Вишукування і детальне розмічування траси автомобільної дороги

1. Траса автомобільної дороги, її геометричні елементи

Траса є віссю майбутньої дороги. Проект траси дороги складають на картах масштабів 1 : 100 000 - 1 : 100 00. На складних за рельєфом ділян­ках використовують плани масштабів 1 : 5000 - 1 : 2000.

Камеральне трасування - це розробка проекту траси на карті.

Початково трасу дороги на карті між заданими початковою і кінце­вою точками прокладають у вигляді полігона. Далі у точках повороту траси прямі лінії сполучають коловими або складнішими кривими, які забезпечують плавний та безпечний рух автомобільного транспорту на поворотах дороги. На завершальному етапі проектування траса має вигляд послідовності прямих і кривих ліній.

Розглянемо схему траси автомобільної дороги (рис. 1):

між якими на поворотах траси розміщуються криві.

Рис. Схема траси автомобільної дороги

кут повороту позначають буквоюз відповідним індексом

Кутом повороту траси називають кут, розміщений між про­довженням колишнього напрямку траси і новим її напрямком. Розріз­няють ліві й праві кути повороту. Якщо траси повертають праворуч,

то кут повороту називають правим , при повороті ліворуч — лі­вим *У деяких таблицях і довідкових джерелах для розмічування кривих кути повороту позначають буквою

Довжина траси дорівнює сумі довжин прямих і сумі

довжин кри­вих вставок, тобто

Або

Геометричні елементи колової кривої

Розглянемо обчислення геометричних елементів колової кривої (рис. 95).

Рис. 95. Геометричні елементи ко­лової

У проекті траси дороги задано кут повороту і радіус R колової кривої на заданій вершині кута повороту ВК. Відстані АВ = ВС називають тангенсами, їх вимірюють у метрах*.

Дуга кола ADC є кри­вою, а відрізок BD = Б- бісектрисою.

(84)

Ці елементи колової кривої потрібні під час розмічування траси на місцевості, тому інженер пови­нен уміти обчислювати їх за заданими значеннями і R. Із прямокут­ного трикутника АБО випливає:

Довжина Бісектриса

(85)

або

Крива

Під час розмічування колових кри­вих використовують величину

2Т - К = Д, (86)

яка називається доміром. За доміром перевіряють правильність обчислень Т і К. Якщо у формулу (86) підставити значення Т і К із формул (83) і (84), отримаємо

кривої

За формулами (83), (84), (85) і (87)

обчислено спеціальні таблиці [5, 9], які значно спрощують розрахунки. У цих таблицях подано також значення Д, обчислені за рівністю (87). Якщо значення Д, отримані з формул (86) і (87), однакові, це свідчить про те, що значення Т і К обчислені правильно.

Задання початкового напрямку траси

Після затвердження проектного варіанта траси роблять польове трасу­вання, за якого на місцевості розмічують і закріплюють кілочками всі головні точки і геометричні елементи за графічними значеннями кутів 6,-і відстаней виміряних на плані з високою точністю й ретельністю.

Розмічування починають із задання початкового напрямку траси. Розглянемо розв'язання цієї задачі за допомогою бусолі, встановленої на колонці труби.

Перед початком роботи обчислюють магнітний азимут початкового напрямку траси

де — дирекційний кут початкового напрямку, який вимірюють на плані геодезичним транспортиром; — зближення меридіанів у точці початку траси, що обчислюють за формулою (8); 8 — магнітне схилен­ня, яке обчислюють за формулою (11) на рік вирішення задачі.

У початковій точці траси ПТ встановлюють теодоліт і приводять у робочий стан (центрують, горизонтують). На колонці труби закріплю­ють бусоль. Працюють при КЛ. На горизонтальному крузі теодолі­та встановлюють відлік 0°00'00", закріплюють алідаду і відкріплюють лімб.

Із відліком 0°00'00" теодоліт обертають так, щоб кінці магнітної стріл­ки бусолі сумістилися з двома протилежними позначками на бусольному кільці. У цьому положенні тео­доліта його труба буде спрямо­вана уздовж магнітного меридіа­на, який проходить через поча­ток траси. Далі відпускають алі­даду, теодоліт обертають і на го­ризонтальному крузі встановлю­ють відлік А_м. Труба теодоліта буде напрямлена уздовж почат­кового напрямку траси.

Уздовж візирної осі труби виставляють віху а' на макси­мальній відстані, яка визначаєть­ся умовами видимості (рис. 96).

Рис. 96. Схема задання початкового напрям­ку траси за допомогою бусолі

Трубу переводять через зеніт і при КП повторюють усі операції. Уздовж візирної осі труби виставляють другу віху а". Відстань а!а" між віхами ділять навпіл і на середині а'а" встановлюють кілочок. Це і буде остаточний початковий напрямок траси, вільний від впливу колі­маційної похибки труби.

Велике значення для всієї методики розмічування траси на місце­вості має реальна оцінка похибки задання її початкового напрямку. Обчислимо її.

Похибка вимірів дирекційного кута початкового напрямку траси на плані за допомогою геодезичного транспортира дорівнює ±12-15'. По­хибками кутів можна знехтувати, оскільки вони порівняно не­великі. Отже, для обчислення магнітного азимута за виміряним на пла­ні дирекційним кутом похибку можна вважати такою, що дорів­нює ±15'.

За довжини початкового напрямку траси = 1 км кінцева точка цього відрізка траси відхилиться в поперечному до траси напрямку на величину

Похибка орієнтування теодоліта за бусоллю, згідно з паспортними даними, дорівнює приблизно ±30'. Звідси загальна похибка задання початкового напрямку становитиме

тобто на кожний кілометр довжини траси її поперечний зсув відносно проектного положення дорівнює приблизно ±10 м.

Результати задання початкового напрямку траси можна поліпшити, якщо є можливість прив'язати початок траси до розміщених побли­зу пунктів геодезичної мережі. Схему задання початкового напрямку напрямку траси на основі прив'язки траси до геодезичних пунктів зображено на рис. 97.

Рис. 97. Схема задання початкового шляхом прив'язки початку до геодезичної мережі По координатах геодезичних пунктів А і В визнача­ють дирекційний кут напрямку АВ, вирішуючи зворотну геодезичну задачу (див. п. 6.12).

На пункті В вимірюють

прилеглий кут одним повним прийомом і обчислюють дирекційний

кут напрямку

Далі обчислюють кут у точці «початок траси»

де (Хрт — дирекційний кут початкового напрямку траси, виміряний на плані геодезичним транспортиром.

У точці ПТ встановлюють теодоліт і приводять у робоче положення (центрують, горизонтують). При «крузі ліво» на горизонтальному крузі теодоліта встановлюють відлік 0°00'00", закріплюють алідаду і відкріплю­ють лімб. При відліку 0°00'00" трубу наводять на точку В і закріплю­ють лімб. Далі відкріплюють алідаду і на горизонтальному крузі вста­новлюють відлік, що дорівнює обчисленому куту

Труба теодоліта при цьому буде напрямлена уздовж початкового напрямку траси. На лінії візирної осі труби виставляють віху.

Трубу теодоліта переводять через зеніт і при КП усі операції повто­рюють. На лінії візування уздовж початкового напрямку траси вистав­ляють другу віху. Відстань між першою і другою віхами ділять навпіл і посередині забивають кілочок, який і фіксуватиме початковий напря­мок траси.

Проаналізуємо похибку задання початкового напрямку траси викла­деним способом. Із опису випливає, що при заданні початкового напрямку використовують кути (див. рис. 97), тому похибки цих кутів і визначатимуть точність задання початкового напрямку, тобто

Проте . тому

Остаточно отримаємо

Похибки не перевищують Г-2', похибка кута

, виміряного на плані транспортиром, дорівнює 15'. Сумарна по­хибка задання початкового напрямку траси дорівнюватиме

Поперечне зміщення точки наприкінці початкового напрямку траси завдовжки 1 км становитиме, м:

тобто приблизно вдвічі менше, ніж при заданні напрямку за допомогою бусолі. Звідси можна зробити висновок, що задання початкового на­прямку траси прив'язкою до геодезичної мережі в багатьох випадках є точнішим розв'язанням задачі.

Слід наголосити, що схема прив'язки до геодезичної мережі описує найпростіший випадок. На практиці можуть траплятися й інші складніші умови прив'язки, коли між точками В і ПТ потрібно буде прокладати так званий прив'язний полігон із кількох точок. Точність прив'язки у таких випадках буде нижчою, ніж у розглянутій схемі. Однак інженер повинен вміти точно і правильно розмічувати за будь-яких розміщень початку траси відносно пунктів геодезичної мережі.

Зміщення точок траси на місцевості відносно їх проектних поло­жень на плані траси спричинене дією похибок кутових і лінійних вимі­рів, знижує якість проектних рішень, викривлює проектні значення па­раметрів дороги, погіршує геометрію і транспортно-експлуатаційні якості дороги, підвищує вартість її будівництва. Тому проблема підвищення точності розмічування траси на місцевості є однією з основних у дорож­ньо-будівельному будівництві. Вирішують її шляхом контролю за­дання початкового напрямку траси і періодичних прив'язок її до пунктів геодезичної мережі або надійних і зручно розміщених орієнтирів місце­вості.

Періодичність прив'язки траси до геодезичної мережі залежить від точності геодезичних вимірювань при вишукуваннях і розмічуванні траси, складності рельєфу, категорії автомобільної дороги. Вона коливається від 11-16 км для доріг V категорії на рівневій місцевості до 3-5 км для доріг І категорії в гірській місцевості, при середній похибці кутових вимірів = ±1,5'. Докладніше це питання розглядається під час ви­вчення теми «Будівництво автомобільних доріг».

Метод контролю задання напрямків ліній траси

Нехай на місцевості задано початковий напрямок траси ПК (рис. 98), що проходить на відстані кількох сотень метрів від геодезичного пунк­ту або орієнтира місцевості О. Пункт О є на плані траси. Для контролю положення на­прямку ПК опускають перпендикуляр ОБ із точки О на ПК і вимірюють його довжину на плані й місцевості. Оскільки побудову перпендикуляра на місцевості з високою точ­ністю виконати складно, визначають його довжину непрямим методом.

Рис. 98. Метод контролю за­дання початкового напрямку траси

Для цього в створі ПК обирають довіль­ну точку А і вимірюють кут є або (3 теодо­літом. Відстань АО вимірюють мірною стріч­кою або світловіддалеміром у прямому і зворотному напрямках-

Із прямокутного трикутника АОВ випливає

Позначимо довжину перпендикуляра ОВ, виміряну на плані, симво­лом , а довжину перпендикуляра, виміряну на місцевості, — символом /'. Обчислимо поправку до кута , за допомогою якого було задано початковий напрямок траси

де — поправка до дирекційного кута ; — радіан у

мінутах; L — довжина початкової ділянки траси ПВ, на якій виконується контроль.

Для визначення L обчислюють відстань ПА з використанням піке­тажних положень точок*, розміщених на ПА, і обчислюють відрізок Остаточно отримують = ПА + АВ.

Далі в точці П встановлюють теодоліт, трубу наводять на одну з точок, зафіксованих на початковому напрямку, і до відліку на горизон­тальному крузі п додають поправку зі своїм знаком. Діючи мікрометрич­ним гвинтом алідади, встановлюють на горизонтальному крузі відлік і уздовж візирної осі труби фіксують точку виправленого почат­кового напрямку траси. Задачу вирішують при КП і КЛ, щоб уникнути впливу колімаційної похибки труби.

Аналогічно здійснюють контроль задання напрямків усіх наступних ліній траси. Важливою позитивною якістю методу є те, що для йогозастосування потрібно мати всього один пункт геодезичної мережі або орієнтир місцевості. Традиційні методи прив'язки і контролю потре­бують щонайменше двох опорних пунктів, що не завжди є на місцевості [2,4].

Досліди показують, що метод забезпечує обчислення поправки а з точністю ±4'-5'.