3.3.1. Приборы и принадлежности:

1. 1.     Теодолит и нивелир со штативами;

2. 2.     Вешки (3 штуки);

3. 3.     Стальная 20-ти метровая лента с комплектом шпилек;

4. 4.     Нивелирные рейки (2 штуки с пятками, отличающимися по красной шкале на 100 мм);

5. 5.     Колышки для закрепления пикетов и плюсовых точек (на асфальте или бетоне – масляная краска);

6. 6.     Топор;

7. 7.     Журнал измерения углов и линий;

8. 8.     Пикетажный журнал (блокнот из миллиметровой бумаги размером 10 15 см);

9. 9.     Журнал нивелирования;

10. 10.                       Таблицы для разбивки кривых;

11. 11.                       Калькулятор;

12. 12.                       Чертежная бумага, рабочая тетрадь, карандаши, ручки;

13. Миллиметровая бумага.

3.3.2. Полевые работы

    Инженерно-геодезические изыскания дороги заключаются в определении положения оси трассы на местности в плане и по высоте.

    Плановое положение трассы определяется при разбивке пикетажа, высотное – в результате геометрического нивелирования.

    Задача: усвоить методику геодезических работ при изыскании линейных сооружений, закрепить навыки работы с геодезическими приборами.

    Состав и последовательность работ при выполнении задания:

1. 1.     Рекогносцировка трассы;

2. 2.     Определение углов поворота;

3. 3.     Линейные измерения. Разбивка пикетажа и поперечников с ведением пикетажного журнала;

4. 4.     Разбивка круговых и переходных кривых;

5. 5.     Вынос пикетов на кривую;

6. 6.     Съемка полосы местности вдоль трассы;

7. 7.     Ориентирование трассы по истинному меридиану;

8. 8.     Нивелирование трассы и поперечников;

9. Обработка полевых материалов. Составление плана трассы, продольного и поперечного профилей.

    3.3.2.1. Рекогносцировка трассы

    В процессе рекогносцировки обследуют местность вдоль предполагаемой трассы, начальная точка которой (ПК0) и приблизительное направление задаются преподавателем. При обследовании трассу намечают так, чтобы она проходила по местам, удобным для линейных изменений. В местах изменения направления трассы (углах поворота) забивают колышки или отмечают их на асфальте масляной краской. Вершины углов поворота обозначают ВУ1, ВУ2 и так далее. Запрещается намечать вершины углов на проезжей части дорог.

    3.3.2.2. Измерение углов трассы

При трассировании обычно измеряют правые углы хода  ₁, ₂(рис. 3.5) одним приемом со средней квадратической погрешностью 1'.

Рис. 3.5. Измерение углов трассы

    Результаты измерений записывают в журнал измерения углов и линий.

    Углы поворота трассы определяют как дополнение правого угла хода до 180⁰ при повороте линии вправо:

;

при повороте линии влево:         .

    Чтобы не задерживать теодолит на данной вершине, сразу же находят направление биссектрисы справа или слева по ходу лежащего угла (справа по ходу лежащего при повороте вправо и слева по ходу лежащего при повороте влево). Направление биссектрисы необходимо при разбивке кривой в главных точках.

    Для получения направления биссектрисы правого угла (меньшего 180 ) теодолит ориентируют на переднюю веху и откладывают вправо половину величины измеренного справа по ходу лежащего угла. Полученное направление закрепляют вехой, шпилькой или масляной краской.

    Для получения направления биссектрисы левого угла теодолит ориентируют на заднюю веху и откладывают вправо половину величины слева по ходу лежащего угла. Величину слева по ходу лежащего угла получают путем вычитания из 360 величины справа по ходу лежащего угла.

    На длинных участках прямых в пределах прямой видимости устанавливают створные точки (дополнительные углы), которые задают отложением угла 180 при круге лево (Л) и круге право (П), намечая из двух точек среднюю. Угол хода на створной точке измеряют обычным образом. Он не должен отличаться от 180 на величину более чем . В противном случае створную точку перемещают на местности.

    3.3.2.3. Линейные измерения. Разбивка пикетажа и поперечников

    При трассировании выполняют два вида линейных измерений.

    Первый вид измерений – это определение расстояний между вершинами углов поворота и створными точками. Оно выполняется вместе с угловыми измерениями (как в теодолитных ходах). Это измерение можно выполнить лентами или оптическими дальномерами (нитяным дальномером).

    Второй вид измерений служит для разбивки пикетажа, элементов кривых и поперечных профилей, а также для промеров до точек ситуации, расположенных вблизи трассы.

    Разбивка пикетажа по трассе состоит в отложении по оси сооружения отрезков, равных 100 метров. Эти отрезки называют пикетами. Конец каждого пикета закрепляют колышком и сторожком (на асфальте – масляной краской) и подписывают.

    Начальную точку трассы обозначают ПК0, последующие – ПК1, ПК2 и так далее. Кроме целых пикетов отмечают на местности плюсовые точки: рельефные – характерные перегибы рельефа местности и контурные – пересекаемые трассой сооружения, водотоки, границы угодий и так далее. Эти точки обозначают присоединением к номеру ближайшего младшего пикета величины расстояния от него, например, ПК0+34,00.

    Колышки подписывают соответствующим номером пикета или обозначением плюсовой точки, а также номером бригады.

    В тех местах трассы, где поперечный уклон местности круче 1/5 разбивают поперечники. При разбивке поперечника закрепляют кольями его концы, точку пересечения с трассой, а также точки перегиба рельефа.

    Начало поперечника обозначают так же, как плюсовую точку, а точки поперечника – указанием расстояния от начала с присоединением буквы "Л", когда они расположены влево от трассы, и буквы "П" – когда вправо.

    Одновременно с разбивкой пикетажа и поперечников ведут пикетажный журнал (рис. 3.6), который представляет собой книжку, сброшюрованную из миллиметровой бумаги (10 х 15 см). В нем показывают трассу в виде прямой линии посередине страницы, на которой в масштабе (обычно 1:2000) наносят все пикетные и плюсовые точки, углы поворота, поперечники, границы препятствий и ситуацию в обе стороны от оси.

Рис. 3.6. Фрагмент пикетажного журнала

    Запись в пикетажном журнале ведется снизу вверх, чтобы правая и левая стороны страницы соответствовали правой и левой стороне трассы по ходу пикетажа. Углы поворота в журнале показывают в виде стрелок, направленных вправо или влево от средней осевой линии в зависимости от того, в какую сторону поворачивает трасса. Около углов поворота выписывают принятые элементы кривых: угол поворота (с указанием правый или левый); радиус, тангенс, кривую, биссектрису, домер; здесь же подсчитывают пикетажные значения начала, середины и конца кривой.

    Ситуацию вдоль трассы (до 20-ти метров влево и вправо от оси) снимают инструментально, применяя способы перпендикуляров, створов и полярных координат. Результат съемки в виде числовых данных и схематических зарисовок заносят в пикетажный журнал (рис. 3.6).

    3.3.2.4. Разбивка главных точек кривой

    Пикетаж разбивают до вершины угла (ВУ) поворота трассы. На углах поворота производят вставки кривых и пересчет по ним пикетажа. В качестве кривых могут применяться дуги окружностей (круговые кривые) или железнодорожные кривые (круговую кривую дополнительно сопрягают переходными кривыми переменного радиуса).

    Основными элементами круговой кривой является угол поворота  , радиус кривой R, выбираемый в зависимости от условий местности и категории дороги.

    Круговые кривые разбивают в тех местах трассы, где угол поворота большой, а расстояние между соседними вершинами углов небольшое.

    Радиус кривой при этом можно выбирать от 200 м до 20 м.

    При этом необходимо следить, чтобы одна кривая не находила на другую кривую.

    По радиусу R и углу поворота  определяют остальные элементы кривой: Т – тангенс кривой; К – длину кривой; Б – биссектрису кривой и Д – домер (рис. 3.7).

    Эти элементы определяют по формулам:

;;

;.

 

 Рис. 3.7. Элементы круговой кривой

    По приведенным формулам для аргументов R и  составлены таблицы кривых [4]. Так как все элементы кривых пропорциональны радиусу R, то табличные данные, рассчитанные на определенный радиус 1000 м, могут быть приведены к величине любого радиуса R путем умножения на коэффициент R/1000.

    Пример: Дано R = 100 м,  = 43⁰45' и ВУ ПК1+12,48 м. Определить пикетажное наименование НК, КК и СК круговой кривой.

    Из табл. I.1 [4, с. 57] по аргументу  =43⁰45' находят:

Т = 401,49; К = 763,58; Д = 39,40; Б = 77,59

    Умножив эти значения на коэффициент 0,1, получают R = 100 м; Т = 40,15; К = 76,36; Д = 3,94; Б = 7,76.

    Выполняют контроль определения элементов по формуле: .

.

    Расхождение между Д, найденное по таблицам и по формуле, не должно превышать 3 см. Если расхождение допустимое, то для дальнейших расчетов берут домер, полученный по формуле .

    После определения элементов круговой кривой вычисляют пикетажное обозначение главных точек кривой по формулам:

;

;

.

    Контрольными формулами являются:

;

.

    Вычисления выполняют в пикетажном журнале (см. рис.3.6).

    Начало кривой НК на местности находят путем откладывания от ближайшего закрепленного пикета расстояния, вычисленного по пикетажному значению (на рис.3.6 от ПК1 откладывают к ПК0 расстояние 100-72,33=23,67). Полученную точку закрепляют колышком и сторожком, подписывая на нем НК ПК0+72,33.

    Конец кривой КК на трассе определяют в следующем порядке (рис. 3.7). От ВУ по направлению следующего участка трассы откладывают отрезок, равный Д (в примере Д=3,94 м), но считают, что пикетаж конца отрезка тот же, что и у ВУ, то есть ПК1+12,48. Затем от конца отрезка по направлению к ПК2 откладывают отрезок (Т-Д) = 40,15 – 3,94 = 36,21, закрепляют колышком конец кривой и подписывают на нем КК ПК1+48,69. Точки НК и КК показывают в пикетажном журнале и оформляют как плюсовые.

    Для нахождения на местности середины кривой СК, по направлению биссектрисы, отмеченному ранее на местности от ВУ откладывают длину биссектрисы Б (в примере Б =7,76 м).

    Если в средней части кривой трасса попадает на препятствие, которое желательно обойти, то необходимо изменить радиус кривой, увеличив или уменьшив его.

    Величину измеренного радиуса легко найти. Для этого на местности измеряют величину биссектрисы, при которой трасса обходит препятствие и наиболее удачно вписывается в рельеф и ситуацию местности. По измеренной биссектрисе и углу поворота в таблицах находят ближайшую величину нового радиуса и новые значения элементов кривой, по которым она вновь разбивается на местности.

    В тех местах трассы, где можно разбить кривую с радиусом более 200 метров, конечные точки круговой кривой сопрягают с прямыми при помощи так называемых переходных кривых, радиус которых непрерывно меняется от бесконечности (в начале переходной кривой) до радиуса круговой кривой (в точке сопряжения с последней), чем обеспечивается постепенное наращивание центробежного ускорения.

    Длина переходной кривой lобычно берется кратной 20 м: 20, 40, 60 и так далее до 200 метров.

    В [4, часть II табл. II.1] даются поправки в элементы круговых кривых для определения "суммированных элементов".

    Пример: Дано: R = 600 м, l = 40 м,  = 35⁰37' и ВУ ПК7+24,00 м. Определить пикетажное наименование НК, КК и СК железнодорожной кривой.

    Из табл. I.1 [4, с. 49] по аргументу  = 35⁰37' находим:

                   Т = 321,23;            К = 621,63;        Д = 20,82;            Б = 50,33

    Умножив эти значения на коэффициент 0,6, получают R=600 м; Т = 192,74; К = 372,98; Д = 12,49; Б = 30,20.

    Контроль: .

    Из табл. II.1 [4, с. 362] по аргументам R=600 м, l=40 м,  =35⁰37' находят:;;;.

    Суммируя поправки с соответствующими элементами круговой кривой, получаем:

;

;

;

.

    Контроль определения элементов железнодорожной кривой определяется по формуле:

;.

    Расчет пикетажного значения главных точек железнодорожной кривой выполняется по тем же формулам, что и для круговой кривой, подставляя только элементы Т_с, К_с, Б_си Д_с.

ВУ ПК7 + 24.00 -ТСПК2 + 12.77		Контроль: ВУ ПК7 + 24.00 +ТСПК2 + 12.77
НК ПК5 + 11.23 +КСПК4 + 12.98		ПК9 + 36.77 -ДС+ 12.56
КК ПК9 + 24.21		КК ПК9 + 24.21
НК ПК5 + 11.23 +1/2 КСПК2 + 06.49		КК ПК9 + 24.21 -1/2 КСПК2 + 06.49
СК ПК7 + 17.72		СК ПК7 + 17.72

    На местности положение точек НК, КК и СК находят так же, как и для круговой кривой.

    Записывают найденные элементы железнодорожной кривой и расчет пикетажного значения главных точек в пикетажный журнал.

    3.3.2.5. Вынос пикетов на кривую

Пикеты, находящиеся на тангенсах (касательной к кривой), выносят на кривую. Для этого вычисляют длины отрезков Х и У, необходимые для выноса (рис. 3.8).

В нашем примере ПК1 должен находиться на круговой кривой на расстоянии от ее начала.

Рис. 3.8. Вынос пикета на кривую

    По формуле для радиуса R кривой рассчитывают центральный угол  , стягивающий дугу k. Затем вычисляют Х и У по формулам:

;

    Пример:Рассчитаем Х и У для нашего случая:

;

;

;

.

Х и У можно определить, воспользовавшись таблицами [4]. В табл. I.3 "Прямоугольные координаты для детальной разбивки круговых кривых и выноса точек на кривую" даются Х и У в зависимости от радиуса R и величины k. В [4, с. 246] для радиуса 100 м k дается через 1 метр.

k	X	Y
27	26,67	3,62
28	27,64	3,89

Величину Х для k=27,67 находим интерполированием:

.

    Следовательно . Величину У для k =27,67 также находим интерполированием:

.

    Следовательно .

    На местности от НК по касательной в направлении ВУ откладывают отрезок Х=27,32 м, конец которого является основанием перпендикуляра. Основание перпендикуляра можно определить так же, отложив от ПК1 в направлении НК отрезок . В полученной точке восставляют перпендикуляр длиной У=3,80 м. Конец перпендикуляра закрепляют колышком и подписывают ПК1.

    3.3.2.6. Ориентирование трассы по истинному меридиану

    Трассы линейных сооружений часто ориентируют на местности относительно географического (истинного) меридиана. Истинный азимут заданного направления может быть определен на основе астрономических наблюдений.

    Порядок наблюдений и обработка результатов измерений выполняется так, как указано в [8].

    Последующие направления трассы могут быть определены по формуле:

,

где – истинный азимут определяемого направления;– истинный азимут предыдущего направления;– углы поворота трассы.

    3.3.2.7. Нивелирование трассы и поперечников

    В процессе нивелирования трассы получают отметки всех пикетных точек, начала, середины и конца кривой, промежуточных точек и точек поперечных профилей. Для этого по трассе в прямом и обратном направлении прокладывают нивелирный ход. В прямом ходе определяют отметки всех точек трассы, в обратном – только связующих точек. Нивелирный ход привязывают к реперу или марке (по указанию преподавателя).

    Нивелирование по трассе выполняют со станций. При выборе места станции должна быть обеспечена видимость реек и визирный луч должен проходить выше поверхности Земли не менее, чем на 0,2 м. Нивелир следует устанавливать на станции так, чтобы расстояние до задней и передней реек было по возможности одинаковым.

    Порядок нивелирования на станции:

1. 1.     Нивелир устанавливают в рабочее положение, а рейки – на прочно вбитые в землю колья или на отмеченные точки на асфальте;

2. 2.     Трубу нивелира наводят на черную шкалу задней рейки и устанавливают по глазу наблюдателя. Элевационным винтом приводят пузырек цилиндрического уровня в нуль-пункт (для нивелира Н3), берут отсчет по средней нити сетки (3ч) и записывают его в полевой журнал нивелирования трассы (табл. 3.3.);

Таблица 3.3

Журнал нивелирования трассы

3. 3.     Рейку поворачивают красной шкалой к нивелиру и снова берут отсчет (3к);

4. 4.     Трубу нивелира поворачивают вокруг его оси и наводят на черную шкалу передней рейки; действуя элевационным винтом, устанавливают пузырек уровня в нуль-пункт, берут отсчет по средней нити (n_ч) и записывают его в журнал;

5. 5.     Рейку поворачивают красной шкалой к нивелиру и снова берут отсчет (n_к);

6. 6.     Превышение вычисляют по черной и красной стороне реек не снимая прибора:

;

.

Рис. 3.9. Нивелирование плюсовых точек и поперечников

Если полученные превышения отличаются друг от друга не более, чем на 5 мм, то вычисляют среднее превышение, в противном случае наблюдения на станции повторяют;    7. Заднюю рейку устанавливают на плюсовые точки трассы и на точки поперечника (рис. 3.9) и берут отсчеты только по черной шкале рейки.    По окончании работы нивелир переносят на очередную по ходу станцию, задний реечник переходит со своей рейкой на переднюю связующую (пикетную, иксовую или плюсовую) точку следующей станции, а передний реечник остается на месте со своей рейкой.

    При нивелировании особое внимание следует обратить на выбор связующих точек, то есть точек, через которые передаются превышения. Если превышения между этими точками больше длины рейки (3 м), то необходимо сократить длину плеч – расстояние от нивелира до реек. В этом случае в качестве связующих используют плюсовые точки трассы.

    Если таких точек нет, то в качестве связующих используют иксовые точки, которые в журнале обозначают как Х₁, Х₂…. В иксовых точках при нивелировании устанавливают нивелирные башмаки или костыли, а при отсутствии их – деревянные колышки или отмечают на асфальте масляной краской. Расстояния до иксовых точек не измеряют.