第十二章铁路及公路线路测量 本章提要 本章系统地介绍了铁路及公路线路测量的内容和方法。前半部分介绍了铁路测量 中的新线初测、定测以及既有铁路线路和站场测量,详细讨论了在新线初测中如何进行 导线测量、高程测量和带状地形图的测绘以及在定测中怎样进行线路中线测量、线路高 程及纵横断面测量,阐述了既有线线路的纵向丈量和横向测绘,线路中线平面测量、高 程测量和横断面测量及站场测绘的基本内容和方法:后半部分介绍了公路线路的测量工 §12-1铁路线路测量概述 铁路线路勘测概述 铁路线路勘测的目的就是为铁路的设计搜集所需地形、地质、水文、气象、地震等方面 的资料,经过室内研究、分析和对比,在线路的起、终点之间找出在平面上直而短,在立面上 坡度小的线路位置,以保证所选线路和工程在经济上合理、技术上可行,使其在国民经济和国 防建设中充分发挥效益,故修建一条铁路,一般要经过下列程序 1.方案研究 在小比例尺地形图上找出线路可行的方案和初步选定一些重要技术标准,如线路等级、 限制坡度、牵引种类、运输能力等,并提出初步方案(在中比例尺地形图一如1:5万图上选 出线路的多个位置) 2.初测和初步设计 初测是为初步设计提供资料而进行的勘测工作,其主要任务是提供沿线大比例尺带状地 形图以及地质和水文资料。初步设计的主要任务是在提供的带状地形图上选定线路中心线的 位置,亦称纸上定线,经过经济、技术比较提出一个推荐方案;同时要确定线路的主要技术标 准,如线路等级、限制坡度、最小半径等。 3.定测和施工设计 定测是为施工技术设计而做的勘测工作,其主要任务是把初步设计中所选定的线路中线 测设到地面上去,并进行线路的纵断面和横断面测量;对个别工程还要测绘大比例尺的工点地 形图。施工技术设计是根据定测所取得的资料,对线路全线和所有个体工程做出详细设计,并 提供工程数量和工程预算。该阶段的主要工作是线路纵断面设计和路基设计,并对桥涵、隧道 车站、档土墙等做出单独设计 线路测量 线路测量是指铁路线路在勘测、设计和施工等阶段中所进行的各种测量工作。它主要包 括:为选择和设计铁路线路中心线的位置所进行的各种测绘工作;为把所设计的铁路线路中心 线标定在地面上的测设工作:为进行路基、轨道、站场的设计和施工的测绘和测设工作 为满足铁路线路勘测设计、施工的需要,我国铁路新线测量通常也相应分两阶段进行 即:新线初测和新线定测 s12-2新线初测 线路初测工作主要包括:选点插旗、导线测量、高程测量、带状地形图测绘等。初测在 条线路的全部勘测工作中占有重要地位,它决定着线路的基本方向。 、选点插旗 初测的首要工作是根据线路方案研究阶段在已有地形图上规划的线路位置,结合实际情
1 第十二章 铁路及公路线路测量 本 章 提 要 本章系统地介绍了铁路及公路线路测量的内容和方法。前半部分介绍了铁路测量 中的新线初测、定测以及既有铁路线路和站场测量,详细讨论了在新线初测中如何进行 导线测量、高程测量和带状地形图的测绘以及在定测中怎样进行线路中线测量、线路高 程及纵横断面测量，阐述了既有线线路的纵向丈量和横向测绘，线路中线平面测量、高 程测量和横断面测量及站场测绘的基本内容和方法；后半部分介绍了公路线路的测量工 作。 §12—1 铁路线路测量概述 一、铁路线路勘测概述 铁路线路勘测的目的就是为铁路的设计搜集所需地形、地质、水文、气象、地震等方面 的资料,经过室内研究、分析和对比,在线路的起、终点之间找出在平面上直而短，在立面上 坡度小的线路位置,以保证所选线路和工程在经济上合理、技术上可行，使其在国民经济和国 防建设中充分发挥效益，故修建一条铁路,一般要经过下列程序: 1.方案研究 在小比例尺地形图上找出线路可行的方案和初步选定一些重要技术标准,如线路等级、 限制坡度、牵引种类、运输能力等,并提出初步方案（在中比例尺地形图—如 1：5 万图上选 出线路的多个位置）。 2.初测和初步设计 初测是为初步设计提供资料而进行的勘测工作,其主要任务是提供沿线大比例尺带状地 形图以及地质和水文资料。初步设计的主要任务是在提供的带状地形图上选定线路中心线的 位置,亦称纸上定线,经过经济、技术比较提出一个推荐方案；同时要确定线路的主要技术标 准，如线路等级、限制坡度、最小半径等。 3.定测和施工设计 定测是为施工技术设计而做的勘测工作,其主要任务是把初步设计中所选定的线路中线 测设到地面上去,并进行线路的纵断面和横断面测量；对个别工程还要测绘大比例尺的工点地 形图。施工技术设计是根据定测所取得的资料,对线路全线和所有个体工程做出详细设计,并 提供工程数量和工程预算。该阶段的主要工作是线路纵断面设计和路基设计,并对桥涵、隧道、 车站、档土墙等做出单独设计。 二、线路测量 线路测量是指铁路线路在勘测、设计和施工等阶段中所进行的各种测量工作。它主要包 括:为选择和设计铁路线路中心线的位置所进行的各种测绘工作；为把所设计的铁路线路中心 线标定在地面上的测设工作；为进行路基、轨道、站场的设计和施工的测绘和测设工作。 为满足铁路线路勘测设计、施工的需要，我国铁路新线测量通常也相应分两阶段进行， 即：新线初测和新线定测。 §12—2 新线初测 线路初测工作主要包括：选点插旗、导线测量、高程测量、带状地形图测绘等。初测在 一条线路的全部勘测工作中占有重要地位，它决定着线路的基本方向。 一、选点插旗 初测的首要工作是根据线路方案研究阶段在已有地形图上规划的线路位置,结合实际情
况,选择线路转折点的位置,并打桩插旗,标定点位,为导线测量及各专业调查指出行进方向。 选点插旗是初测工作的关键,能否选出优良的线路位置,将直接影响线路工程的质量 插旗时一般应在铁路纸上定线的平面图上标出大旗点的位置和标高,并记录线路沿线的 特征。大旗插完以后需要绘制线路的平、纵断面图,以研究确定地形图测绘的范围。当发现个 别大旗位置不当或某段线路还可改善时,应及时改插或补插。大旗间的距离以能表示线路走向 及清晰地观察目标为原则。 大旗点的选定,一方面要考虑线路的基本方向,另一方面要考虑到导线测量、地形测量 的要求,因为一般情况下,大旗点亦为导线点,故要顾及便于测角、量距及地形测绘 导线测量 (一)导线点的布设 初测导线是测绘线路带状地形图和定线放线的基础,导线的选点工作是在插大旗的基础 上进行的。导线点的位置应满足以下几项要求 1.尽量接近线路通过的位置。大桥及复杂中桥和隧道口附近、严重地质不良地段以及越 岭垭口地点,均应设点; 2.地层稳固、便于保存; 3.视野开阔、测绘方便 4.点间的距离以不短于50米、不大于400米为宜。采用电磁波测距仪测距时,导线点之 间的距离不受限制。为测图应用方便,应在导线边上加设转点,转点间的距离应不大于400 导线点转点应钉设控制桩和标志桩。导线点的编号自起点顺序编写,点号之前冠以“C” 字。如“C5”,则表示5号初测导线点。假定该点离开线路起点的距离为2570.55米,则应写 为CK2+570.55。“CK”,表示初测里程,C是“初”字汉语拼音的声母。现在我国铁路测量的 桩点代号除惯用的外,均采用汉语拼音系统 (二)导线的施测 1.水平角测量及其精度:水平角观测,按《测规》规定进行,使用J2或J经纬仪,用 测回法测角,两半测回之间要变动度盘位置,角度较差在±15″(J2)或±30″(J)以内 时,取平均数作为观测结果 2.导线边长的量测与精度 导线边长的量测方法已在第4章中叙及,量测时,初测导线边长的精度按《测规》(见 表12-1)要求进行 表12-1导线测量边长限差 检测较差 相对闭合差 光电测距其它测 光电测距 其它测 (mm)距方法「(水平角平差)(水平角不平差)距方法 2√2 2000 4000 2000 2000 三、导线的联测与检核 1、概述 为了确定初测导线的方位,检验导线水平角及边长的量测精度,《测规》规定:导线的 起、终点及每隔30公里的点,应与国家大地点(三角点、导线点、Ⅰ级军控点)或其他不低
2 况,选择线路转折点的位置,并打桩插旗,标定点位，为导线测量及各专业调查指出行进方向。 选点插旗是初测工作的关键，能否选出优良的线路位置，将直接影响线路工程的质量。 插旗时一般应在铁路纸上定线的平面图上标出大旗点的位置和标高,并记录线路沿线的 特征。大旗插完以后需要绘制线路的平、纵断面图,以研究确定地形图测绘的范围。当发现个 别大旗位置不当或某段线路还可改善时,应及时改插或补插。大旗间的距离以能表示线路走向 及清晰地观察目标为原则。 大旗点的选定，一方面要考虑线路的基本方向，另一方面要考虑到导线测量、地形测量 的要求，因为一般情况下，大旗点亦为导线点，故要顾及便于测角、量距及地形测绘。 二、导线测量 （一）导线点的布设 初测导线是测绘线路带状地形图和定线放线的基础，导线的选点工作是在插大旗的基础 上进行的。导线点的位置应满足以下几项要求: 1.尽量接近线路通过的位置。大桥及复杂中桥和隧道口附近、严重地质不良地段以及越 岭垭口地点,均应设点； 2.地层稳固、便于保存； 3.视野开阔、测绘方便； 4.点间的距离以不短于 50 米、不大于 400 米为宜。采用电磁波测距仪测距时,导线点之 间的距离不受限制。为测图应用方便，应在导线边上加设转点，转点间的距离应不大于 400 米。 导线点转点应钉设控制桩和标志桩。导线点的编号自起点顺序编写，点号之前冠以“C” 字。如“Ｃ5”,则表示 5 号初测导线点。假定该点离开线路起点的距离为 2 570.55 米,则应写 为 CK2+570.55。“CK”,表示初测里程,C 是“初”字汉语拼音的声母。现在我国铁路测量的 桩点代号除惯用的外,均采用汉语拼音系统。 （二）导线的施测 １. 水平角测量及其精度：水平角观测，按《测规》规定进行，使用 J2或 J6 经纬仪，用 测回法测角，两半测回之间要变动度盘位置，角度较差在±15″（J2）或±30″（J6）以内 时，取平均数作为观测结果。 ２. 导线边长的量测与精度 导线边长的量测方法已在第 4 章中叙及，量测时，初测导线边长的精度按《测规》（见 表 12-1）要求进行。 表 12-1 导线测量边长限差 三、导线的联测与检核 1、概述 为了确定初测导线的方位，检验导线水平角及边长的量测精度，《测规》规定：导线的 起、终点及每隔 30 公里的点,应与国家大地点（三角点、导线点、Ⅰ级军控点）或其他不低 检测较差 相对闭合差 光电测距 （mm） 其它测 距方法 光电测距 其它测 （水平角平差） （水平角不平差） 距方法 2 2 MD 2000 1 4000 1 2000 1 2000 1
于四等的大地点、GPS点进行联测。 当与国家平面控制点联测困难时,应在导线的起点、终点和不远于30公里的导线点上用 天文测量方法(太阳高度法)或用陀螺经纬仪,测定导线边的真北方位角,以控制角度误差的积 如图12-1所示,在导线点A上测得的A1边的真北方位角为AN,在导线点B上测得的 BC边的真北方位角为Ak,它们分别是根据A点和B点上的真北方向测定的 图12-1方位角检测 由观测角B推算BC边的方位角时其计算式为 a=A+(n+1)180°-∑B(12-1) 如果以B点上的真北方向为准,则BC边上的计算方位角Ak为 Ak=ak±y=A+(+180-∑B±y (122) y=(B-)snφ 式中y—子午线收敛角 φ-A、B两点的平均纬度; λ-A点的经度 AB-B点的经度 当B点在A点之东时,y取正号;反之,取负号。 由于观测误差的存在,因此A和A4将不相等,产生角闭合差/为 f=4-A=Ax+(n+1)180°-∑B±y-A (12-3) 对于只有方向控制的导线,方位角的闭合差不得超过±30°√m+10(m为折角的个数) 若线路导线已与国家平面控制点联测构成附合导线时,其方位角的闭合差不应超过 ±40″ 注意,在与国家控制点联测进行检核时,要检査控制点与检核线路的起算点是否处于同 投影带内,否则应先换带计算,然后进行检核计算。 2、导线的两化改正
3 于四等的大地点、GPS 点进行联测。 当与国家平面控制点联测困难时,应在导线的起点、终点和不远于 30 公里的导线点上用 天文测量方法(太阳高度法)或用陀螺经纬仪,测定导线边的真北方位角,以控制角度误差的积 累。 如图 12-1 所示,在导线点 A 上测得的 A1 边的真北方位角为 AN ，在导线点 B 上测得的 BC 边的真北方位角为 AK ，它们分别是根据 A 点和 B 点上的真北方向测定的。 图 12-1 方位角检测 由观测角β推算 BC 边的方位角时其计算式为 + = + + − 1 1 ' ( 1)180 n ak AN n i （12-1） 如果以 B 点上的真北方向为准,则 BC 边上的计算方位角 AK′为 = − = = + + − + ( )sin ( 1)180 1 1 ' ' B A n AK K AN n i （12-2） 式中 —子午线收敛角； —A、B 两点的平均纬度； A —A 点的经度； B —B 点的经度； 当 B 点在 A 点之东时, 取正号；反之,取负号。 由于观测误差的存在,因此 ' Ak 和 Ak 将不相等,产生角闭合差 f 为 + = − = + + − − 1 1 ' ( 1)180 n Ak Ak AN n i Ak f (12-3) 对于只有方向控制的导线,方位角的闭合差不得超过± 30 n +10 （n 为折角的个数）。 若线路导线已与国家平面控制点联测构成附合导线时,其方位角的闭合差不应超过 40 n 。 注意,在与国家控制点联测进行检核时,要检查控制点与检核线路的起算点是否处于同 一投影带内,否则应先换带计算,然后进行检核计算。 2、导线的两化改正
当初测导线与国家控制点联测进行坐标检核时,应首先将导线测量成果化算到大地水准 面上,然后再归化到高斯投影面上,才能与国家控制点坐标进行比较检核,这项工作称为导 线的两化改正 1)将坐标增量的总和改化至大地水准面上。计算公式为 H R RLR (12-4) ∑△=∑A H R ∑4=∑ 式中∑Ax、∑A改化为大地水准面上的纵、横坐标增量的总和,以米为单位 ∑Ax、∑y一根据边长和平差后的角度计算的纵、横坐标增量的总和以米为单 位 Hm-导线的平均高程,以公里计; R一地球的平均曲率半径,以公里计 2)将大地水准面上的坐标增量的总和化算至高斯投影面上。计算公式为 Ax 2R (12-5) 式中∑Ax、∑A,一高斯平面上纵、横坐标增量的总和,以米为单位: ym一导线两端点横坐标的平均值,以公里计 四、坐标换带计算 初测导线与国家控制点联测时,有时导线点与联测的国家控制点会处于两个投影带中, 因而必须先将邻带的坐标换算为同一带的坐标才能进行检核,这项工作简称坐标换带。它包 括6°带与6°带的坐标互换、6°带与3°带的坐标互换等 坐标换带的基本公式,是根据邻带坐标换带的原理,找出地面上任意一点P在西(东) 带的投影坐标(x,y)与其在东(西)带的投影坐标(x,y2)之间的内在联系而建立的。 基本公式分严密公式和近似公式。为方便计算,将基本公式的换带常数编制成表,称坐标换 带表,供计算时直接查用。 换带表有《六度带高斯、克吕格坐标换带表》和《三度带高斯、克吕格坐标换带表》两 种。每种表又根据换带计算的精度要求不同,分为表Ⅰ和表Ⅱ(“简表”)。使用严密公式换带 时,用表Ⅰ査取常数进行计算,其结果的最大误差不超过1mm;当采用近似公式换带时,用 简表进行计算,其结果精度不超过1m。 按《测规》要求,线路测量的坐标换带用表Ⅰ。现有专用换带计算软件可供换带计算使 五、高程测量 初测阶段高程测量的目的:一是沿线路设置水准基点,建立线路高程控制系统:二是测量 中桩(导线桩、加桩一地形和地质显著变化处所钉设的桩橛)高程,为地形测绘建立较低
4 当初测导线与国家控制点联测进行坐标检核时，应首先将导线测量成果化算到大地水准 面上，然后再归化到高斯投影面上，才能与国家控制点坐标进行比较检核，这项工作称为导 线的两化改正。 1）将坐标增量的总和改化至大地水准面上。计算公式为 = − = − = − = − (1 ) (1 ) 0 0 R H y y R H y y R H x x R H x x m m m m (12-4) 式中 0 x 、 0 y —改化为大地水准面上的纵、横坐标增量的总和,以米为单位； x 、y —根据边长和平差后的角度计算的纵、横坐标增量的总和,以米为单 位; Hm—导线的平均高程,以公里计； R—地球的平均曲率半径，以公里计。 2）将大地水准面上的坐标增量的总和化算至高斯投影面上。计算公式为: = + = + 2 0 2 0 2 0 2 0 2 2 y R y y y x R y x x m s m s (12-5) 式中 s x 、 s y —高斯平面上纵、横坐标增量的总和,以米为单位； m y —导线两端点横坐标的平均值,以公里计。 四、坐标换带计算 初测导线与国家控制点联测时,有时导线点与联测的国家控制点会处于两个投影带中, 因而必须先将邻带的坐标换算为同一带的坐标才能进行检核,这项工作简称坐标换带。它包 括 6°带与 6°带的坐标互换、6°带与 3°带的坐标互换等。 坐标换带的基本公式，是根据邻带坐标换带的原理，找出地面上任意一点 P 在西（东） 带的投影坐标（x1， y1）与其在东（西）带的投影坐标（x2，y2）之间的内在联系而建立的。 基本公式分严密公式和近似公式。为方便计算，将基本公式的换带常数编制成表，称坐标换 带表，供计算时直接查用。 换带表有《六度带高斯、克吕格坐标换带表》和《三度带高斯、克吕格坐标换带表》两 种。每种表又根据换带计算的精度要求不同，分为表Ⅰ和表Ⅱ（“简表”）。使用严密公式换带 时，用表Ⅰ查取常数进行计算，其结果的最大误差不超过 1mm；当采用近似公式换带时，用 简表进行计算，其结果精度不超过 1m。 按《测规》要求，线路测量的坐标换带用表Ⅰ。现有专用换带计算软件可供换带计算使 用。 五、高程测量 初测阶段高程测量的目的：一是沿线路设置水准基点,建立线路高程控制系统；二是测量 中桩（导线桩、加桩—地形和地质显著变化处所钉设的桩橛）高程，为地形测绘建立较低一
级的高程控制系统 水准点高程测量应与国家水准点或相当于国家等级水准点联测,路线长度应不远于 30km联测一次,形成附合水准路线,以检验测量成果并进行闭合差调整。 水准点应沿线路布设,做到既方便又实用,又利于保存。《测规》要求,一般地段每隔约 2km设置一个水准点,工程复杂地段每隔约1km就应设置一个水准点。水准点最好设在距线路 100m范围内。如果有条件,水准点宜设在不易风化的基岩上,坚固稳定的建筑物上亦可埋设 混凝土水准点。水准点设置后,以“BM”字头顺序编号。 1、水准点高程测量 1)水准测量 水准点水准测量精度按五等水准测量要求,其限差如表12-4所列。表中R为测段长度, L为附合路线长度,F为环线长度,单位为km 测量所使用的水准仪精度指标不应低于S3级:所用的水准尺,宜使用整体式板尺,其分 划线应经过检定,每米平均分划线真长与名义长度之差,不得超过0.5mm 水准测量通常可采用一组往返或两台水准仪并测的方法。尺读数估至mm,高差较差不符 值在允许范围(表12-4)内时,取其平均值 为了保证水准点测量精度,应注意以下各点 (1)测量应在成象清晰、稳定的时间内进行 (2)前、后视距离应尽量相等,如一个测站因条件限制,造成前后视距离相差较大,则应 在以后的测站中予以补偿; (3)一般情况下,视线长度不应大于150m。但在跨越河流、深谷时,视线长度可增长至 200m,宜采用以下跨河水准测量方法: 表12-4五等水准测量精度 五等水准测量精度 限差(mm) 图123跨河水准测量 中误俭验已测往返测附合路线 环闭合差 (m)段高差之割不符值闭合差 1s75±30y±30R3±3F 如图12-3,在河(谷)两侧大致等高处设置转点A、B及置镜点C、D,并使AC≈BD=15 om。往测程序如图示:首先在C点置镜,观测完B点后,应尽快渡河(越谷)至D点置镜, 在观测A点时不允许再调焦。返测程序与往测相反。往返测得的两转点高程不符值在限差范 围以内时,取用平均值。 2)光电测距三角高程测量 用光电测距三角高程测量方法测量水准点,宜与平面导线测量合并进行,即导线边长测 量、水准点高程测量和中桩高程测量一次完成。 初测导线的导线点应作为高程转点,高程转点间或转点与水准点间的距离和竖直角必须 往返观测,斜距应加气象改正,高差可不加球气差改正,最后采用往返观测的平均值 往返观测的平均高差可以削减大地折光系数K对高差的影响,但无法完全抵消。因此,在 5
5 级的高程控制系统。 水准点高程测量应与国家水准点或相当于国家等级水准点联测，路线长度应不远于 30km 联测一次，形成附合水准路线，以检验测量成果并进行闭合差调整。 水准点应沿线路布设,做到既方便又实用，又利于保存。《测规》要求,一般地段每隔约 2km 设置-个水准点,工程复杂地段每隔约 1km 就应设置一个水准点。水准点最好设在距线路 l00m 范围内。如果有条件,水准点宜设在不易风化的基岩上，坚固稳定的建筑物上亦可埋设 混凝土水准点。水准点设置后，以“BM”字头顺序编号。 1、水准点高程测量 1）水准测量 水准点水准测量精度按五等水准测量要求,其限差如表 12-4 所列。表中 R 为测段长度， L 为附合路线长度,F 为环线长度,单位为 km。 测量所使用的水准仪精度指标不应低于 S 3 级；所用的水准尺,宜使用整体式板尺，其分 划线应经过检定,每米平均分划线真长与名义长度之差,不得超过 0.5mm。 水准测量通常可采用一组往返或两台水准仪并测的方法。尺读数估至 mm,高差较差不符 值在允许范围（表 12-4）内时,取其平均值。 为了保证水准点测量精度,应注意以下各点： （1)测量应在成象清晰、稳定的时间内进行； （2）前、后视距离应尽量相等,如一个测站因条件限制,造成前后视距离相差较大,则应 在以后的测站中予以补偿； （3）一般情况下,视线长度不应大于 150m。但在跨越河流、深谷时,视线长度可增长至 200m，宜采用以下跨河水准测量方法： 表 12-4 五等水准测量精度 如图 12-3,在河(谷)两侧大致等高处设置转点 A、B 及置镜点 C、D,并使 AC BD=15～ 20m。往测程序如图示:首先在 C 点置镜，观测完 B 点后,应尽快渡河（越谷）至 D 点置镜, 在观测 A 点时不允许再调焦。返测程序与往测相反。往返测得的两转点高程不符值在限差范 围以内时,取用平均值。 2）光电测距三角高程测量 用光电测距三角高程测量方法测量水准点,宜与平面导线测量合并进行,即导线边长测 量、水准点高程测量和中桩高程测量一次完成。 初测导线的导线点应作为高程转点,高程转点间或转点与水准点间的距离和竖直角必须 往返观测,斜距应加气象改正,高差可不加球气差改正,最后采用往返观测的平均值。 往返观测的平均高差可以削减大地折光系数 K 对高差的影响,但无法完全抵消。因此,在 图 12-3 跨河水准测量