第六章定 线.docx
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第六章定线
第六章定线
【本章学习要点】 本章主要学习纸上定线与实地定线的方法；掌握实地放线的几种常用方法。
定线的任务是按照已定的技术标准，在选线布局阶段选定的路线带范围内，结合细部地形、地质条件，综合考虑平、纵、横三方面的合理安排，确定定出公路中线的确切位置。
定线是公路设计过程中关键的一步。
它不仅要解决工程、经济方面的问题，而且对如何使公路与周围环境相协调，以及公路本身线形的美观等问题都要在定线过程中进行充分的考虑。
公路定线除受地形、地质及地物等制约外，还受技术标准、国家政策、社会影响、公路美学以及其他因素的制约，这就要求设计人员必须具有广博的知识和熟练的定线技巧。
一个好的路线方案要经过反复比选、反复试线在众多相互制约的因素中定出来。
公路定线根据公路等级、要求和条件，一般有纸上定线、实地定线、航测定线三种方法。
对技术等级高，地形、地质、地物等条件复杂的路线，必须先进行纸上定线，然后把纸上所定的路线敷设到实地上；实地定线就是省了纸上定线这一步，直接在现场实地定线，一般实用于公路等级较低和地形条件简单的路线；航测定线是利用航摄像片、影像地图等资料，借助于航测仪器建立与实地完全相似的光学模型，在模型上直接定线。
本章重点介绍纸上定线和实地定线。
第一节纸上定线
一、纸上确定路线
（一）定导向线
1．在大比例地形图上研究路线布局，拟定路线可能方案，并详细比较选定合适方案。
2．纸上放坡，根据等高线间距h及平均纵坡i均（5%~5.5%），计算相邻等高线间距：
a=h/i均，使卡规开度放到a，进行纸上放坡，如图6-1。
图6-2为某回头曲线纸上定线实例，A、B、C为控制点，按上述方法放出坡度线A、a、b、c、d…，D。
若放坡自A点开始，不能到达控制点B附近时，说明路线方案不能成立，应修改方案改动控制点，重新放坡，至放坡后能到达D点附近为止。
3．定导向线
分析研究坡度线A、a、b、c、d…，D，检查其利用地形和避让障碍的情况，进一步移动线位确定中间的控制点。
如图6-2，C处从陡岩中间穿过，B处有利的回头地点也没有利用上（偏低），如将两处位置向上方移动，定B、C为中间控制点，既可分为AB、BC、CD三段，分别调整坡度重新放坡，得出A，aˊ，bˊ，cˊ，dˊ，…，D折线称“导向线”。
（二）修正导向线，定平面试线
导向线仍是条折线，还应根据技术标准的要求，结合横坡变化情况，确定必须通过的点作修正导向线，然后用“以点连线，以线交点”的办法定出平面试线，反复试线最后确定出交点。
如地形变化不大，采用的地形图比例又较小，则纸上定线即可结束，如图中粗实线。
为了使路线更为经济合理，当地形势复杂，又有大比例尺地形图时，可在平面试线的基础上敷设曲线，确定中桩，做出纵断面、横断面，然后在横断面上用透明模板确定路中线的最佳位置（经济点位置或控制点位置），分别按不同性质用不同符号绘于平面图上，这些点的连线则是一条具有理想纵坡、横断面位置最佳的平面折线，称为二次导向线。
再进一步根据第二次导向线对路线线位局部进行修改，最后定出线位，如图中的采用线。
纸上定线的过程是一个反复试线、比较、逐步趋于完善的过程。
定线时要在满足标准的前提下结合自然条件，平、纵、横综合考虑，反复进行，直到满足为止。
二、实地放线
根据纸上确定的路中线与导线（或地物特征点）关系，即可将路线位置钉设到实地，以供详测和施工之用。
实地放线方法很多，常用的有穿线交点法，拨角法和直接定交点法。
（一）穿线交点法
穿线交点法是根据平面图上路线与导线的关系，将纸上路线的各条边独立地放到实地，延长直线即可在实地放出交点，具体作法又可有两种：
1．支距法
如图6-3，欲放出JD，可按以下步骤进行：
1）在图上量取支距，如图中导1-A、导2-B、导3-D等，量取时每条边至少应取三点，以便核对，并且，尽可能使这些点在实地能相互通视。
2）在实地放支距。
用皮尺和方向架（或经纬仪）即可按所量支距定出路线上各点，如图中A、B、D，…各点，插上花杆。
3）穿线交点。
一般用花杆穿线的方法延长各直线即可交出点JD，路线直线很长时，可用经纬仪延长交会。
最后现场检查线位是否合适，再适当修改，确定路线位置。
支距法简便易行，较常用，多适用于地形不太复杂，地物障碍少，不需要用坐标控制，路线与导线相离不远的情况。
2．解析法
如图6-4。
解析法是用经纬距计算图上路线与导线关系，再按极坐标原理在实地放出各路线点的方法。
其步骤如下：
1）计算路线与导线的夹角
如图6-4，欲确定JDA-JDB的方向必须计算其夹角γ和距离l。
从平面图上可量出交点JDA\JDB的经纬距（YA、XA），（YB、XB）则JDA-JDB的象限角可按下式计算：
导1-导2的象限角β已知，则JDA-JDB与导1-导2的夹角：
γ=α-β
计算时要注意经纬距的正负号，既经距东正西负，纬距北正南负。
2）计算距离l。
导线与路线交点M的位置可由
来确定，先计算M点的经纬距（XM、YM）解以下联立方程即可：
式中（Y1、X1），（Y2、X2）——导1、导2的经纬距；
（YA、XA），（YB、XB）——JDA、JDB的经纬距。
（可由平面图上量得。
）
由此，即可计算导2至M点的距离：
3）放线
置镜于导2，后视导1，量距
定出M点，移经纬仪于M，后视导2，拨角γ定出JDA、JDB的方向，同样方法确定相邻直线的方向，即可交出JDA。
当地形图比例较大时，亦可从图上直接按比例量取
长度。
解析法计算较准确，精度较高，但较繁杂，适用于地形较复杂，直线较长、线拉控制要求较高的情况。
（二）拨角法
拨角法是根据图上求得的经纬距计算每条线的距离、方向、转角和各控制桩的里程，按此资料直接拨角量距定出交点，不必再穿线定点。
现举例说明步骤如下：
1）内业计算
如图6-5，路线各直线的长度，象限角的计算与解析法相同。
计算路线起点A与导线的关系
已知导1的经纬距为Y1=10259，X1=10117，导1-导2的象限角N72º14′07″；从平面图上量得A、B的经纬距为YA=10268，YA=10045，YB=12094，XB=11186。
导1-A的象限角为：
A—B的象限角为：
按上述方法依次计算各边的象限角、转向角、距离、列表以供放线之用。
2）外业放线
先由导1，按夹角α和距离l定出路线起点A，在A点置镜拨角即可定出AB方向，以后直接定出各交点B、C点。
拨角法计算较繁，但外业工作不需穿线，速度较快，其放线精度受原始资料的可靠程度和放线累计误差影响大。
为了减少累计误差，可与穿线点法配合使用。
（三）直接定交点法
在地形平坦、视线开阔、路线受限不很严时，路线位置可直接根据地物明显目标确定，如图6-6交点JD即可由桥头和房角的相对距离（50m和35m）量距交会确定。
（四）坐标法
通过坐标计算，可编制成逐桩坐标表，根据实地的控制导线就可以将路线敷设在地面上。
按各级公路对放线精度的要求和测设仪具条件选用不同的放线方法。
一般讲，坐标放线法使用常规测设仪具（指普通经纬仪、刚卷尺等）十分困难，且效率低、质量差，难以达到精度要求。
这里只介绍以全站仪为测设手段的两种方法。
1、极坐标放线法
极坐标放线的基本原来是以控制导线为依据，以角度和距离定点。
如图6-7所示，在控制导线点
置仪，后视
（或
），待放点为
图a）为采用方位角A的放点。
只要算出J或A和置仪点
到待放点P的距离D，就可在实地放出P点。
设置仪点的坐标为
，后视点的坐标为
，待放点的坐标为P（X，Y）。
放线数据D、A、J可按直线型定线法计算，据此拨角测距即可放出待定点P。
2、坐标放线
此法的基本原理与极坐标法相同，它是利用现代自动测量仪的坐标计算功能，只需输入有关点的坐标值即可，现场不需做任何手工计算，而是由仪器内电脑自动完成有关数据计算。
放线的具体操作步骤如下：
（1）
（1）在置仪点
安置仪器，后视
点；
（2）
（2）键入置仪点和后视点坐标
、
，完成定向工作；
（3）（3）键入待放点坐标P（X，Y）；
（4）（4）转动照准头使水平角为
，完成待放点P定向；
（5）（5）置反射镜于P点方向上，并使面板上显示0.000米时，即为P点的精确定位。
重复（3）~（5）步，可放出其他中桩位。
当改变置仪点的位置后，要重复
（1）~（5）步。
坐标法放线数据全部来自于精确计算，放线精度高，可用于直线或曲线的标定。
因此，坐标适用于直线型定线法和曲线型定线法。
第二节实地定线
实地定线又称直接定线或现场定线。
根据实地控制定线主导因素的不同，可采用以点定线和放坡定线两种方法。
一、以点定线
当路线不受纵坡限制时，定线以平面和横断面为主确定路线。
其要点是：
以点定线，以线交点。
以点定线，就是在全面布局和逐段安排确定的控制点间，结合各方面因素进一步确定影响公路中线位置的小控制点，然后，按照这些小控制点，大致穿出公路直线的方法。
以线交点，就是在已定小控制点的基础上结合路线标准和前后路线条件，穿出直线，并延长交出交点。
1）控制点的加密。
两控制点之间，一般不可能作直线（特别是地形困难、等级较低的公路），常常需要设置交点，使路线转弯，从而避开障碍物，利用有利地形，以达到技术经济的目的。
加密控制点，就是在实地寻找控制和影响公路中线位置的具体点位。
一般小控制点有经济性和控制性两种控制点。
⑴经济性控制点
这类点，主要在路线穿过斜坡地带，考虑横向填挖平衡或横向施工经济（有挡土墙及其他加固边坡时）因素而确定的小控制点。
如图6-8中Ⅱ-Ⅱ中线位置，使挖方面积和填方面积大致相等，这时的线位即为经济控制点。
由于这类点仅从横向施工经济出发控制线位，它只能作为穿线定点的参考位置。
⑵控制性的点
这类控制点，是受艰巨工程、不良地质、地物障碍、路基边坡稳定等因素限制所确定的公路中线位置。
如图6-9是几个主要因素对线位影响的示意。
从图中可看出，控制点的位置还与路基的形状尺寸、加固方式、通过不良地质地段的工程控制、地表形状、路基设计标高等因素有关。
定线时应综合考虑这些因素，合理确定小控制点的位置。
2）穿线定点。
受各种因素限制的平面位置控制点比较多，而且这些点在平面上的分布又没有一定的规律，另一方面路线受技术标准和平面线形组合的限制，不可能照顾到每一个控制点。
因此，穿线定点，就是根据技术标准和线形组合的要求，满足控制点和照顾多数经济点，前后考虑，用穿线的办法延长直线，交出转角点。
二、放坡定线
当两控制点间高差较大，路线受纵坡限制时，定线应以纵坡为主导，采用放坡定线。
1）放坡
按照要求的设计纵坡（或平均坡度）在实地找出地面坡度线的工作叫放坡。
在山岭重丘区路段，天然地面坡度角均在20度以上，而设计纵坡（或平均纵坡）有一定要求，如图6-10，路线由A点到B点，如果沿最大地面自然坡度方向AB（即垂直于等高线的方向）前进，将使路线上不去，显然不可能实施。
如果路线沿等高线走（即AC方向）虽然纵坡平缓，但方向偏离，达不到上山目的，因此，就需要在AB和AC方向间找到AD方向线，使其地面坡度正好等于设计坡度（或平均坡度）i均，这样既使路线纵坡平缓，又使填挖数量最小，寻求这条地面坡度等于设计坡度线（或平均纵坡）i均的工作就是放坡的任务。
2）放坡定线
⑴作修正导向线
放坡后的坡度点就是概略的路基设计标高位置，而实地路中线的位置对于路基的稳定和填挖工程量影响很大，如图6-11，如果中线在坡度点的下方图6-11（a），则横断面以路
堤形式为主，若中线正好通过坡度点图6-11（b），则横断面为半填半挖形式，若中线在坡度点上方图6-11（c），则横断面以路堑形式为主，因此，根据坡度线如图6-12中的A0A1A2…线，结合地面横坡考虑路基稳定和工程经济即可确定出合适的中线位置，并插上花杆（或标志），如图6-12中的B0B1B2…连线，叫修正的导向线。
根据经验，一般情况当地面横坡在1：
5以下时，中线在坡度点上下方对路基稳定和工程经济影响不大；当为1：
5~1：
2时，中线与坡度点重合为宜；当横坡大于1：
2时，中线宜在坡度点上方，以形成全挖的台口式断面为好。
⑵穿线交点
修正导向线B0B1B2…是具有合理纵坡，横断面上位置最佳的一条折线，但它不能满足平面线形标准的要求，这就要根据标准要求，尽可能靠近或穿过导向线上的点，裁弯取值，使、平、纵、横三方面恰当结合，穿出与地形相适应并符合标准的若干直线，各相邻直线相交即可确定交点JD1、JD2、JD3等。
选线时要反复插试，逐步修改，才可能定出合理的线位。
三、定平曲线
经过穿线交点确定了路线的交点位置，在交点处还需要根据标准结合地形、地物及其他因素选择适宜的平曲线半径，控制曲线线位。
⑴单交点法
单交点是实地定线最常用的方法之一。
它是用一个交点来确定一段单圆曲线的插设曲线方法。
适用于一般转角不大，实地能直接钉设交点时。
半径R的大小，直接影响曲线线位，如图6-13，当转角较大，不同半径可能使曲线线位相差几米甚至几十米。
线位的移动将直接影响线形、工程数量及路基稳定，确定半径一般结合地形和其他因素按以下控制条件来选择。
①外距控制（即曲线中点控制）
如图6-14根据弯道内侧的固定建筑物，确定曲线A点是不与其发生干扰的控制点，即可用皮尺量出控制的外距值E，并测出转角，即可反复确定半径。
②切线控制（即曲线起、终点控制）
有时路线为了控制曲线起终点位置，要求曲线的切线长为一定值，比如相邻的反向曲线间要求一定的直线长度，或者要求桥头或隧道洞口在直线上等，这时曲线半径就由控制的切线长来选定。
③曲线长控制
当路线转角较小，为使曲线长度满足最短曲线长度Lmin，则曲线半径最小值可反复确定。
④曲线上任意点控制
如图6-15，有时路线由于桥涵人工构造物位置或原路改建的要求，控制曲线必须从任意点A通过时，可用试算法选择半径。
其办法是：
先实地量出JD至B点的距离和要求的支距（即BA），初选半径R，用试算法确定。
⑤按纵坡控制
当路线纵坡紧迫时，为使弯道上合成纵坡不因曲线半径太小而超过规定值，这时，应根据已定的纵坡和合成纵坡标准值来反算出超高横坡，再按控制的超高横坡求得最小控制半径。
⑵双交点法（即虚交点法）
当路线偏角很大及交点受地形或地物障碍限制，无法钉设交点时，如图6-16，可在前后直线上选两个辅助交点JDA、JDB，来代替交点JD，敷设曲线选择半径。
JDA与JD8的连线叫基线，具体作法可有两种：
①切基线法：
当选择基线可以控制曲线位置，能使所定曲线与基线相切时，叫切基线法。
如图6-16，GQ为公切点，量出转角θA、θB和基线长度AB后可反算半径。
选择半径后还要检查是否合乎标准的要求。
切基线法，方便简单，容易控制线位，计算容易，是生产中较常用的方法。
②不切基线法：
当选择基线不能控制曲线线位或切基线计算的半径不能满足标准要求时，则所设曲线不能与基线相切，只能按不切基线办法来选择半径。
如图6-17，其方法是：
先根据标准要求初选半径R，测量θA、θB，基线AB，计算出TA、TB，由计算出的TA、TB即可根据JDA、JDB量距定出曲线起、终点ZH、HZ，并用切线支距X、Y，检查曲线上任一点的线位，如与实际情况相符，则所选半径合适，反之则应再调整、计算。
⑶回头曲线定线法
一般来讲，有回头曲线的地方，路线受地形约束较大，主曲线和辅助曲线的平、纵面控制较严，定线时稍有不慎会对线形和工程数量影响很大，插线时必须反复试线，才能得到满意的结果。
回头曲线定线的方法很多，通常采用切基线的双交点定线。
按照放坡的导向线，先确定辅助曲线交点JD1、JD2和上下线位置，如图6-18，然后反复移动基线JDA-JDB控制确定主曲线，直到满意为止。
其具体方法同切基线的双交点法。
第三节纸上移线
现场实地定线，往往由于地形复杂，定线人员视野受到限制和产生错觉，难免发生个别路段线位定得不当。
纸上移线是修改局部路线的有效方法。
一、纸上移线的条件
（一）路线平面标准前后不协调，需要调整转角点位置、改变半径，或室内定坡后发现局部地段工程量过大时；
（二）路线位置过于靠山，挖方边坡太高有害稳定，或过于靠外，挡土墙较高，砌石工程太大，移改线位后能节省较大的工程量时；
（三）增加工程量不大，但能显著提高平、纵线形标准时。
二、纸上移线的方法与步骤
纸上移线有计断链和不计断链两种方法。
移距较大，断链长度较长，对纵坡度有较大影响时，应采用计断链的做法，步骤如下：
（一）绘制移线地段的大比例尺（一般用1：
200—1：
500）路线图，注出各桩位置。
（二）依据移线目的，在纵断面图上试定合理坡度，读取各桩填挖值。
（三）根据填挖，用路基模板在横断面图上找出最经济或控制性的路基中心线位置，量偏离原中心线的距离即移距，如图6-19中的a，分别用不同符号点在路线平面图上。
参照这些记号在保证重点照顾多数的原则下，经多次反复试定修改，直到定出满足移线要求，线形合理的移改导线见图6-19中虚线表示。
（四）用正切法量算各交点转角。
移线与原线的角度要闭合，否则需进行调整，首先调整短边和角值小的转角。
拟定半径、计算曲线要素并给出平曲线。
量原线各相邻桩横断方向线切割移线的实际长度（这些长度之和，在曲线段内应等于曲线的计算长度，在直线段应等于曲线间的直线长），据以推算移线上的新桩号，量原线各桩移距，连同新老桩号一并记入移距表中。
算出断链长度，注于接线桩处。
（五）按移距，在横断面图上给出移线中心线位置，注上新桩号，读取新老桩比高。
（六）根据比高，用虚线在原纵断面上点给出移线的地面线和平曲线，重新设计纵坡和竖曲线。
原曲线表
JD
αz
αγ
R
T
L
E
175
68º49′
25
17.12
30.03
5.30
176
21º44′
100
19.20
37.93
1.83
移线曲线表
JD
αz
αγ
R
T
L
E
175
75º10′
30
23.09
39.36
7.86
176
15º23′
150
20.26
40.27
1.36
移距表
原柱号
移线桩号
左
右
ZYK50+311.88
K50+311.88
0
0
QZ+326.89
+328.19
1.3
YZ+341.91
+343.97
4.0
+360
+362.27
3.1
+380
+382.27
0.8
ZY+386.84
+389.18
0
0
+400
+402.28
0.8
QZ+405.80
+408.08
0.9
YZ+424.77
+427.05
0.2
+440
+442.28
0
0
（七）按移线的桩号、平曲线、坡度、竖曲线等资料编制“路基设计表”，表中地面标高仍为原桩标高，移线的平曲线起终点桩号填在“备注”栏里。
（八）设计路基，计算土石方数量。
纸上移线示例如图6-20、6-21、6-22所示。
当移距不大或路线纵坡度较缓的路段，可采用不计断链的做法，不推算移线的新桩号，但需推算与移线平面起终点相应的原线上的桩号，以便计算超高和加宽，移线终点不标注长短链。
纸上移线的资料主要从原线的横断面上取得，由于一般横断面施测范围有限，且离中线愈远误差愈大，做移距不能太大，一般以小于3—5m为好。
移距很大时，应在定出移改导线后，实地放线重测。
思考题与习题：
1、什么是定线？
定线的方法有哪几种？
2、简述纸上定线的方法。
3、什么是实地定线？
简述实地定线的方法。
4、什么是纸上移线？
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