一、道路工程測量概述

分為路線勘測設計測量(route reconnaissance and design survey)和道路施工測量(road construction survey)。

（一）勘測設計測量(route reconnaissance and design survey)

1、初測内容：控制測量(control survey)、測帶狀地形圖(topographical map of a zone)和縱斷面圖(profile)、收集沿線地質水文資料、作紙上定線或現場定線，編制比較方案，為初步設計提供依據。

2、定測内容：在選定設計方案的路線上進行路線中線測量(center line survey)、測縱斷面圖(profile)、橫斷面圖(cross-section profile)及橋涵、路線交叉、沿線設施、環境保護等測量和資料調查，為施工圖設計提供資料。

（二）道路施工測量(road construction survey)

按照設計圖紙恢複道路中線、測設路基邊樁和豎曲線、工程竣工驗收測量。

二 、中線測量(center line survey)

（一）平面線型：由直線和曲線（基本形式有：圓曲線、緩和曲線）組成。

（二）概念：通過直線和曲線的測設，将道路中心線的平面位置測設到地面上，并測出其裡程。即測設直線上、圓曲線上或緩和曲線上中樁。

三、 交點JD(intersecting point)的測設

（一）定義：路線的轉折點，即兩個方向直線的交點，用JD來表示。

（二）方法：

1、等級較低公路：現場标定；

2、高等級公路：圖上定線實地放線。

（三）實地放線的方法分類：

1、放點穿線法：放直線點——穿線——定交點。

（1）放點：可用支距法（垂直于導線邊的距離）、導線相交法及極坐标法進行。如下圖：

1、2、4、6點——用支距法；3點——用導線相交法；5點——用極坐标法。

（2）穿線

如圖，定出一條盡可能多的穿過或靠近直線上點P1、P2、P3的直線AB。

（3）定交點

将穿出的直線延長，得交點JD。

正倒鏡分中法：

l 在B點架儀，盤左瞄準A，倒鏡定a­1，b1點；盤右瞄準A點，倒鏡定a­2，b2點；取a­1、 a­2點中點a， b1、b2點的中點b。

l 同理可定出CD 方向可定出c、d兩點。（騎馬樁）。

l 将線段ab、cd相交，得交點JD。

2、撥角放線法——極坐标法

如圖，在利用導線點或已測設的JD，計算測設元素（β，S）——撥角，量邊，定出JD 位置。

四、轉點ZD(turning point)的測設

（一）定義：當相鄰兩交點互不通視時，需要在其連線測設一些供放線、交點、測角、量距時照準之用的點。

（二）分為在兩交點間測設轉點、在兩交點延長線上測設轉點。

在兩交點間測設轉點：

在JD5、JD6的大緻中間位置ZD’架儀。瞄準JD5，用正倒鏡分中法定出JD’6。測量出a、b距離。

計算e值，在實地量取e值，得ZD點。有：在ZD點架儀，檢查三點在一直線上。

五、轉角(turning angle)和分角線的測設

（一）定義：指路線由一個方向偏向另一個方向時，偏轉後的方向與原方向的夾角。當偏轉後的方向在原方向的左側，稱為左轉角；反之為右轉角。

（二）轉角的測定（如圖）

當β左> 180°時，為右轉角，有：αy=β左-180°

當β左<180°時，為左轉角，有：αz=180°-β左

當β右<180°時，為右轉角，有：αy=180°-β右

當β右>180°時，為左轉角，有：αz=β右- 180°

（三）若角度的2個方向值為a、b，則分角線方向c=(a b)/2

（四）裡程樁(mileage peg)的設置

又稱中樁，表示該樁至路線起點的水平距離。如：K7 814.19表示該樁距路線起點的裡程為7814.19m。分為整樁和加樁。

1、整樁。一般每隔20m或50m設一個。

2、加樁分為地形加樁、地物加樁、人工結構物加樁、工程地質加樁、曲線加樁和斷鍊加樁。（如：改K1 100=K1 080，長鍊20m。）

六、單圓曲線(circle curve)的測設

圓曲線測設的傳統方法：主點測設——詳細測設。

（一）主點(major point)的測設

1、曲線要素的計算

（已知轉角α及半徑R）

切線長

；

曲線長

外距

；

切曲差

2、主點的測設

（1）主點裡程的計算

ZY裡程=JD裡程-T； YZ裡程=ZY裡程 L

QZ裡程=YZ裡程-L/2； JD裡程=QZ裡程 D/2 （用于校核）

（2）測設步驟：

a. JDi架儀，照準JDi-1，量取T，得ZY點；照準JDi 1，量取T，得YZ點。

b. 在分角線方向量取E，得QZ點。

（二）單圓曲線詳細測設

有整樁号法和整樁距法，一般采用整樁号法。

1、 切線支距法(tangent off-set method)

（1）以ZY或YZ為坐标原點，切線為X軸，過原點的半徑為Y軸，建立坐标系。

（2）計算出各樁點坐标後，再用方向架、鋼尺去丈量。

特點：測點誤差不積累；宜以QZ 為界，将曲線分兩部分進行測設。

例題：設某單圓曲線偏角α=34012′00″，R=200m，主點樁号為ZY：K4 906.90，QZ： K4 966.59 ，YZ： K5 026.28，按每20m一個樁号的整樁号法，計算各樁的切線支距法坐标。

2、主點測設元素計算

＝61.53m；

=119.38m；

=9.25m；

=3.68m。

3、主點裡程計算

ZY=K4 906.90；QZ=K4 966.59；YZ=K5 026.28；JD= K4 968.43（檢查）

4、切線支距法（整樁号）各樁要素的計算表

注：表中曲線長

5、偏角法(method of deflection angle)

分為長弦偏角法、短弦偏角法。

（1）長弦偏角法

計算曲線上各樁點至ZY或YZ的弦線長ci及其與切線的偏角Δi。

再分别架儀于ZY或YZ點，撥角、量邊。

特點：

測點誤差不積累；宜以QZ 為界，将曲線分兩部分進行測設。

（2）短弦偏角法。

與長弦偏角法相比：

偏角Δi相同；

計算曲線上各樁點間弦線長ci；

架儀于ZY或YZ點，撥角、依次在各樁點上在量邊，相交後得中樁點。

（3） 此外還有極坐标法(polar coordinate method)、弦線支距法、弦線偏距法。

例題：偏角法詳細測設單圓曲線（注：此題作為實習課測設内容）

已知圓曲線的R=200m，

，交點JDi裡程為K10 110.88m，試按每10m一個整樁号，來闡述該圓曲線的主點及偏角法整樁号詳細測設的步驟。

解：主點測設元素計算

＝26.33m；

=52.36m；

=1.73m；

=0.3m。

主點裡程計算

ZY=K10 84.55；QZ=K10 110.73；YZ=K10 136.91；JD= K10 110.88（檢查）

（4）偏角法（整樁号）各樁要素的計算表

注：

；

；

七、緩和曲線(spiral)的測設

（一）概念及基本公式

1、概念

為緩和行車方向的突變和離心力的突然産生與消失，需要在直線（超高為0）與圓曲線（超高為h）之間插入一段曲率半徑由無窮大逐漸變化至圓曲線半徑的過渡曲線（使超高由0變為h），此曲線為緩和曲線。主要有回旋線、三次抛物線及雙紐線等。．回旋型緩和曲線基本公式

——緩和曲線全長。

2、切線角公式

——緩和曲線長

所對應的中心角。

3、緩和曲線角公式

——緩和曲線全長

所對應的中心角亦稱緩和曲線角。

4、緩和曲線的參數方程

5、圓曲線終點的坐标

（二）主點的測設

1、測設元素的計算

（1）内移距p 和切線增長q的計算

（2）切線長

曲線長

，其中圓曲線長

。

外距

；切曲差

2、主點的測設

（1） 裡程的計算

ZH=JD-TH；HY=ZH ls；QZ=ZH LH/2；HZ=ZH LH；YH=HZ-ls

（2）測設方法。(見例題)

例題：如下圖，設某公路的交點樁号為K0 518.66，右轉角αy=18018'36"，圓曲線半徑R=100m，緩和曲線長ls=10m，試測設主點樁。（作為實習課内容）

解：（一）計算測設元素

p=0.04m；q=5.00m；

；

（三）計算裡程

ZH=K0 497.54；HY=K0 507.54；QZ=K0 518.52；HZ=K0 539.50；YH=K0 529.50。

（四）主點測設

1、架儀JDi，後視JDi-1，量取TH，得ZH點；後視JDi 1，量取TH，得HZ點；在分角線方向量取EH，得QZ點。

2、分别在ZH、HZ點架儀，後視JDi方向，量取x0，再在此方向垂直方向上量取y0，得HY和YH點。

八、帶有緩和曲線的圓曲線詳細測設

（一）切線支距法(tangent off-set method)

1、當點位于緩和曲線上，有：

2、當點位于圓曲線上，有：

其中，

，

為點到坐标原點的曲線長。

3、偏角法(method of deflection angle)（整樁距、短弦偏角法）

（1）當點位于緩和曲線上，有：

；

距離：用曲線長l來代替弦長。放樣出第1點後，放樣第2點時，用偏角和距離l交會得到。

（2）當點位于圓曲線上

方法：架儀HY (或YH)，後視ZH(或HZ)，撥角b0，即找到了切線方向，再按單圓曲線偏角法進行。

九、路線縱斷面測量(route profile survey)

目的：測定線路中樁處的高程，繪制縱斷面圖(profile)，為線路設計提供基礎資料。工作步驟：“先基平(principal leveling)後中平(profile leveling)”

（一）基平測量(principal leveling)

1、水準點(bench mark)的設置。

（1） 位置：埋設在距中線50~100m，且不易破壞之處。

（2） 設置密度：相隔0.5km~1km——山區

相隔1km~2km——平原區

每隔5km、路線起終點、重要工程處，設永久性水準點。

2、基平測量的方法

（1）路線——附合水準路線。

（2）儀器

水準儀——不低于DS3精度

全站儀——豎直角觀測精度不大于

，标稱精度不低于（5 5×10-6D）mm

（3）測量要求

水準測量——一般按三、四等水準測量規範進行。如：要進行往返測，閉合差不超過

mm

三角高程測量——一般按全站儀電磁波三角高程測量（四等）規範進行。

（二）中平測量(profile leveling)

1、定義：

在基平測量後提供的水準點高程的基礎上，測定各個中樁的高程。

2、方法：

（1）水準儀法

從一個水準點出發，按普通水準測量的要求，用“視線高法”測出該測段内所有中樁地面高程，最後附合到另一個水準點上。

高差閉合差的限差為：

高速公路、一級公路：

二級及以下公路：

。

其記錄格式見表。

（2）全站儀法

先在BM1上測定各轉點TP1、TP2的高程，再在TP1、TP2上測定各樁點的高程。其原理即為三角高程測量原理。

（三）縱斷面圖的繪制

以橫坐标為裡程，縱坐标為高程。（見圖）

十、路線橫斷面測量(route across-profile survey)

目的——測定線路各中樁處垂直于中線方向上的地面起伏情況，繪制橫斷面圖，為線路設計提供基礎資料。

方法——先确定橫斷面方向，再測定變坡點間的平距及高差。

（一）橫斷面方向的确定

1、直線段——采用普通方向架。

2、圓曲線段——采用求心方向架。

3、緩和曲線段——該點的法線方向

選取緩和曲線上的一點N——計算偏角值δ1——後視N點，撥角900±δ1 。

θ12為P1至P2點的方位角，可由P1、P2點的切線支距法坐标求得。

（二）橫斷面的測量方法

1、要求：

按前進方向分成左右側，分别測量橫斷面方向上各變坡點至中樁的平距及高差。平距及高差的精度要求一般為0.1m。

2、方法分類：

（1）花杆皮尺法

适用于：山區低等級公路。精度低。

（2）水準儀法——水準儀測高差、皮尺丈量平距。

适用于：地形簡單地區，精度高。

（3）經緯儀視距法

适用于：地形複雜地區。精度較高。

（4）全站儀法

适用于：地形複雜地區，精度高。

用全站儀的斜距測量模式，即可自動顯示出平距和高差。

（三）橫斷面圖的繪制

繪圖時一般先将中樁标在圖中央，再分左右側按平距為橫軸，高差為縱軸，展出各個變坡點。繪出的橫斷面圖。

十一、全站儀中線測設及斷面測量簡介

（一）基本原理

中線測設：計算中樁坐标——全站儀點位放樣（極坐标法）

縱斷面測量：全站儀測量點的高程（電磁波三角高程測量）

橫斷面測量：确定橫斷面點位——全站儀測量點的高程（電磁波三角高程測量）

（二）全站儀點的放樣功能

（三）點位放樣原理

1 、先在放樣點的大緻位置立棱鏡

2 、對其進行觀測，測出當前棱鏡位置的坐标。

3、 将當前坐标與放樣點的坐标相比較，計算出其差值。距離差值dD和角度差dHR或縱向差值ΔX和橫向差值ΔY。

4、 根據顯示的dD、dHR或ΔX、ΔY，逐漸找到放樣點的位置。

（四） TOPCON全站儀放樣點位的方法

見講題目“全站儀功能介紹”。

（五）中樁測設的基本程序

1、測定線路交點（JD）的（線路統一）坐标

（1）圖上定出交點

（2）根據沿線布設的（導線）控制點，用全站儀“點的放樣”功能，實地測設出交點

（3）根據實地情況進行交點位置的調整

（4）根據沿線布設的（導線）控制點，用全站儀“坐标測量”功能測量出交點（JD）的（線路統一）坐标。

若測出了交點的兩條直線上的4個點坐标，可按數學方法計算出交點坐标。

2、中樁（線路統一）坐标的計算

（1）直線段中樁

由交點坐标和樁号裡程，按“坐标正算”公式，可計算出各中樁的坐标。

（2）曲線段中樁

計算出曲線上各中樁在切線支距法坐标系中的坐标。

根據“坐标平移與旋轉”公式，将切線支距法坐标轉換成線路統一坐标。

3、中樁的實地放樣

架全站儀在（導線）控制點或交點上，利用全站儀“點位放樣”功能，放樣出各中樁。

（六）中樁高程測量（縱斷面測量）

中樁高程測量是在中樁放樣的同時進行的。在中樁位置立棱鏡，輸入儀器高和棱鏡高，即可利用全站儀“三維坐标測量”功能，在（導線）控制點上，測出中樁處的地面高程。

（七）橫斷面測量

橫斷面測量也可在中樁測設、縱斷面測量的同時進行。關鍵在于如何将棱鏡立在中樁的橫斷面方向上。其方法之一是：

1、在大緻橫斷面方向上的某變坡點F’處立棱鏡，測出點F’的平面坐标。

2、根據測站點B及點F’的坐标，計算出方位角αBF，将其與方位角αBA相減，得角∠FBA。

3、根據中樁A處的切線角φA及切線支距法的x軸的坐标方位角，可得A處切線的方位角，進而得到A處法線方向的坐标方位角αAF。

4、由αAF和αAB可得角∠BAF。

5、根據角∠FBA、∠BAF和邊長DAB，可計算出DBF。

6、根據DBF，将棱鏡從F’點移至F點，并測出F處的高程。

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