. Поэтому на него наносят все отнивелированные точки трассы с их отметками, план ситуации, условный план прямых и кривых и данные результатов проектирования. Эти данные располагаются в определенном порядке, установленным стандартом, в совокупности называемым сеткой профиля. Для каждого вида сооружения – стандартная сетка. Профиль строят в двух масштабах: длины линий откладывают в одном, горизонтальном масштабе; высоты – в другом вертикальном масштабе, обычно в 10 раз крупнее. Для различных сооружений установлены старндартные масштабы продольного профиля: - для автодорог М 1:5000, 1:500; - для подъездных путей (ж/д транспорт) М 1:2000, 1:200; - для ж/дороги М 1:10000, 1:1000; - для городских коммуникаций М 1:1000, 1: 100. Для построения продольного профиля используется миллиметровая бумага указанных выше размеров. Построение профиля выполняют карандашом, начинают его с вычерчивания сетки профиля. На рис. 2.11 приведены форма и размеры упрощенного вида сетки (боковика) продольного профиля, содержащей графы, характерные для многих видов линейных сооружений. В учебном пособии приведено рассмотрение построения профиля с использованием боковика, изображенного на рис. 2.11, полный состав сетки для каждого вида сооружения можно найти в ГОСТах. Общая компоновка графической части этого задания приведена в прил. 6 . Боковик (сетку профиля) располагают в левой нижней части листа формата А3, отступив от нижнего края 2–3см, от левого края – не менее 1см. Развернутый план трассы 20 Проектные данные Уклоны, о/оо 10 Отметка оси дороги, м 15 Фактические данные Отметка земли, м 15 Расстояния, м 10 Пикеты элементы плана километры 40 10 55 Рис. 1. Боковик продольного профиля (упрощенный вариант) Справа от боковика размещается информация о продольном профиле. Длина профиля выбирается в соответствии с длиной трассы и горизонтальным масштабом продольного профиля. Для примера, приведенного в приложениях, общая длина равна 270мм. Из них 65мм отводится для граф сетки, 5мм – на разрыв сетки с профилем и 200мм – на сам профиль. При этом необходимо проследить, чтобы начало профиля совпадало с целым сантиметровым делением миллиметровой бумаги. Горизонтальные линии сетки проводятся параллельными линиями, через расстояния, указанные в правой части рис. 2.11. Заполнение граф сетки (см. рис.1) ведут в следующей последовательности. Заполняют графу «Расстояния». Для этого в масштабе 1:5000 откладывают пикеты (100-метровки) через 2см, начиная с нулевого пикета. Пикеты отмечают вертикальными линиями, названия пикетов подписывают в строчке «Пикеты» (ниже графы «Расстояния»). Нумерация пикетов идет от 0 до 9. Пикет, кратный 10, не нумеруют, а показывают километровый знак и подписывают номер километра. Кроме пикетов отмечают положение промежуточных точек. Для этого откладывают расстояния до промежуточных (плюсовых) точек, которые берут с плана трассы или из журналов нивелирования. Такими точками в рассматриваемом примере являются ПК3+10, ПК3+25, ПК3+50, ПК3+66 и ПК4+60. Расстояния между плюсовыми точками показывают в метрах и записывают между вертикальными линиями. Например, для плюсовых точек между пикетами 3 и 4 должны быть подписаны расстояния 10, 15, 25, 16 и 34м, сумма которых должна составлять длину пикета (100м). В графу «Отметка земли» записывают округленные до сантиметров отметки пикетов и плюсовых точек, которые берут из журнала нивелирования трассы. Высота записываемых цифр 3мм. По данным пикетажной книжки, составленной в масштабе 1:2000, в графу «Развернутый план трассы» в масштабе 1:5000 переносят снятую в обе стороны от трассы ситуацию. Перенос результатов съемки может быть осуществлен с чертежа плана трассы. Надписи размеров и плюсовых обозначений контуров не наносят. Горизонтальная средняя линия графы соответствует спрямленной трассе. На оси трассы стрелками вправо и влево показывают изменения направления трассы (поворот вправо или влево) и подписывают названия вершин углов поворота. При этом вершины углов поворота располагают по их пикетажному значению. 4. Пользуясь ведомостью прямых и кривых, заполняют графу «Элементы плана», располагая точки начала и конца кривой в соответствии с их пикетажным значением. Если закругления устраивают без переходных кривых (радиус круговых кривых более 2000м), положение кривых обозначают пятимиллиметровым смещением проектный линии в сторону поворота. Если закругление устроено с переходной кривой, то ее длину показывают наклонной линией в горизонтальном масштабе со смещением конца переходной кривой в сторону поворота трассы на 5мм. Для каждой кривой выписывают ее основные элементы (угол поворота, радиус, длину кривой, тангенс, домер, биссектрису). Если закругление устроено с переходными кривыми, то указывают длину переходной кривой. Затем из точек начала и конца кривых восстанавливают перпендикуляры до графы «Расстояние». Слева на полученных линиях записывают их плюсовое обозначение (расстояние от предыдущего пикета). Например: пикетажное значение начала кривой равно ПК1+17,22. В соответствии с этим слева от перпендикуляра запишем 17,22, а справа – расстояние до старшего пикета, а именно 82,78м. Надписи румбов и длин прямых вставок переносят из ведомости прямых и кривых без изменения. 5. В строчке «Километры» на перпендикулярах, опущенных вниз, намечают положение километров по трассе (ПК0 и ПК10) кружками диаметром 5мм, правую половину которых затемняют. Высота надписей километров 4мм. 6. Для построения продольного профиля выбирают так называемую линию условного горизонта. Обычно за линию условного горизонта принимают верхнюю горизонтальную линию сетки профиля. Отметку линии условного горизонта выбирают кратной знаменателю масштаба в метрах с таким расчетом, чтобы минимальная отметка линии продольного профиля возвышалась над линией условного горизонта не менее чем на 4см. Пример: минимальной отметкой профиля является урез воды реки Омь (ПК3+26 и ПК3+50). Эта отметка равна 127,84. В масштабе 1:500 в регламентируемых 4см содержится 20м, следовательно, за линию условного горизонта можно принять отметку 107,0 (127,84–20);округляем 107 в меньшую сторону до числа, кратного 5м, за отметку линии условного горизонта окончательно принимают отметку 105,0м. Для построения профиля восстанавливают перпендикуляры с каждого пикета и плюсовой точки вверх от линии условного горизонта, на них в масштабе 1:500 откладывают отрезки, соответствующие отметкам пикетов и плюсовых точек с учетом высотного положения линии условного горизонта. Например: Нпк0=132,93 м, следовательно, от линии условного горизонта в масштабе 1:500 (в 1 см–5 м) откладывают высоту 27,93м, что составляет отрезок в 5,59см. Нпк1=134,12м, откладывают 29,12м или 5,82см. Аналогичным образом поступают со всеми пикетами и плюсовыми точками. Соединив концы построенных отрезков прямыми линиями, получают продольный профиль трассы. Концы перпендикуляров, возвышающиеся над профилем, убирают. 7. Согласно пикетажному значению реперов 1 и 2, взятых из «Пикетажной книжки», наносят их местоположение над построенным профилем. Для этого, отступив от профиля 1см, проводят вертикальную линию, левее которой пишут пикетажное положение репера по трассе, правее – местоположение репера относительно трассы (вправо или влево) и расстояние до него [берется с «Развернутого плана трассы» или из пикетажной книжки]. На горизонтальной полочке записывают номер репера и его отметку (см. рис. 2). Для рассматриваемого варианта эти надписи будут следующими (рис. 2): Рис. 2. Обозначение планового и высотного положений реперов 8. Графы продольного профиля «Проектные данные» заполняют при нанесении проектной линии трассы на профиль. Построение проектной линии продольного профиля рассматривается в 2.7. 2. Составление профилей поперечников Для получения характеристики рельефа в перпендикулярном к трассе направлении строят поперечные профили (поперечники). В прил. 7 на станциях 11 и 13 были пронивелированы два поперечника, разбитые на ПК7 и ПК9. Боковик поперечного профиля выполняют по рис. 3. При размещении на листе двух поперечных профилей и более боковик таблицы допускается наносить только у первого поперечного профиля. Проектные данные Уклон, о/оо , длина, м 10 Отметка земляного полотна, м 15 Фактические данные Отметка земли, м 15 Расстояние, м 10 10 55 Рис. 3. Боковик для поперечного профиля Поперечные профили автомобильных дорог выполняют по направлению возрастания указателей километров, для дорог на застроенной территории (при отсутствии указателей километров) – слева направо в соответствии с планом. На поперечном профиле земляного полотна автомобильной дороги общего пользования и подъездных дорог показывают: - ось проектируемого земляного полотна (при реконструкции, кроме того, ось существующего земляного полотна); - линию фактической поверхности земли и линии ординат от точек ее переломов; - контуры проектируемого земляного полотна и водоотводных сооружений, линии ординат от точек их переломов (при реконструкции, кроме того, контур существующего земляного полотна); - контур проектируемой поверхности дорожного покрытия и отметки уровней (высоты, глубины) в точках ее переломов; - контур срезки плодородного слоя, удаления торфа, непригодного грунта; - инженерные коммуникации, их обозначение, наименование и отметки уровней, на которых они проложены; - разведочные геологические выработки; - границу полосы отвода земель; - привязку поперечного профиля к пикету. Для построения профиля поперечника также вычерчивается боковик (сетка). Форма и размеры боковика приведены на рис. 3. Построение профиля поперечников производят в следующей последовательности: 1. По центру рисунка наносят масштаб изображения проектируемого поперечного профиля. 2. В верхней строке указывают уклон проектируемой поверхности. Поскольку проектная линия проводится по оси проезжей части, то уклоны относительно оси проезжей части имеют знак «минус». Уклоны проезжей части указывают в промилле (1/1000). В этой же графе указывают расстояния до кромки проезжей части. Так как в рамках изучаемой дисциплины не рассматривается вопрос проектирования земляного полотна дороги, эта графа в приводимом примере отсутствует. 3. Во второй строке указывают отметки точек земляного полотна (в рассматриваемом примере эта графа отсутствует). 4. В третьей строке указывают отметки по точкам нивелирования поперечника. 5. В четвертой строке указывают расстояния между точками нивелирования. Построение поперечника производится аналогично построению продольного профиля. Масштабы у поперечника обычно равны (МГ=МВ), их принимают равными 1:100. Так же строят профиль второго поперечника (на ПК9). В рассматриваемом примере взяты различные масштабы для горизонтальных и вертикальных расстояний. Рис. 4. Поперечник на ПК9