测量学 第十一章
铁路曲线测设
马莉、王国辉 制作
本 章 要 点
1、圆曲线测设及误差规定; ( 重点 )
2、圆曲线加缓和曲线的测设及误差规定。( 重点 )
3、圆曲线加缓和曲线测设资料的计算; ( 难点 )
4、遇障碍时曲线的测设方法。 ( 难点 )
5、任意点极坐标法测设曲线。 ( 难点 )
2
目 录 ?



线













?





线







?





线





?





线




线






?





线




线





?








线





?













线
?






线




线



?




线







3
§ 11— 1 线路平面组成和平面位置的标志
一, 铁路与公路线路的平面组成:
由直线和平面曲线组成 。
? 平面曲线,主要有圆曲线和缓和曲线, 如 图 11-1所示,
圆曲线,是具有一定曲率半径的圆弧;
缓和曲线,是连接直线与圆曲线的过渡曲线,其曲
率半径由无穷大 (直线的半径 )逐渐变化为圆曲线半
径。
?, 铁路工程技术规范, 规定,在铁路干线线路中
都要加设缓和曲线; 但在地方专用线, 厂内线路及
站场内线路中,由于列车速度不高,有时可不设缓和
曲线,只设圆曲线 。
4
图 11-1 线路平面的组成
5
二、平面位置的标志
在地面上标定线路的平面位置通常用木桩:
1.方桩,用做线路中心的控制桩 (起点桩, 终点桩,
ZD桩, 曲线控制桩等 ),打入地下顶部与地面平齐,并
在桩面上钉一小钉,以表示线路中心的位置,见 图 11-2
2.板桩,用做 标志桩 和 里程桩 。
? 标志桩,标志线路的控制桩, 在线路前进方向左侧
约 0.3 m处打一板桩,露出地面十来厘米, 用红油漆
写明控制桩的名称及里程 。 见 图 11-2
6
?里程桩 (百米桩, 公里桩, 曲线桩等 )标志线路中心
位置 。 里程,是指该点离线路起点的距离,通常以线
路起点为 K 0+000.0。 图 11-2中的 主桩为直线上的一
个转点 (ZD),它的编号为 31;里程为 K 3+402.31,K
3表示 3 km; 402.31表示公里以下的米数,即注明此
桩离开线路起点的距离为 3 402.31 m。
图 11-2
7
§ 11— 2 圆曲线及其主点的测设
一, 圆曲线概述
1,圆曲线半径
? 铁路,我国, 新建铁路测量工程规范, 和, 铁
路技术管理规程, 中规定:
采用的圆曲线半径为,4000,3000,2500,2000、
1800,1500,1200,1000,800,700,600,550、
500,450,400和 350米 。
? 各级铁路曲线的最大半径为 4000米 。
? Ⅰ, Ⅱ 级铁路的最小半径,在一般地区分别为
1000米和 800米, 在特殊地段为 400米;
? Ⅲ 级铁路的最小半径,在一般地区为 600米, 在特
殊困难地区为 350米 。
8
? 公路,我国, 公路工程技术标准, 中规定:
? 高速公路的最小半径:
在平原微丘区为 650米,
在山岭重丘区为 250米;
? 一级公路在上述两种地区 分别为 400米和 125米;
? 二级公路 分别为 250米和 60米;
? 三级公路 分别为 125米和 30米;
? 四级公路 分别为 60米和 15米。
9
2,圆曲线主点
? 圆曲线的主点:
ZY—— 直圆点,即直线与圆曲线的分界点;
QZ—— 曲中点,即圆曲线的中点;
YZ—— 圆直点,即圆曲线与直线的分界点 。
? 圆曲线的控制点:
ZY,QZ,YZ,JD。
JD—— 两直线方向
的交点,也是一个
重要的点,但不在
线路上 。
10
图 11-3
圆曲线
及其
主点和
要素
11
3.圆曲线要素
T—— 切线长,即交点至直圆点或圆直点的直线长度
(JD--ZY,JD— YZ之距离 );见 图 11-3
L—— 曲线长,即圆曲线的长度 (ZY— QZ— YZ圆弧的
长度 ) ;
E0—— 外矢距,即交点至曲中点的距离 (JD至 QZ之
距离 );
α—— 转向角,即直线方向转变的水平角;
R—— 圆曲线半径 。
T,L,E0,α,R 总称为圆曲线要素,
12
4、圆曲线要素的计算, 图 11-3
1) 公式法:
切线长
曲线长
外矢距
2t a n
??? RT
?180
?? ??? RL
)12( s e c2s e c0 ????? ?? RRRE
( 11-1)
α和 R分别根据实际测定和线路设计时选定, 可 按
公式法 或 查表法 确定圆曲线的要素 T,L,E0。
13
2)查表法:
? 在, 铁路曲线测设用表, ( 以下简称曲线表 )
中以 α,R为引数, 查得相应的圆曲线要素 。
[例 11-1],已知 α=55° 43′24″,R=500 m,求圆曲
线各要素 T,L,E0。
解,由公式 ( 11-1 ) 即可得,T=264.31 m;
L=486.28 m; E0=65.56 m。
以上结果也通过曲线表查得 。
14
二、圆曲线主点里程计算
圆曲线的主点必须标记里程,里程增加的方向为
ZY → QZ → YZ。 如 图 11-3,若已知 ZY点的里程为
K37+553.24,则 QZ及 YZ的里程可计算如下,
52.0 3 938
14.2 4 3
2
38.7 9 637 QZ
14.2 4 3
2
24.5 5 337
?
?
?
?
?
YZ
L
L
ZY
如上例
15
三、圆曲线主点的测设
1,在交点 (JD)安置经纬仪,如 图 11-3,
以望远镜瞄准 Ⅰ 直线方向上的一个转点,
沿该方向量切线长 T得 ZY点;
2,再以望远镜瞄准 Ⅱ 直线上的一个转点,
沿该方向量切线长 T得 YZ点;
3,平转望远镜用盘左盘右分中法得内分角线方向
( ),在该方向上量 E0得 QZ点 。
这三个主点规定用方桩加钉小钉标志点位 。2
180 ???
16
§ 11— 3 圆曲线的详细测设
一, 偏角法测设圆曲线
? 曲线点,对圆曲线进行加密, 详细测设定出曲线点 。 圆曲
线的主点 ZY,QZ,YZ定出后,为在地面上标定出圆曲线的
形状,还必须 进行的工作 。
? 曲线点的间距,一般规定,
R≥150m时 曲线点的间距为 2Om,
50m≤R<150m时 曲线点的间距为 10m。
R<50m时 曲线上每隔 5m测设一个细部点;
在点上要钉设木桩,在地形变化处还要 钉加桩 。
? 曲线测设,设置曲线点的工作, 常用的方法有,
偏角法 和 切线支距法 。
17
1,偏角法的测设原理:
2)原理,根据偏角( ?i )
及弦长( c)测设曲线点。
? 如图 11-4,从 ZY点出发,根
据偏角 δ1及弦长 C( ZY-1)
测设曲线点 1;
根据偏角 δ2及弦长 C( 1
一 2) 测设曲线点 2? 等 。
图 11-4
1)偏角,即弦切角
18
2.偏角及弦长的计算:
( 1)偏角计算:
偏角即弦切角,偏角等于弦所对应的圆心角之半。
如 图 11-4,ZY-1曲线长为 K,所对圆心角:
则相应的偏角,
?
?
?1 8 0
· =
R
K
?
?? ?180 ·
22
= 1
R
K?
19
? 当所测曲线各点间的距离相等时,以后各点的
偏角则为第一个偏角 δ1的累计倍数。即:
1
13
12
1
3
2
1 8 0
·
22
=
??
??
??
?
?
?
n
R
K
n
?
?
?
?
??
?
( 11-2)
? 整弦,里程为 20m倍数的两相邻曲线点间的弦长
( 曲线点间距 20m对应的弦长 ) 。
? 分弦,有一端里程不为 20m倍数的两相邻曲线点
间的弦长 。
20
? 通常要求曲线点设置在整数 ( 如 20m的倍数 ) 里程上,即 里程
尾数 为 00,20,40,60,80m等点上 。
? 但曲线的 ZY点, QZ点, YZ点 常不是整数里程,因此在 曲线两
端及中间出现分弦 。
? 例如前面例题中, ZY的里程为 37+553.24;
QZ的里程为 37+796.38;
YZ的里程为 38+039.52,
因而曲线两端及中间出现四段分弦 。 其所对应的曲线长分别为
K1=6.76m,K2=16.38m,K3=3.62m,K4=19.52m;
如 图 11-5.
21
图 11-5? 分弦的偏角:
K1=560.00-553.24=6.76m,相应的偏角值
K2=796.38-780.00=16.38m,相应的偏角值
K3=800.00-796.38=3.62m,相应的偏角值
K4=039.52-020.00=19.52m,相应的偏角值
?
?? ?180 ·
22=
11
R
K?
?
?? ?1 8 0 ·
22=
22
R
K??
?
?? ?1 8 0 ·
22=
33
R
K??
?
?? ?1 8 0 ·
22=
4
4 R
K??
22
( 2)弦长计算 (如 图 11-4)
严密计算公式:
近似计算,C ? k
? 由于铁路曲线半径一般很大,20m的弦长与其相对应的
曲线长之差很小,就用曲线长代替相应的弦长进行圆曲
线测设。
? 弦弧差 ( 弦长与其相对应的曲线长之差 ),
弦弧差 =Ki-Ci=Li3/ (24R2)
当 R=450m时,20m的弦弧差为 2mm,
当 R>400m时,不考虑弦弧差的影响。
?s in2 RC ?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
2
s i n2,2
2
s i n ?? Rc
R
c
23
例,按前面算例,要求在圆曲
线上每 20m测设一曲线点。
己知,ZY的里程 K37+553.24,
QZ的里程,K37+796.38,
R=500m,如 图 11-6。
正拨,偏角增加的方向与水
平度盘读数增加方向一致, 即
顺时针方向旋转拨角 。
1) 测站设在 ZY点,以切
线 ZY — JD为零方向,由 ZY—
QZ正拨偏角 。 图 11-6
24
第 1点的偏角所对应的曲线长为 6.76m,按公式 (11-2)算,
第 1点的偏角值,δ1= 23′15″。
曲线长 20m的偏角值,δ=1° 08′45″,
第 2点的偏角值,δ2=δ1+δ=1° 32′00″;
第 3点的偏角值,δ3=δ1+2δ;
第 i点的偏角值,δi =δ1+( i-1) δ;
QZ的偏角值,δQZ=δ1+( i-1) δ+ δ2′=13° 55′51″
= (检核 ! ),
δ2′为 +780.00点 到 QZ点 的分弦偏角 。
4
a
1) 测站设在 ZY点,以 切线 ZY— JD为零方向,由 ZY—
QZ正拨偏角 。 ( 图 11-6)
25
? 计算时应按里程列表计算各点的偏角值(如表 11-1)
表 11-1 偏角计算表 (正拨)
26
反拨, 偏角增加的方向与水平度盘读数增加方向
相反,即逆时针方向旋转拨角。
2) 测站设在 YZ点,以 切线
YZ-JD为零方向,反拨测设
YZ— QZ间的曲线点, 如
图 11-7。
? 类似上述计算方法,按里
程列出各点的 偏角值 为
360° — δi (如 表 11-2)。
图 11-7
27
表 11-2 偏角计算表 (反拨)
360° -δi
28
3,测设方法
以测站设在 ZY点为例 ( 如 图 11-6) 。
( 1) 置镜于 ZY点上,后视 JD点方向, 度盘配为 0° 00′00″;
( 2) 转动照准部, 正拨, 偏角 δ1( =23′15″) ;在视线上用钢尺
量出弦长 6.76m,插一测钎,定出曲线点 1;
( 3) 转动照准部,,正拨, 偏角 δ2( =1° 32′00″) ;同时用
钢尺自曲线点 1起量,以 20m分划处与准望远镜视线相交,在交
点处插一测钎, 定出曲线点 2;
( 4) 拔去 1点的测钎,在地面点 1处打入一板桩, 桩上用红油漆
写明其里程 。
( 5) 同法,继续前进定出曲线点 3,4??, 一直测设到曲中
( QZ) 点 。
检查, 4?? ?QZ
29
? 置镜于 YZ 点,(如 图 11-7),测设另一半曲线,偏角
要反拨,逆时针方向转动照准部, 使度盘读数
为 360° -δi。
检查, 弦长丈量是从点到点如, YZ-1,1-2,2-3? i-QZ
在 QZ点的总偏角为,
应检核所测设的 QZ点点位是否闭合,如超限,
须及时检查原因,重新测设 。
4360
?? ?? ?
QZ
30
二、切线支距法测设圆曲线
( 切线支距法适用于地势较平
坦的地区 )
1,测设原理, 切线支距法即直
角坐标法 。
(1)切线坐标系,见 图 11-8
坐标原点,曲线起点 ZY或曲线
终点 YZ;
x轴, ZY或 YZ到 JD的切线方向;
y轴,过 ZY或 YZ与切线垂线
的方向,即圆心方向。
图 11-8
31
( 2)曲线点直角坐标的计算:
如 图 11-8,曲线点的直角坐标 ( x,y) 为:
式中, R为圆曲线半径, Li为曲线点 i至 ZY( 或 YZ) 的曲线长,
一般定为 10m,20m,3Om??, 即每 10m一桩 。 根据 R及 Li值,
即可计算相应的 xi,yi 。
?
?
?
?
?
0
1 8 0
)c o s1(
c o s
s in
??
??
???
??
R
L
R
RRy
Rx
i
i
i
ii
ii
( 11-3)
32
图 11-8 切线支距原理 图 11-9 切线支距法测设圆曲线
33
( 3)从曲线表第三册第九表中查取 (Li-xi )及 yi 值:
以 R 和 Li为引数, 查取曲线长为 10m倍数的 ( Li-xi )
及 yi 值, 如表 11-3。
L
R=700 R=600 R=500
L-x y L-x y L-x y
10
20
30
40
50
0.00
0.00
0.01
0.02
0.04
0.07
0.29
0.64
1.14
1.79
0.00
0.00
0.01
0.03
0.06
0.08
0.33
0.75
1.33
2.08
0.00
0.01
0.02
0.04
0.08
0.10
0.40
0.90
1.60
2.50
表 11-3 圆曲线切线支距表
34
2.测设方法,
以 图 11-9为例,设在圆曲线上每 10m测设一点。
( 1)先沿切线上每 1Om量一点,将半个曲线长度测
设完毕;
( 2)于每 10m处 回量 Li-xi,可得各曲线点在 X轴上
的投影,即各曲线点的 X值;
( 3)过各曲线点在 X轴上的投影点做切线的垂直方
向,并在垂直方向上 量取 yi,即测设出圆曲线的各点。
直角的测设方法,用方向架或经纬仪拨直角测设 y轴
方向。
35
§ 11— 4圆曲线加缓和曲线及其主点测设
一, 缓和曲线的概念
1,为什麽要加入缓和曲线?
(1)在曲线上高速运行的列车会产生离心力,为克服离心力
的影响, 铁路在曲线部分采用外轨超高的办法,即把外轨抬
高一定数值,使车辆向曲线内倾斜,以平衡离心力的作用,从
而保证列车安全运行 。
图 11-10(a).(b) 为采用外轨超高前, 后的情况 。
(2)由于车辆的构造要求,内轨需加宽 (图 11-11)
外轨超高和内轨加宽都是逐渐完成,这就需要在直线与圆
曲线之间加设一段过渡曲线 —— 缓和曲线, 其曲率半径 ? 从
∞ 逐渐变化到圆曲线的半径 R。
36
图 11-10 外轨超高
37
图 11-11 内轨加宽
图 11-12 缓和曲线的设置
38
2、缓和曲线必要的前提条件(性质):
在此曲线上任一点 P 的 曲率半径 ρ 与 曲线的长度 l成反比,如
图 11-12所示,以公式表示为,ρ ∝ 1? l 或
ρ l = C (11-4)
式中, C为常数,称曲线半径变更率 。
当 l= l0 时, ρ= R, 按 ( 11-4) 式, 应有
C = ρ ?l= R ? l0 (11-5)
符合这一前提条件的曲线作为缓和曲线, 常用的有 辐射螺
旋线及三次抛物线, 我国采用辐射螺旋线 。
3,加入缓和曲线后的铁路曲线示意图
( 见 图 11-J)
39
图 11-J
40
二、缓和曲线方程
1,加入缓和曲线后的切线坐标系 ( 如 图 11-13)
坐标原点,以直缓 (ZH)点或缓直 (HZ)点为原点 ;
X坐标轴,直缓 (ZH)点或缓直 (HZ)点到交点 ( JD) 的切线
方向;
Y坐标轴,过直缓 (ZH)点或缓直 (HZ)点与切线垂直的方向 。
根据缓和曲线必要的前提条件推导出缓和曲线上任一点
的坐标 x,y为
2、缓和曲线方程式,
41
图 11-13
? 设为缓和曲线上任一点 P的切线角; x,y为 P点的坐标;
?为 P 点上曲线的曲率半径; R 为圆曲线的曲率半径
l 为从 ZH点到 P 点的缓和曲线长; l0为从 ZH点到 HY点的缓和
曲线总长; x0,y0 为 HY点的坐标; ?0 为 HY点 的切线角 (总 )
42
实际应用时,舍去高次项,代入 C=R?l0,采用下列公式:
式中:
l 为缓和曲线上任一点 P到直缓 ( ZH) 点的曲线长;
R 为圆曲线半径;
l0 为缓和曲线总长度 。
?
?
?
?
?
?
?
?
??
0
3
2
0
2
5
6
40
Rl
l
y
lR
l
lx
(11-6)
2、缓和曲线方程式,
4
9
2
5
345640 C
l
C
llx ???
5
11
3
73
422403366 C
l
C
l
c
ly ????
43
当 l=l0时,则 x=x0,y=y0,代入( 11-6)式,得:
3,缓圆 (HY )点或圆缓 (YH )点的坐标,
注意:当线路为高速铁路时,计算缓和曲线点的
坐标应多取一项。
?
?
?
?
?
?
?
?
??
R
l
y
R
l
lx
6
40
2
0
0
2
3
0
00
(11-7)
44
三, 缓和曲线常数
1,缓和曲线的插入
? 前提条件,转向角不变, 即直线的方向不变 。 插入的方法:
( 1) 圆曲线半径不变, 圆心内移;铁路曲线采用 。
( 2) 圆心不动, 圆曲线半径变小;公路曲线采用 。
不论哪种方法插入, 所用数学公式都一样 。
图 11-14( b) 是没有加设缓和曲线的圆曲线 。 为了在圆曲线与直
线之间加入一段缓和曲线 l0,原来的圆曲线需要在 垂直于其切线
的方向移动 一段距离 p,因而圆心就由 O移到 O1,而原来的半径 R
保持不变, 如图 11-14( a) 。
45
图 11-14
由图中可看出,1) 圆心由 O移动到 O1,O-O1在过 O1点到切线
垂线上的投影为 P,P = OO1?cos ; 2) 加入了两个缓和曲线长
l0,圆曲线 L0变短了,整个曲线变长了 。 3) 切线变长了; 4) 曲
线的主点有五个,直缓点 ( ZH), 缓圆点 (HY),曲中点 (QZ),圆
缓点 (YH),缓直点 (HZ)。
2
?
46
2、缓和曲线常数,(见 图 11-14J)
?0,?0,m,p,x0,y0 统称为缓和曲线常数:
1) 缓和曲线的总切线角 ?0,即在 HY( YH) 的切线与直缓点
ZH( HZ) 的切线交角,亦即圆曲线 HY→ YH两端各延长部分
所对应的圆心角 。
2) 缓和曲线总偏角 ?0:即从 (ZH)测设 ( HY) 或从 (HZ)测设
(YH)的偏角 。
3) 切垂距 m,即 ZH(HZ)至自 O1向 ZH( HZ) 的切线作垂线之
垂足的距离 。
4) 圆曲线移动量 ( 内移距 ) p,即垂线长与圆曲线半径 R之差 。
5) YH点 ( HY) 坐标 x0,y0:
47
图 11-4J
48
x0,y0,?0,?0,p,m,计算式为:
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
???
??
?
??
?
?
?
?
?
?
?
1 8 0
63
2 4 02
24
1 8 0
2
00
0
2
3
00
2
0
0
0
R
l
R
ll
m
R
l
p
R
l
缓和曲线总偏角
切垂距
内移距
缓和曲线总切线角
( 11-8)
?
?
?
?
?
?
?
?
??
l
y
R
l
lx
YHHY
6
40
2
0
0
2
3
0
00
)点坐标( (11-7)
根据 R及 l0, 缓和曲线常数可按上式直接计算, 也可以在 曲线
表 中的 缓和曲线常数表 中以 R及 l0 为引数查取 。 摘录如,表 11-4
49
11-4 缓和曲线常数表
50
例 11-3,R=500m,l0=60m,求缓和曲线常数。
根据 (11-7),(11-8)式计算得,(也可直接从 表 11-4查得 )。
616235002 180601802
0
0
0 ??????
???? ?
??? R
l
5480136 000 ?????? ??? Rl
mRllm 9 9 6.295 0 02 4 0 602602 4 02 2
3
2
3
00 ?
?????
mRlp 3.050024 6024
22
0 ?
???
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
????
m
R
l
y
m
R
l
lx
2 0 0.1
5 0 06
60
6
9 7 8.59
5 0 040
60
60
40
22
0
0
2
3
2
3
0
00
51
四、圆曲线加缓和曲线的综合要素及主点测设
1,圆曲线加缓和曲线的综合要素 ( 如 图 11-14J)
切线长 T;曲线长 L(包括圆曲线长 L0及两倍缓和曲线
长 2l0); 外矢距 E0 ; 切曲差 q ( 两倍切线长与曲线长之差 )
? 计算法,( 综合要素 T,L,E0,等的计算公式 )
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
???
?????
????
LTq
RpRE
lRlLL
mpRT
2:)4
2
s e c)(:)3
2
1 8 0
)2(2:)2
2
t a n)(:)1
0
0000
切曲差
外矢距
曲线长
切线长
?
?
??
?
?
52
? 查表法
当圆曲线半径 R,缓和曲线长 l0及转向角 α已知时,曲线
要素 T,L,E0,q的数值可根据也可由曲线表第一, 二册
中第一表 (如 表 11-5)查得 。
例 11-4,已知 R=500m,l0=6Om,α=28° 36′20″,ZH点里程
为 33+424.67,求综合要素及主点的里程 。
( 1) 综合要素计算, 根据式 (1-8),(11-9)式, 计算得:
T=177.57+0.11-20.12=157.56m
L=349.44+0.20-40.00=309.64m
E0=16.83+0.03-0.55=16.31m
q=5.70+0.01-0.24=5.47m
以上结果, 也可查表 11-5( 综合要素表 ) 求得 。
53
表 11-5 综合要素表( R=500 )
注,上表中的栏中有两个数,为 1′与 2′之插算值,单位均为厘米。
54
2、计算主点里程
已知,ZH点里程为 33+424.67,则有:
31.7 3 433
60
31.6 7 433
82.94 )
2
(
49.5 7 933
82.94 )
2
(
67.4 8 433
60
67.4 2 433
0
0
0
0
?
?
?
??
?
??
?
?
?
HZ
l
YH
l
L
QZ
l
L
HY
l
ZH
32.73433
47.5
79.73933
12.315 2
67.42433
?
?
?
?
?
HZ
q
T
ZH
检核:
55
3.主点测设 见 图 11-J
1) ZH点 ( 或 HZ点 ), QZ点 HY( YH) 点的测设方法:
置镜 JD,A,后视直线 Ⅰ 的 ZD点, 在视线上钢尺量取 T得 ZH
点;再量取 ( T-x0) 得 HY点在切线上的垂足 1,打桩钉小钉;
B,后视直线 Ⅱ 的 ZD点, 在视线上钢尺量取 T得 HZ点;
再量取 ( T-x0) 得 YH点在切线上的垂足 2,打桩钉小钉;
C,后视直线 Ⅰ 的 ZD点, 定出 的方向线, 钢尺
量取 E0 定出 QZ点, 打桩钉小钉 。
置镜 1点 ( 2点 ),
后视切线方向 精测直角 钢尺丈量 y0, 打桩钉小钉, 定出 HY
点 ( 或 YH点 ) 。
2) 注意:
测设曲线点前, 应先在 ZH或 HZ点安置经纬仪, 核对 HY
或 YH点的偏角 δ0是否正确 。
2
180 ??
56
图 11-J 主点测设
1) 置镜 JD,定出 ZH,QZ,HZ,1,2点;
2) 置镜 1点( 2点),定出 HY,YH点。
精度要求同圆曲线,
57
一,偏角法测设圆曲线加缓和曲线
用偏角法测设曲线,缓和曲线与圆曲线的偏角一般是分别计算的。
1、偏角法测设缓和曲线部分
用偏角法测设缓和曲线时,将缓和曲线 l0分为 N等份,如 图 11-18
所示, 每段曲线长 K=l0/N=10米,即每 10 m测设一点 。
各曲线点的偏角为,δ1,δ2,??????δN(=δ0) 。
1) 测设要素,曲线长 l=10米, 代之以弦长;
偏角,δ1,δ2,??????δN(=δ0) 。
§ 11-5 圆曲线加缓和曲线的详细测设
58
2)偏角计算公式
? 原理:设缓和曲线上任一点 A的偏角为 δ( ∵ δ很小):
??
??
??
00
0
0
0
0
2
0
00
2
1
01
2
0
2
1
0
2
1
2
0
2
1
0
2
3
3
1
2
0
2
1
0
2
2
2
0
2
1
1
0
2
0
2
0
3
3
1
266
1
)(
66
3
6
3
6
2
6
2
6
6
1 8 0
66
,
6
s i n
??????
???
??
??
?
?
?
??
??????
????
???
???
?
????
???
R
l
R
l
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l
N
N
Rl
lN
Rl
l
Rl
l
Rl
l
Rl
l
Rl
l
Rl
l
Rl
l
Rl
l
Rl
l
y
l
y
N
N
?
????
?
?
缓和曲线总偏角
则:代入上式又
59
3)缓和曲线上偏角的特性:
? 从 ZH点测设 A点的 偏角 为 δ,
? 从 A点测设 ZH点的偏角为 b,b— 反偏角,
? 而 A点的 切线角 为 β
∵ δ+ b+180- β=180°
δ+ b= β
又 ∵ β=3 δ
b= 3 δ - δ =2 δ;
60
4) 结论:见 图 11-18
A、缓和曲线上同一段弧的正反偏角与切线角的关系为:
δ ?b ?β=1 ?2 ?3 同样,δ0 ?b0 ?β0=1 ?2 ?3
B,缓和曲线上正偏角与测点到缓和曲线起点的曲线长的
平方成正比:
δi ?δ1 = ? = li2 ?l12
即,δ1 ? δ2 ?δ3 ?δn= l12 ?l22 ? l32 ? ? ln2
0
2
6Rl
li
0
2
1
6Rl
l
61
62
5)偏角计算:
? 查表计算:, 见三册,第六表, 缓和曲线偏角表。
以 R和 l0与 弧长 l 为引数查取 δ1 ? δ2 ?δn
注:只能纵向查最左一列(在 ZH( HZ)置镜)
? 公式计算步骤:
01
2
1
2
31
2
2
021
00
0
0
32
1
3
1
1 8 0
2
???????
??
??
?
?
????
?
?
??
N
N
R
l
N
?
?
63
例:设 R=500m,l0=60m,N=6,即每分段曲线长
l1=10m,ZH点里程为 K33+424.67,求算各点的偏角。
[解 ] 按前面步骤计算:
55195.541
36
54801
54801
3
61623
5002
18060180
2
2
0
1
0
0
0
0
????????
???
??
?????
????
??
?
???
?
?
?
N
R
l
?
?
?
?
??
?
各点偏角值列表计算如表 11-7
64
表 11-8 缓和曲线偏角表
表 11-6 各点的偏角值计算
65
6) 缓和曲线测设:
如 图 11-J1
? ZH 不, 后视 JD,配盘 0?0?00?,
? 先拨角 δ0 (此图为反拨)核对 HY点是否在视线方
向上。
? 拨角 δ1,以 起点 ( ZH)量取 10米 弦长与视线相交,
定出曲线点 1点
? 拨角 δ2,以 1点 为圆心,10米 弦长为半径与视线相
交,定出曲线点 2点。同理得 3 …… N点
? 拨角 δN,以 N-1点 为圆心,10米 弦长为半径与视线
相交,定出曲线点 N( HY)。
并检核是否落在主点 ( HY) 上。
66
图 11-J1 缓和曲线测设(反拨)
67
2、偏角法测设圆曲线部分 (如 图 11-J2)
1) 经纬仪安置在 HY( YH) 点上
2) 偏角计算和测设与单纯圆曲线相同。
问题的关键是找到测站点( HY或 YH)的切线方向。
并使此方向为度盘零方向。
3) HY( YH) 点的切线方向 (零方向 )的确定
A、第一种方法,转动照准部
B、第二种方法,倒转望远镜
C、第三种方法,压角法
68
优点,可避免仪器视准误差的影响
?在 HY(YH)点置镜瞄准 ZH(HZ)点,( 图 11-J2)
反拨圆曲线:将水平盘配置成,180 ° + b0
正拨圆曲线:将水平盘配置成,180 ° - b0
?转动照准部,即可按圆曲线上曲线点的偏角
(正、反拨值)测设相应的曲线点,直到 QZ。
(水平盘读数为 0?0?00?时,为测设圆曲线的 切线方
向)
A、第一种方法,转动照准部
69图 11-J2
70
B、第二种方法,倒转望远镜( 图 11-J2)
? 在 HY(YH)点置镜瞄准 ZH(HZ)点:
? 反拨圆曲线,将水平盘配置成,b0
正拨圆曲线,将水平盘配置成,360 ° - b0
? 当水平盘读数转至 0?0?00?时,倒转望远镜,视线在切
线方向上,即可按圆曲线上曲线点的偏角(反拨值)测
设相应的曲线点,直到 QZ。
注意:该方法在仪器视准误差较大时, 倒镜后会产生较大误差 。
C,第三种方法,压角法
实测中, 为了省去测设圆曲线上曲线点由于分弦与整弦
累计的麻烦, 常将圆曲线上第 1点的偏角方向, 即 HY-1方向作
为零方向 。
71
C、第三种方法 压角法,(? 1为圆曲线上第 1点的偏角 )
1) HY 点置镜,后视 ZH 点
将水平盘配置成:
180 ° ? b0 ? δ1
( 反拨 圆曲线为正,正拨圆曲
线为负 )见图 11-J3
2) 转动照准部 使度盘读数为
0?0?00?时,则视线在 HY— 1点
的方向上;
3) 可按圆曲线上曲线点的偏角
(正、反拨值)测设相应的
曲线点,直到 QZ。 图 11-J
3
72
[例 1] 反拨圆曲线
HY点置镜,后视 ZH点
1) 转动照准部,
将水平盘配置成:
180 ° + b0, 即可
按圆曲线上曲线点的
偏角(反拨值)测设
相应的曲线点,直到 QZ。
,2) 倒转望远镜,
将水平盘配置成,b0
倒转望远镜,即可
按圆曲线上曲线点的
偏角(反拨值)测设
相应的曲线点,直到 QZ。
图 11-J2
73
[例 1] (反拨圆曲线)
3)压角法,HY点置镜,后
视 ZH点
A、转动照准部,将水平盘
配置成,180 ° +b0+?1; 转动
照准部,即可按圆曲线上曲
线点 2,3…的偏角( K=20米)
测设相应的曲线点,直到 QZ。
B,倒转望远镜,将水平盘配
置成,b0 +?1; 倒转望远镜,
即可按圆曲线上曲线点 2,3…
的偏角( K=20米) 测设相应
的曲线点,直到 QZ。 图 11-J3
74
偏角法优点,是有校核, 适用于山区;
缺点,是误差积累 。
所以测设时要注意经常校核 。
( 要安置四次仪器 ( ZH,HY,YH,HZ)) 。
切线支距法的优点,方法简单, 误差不积累;
缺点, 不能发现中间点的测量错误 。
仅适用于平坦地区, 不适用于山区 。
( 要安置两次仪器 ( ZH,HZ)) 。
75
二、切线支距法测设圆曲线加缓和曲线
实质是:直角坐标法测设曲线点位。
1、计算公式
缓和曲线部分, 测设点的坐标:
圆曲线部分, 测设点的坐标, ( 如 图 11-9)
?
?
?
?
?
?
?
?
??
0
3
2
0
2
5
6
40
Rl
l
y
lR
l
lx
?
?
?
??
???
pRy
mRx
ii
ii
) c o s-1(
s i n
?
?
0
0 1 8 0- ?
?? ???
?
R
ll i
i
式中:
li为曲线点 i的曲线长。
76
li为曲线点 i的曲线长 。
?
?
?
??
???
pRy
mRx
ii
ii
) c o s-1(
s i n
?
?
0
0 1 8 0- ?
?? ???
?
R
ll i
i
式中:
圆曲线部分,测设
点的坐标:
(JD)
图 11-19
77
? 切线支距法测设用表 (表 11-8)
表中横粗线以上的是缓和曲线部分,横粗线以下是圆曲线部分。
表中的 L即上述待定曲线点的曲线长 li 。
78
2.测设方法
与切线支距法测设圆曲线的方法相同 。
要安置两次仪器 ( ZH,HZ) 。
图 11-9 切线支距法
测设圆曲线
79
§ 11- 6 遇障碍时曲线的测设方法
一、偏角法测设圆曲线遇障碍时的测设方法
如 图 11-20,设 A为圆曲线起点,当仪器置于 A点,测完 1,2,3
点后,测点 4不通视时,可按下列步骤进行测 设,
(一)在 3点上置镜:
1、在圆曲线起 点 A准确测设 3点,在 3点打桩钉钉;
2、然后将 仪器安置 在 3点 上,后视 A点 度盘配置为 0?0?00?,倒镜;
3、松开照准部,拨 4点的偏角 δ 4(注意:如拨角 δ 3时,则望远
镜视线在点 3的切线方向);沿视线方向用 钢尺测设点 3至
点 4的弦长,即 定出曲线点 4;拨点 5的偏角 δ 5,量出 4至点 5
的弦长定出曲线点 5。
80
结论,当置镜于圆曲线上任一点,继续向前测设时,后视已测设曲线的任一点,
将度盘安置该点的偏角值 (相对于圆曲线起点),倒镜后,打开照准部,拨测站至
所测点的偏角值,即可得到测设点的方向。
原理,对顶角相等;圆曲线上同一弧段的圆周角和弦切角相等。
( 例,∟ 3A4= ∟ F34; ?∟ EA4= δ 4, ∟ A′34= δ 4 )
图 11-20
A

81
(二)在 5点上置镜 ( 图 11-20)
若测设点 6,视线又遇障碍不通视时,可置镜于点 5继续测设,
1,事先于点 3准确测设点 5,在点 5打桩钉钉;
2,将仪器安置在点 5上,后视点 3,配盘第 3点偏角 δ 3 倒镜;
3,松开照准部拨第 6点的偏角 δ 6, 沿视线方向,用钢尺测设点
5至点 6的弦长,即定出点 6;再拨第 7点的偏角 δ 7,测设 6点到 7
点的弦长且与视线相交, 得点 7,… ( 望远镜后视点 3,度盘配
为 δ 3角, 倒镜,再转 (δ 5-δ 3)=δ 2角时,视线方向即为测点 5的
切线方向, 此时度盘读数为 δ 5) 。
结论,当置镜于圆曲线上任一点,继续向前测设时,后视已测设
曲线的任一点,将度盘安置该点的偏角值,倒镜后,打开照准部,
拨测站至所测点的偏角值,即可得到测设点的方向 。
82
二,偏角法测设缓和曲线遇障碍时的测设方法
如果测站设在 ZH点 (或 HZ点 )上遇障碍不能将所有
分段点测完时, 可在缓和曲线上已测点上置镜 。
如 图 11-21,设 B,T为缓和曲线上已定点 (已打桩,
钉钉 ),测设 F点遇障碍:
1,测设方法,置镜 T 点, 后视点 B,配盘后视偏角,
倒镜,打开照准部 ( 当度盘读数为 0o时视线方向即 T
点的切线方向 ),拨点 F 的前视偏角 (反拨 ),在视线
方向上量取 10米得 F点;其它点测设类似偏角法, 不
同的是拨前视偏角 。
83
图 11-21
84
2,?B,?F的计算, 如 图 11-21
设 B 为后视点; F为待测点 ( 前视点 ) ; T 为测站点 。
则:
式中:
)10(
180
63
5
10
50;4
10
40;3
10
30
1
0
2
1
2
0
1
111
米)为第一分段点的偏角(?
?
?
?
?
???
?????????
Rl
l
N
l
l
F
l
l
T
l
l
B
FTB
式中,B,T,F 也可是小数。
)2)((
)2)((
1
1
TFTF
TBBT
F
B
???
???
??
?? ( 11-15)
后视偏角,
前视偏角:
85
[例 11-6]:已知 R=500m,=6Om,N=6,即每段曲线长
=10m,经纬仪设在第 2点上,计算前、后视各点的
偏角值。
根据前述公式得:
6.54 '1
36
" 45' 081
45081
3
16263
1 8 0
2
"
2
0
1
"'0
0
"'0
0
???
??
???
?
?
?
?
N
R
l
?
?
?
?
?
?
按公式 ( 11-15) 计算前后视各偏角如表 11-9:
B=0,1; T=2; F=3,4,5,6。
86
按公式 计算前后视各偏角如表 11-9:
B=0,1; T=2; F=3,4,5,6。
表 11-9 前后视各偏角值
)2)((
)2)((
1
1
TFTF
TBBT
F
B
???
???
??
??
87
[例 11-7],已知 R=2000m,l0 = 5Om,N=5,即每段曲线长
l1=10m,测站设在缓和曲线 T点上,如 图 11-24,T点距 ZH点的曲线
长为 lT=35m,点号 T =lT/ l1=3.5,要求后视第二分段点 ( B=20/l 1
=2),测设第 4,5分段点。
解,已知 l1=1Om,T=3.5,B=2,F=4,5 。
按公式或查缓和曲线常数表得,
δ 0=14′ 19″ ;
"4.3425 91'14201 ????? N??
将上列数值代入公式 (11-15)得,
后视偏角 δ 2=δ 1(3.5-2)(2+2× 3.5)=34.4″ × 1.5× 9=7′44″
前视偏角:
δ 4=δ 1(4-3.5)(4+2× 3.5)=34.4″ × 0.5× 11=3′ 09″
δ 5=δ 1(5-
3.5)(5+2× 3.5)=34.4″ × 1.5× 12=10′ 19″
88
图 2-24
89
测设步骤,图 11-24
? 将仪器安置在 T 点后,以 δ 2=7′44″ 后视 2点,倒镜,此时度
盘的 0o方向线即 T点的切线方向。
?拨前视度盘读数 360o-δ 4,360o-δ 5,相应地测设弦长:
f4=10m( T-F4),f5=10m( F5 - F4 ),即定出 4,5点。
? 当测设缓和曲线遇障碍,测站不能设在整分段点上时,可先
求出测站的点号 T=lT/ l1=3.5 (非整数 ),计算与测设 与测站为
整数分段点 的方法相同。
90
三、控制点遇障碍时曲线的测设方法
( 一 ) 交点不能到达的测设方法
当交点 JD位于陡壁, 深沟, 建筑物及河流中,及转向角过大
不易得出交点,或切线过长丈量切线的工作量很大时,可不
设置交点,而用副交点法或导线法设置副交点代替交点 。
1,副交点法
如 图 11-25,交点 JD2落于河流中 。
1) 设置,在两切线上,在 ZH 和 HZ 附近,选择两个副交点
A(JD2-1),B(JD2-2)打桩钉钉;要求,AB间通视, 易于丈量 。
2) 测量,在副交点 A,B安置仪器,
测出角 ?1,?2,丈量 AB边长 DAB。
91
图 11-25 副交点法
?
C
92
3)曲线资料的计算
( 1) 转向角 ?= ? 1+ ?2
( 2) 根据设计资料 R,l0 和 ?,算出综合要素 T,L,E0,q。
( 3) 解三角形,计算 AC,BC,BD,CD,?。
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
s in
)
2
1 8 0
s in (
2
1 8 0
1 8 0
2
1 8 0
)1 8 0s in (
s in
)1 8 0s in (
s in
21
12
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????
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??
??
?
?
??
?
?
BCBD
AB
BC
AB
AC
?
?
s in
s in 2BCCD ?
图 11-25
93
4)主点测设
( 1) ZH,HZ点的测设
仪器先后置于 A,B 点上,
在切线 I上量取 (T-AC)得 ZH,
再在切线 Ⅱ 上量取 (T-BC)得
HZ。
( 2) QZ(M)点的测设
从 B点,沿 AB方向量取 BD定
出 D点,
置镜 D点,拨 ?角找出 DC方
向线,在此方向线上量取
(DC-E0)得 QZ。 图 11-25
94
2,导线法
当 A,B两点太远,或两切线上的两个副交点互不通视时,可
用导线法,将两个副交点用导线联系起来 。 ( 略 )
( 二 ) ZH点 ( HZ点 ) 不能到达的测设方法
(略)
95
11-7 任意点极坐标法测设曲线
特点,这种方法灵活,效率高,宜广泛推广使用。
一, 基本原理:
1,直角坐标系,坐标原点,ZH点 ( HZ),如 图 11-29
x轴:切线 ( ZH JD),
y轴:切线的垂线方向 。
图 11-29
96
2,测站点的设置:
1) 在曲线一侧 ( 内侧或外侧 ) 任选一点 E( 与各曲线点通视 ),
打桩, 钉钉;
2) 置镜 ZH,测出以 x轴为竖轴的方位角 ?ZH-E及水平距离 dZH-E,
测角 两个测回;测距 往返测;测设 E点的点位打桩, 钉钉;
3,计算测站 E点的坐标,据 ZH点的坐标计算测站 E点坐标
4,计算曲线点坐标;
5,反算所需的测设角度 ?i 及边长 di, 据 xE,yE及曲线上各点坐标 xi、
yi,反算出所需的测设角度 ?i及边长 di。
6,极坐标法测设曲线点 。 E点置镜用极坐标法逐一测设曲线点 。
图 11-29
97
二、测设具体步骤及方法
[例 ],某曲线,半径 R=500m,缓和曲线长 l0=60m,
转 向 角 ? 右 =28° 36′ 20″,ZH 点 里 程 为,
K33+424.67,仪器置于 E点,设直角坐标系, ZH点
为原点, ZH-JD为纵轴 x,测得 ZH-E边的长
d=100m,坐标方位角 =60° 。 如 图 11一 30。
解,
1,计算测站点 E的坐标
mady
madx
EZHE
EZHE
6 0 3.862 5 4 6 6 0 8.01 0 0s i n
0 0 0.500 0 0 0 0 0 5.01 0 0c o s
?????
?????
?
?
l
98
2,计算测点的坐标
1) 在缓和曲线上,按 10m测设一个点,则 l=10m。 由公式
11-6计算 ( 也可查曲线表切线支距法测设用表 ) 表 11-8
例,1点的坐标,R=500,l=60,li=10,20…
?
?
?
?
?
?
?
?
??
0
3
2
0
2
5
6
40
Rl
l
y
lR
l
lx
my
mx
01.00 0 6.0
605 0 06
10
00.10
605 0 040
10
10
3
1
22
5
1
??
??
?
?
??
??
li=10m
my
mx
04.0
605 0 06
20
00.20
605 0 040
20
20
3
2
22
5
2
?
??
?
?
??
??
li=20m
99
2)在圆曲线上, 按 10m测设一个点,则 l=10m。由公 (11-14)
计算(也可查曲线表切线支距法测设用表) 表 11-8
?
?
?
??
???
pRy
mRx
ii
ii
) c o s-1(
s i n
?
?
0
0 1 8 0- ?
?? ???
?
R
ll i
i
式中:
例, 7点的坐标, l0=60,?0=3° 26?15.89 ?,p=0.3,m=29.996m
li=70,x7=69.95,y7=1.90
li=80,x8=79.91,y8=2.80
li=90,x9=89.85,y9=3.90
li=100,x10=99.77,y10=5.19
??
如 表 11-10
100
3.反算测设角度 ?i 及边长 di
根据测站 E及测点 i的坐标,后视 ZH点,例求,?1,d1 。
已知 ?ZH-E = 60 ?,则,?E-ZH = 240o ;
myyxxd
E
xx
yy
EE
ZHEE
E
E
E
E
E
385.95593.86000.40
2312500002402312245
2312245
)(825 164.2
40
593.86
00.5000.10
603.8601.0
t a n
222
1
2
11
11
1
1
1
1
1
???????
??????????????
????
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
?
)()()()(
属第Ⅲ象限为原点,以
???
?
?
?
同法计算 2,3,4…各点及 QZ点的极坐标 ?,d,其结果列
于 表 11-10中 。
101
表 11-10 极坐标计算结果(测站,E)
102
图 11-30
103
4、极坐标法测设曲线测设,
? 置镜于 E点, xE=50.OOOm,yE =86.603m。
测设半个曲线,每 1Om一个点 。 ( 如 图 11-31)
? 当按 ?QZ 及 dQZ测设曲中点时,应 与主点测设时的曲中点位
置进行校核 。
? 以上是测设半个曲线的测设情况,即 以 ZH点为坐标原点
测设至 QZ。
? 另半个曲线可以 HZ点为原点 按照上述同样方法进行测设。
? 另半个曲线的 第二种测设方法为,直接按以 ZH 为原点的
支距法坐标系坐标测设,一次将整个曲线测设完成。
104
图 11-31
105
?另半个曲线的第二种测设方法为,如 图 11-32
以 ZH 为原点的支距法坐标系测设, 一次将整个曲线测设完成 。
1) 首先将另半个曲线在支距法坐标系 HZ-x′,y′的坐标转
换为在支距法坐标系 ZH -x,y的坐标 x,y,
2) 然后再算出相应的测设点的极坐标 (?,d),即可以 ZH点
为后视点进行测设 。
支距法坐标系转换的通用公式为,
???
?
???
?
???
?
?
???
??
???
?
???
? ??
???
?
???
?


y
x
T
T
y
x
??
??
?
?
c o ss i n
s i n-c o s
s i n
)c o s1( ( 11-16)
式中,T— 切线长; ?— 转向角;
x,y — 以 ZH为原点, 切线为 x轴的测量坐标系;
x′, y′ — 以 HZ为原点,切线为 x′ 轴的测量坐标系。
106
图 11-32
107
以上两种方法比较,
第一种测设方法,分两半个曲线分别独立测设,各自选择一
测站进行测设 。 因而工作量较大;
第二种测设方法,可在一个测站测完全部曲线,比较便捷 。
但 横向误差影响曲线的圆顺, 须注意不能超限 。
算例,按公式 ( 11-16), 仍以 ZH点为原点, 根据前例所给
曲线测设数据, 测站在 E点 ( )后
视 ZH点, 计算另半个曲线之坐标及测设数据及 d 。 计算结果
见 表 11-11。
mymx EE 6 0 3.86,0 0 0.50 ??
108
表 11-11 另半个曲线的坐标及测设数据
109
§ 11— 9 曲线测设的误差规定
由于拨角及量距误差的影响, 曲线由一个主点测设至另一个
主点时,往往产生不闭合的现象 。
如 图 11-37,由 ZH点测设至 QZ( M) 点时,测定的点 M′ 与原来
主点测设时所定的 QZ(M)点不在同一位置,产生 闭合差 f 。
切线方向的分量为 f纵 ( 纵向闭合差 ) ;
外矢距方向分量为 f横 ( 横向闭合差 ) 。
一, 曲线测设闭合差的允许值:
1.偏角法
f纵 ≤ f横 ≤ 0.1m
当曲线半径较大时,纵向闭合差可以认为主要是由于量距引
起的,所以纵向允许闭合差是相对值; 横向闭合差可以认为主
要是由于拨角引起的,因而横向允许闭合差是一个绝对值 。
2000
l
(l为测设两主点之
间的曲线长 ) ;
110
图 11-37
111
2.极坐标法 点位误差,?10cm
二, 曲线测设误差分析
对曲线测设闭合差的影响最大,切线丈量精度, 弦长丈量精
度, 偏角测设误差和转镜次数;
且曲线愈长闭合差愈大, 曲线半径愈小对横向闭合差的影响愈大 。
减少误差的方法,测设曲线时:
1) 应提高切线的测量精度以确保主点测设精度, 2) 减少详细测
设曲线时偏角的测量误差及弦长丈量误差; 3) 对于长大曲线
应增设控制点,分段测设, 分段闭合, 以保证曲线的测设精度 。
112
作业,P220~221
1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11