道路勘测设计实习指导手册.docx
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道路勘测设计实习指导手册
第一部分外业
道路勘测设计实习外业是在室内纸上定线的基础上，在野外进行实地放线并测量中桩平面坐标和高程的过程。
图1-1实习外业的分工与作业流程
一、纸上定线
本阶段的主要任务为根据给定路线的等级、设计速度和相关的技术指标以及路线的起终点（设计任务书见附录1），结合数字地形图和地形、地物等现场条件，确定路线方案，利用设计软件定出路线的交点、确定曲线参数，完成路线的平面设计并生成供后续作业所用的逐桩坐标表。
1.基本设计资料
太白校区1:
2000地形图。
公路等级：
四级。
设计速度：
20km/h。
地质情况：
泥质页岩。
技术指标：
根据《标准》、《规范》及有关技术规范，本路段设计采用的主要技术指标如表1-1-1所示。
项目
技术标准
项目
技术标准
路基宽度（m）
2×3.25
超高渐变率
1/100
土路肩宽度（m）
0.25
停车视距（m）
20
平曲线一般最小半径（m）
30
超车视距一般值（m）
100
平曲线极限最小半径（m）
15
路面加宽
1类加宽
不设超高最小半径（m）
150
回头曲线
设计速度（km/h）
20
平曲线一般最小长度（m）
40
圆曲线最小半径（m）
15
回旋线最小长度（m）
20
回旋线最小长度（m）
20
最大纵坡（%）
9
超高横坡度（%）
6
最短坡长（m）
60
双车道路面加宽值（m）
3
路基设计洪水频率
1/25
最大纵坡（%）
4.5
表1-1-1主要技术标准
2.山岭、重丘区纸上定线步骤
2.1初定导向线
1）分析地形，找出各种可能的走法；
2）放坡定坡度线；
3）确定中间控制点，分段调整纵坡，定导向线。
2.2修正导向线
1）试定平面和纵断面；
2）通过纵断面一次修正导向线，避免纵向大填大挖；
3）通过横断面二次修正导向线，避免横向填挖过大。
2.3定线
按照二次修正导向线上各特征点的性质和可活动范围，经过反复试线定出满足要求的中线。
定线的具体操作可以采用直线形定线方法，具体步骤如下：
1）路线标定。
参照导向线，先固定穿过大多数控制点的直线，相邻直线相交确定交点。
2）曲线设置。
在定出交点后，根据技术标准和地形条件，通过试算或反算的方法确定圆曲线半径R以及缓和曲线长度Ls。
3.计算机辅助设计
目前进行路线设计时，基本均采用计算机辅助设计。
下面介绍运用纬地道路辅助设计系统HintCAD数模版5.88进行路线辅助设计的相应操作。
3.1运行软件
图1-1-1程序界面
3.2建立设计项目
点击“项目”→“新建项目”，指定项目名称、路径，新建公路路线设计项目。
3.3打开数字地形图
应用AutoCAD打开数字化地形图。
3.4平面线形设计
3.4.1打开“主线平面设计”对话框
点击“设计”→“主线平面设计”，打开主对话框，如下图所示。
•
图1-1-2主线平面设计对话框
对于已有项目，“主线平面设计”启动后，自动打开并读入当前项目中所指定的平面交点数据。
用户点按“计算绘图”后便可在当前屏幕浏览路线平面图形。
3.4.2确定交点
1）单击主线平面设计对话框上的【拾取】按钮，从图中选择路线起点位置，获得路线起点的坐标，并显示在对话框上（图1-1-3）。
也可以在键盘上直接输入起点的坐标。
图1-1-3起点的坐标
2）单击对话框上的【插入】按钮，从图中选择（或者键盘输入）路线其它交点的坐标，可以连续选择多个交点的位置，也可以只选择一个交点的位置，按
“ESC”键退出交点位置的选择，返回主线平面设计对话框。
结果见图1-1-4。
图1-1-4路线交点
说明：
（1）“交点序号”、“交点名称”
“交点序号”显示的是软件对交点的自动编号，起点为0，依次增加。
“交点名称”编辑框中显示或输入当前交点的名称，交点名称自动编排，一般默认为交点的序号，可以改成其它的任何名称，如起点改为BP，终点改为EP。
在调整路线时，如果在路线中间插入或删除交点，系统默认增减交点以后的交点名称是不改变的。
如果需要对交点名称进行重新编号，可在交点名称处单击鼠标右键，系统即弹出交点名称自动编号的选项菜单（如图1-1-5所示），选择对当前项目的全部交点进行“全部重新编号”，或“从当前交点开始重新编号”，或“以当前交点格式重新编号”。
图1-1-5交点编号
（2）“X（N）”、“Y（E）”编辑框
输入或显示当前交点的坐标数值。
（3）“插入”、“删除”按钮
“插入”用来在当前交点位置之后插入一个交点；“删除”用来删除当前的交点。
（4）“拾取”、“拖动”按钮
“拾取”可以从地形图上直接点取交点坐标；
“拖动”可以实现交点位置的实时拖（移）动修改功能。
（5）可以使用AutoCAD的“line（直线）”命令和“pline（多段线）”命令在当前屏幕直接绘制路线的交点导线，将导线调整好以后，打开主线平面设计对话框，单击对话框中的“拾取”按钮，在右键菜单中选择“E拾取交点线”或根据CAD命令行提示输入E回车，拾取屏幕中绘制的交点导线，系统即自动将其转换为HintCAD当前项目的交点导线。
3.4.3插入平曲线
1）拖动主线平面设计对话框中的横向滚动条控制向前和向后移动，选择需要设置平曲线参数的交点；
2）单击“请选取平曲线计算模式”右侧的
，根据交点曲线的组合类型和曲线控制来选择当前交点的计算方式和各种曲线组合的切线长度反算方式，可以根据不同的需要选择适合的计算或反算方式（图1-1-6）。
单曲线、S型曲线和回头曲线的具体设计方法见附录2。
图1-1-6平曲线计算模式
3）根据计算模式输入相应的设计参数或者采用“拖动R”或者采用“实时修改”的方式获得平曲线设计参数；
4）单击对话框上的【计算绘图】按钮，计算并显示平面线形。
说明：
（1）“前缓和曲线”、“圆曲线”、“后缓和曲线”中的编辑框
“前缓和曲线”、“圆曲线”、“后缓和曲线”中的编辑框用来显示和编辑修改当前交点的曲线参数及组合控制参数。
编辑框的控件组将根据选择的计算或反算方式的不同而处于不同的显示状态，以显示、输入和修改各控制参数数据。
半径输入9999表示无穷大。
“半径RO”、“长度S1”、“参数A1”分别显示或控制当前交点的前部缓和曲线起点曲率半径、长度、参数值；“切线T1”当前交点的第一切线长度。
“半径Rc”、“长度Sc”、“外距”分别显示控制当前交点圆曲线的半径、长度、外距。
“半径RD”、“长度S2”、“参数A2”分别显示和控制当前交点的后部缓和曲线的终点曲率半径、长度、参数值；“切线T2”当前交点的第二切线长度。
（2）“拖动R”按钮
该按钮可以实现通过鼠标实时拖动修改圆曲线半径大小的功能。
拖动过程中按键盘上的
“S”或“L”键来控制拖动步距。
（3）“实时修改”按钮
用动态拖动的方式来修改当前交点的位置和平曲线设计参数。
（4）“试算”按钮
计算包括本交点在内的所有交点的曲线组合，并将本交点数据显示于对话框右侧的“数据显示”内。
在计算成功的情况下，点“计算绘图”按钮可直接实时显示路线平面图形；而当计算不能完成时，对话框中的数据将没有刷新，并且在AutoCAD命令行中将出现计算不能完成的提示信息，用户在调整参数后可继续进行计算。
（5）“控制..”按钮
单击“控制…”按钮，弹出图1-1-7所示的“主线设计参数控制”对话框。
该对话框用于控制平面线形的起始桩号和绘制平面图时的标注位置、字体高度等。
根据图形的比例来设置字体的高度，如果平面图的比例为1:
2000，则宜按图1-1-7设置标注文字的字高。
注意在使用进行路线平面设计及拖动时，将“控制..”对话框中的“绘交点线”按钮点亮。
图1-1-7主线设计及显示控制
（6）注意对话框右侧“数据显示”中的内容，以控制整个平面线形设计和监控试算结果。
结合工程设计中的实际情况，主线平面设计允许前后交点曲线相接时出现微小的相掺现象，即“前直线长”或“后直线长”出现负值。
但其长度不能大于2mm，否则系统将出现出错提示。
3.4.4保存数据
“确定”按钮用于关闭对话框，并记忆当前输入数据和各种计算状态，但是所有的记忆都在计算机内存中进行，如果需要将数据永久保存到数据文件，必须点击“另存”或“存盘”按钮。
“取消”按钮可以关闭此对话框，同时当前对话框中的数据改动也被取消。
“存盘”和“另存”按钮用于将平面交点数据保存到指定的文件中，得到*.jd数据和*.pm数据。
使用时，最后会弹出如图1-1-8的询问对话框，询问是否将交点数据转换为平面曲线数据，一般选择“是”即可。
图1-1-8询问对话框
3.5建立数字地面模型
通过数字地面模型内插纵断面和横断面地面线数据，是快速获得路线纵断面和横断面地面线数据的方法，为山区公路路线方案的优化和比选提供了方便快捷的支持。
建立数字地面模型的操作过程如下：
3.5.1开始新数模
第一次建立数模，应先进行系统初始化。
操作如下：
单击菜单【数模】→【新数模】，弹出图1-1-9所示“点数据高程过滤设置”对话框，设置对高程数据的控制。
其中“采用高程过滤器”选项用于控制是否在读入数据时自动启动高程过滤器，即可将高程为零或高程超出用户指定范围的粗差点或废弃点自动剔除，保证数模构网的准确性。
图1-1-9点数据高程控制
3.5.2三维数据读入
1）单击菜单【数模】→【三维数据读入】→【dwg和dxf格式】，根据提示选取要读入三维数据的dwg文件，程序从中提取出所有的图层信息，列于图1-1-10所示的对话框中。
2）单击计曲线所在的图层25，单击“数据类型”下方的下拉菜单，选择“约束线”；
3）单击首曲线所在的图层27，单击“数据类型”下方的下拉菜单，选择“约束线”；
4）单击地形点所在的图层29，单击“数据类型”下方的下拉菜单，选择“地形点”；
5）单击流水线所在的图层34，单击“数据类型”下方的下拉菜单，选择“约束线”；
6）单击陡坎所在的图层44，单击“数据类型”下方的下拉菜单，选择“约束线”；
7）设置“SPLINE搜索”选项为“控制点”；
8）单击“开始读入”按钮，程序开始从该DWG文件中分类提取三维地形数据。
完成后，AutoCAD命令行中显示所提取到的三维点的总数目。
图1-1-10读入dwg格式三维数据
3.5.3数据预检
在进行三角构网前对需要对原始三维数据进行检查，对已经读入内存的所有三维点进行排序、检索等操作，同时检查并逐一记录数据中出现的问题。
1）单击菜单【数模】→【数据预检】，弹出数据预检设置对话框（图1-1-11）；
2）选择需要控制的选项，单击【确定】按钮。
图1-1-11设置数据预检选项
3.5.4数模构网
数模构网为根据已经读入的三维地形数据来构建三维数字地面模型。
单击菜单【数模】→【三角构网】，程序完成三维数字地面模型的构建。
3.5.5数模的优化
数模的优化主要考虑在三维数据采点的密度和位置不十分理想的情况下，所形成的三角网格不能贴切地反应实际地面的变化，如出现平三角形等，需要进行优化。
1）单击菜单【数模】→【三角网优化】，启动三角网优化程序，弹出对话框如图1-1-12所示；
2）单击【开始优化】按钮，系统开始对当前数模中的三角网进行优化。
优化完成后将在命令行中显示优化结果。
一般经优化处理后余留的平三角形以红色显示，这些平三角形都是无法避免的。
图1-1-12数模优化
注意：
优化程序只有在网格线全部显示的条件下才可以使用。
3.5.6数模组管理与保存
一般情况下，一个数模的总点数宜控制在20~60万个之间。
如果路线里程较长，需要根据路线的里程和地形情况分若干段分别建模，同一个公路项目可以用数模组来管理。
1）单击菜单【数模】→【数模组管理】，启动数模组管理功能，见图1-1-13；
2）单击【保存数模】按钮，保存数模。
图1-1-13数模组管理
利用数模组管理功能可以建立、删除、激活某个数模。
数模组管理对话框中各个按钮的功能如下：
“打开数模”按钮将对话框中用户指定的某一数模打开（即激活），并读入到内存中，以便对其进行编辑、显示或进行数模的高程内插应用。
“新建数模”按钮的功能与“新数模”菜单项功能基本相同，用于关闭已打开的数模。
“添加数模”按钮用于将对话框中用户指定的某一数模添加到数模组中。
“删除数模”按钮仅用于将数模组中某一数模项删去，但并不直接将保存到硬盘上的数模文件（*.dtm）删除。
“保存数模组”按钮将用户在同一个项目中建立的若干个数模的信息保存到*.gtm文件（系统中称为数模组文件）中，并自动将*.gtm文件增加到“项目管理器”中，这样用户下次重新打开项目时，便可方便地浏览到上次所建立的各个数模。
3.6设置设计向导
平面定线完成后，使用“设计向导”来设置与整个设计任务有关的其它设计标准和参数。
通过设计向导，软件根据项目的等级和标准自动设置超高与加宽过渡区间、以及相关数值，设置填挖方边坡、边沟排水沟等设计控制参数。
具体操作步骤如下：
1）单击菜单【项目】→【设计向导】，弹出图1-1-14所示对话框。
2）选择项目类型；
3）设置本项目设计起终点范围；
4）设置项目标识、选择桩号数据精度；
5）单击【下一步】，弹出图1-1-15所示对话框；进入本项目设置下一步；
图1-1-14设置路线参数
图1-1-15分段第一步
6）在“纬地设计向导（分段1第一步）”对话框中输入项目第一段的分段终点桩号，系统默认为平面设计的终点桩号。
如果设计项目分段采用不同的公路等级和设计标准，可逐段输入每个分段终点桩号并分别进行设置。
本实例项目不分段，即只有一个项目分段，则不修改此桩号；
7）选择“公路等级”；
8）选择“设计速度”；
9）单击【下一步】，弹出图1-1-16所示对话框。
图1-1-16分段第二步
10）在“纬地设计向导（分段1第二步）”对话框中选择断面类型（即车道数）；选择或者输入路幅宽度数据；
11）为路幅每个组成部分设置详细数据，包括宽度、坡度、高出路面的高度；设置完成后，单击【检查按钮】来检查设置是否正确；
12）单击【下一步】，弹出图1-1-17所示对话框。
图1-1-17分段第三步
13）在“纬地设计向导（分段1第三步）”对话框中设置项目典型填方边坡的控制参数，根据需要设置填方任意多级边坡台阶参数；
14）单击【下一步】，弹出图1-1-18所示对话框。
图1-1-18分段第四步
15）在“纬地设计向导（分段1第四步）”对话框中设置项目典型挖方边坡的控制参数，根据需要设置挖方任意多级边坡台阶参数；
16）单击【下一步】，弹出图1-1-19所示对话框。
图1-1-19分段第五步
17）在“纬地设计向导分段1第五步”对话框中设置项目路基两侧典型边沟的尺寸；
18）单击【下一步】，弹出图1-1-20所示对话框，进入项目分段设置第六步。
图1-1-20分段第六步
19）在“纬地设计向导（分段1第六步）”对话框中设置项目路基两侧典型排水沟的尺寸；
20）单击【下一步】，弹出图1-1-21所示对话框，进入项目设置第七步。
图1-1-21分段第七步
21）在“纬地设计向导（分段1第七步）”对话框中设置路基设计采用的超高和加宽类型、超高旋转方式、超高渐变方式及外侧土路肩超高方式、曲线加宽类型、加宽位置、加宽渐变方式项；
22）单击【下一步】，弹出图1-1-22所示对话框。
图1-1-22加宽超高设置
23）在“纬地设计向导（最后一步）”对话框中单击“自动计算超高加宽”按钮，系统根据前面所有项目分段的设置，结合项目的平面线形文件计算每个曲线的超高和加宽过渡段；
24）单击【下一步】，弹出图1-1-23所示对话框。
图1-1-23结束项目设置
25）在“纬地设计向导（结束）”对话框中可以修改输出的四个设置文件名称；设置桩号文件中输出的桩号序列间距；
26）单击【完成】按钮，完成项目的有关设置。
最后系统生成路幅宽度文件（*.wid）、超高设置文件（*.sup）、设计参数控制文件（*.ctr）和桩号序列文件（*.sta），并将这四个数据文件添加到纬地项目管理器中。
注意：
由设计向导自动生成的设置超高与加宽过渡区间、以及相关数值，设置的填挖方边坡、边沟排水沟等设计控制参数只是项目典型参数，并不能完全满足设计的需要，用户需要根据项目的实际情况，在控制参数输入或纬地数据编辑器中对有关设置参数进行分段设置或添加、删除等修改。
3.7数字地面模型内插纵断面地面线数据
1）单击菜单【数模】→【数模组管理】，弹出图1-1-24所示“数模组管理”对话框；
2）选择已经建立的数模文件，单击对话框右侧的【打开数模】按钮，打开已经建立的数模；
3）单击对话框右侧的【关闭】按钮，关闭“数模组管理”对话框；
4）单击菜单【数模】→【数模应用】→【纵断面插值】，弹出图1-1-25所示“内插纵断面地面线”对话框；
图1-1-24打开数模
图1-1-25内插纵断面地面线
5）输入“桩号范围”，并选择“插值控制”中的选项；
“插值控制”中的“路面左边线”和“路面右边线”控制中桩插值时，是否同时内插出路基左右侧边线的对应地面高程，这主要为路基横断面设计和支挡构造物设计提供设计参考。
只需要路线中线纵断面地面线时，不选择“路面左边线”和“路面右边线”选项，一般应该选择“包含地形变化点”选项；
6）单击【开始插值】按钮，弹出图1-1-26所示的对话框，输入文件名（*.dmx）后系统开始进行插值计算。
提示：
“桩号范围”的默认值为路线的总长度，需根据当前数模的边界范围重新输入插值的起终点桩号范围，否则有些桩无法内插地面高程；如果项目中已存在该文件，系统会提示是否覆盖原地面线文件。
图1-1-26输入纵断面地面线文件名
7）单击菜单【设计】→【纵断面设计】，弹出图1-1-27所示纵断面设计对话框，并自动显示纵断面地面线。
图1-1-27纵断面设计对话框
3.8数字地面模型（DTM）内插横断面地面线数据
1）打开数模（步骤与内插纵断面地面线相同）
2）单击菜单【数模】→【数模应用】→【横断面插值】，弹出图1-1-28所示“内插纵断面地面线”对话框；
图1-1-28内插横断面地面线
3）选择“插值方式”，一般选择所有地形变化点；
4）输入“两侧宽度”，确定内插左右两侧横断面地面线的宽度范围；
5）设定“输出格式”，一般采用系统默认的方式即可。
6）输入“桩号范围”；
7）单击【开始插值】按钮，指定横断面地面线数据文件名称，系统进行插值计算。
提示：
如果项目中已存在该文件，软件会提示是否覆盖原地面线文件，插值完成后系统自动将文件添加到项目管理器中。
8）单击菜单【设计】→【横断面设计绘图】，打开“横断面设计绘图”界面（图1-1-29）；
9）单击【绘横断面线】，程序自动绘制所有中桩的横断面地面线。
图1-1-29横断面设计-设计控制
二、中桩放样
纸上定线后需将道路中线在地面上标定，供落实核对以及详细测量和施工之用。
实地放线就是将纸上定线定好的路线敷设到地面上。
具体做法是以设计路线的中桩为待放样点，采用全站仪根据放样点坐标在实地标出放样点的平面位置。
表1-2-1中桩组的仪器、物品
序号
仪器名称
数量
备注
序号
仪器名称
数量
备注
1
全
站
仪
主机
1个
含电池2块
5
大、小背包
1+1个
脚架
1个
全站仪专用
6
铁钉、红布、木桩
若干
棱镜
2个
与全站仪配套
7
其它
棱镜支架
2个
2
铁锤
1把
3
记号笔
2支
4
中桩记录本
1本
1．放样前的准备
1.1准备中桩数据
公路中线的位置是用“中桩”来表示和控制的，中桩包括公里桩、百米桩、曲线主点桩和加桩。
每天出工放样前将足够多的中桩坐标数据输入全站仪中（见附录4）。
1.1.1生成逐桩坐标表
1）单击菜单【表格】→【输出逐桩坐标表】，弹出图1-2-1所示对话框；
2）根据逐桩的桩号数据来源情况选择“桩号来源”，根据输出文件格式选择“输出方式”，单击【输出】按钮，程序根据用户选择的“输出方式”启动相应的软件，生成逐桩坐标表。
图1-2-1输出逐桩坐标表设置
说明：
路线中桩间距不应大于表1-2-2的规定。
表1-2-2中桩间距
直线（m）
曲线（m）
平原微丘区
重丘山岭区
不设超高的曲线
R＞60
30＜R＜60
R＜30
50
25
25
20
10
5
1.1.2设置加桩
纬地输出的逐桩坐标表不包括加桩。
路线经过下列位置应设加桩:
（1）路线纵、横向地形变化处；
（2）路线与其它线状物（道路、铁路、水渠、管道、电讯线，电力线等）交叉处；
（3）拆迁建筑物处；
（4）桥梁、涵洞、隧道等构造物的中心及大中桥，隧道的两端；
（5）土质变化及不良地质地段起、终点处；
（6）道路轮廓及交叉中心；
（7）省、地（市）、县级行政区划分界处；
（8）改、扩建公路地形特征点、构造物和路面面层类型变化处。
当加桩与公里桩、百米桩、曲线主点桩重叠或距离很近时，可以取消加桩，但公里桩、百米桩、曲线主点桩一般情况下不允许取消。
1.2架设仪器
1.2.1安放三角脚架
1）将三脚架三个架腿拉伸到合适位置上，紧固锁紧装置；
2）将脚架架设在一个已知的控制点上，使底座保持水平，如下图所示。
1.2.2安置全站仪
1）打开仪器箱，小心地把全站仪放在三脚架上；
2）拧紧三脚架上的中心螺栓使仪器与三脚架联结紧固；
3）安装电池，并打开全站仪开关。
1.2.3对中、整平仪器
目前有两种方法，主要区别在对中步骤上。
1）方法一
（1）对中。
先移动脚架，使激光对点器发射的红色激光点（或光学对点器的分划板中心）与地面标志点精确重合。
激光对点器光学对点器
如果是松软的土地，将架腿踩实，方法如下图所示。
在仪器非常不平整的情况下，激光对点器将自动打开。
激光对点器的控制开关为
。
（2）粗平。
通过伸缩脚架，用圆水准器整平仪器。
（3）精平。
转动脚螺旋，用（电子）长水准器精确整平仪器。
莱卡全站仪电子长水准器JOHANNA全站仪长水准器
（4）再次检查是否对中。
如不对中，松开全站仪与脚架的连接螺栓，在脚架底座上平移仪器使对中。
重复3）、4）步骤，直至仪器对中并精确整平。
2）方法二
（1）对中。
如果是松软的土地，先将架腿踩实。
转动脚螺旋，使激光对点器发射的红色激光点（或光学对点器的分划板中心）与地面标志点精确重合。
之后步骤与方法一一致。
1.2.4架设棱镜
棱镜的垂直立杆的端部应与地面标志点重合。
调整棱镜面与全站仪视准轴保持垂直。
用于定向的后视点处一般用三角架棱镜杆，用于放样点时，用单杆即可。
1.2.5照准棱镜
1）首先进行目镜对光，即转动目镜螺旋，使十字丝清晰。
2）利用望眼镜筒上的粗照准器瞄准棱镜后，转动物镜使棱镜清晰。
3）调节水平和竖直微动螺旋，使十字丝精确对准棱镜中心。
注意：
物镜对光应仔细，使眼睛上下移动时，十字丝与棱镜中心不产生相对运动。
2.定向
定向就是利用测站和后视点的坐标确定测量所用的
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