Геодезические работы при строительстве железных дорог

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ. РАЗБИВКА СТРОИТЕЛЬНЫХ
ПОПЕРЕЧНИКОВ
15.1. Восстановление трассы
Перед строительством производится восстановление трассы, разбитой на местности при окончательных изысканиях. Возобновляются и закрепляются на местности все плановых и высотных точек трассы и в необходимых случаях их дополнение. Основанием для таких работ являются утвержденные план и профиль железнодорожной линии, составленные при окончательных изысканиях.
Желательно при восстановлении трассы отыскать на местности, возобновить и прочно закрепить наибольшее число знаков, установленных
при окончательных изысканиях. Это необходимо, прежде всего, для
вершин углов поворота. Если сохранились все центры вершин углов поворота, то последовательно на всех вершинах центрируют теодолит и
производят инструментальное вешение прямых участков. В лесу расчищают визирки на ширину до 1 м.
Прямые закрепляют не реже, чем через 500 м створными столбами
длиной 2 м и толщиной 15–20 см с надписью «ось». Эти столбы закапывают в землю на 1–1,5 м. Теодолитом измеряют правые по ходу углы одним приемом. Величина угла, показанная в продольном профиле, при
этом не исправляется, если вновь измеренный угол отличается от него не
более, чем на 1'.
Параллельно с восстановлением точки трассы закрепляют за пределами зоны земляных работ по следующей схеме.
Каждая точка трассы закрепляется двумя створными кольями, а вершины углов поворота – четырьмя. Расстояния между кольями и точками
трассы измеряют на местности с точностью до сантиметров и выписывают на схему закрепления трассы, которая является основным документом для сооружения земляного полотна.
По закрепленной трассе проводят контрольные, линейные и угловые
измерения, рассчитывают заново кривые. При расхождении сторон, чтобы не допускать сплошной сдвижки пикетажа, используют резанные пикеты (не равные 100 м). Одновременно проводят контрольное нивелирование по пикетажу, и если отметки точек отличаются от прежних более
чем на 5 см, исправляют профиль. Кроме того, производят сгущение сети временных реперов, располагая их через 0,5 км и у каждого искусственного сооружения.
На этом же этапе производят детальную разбивку кривых.
Способ прямоугольных координат от тангенсов.
Пусть М – начало кривой радиуса R (рис.10). Примем тангенс МА за ось
абсцисс, а радиус МО за ось ординат. Положение точки N, кривой в принятой системе координат определяется абсциссой X1 и ординатой Y1.
Из прямоугольника ON1 находим
Если условимся производить разбивку через промежутки с длиной дуги
k, то получим:
.
Тогда для точек 2, 3 и т.д. координаты вычисляют, подставляя в вышеприведенные формулы углы 23 и т.д.
По указанным формулам составлены таблицы, из которых по аргументам R и k можно выбрать значение Х и У.
Достоинство способа прямоугольных координат состоит в том, что каждая точка кривой выносится независимо от других с примерно одинаковой точностью.
Детальную разбивку кривой способом прямоугольных координат удобно
проводить в открытой и непересеченной местности.
Детальная разбивка кривой при помощи углов и хорд.
Данный способ основывается на том, что углы с вершиной в какой-либо
точке круговой кривой, образованные касательной и секущей и заклю-
чающие равные дуги, равны половине соответствующего центрального
угла (рис. 11).
Для разбивки кривой при помощи углов и хорд вычисляют центральный
угол , опирающийся на хорду s
.
Рассчитывают углы
емые точки
между касательной и направлением на определя-
Сначала выполняют разбивку кривой от её начала НКК до середины
СКК. Для этого теодолит устанавливают в начале кривой НКК, совмещают нуль алидады с нулем лимба и вращением лимба направляют визирную ось по тангенсу. Затем, освободив алидаду, в сторону кривой от-
кладывают от тангенса угол
и по направлению луча визирования
отмеряют лентой заданное расстояние s. Так находят точку 1. После этого откладывают угол
, а ленту переносят и совмещают её нуль с
точкой 1. Взявшись пальцем у деления, равного s, вращают ленту вокруг
точки 1 в сторону кривой до тех пор, пока деление не попадет на луч визирования. В данном месте отмечают точку 2. Продолжают действовать
в той же последовательности, откладывая точку 3 и т.д.
Аналогичным образом выполняют разбивку кривой от её конца ККК до
середины СКК.
В рассмотренном способе линейные измерения выполняют вблизи кривой, что выгодно при разбивке точек в стесненных условиях, например,
на насыпи. Но так как положение последующей точки получают относительно предыдущей, то с возрастанием длины кривой точность её детальной разбивки быстро падает. В этом главный недостаток способа углов и хорд.
15.2. Разбивка строительных поперечников
Для производства земляных работ выполняют детальную разбивку
профиля земляного полотна по поперечникам через 50 м на прямых и 20
м на кривых участках. При этом на местности обозначают все характерные точки полотна: оси, бровок, кюветов, подошв насыпи и т.п.
Одновременно с разбивкой поперечников выносят в натуру проектные отметки характерных точек. Для удобства выноса проектных отметок и уклонов перед выходом в поле составляют так называемый писаный профиль, в котором на основании проекта вычисляют проектные и
рабочие отметки, глубины кюветов и др.
Разбивка поперечников полностью определяет очертания будущего
земляного полотна.
Виды поперечных профилей земляного полотна
а – насыпь; б – выемка; в – нулевое место; г – полунасыпь; д – полувыемка; е –
полунасыпь-полувыемка
Разбивка поперечников в насыпи. При разбивке поперечников в
насыпи на равнинной местности от оси трассы О' рулеткой откладывают отрезки В/2 (В – ширина насыпи поверху) до бровок А'1 и А' и отрезки h∙т до подошвы точек Р1 и Р2. Здесь h – высота насыпи, 1:т –
крутизна (уклон) откоса. Полные расстояния от оси до подошвы насыпи одинаковы:
О'Р1 = О'Р2 = В/2 + h∙т.
Далее от точки Р2 откладывают ширину бермы В'С и резерва СF. Все
точки закрепляют кольями и подписывают их наименования.
Разбивка насыпи на косогорах.
Вследствие наклона местности на косогорах на угол ν, расстояния
от оси до подошвы О'Р и О'Р2 будут различны. Если обозначить угол
откоса через β, то по теореме синусов будем иметь:
О'Р = (В/2 + h∙т)sinβ/sin(β + ν);
О'Р2 = (В/2 + h∙т)sinβ/sin(β – ν).
Чтобы получить точки бровок А'1 и А', достаточно от точки О' отложить расстояние
О'А'1 = О'А' = (В/2)/cos ν.
Разбивка поперечников в выемке.
При разбивке поперечников в выемке от осевой точки трассы О' в
равнинной местности откладывают отрезки
О'А'1 = О'А' = В/2+К,
где К – ширина кювета поверху, и отрезки
О'Б1 = О'Б = В/2+К + h0∙т,
где h0 – глубина выемки.
На косогорах отрезки на местности с углом наклона ν и углом откоса
β будут соответственно равны:
О'Б = (В/2+К + h0∙т)sinβ/sin(β + ν);
О'Б1 = (В/2+К + h0∙т)sinβ/sin(β – ν)/
15.3. Геодезические работы при сооружении земляного полотна
Комплекс работ по сооружению земляного полотна, в том числе и
геодезических, выполняет персонал механизированных колонн. На местности обозначают характерные точки строительных поперечников,
устанавливают откосники у подошвы насыпей и бровок выемок. Для
выноса проектной отметки насыпи закрепляют высотник.
Когда сооружение насыпи подходит к концу, на нее выносят осевую
точку, закрепляют колом и нивелируют и на откосе на расстоянии 0,7 – 1
м от бровки закрепляют кол-высотник с горизонтальной планкой на проектной отметке основной площади с запасом на осадку насыпи и вторую
наклонную планку-визирку, указывающую направление ската сливной
призмы. После этого выполняют планировку откосов и сливной призмы.
Резервы разбивают от оси трассы одновременно с разбивкой подошвы насыпи. Сначала обозначают только ширину дна резерва, а по мере
его разработки до нужной глубины разбивают и разрабатывают откосы.
Дну резерва придают проектный уклон с помощью нивелира или визирок.
Разработка выемки по слоям
Для каждого слоя по его глубине назначают высоту h1, его дна над
проектной отметкой бровок и вычисляют расстояния от оси до границ
выемки на уровне дна траншеи L1 = В/2+К + h1∙т, где устанавливают
вешки. После разработки слоя вновь восстанавливают ось и повторяют
процедуру до конца выработки выемки. Оставшиеся на краях уступы
срезают ножом грейдера, контролируя правильность крутизны склона с
помощью откосников. На границе верха полотна в выемке разбивают
сливную призму, бровки и кюветы.
При разбивке кавальеров на местности обозначают только их границы. Форму откосов контролируют с помощью откосников.
Нагорные канавы трассируют и рассчитывают на месте. Разбивками
обеспечивают расчетную ширину канавы по дну и верху, глубину и
уклон.
При отсыпке насыпей и разработке выемок применяют устройства,
задающие опорные плоскости, видимые оператору землеройной машины, либо визирки, либо лазерные указатели направлений. В последнем
случае на стекле кабины водителя экскаватора закрепляется матовая
мишень, на которой хорошо виден луч лазера. Задача водителя в этом
случае состоит в ведении машины по центру этого луча. Для тех же целей можно использовать трафаретные указатели, разработанные В.В.
Просиным
В этом случае водитель перемещает экскаватор, наблюдая глазом видимую границу света и тени, заранее установленную в горизонтальной
плоскости.
После планировочных работ выполняют исполнительную съемку
насыпей и выемок, допуская отклонения в размерах до 5 см.
15.4. Геодезические работы при укладке верхнего строения пути
При разбивке элементов верхнего строения пути: балласта, шпал или
плит, рельсов, стрелочных переводов – приходится неоднократно восстанавливать ось пути. Поэтому рекомендуется по обочине полотна или
в междупутье разбить параллельную дублерную ось и закрепить ее с помощью высотников, от которых легко вести монтаж верхнего строения с
помощью строительных шаблонов. Монтаж верхнего строения выполняет линейный персонал строительно-монтажных поездов.
На закруглениях полотна восстанавливают детальную разбивку железнодорожных кривых, размечая ось трассы через каждые 20 или 10 м,
если радиус кривой менее 600 м.
Наибольшие трудности вызывает разбивка стрелочных переводов,
которые, как правило, устраивают на прямых участках пути при соединении соседних путей, пересечение которых называют центром стрелочного перевода (ЦСП).
ЦСП – центр стрелочного перевода; МЦК– математический центр крестовины;
Расстояния а до центра перевода и b до конца крестовины, а также
другие размеры, стандартизированы для каждого типа стрелочного перевода. Стрелочные переводы классифицируют по марке крестовины и
обозначают дробью 1/N:
1/N = 2∙tgα/2 ≈ tgα,
где α – угол крестовины.
Наиболее распространенные марки стрелочных переводов:
1/N = 1/9 (α - 6°20'25") и 1/11 (α = 5°11'40").
Если известно положение ЦСП на оси пути, то легко разбить все части перевода.
При разбивке различают два основных случая:
1. Соединение параллельных путей.
В этом случае от ближайшего элемента пути находят положение
ЦСП1 с точностью до 10 см, а затем по известному междупутному расстоянию вычисляют и откладывают рулеткой расстояние х = l∙N до
ЦСП2 с точностью до 1 см.
2. Примыкание непараллельных путей.
При примыкании бокового пути к главному теодолитом находят точку B пересечения путей и измеряют угол примыкания β.
Зная угол крестовины α из треугольника АВС, по теореме синусов
находят расстояния х и у:
х = ((b + q + Т)/siпβ)∙sin(β – α);
у = ((b + q + Т)/sinβ)∙sinα,
где расстояние b определяется по марке перевода, прямая вставка q также известна, а тангенс T вычисляют, как при обычной вставке кривой, по
формуле:
T = R∙tg((β – α)/2)
Отложив от точки В вычисленные отрезки х и у, получают положение
ЦСП и угла поворота (точка С). Отложив от последней в обе стороны
величины тангенсов, получают начало и конец переводной кривой.
Если точка ЦСП заранее фиксирована, то поступают иначе. В этом
случае теодолитом, установленным в точке А, откладывают угол а и
находят точку пересечения с путем примыкания (точка С), в которой измеряют угол (β – α) и производят вставку переводной кривой.
15.6. Геодезические работы на строительной площадке
железнодорожной станции
Геодезические работы при строительстве пути и сооружений на
станции включают создание разбивочной основы станции в виде базисных и теодолитных ходов и высотной основы IV класса точности. Проект станции обычно создают в системе координат станции, где за ось X
принимается поперечная ось пассажирского здания, а за ось Y – ось первого главного пути. Все размеры на проек-те путевого развития станции
заданы с точностью до 1 см. Фактически лимитирующей является точ-
ность разбивки поперечных размеров соседних элементов путевого развития, которая в пределах станции составляет 2 см. Такая точность достигается прокладкой вдоль главных путей базисных теодолитных ходов
точности полигонометрии 2 разряда и ходов сгущения точности 1:2000.
При строительстве станций производят аналитическую подготовку
проекта, при которой определяют необходимые разбивочные элементы.
Разбивку характерных точек (центров стрелочных переводов, прямых
участков, главных точек кривых и т.п.) ведут чаще всего способами прямоугольных и полярных координат.
В последние годы с целью совершенствования текущего содержания
пути на железнодорожных станциях и перегонах создается постоянное
планово-высотное обоснование, так называемые «реперные сети», представляющие собой закрепленные вблизи главных путей специальные
опорные геодезические сети, пункты которых располагают в фундаментах опор контактной сети и других фундаментальных сооружений. Реперные сети развивают с применением GPS-измерений и электронной
тахеометрии в трехмерной системе координат. Проект путевого развития
пересчитывается в систему координат этой сети. Таким образом, любая
точка путевого развития может быть вынесена или восстановлена от
ближайшего пункта реперной сети с высокой степенью точности линейным персоналом дистанции пути.
Данные по измерению и уравниванию сети и проекту закладывают в
базу данных ЭВМ и вводят в ГИС для использования по мере необходимости.