Геодезическое обеспечение проектирования и строительства автомобильных и железных дорог

2.1.2.1. Дорожные изыскания

Различают следующую классификацию дорог в зависимости от значения в общей транспортной сети и интенсивности движения: автомобильные дороги и железные дороги.

Автомобильные дороги в свою очередь разделяют на 5 категорий:

¨ I - II категории - это автомагистрали общегосударственного и республиканского значения, связывающие важнейшие экономические районы страны и крупные центры. На дорогах I категории суточная интенсивность движения составляет свыше 6 тысяч автомобилей при основной расчетной скорости 150 км/ч, они имеют по четыре и более полос движения с разделительной полосой между разными направлениями движения. На дорогах II категории суточная интенсивность движения принимается от 3 до 6 тысяч автомобилей при расчетной скорости 120 км/ч и двух полосах движения.

¨ Дороги III категории - республиканского и областного значения при интенсивности движения 1-3 тыс. автомобилей и основной расчетной скорости 100 км/ч.

¨ Дороги IV-V категорий - это автодороги местного значения с небольшой интенсивностью движения и основной расчетной скоростью 80-60 км/ч.

Железные дороги подразделяются на три категории.

¨ К дорогам I категории относят железнодорожные магистрали первостепенного значения, обеспечивающие основные общегосударственные транспортные связи внутри страны и с зарубежными странами, наиболее грузонапряженные железные дороги с большими размерами перевозок (более 5 млн.т*км/(км в год)) и большой интенсивностью пассажирских перевозок (10 и более пар поездов дальнего следования в сутки при высоких скоростях движения 150 км/ч).

¨ К дорогам II категории относят железнодорожные линии, обеспечивающие межрайонные грузовые и пассажирские перевозки, дороги со значительной грузонапряженностью и темпами роста перевозок при скоростях движения 120-100 км/ч.

¨ Дороги III категории - это ж/д линии и ветки местного значения с небольшими размерами перевозок ( с грузонапряженностью до 2-3 млн.т*км/(км в год) и пассажирским движением до 3 пар поездов в сутки).

Технические условия проектирования дорог.

Основное требование, предъявляемое к дорожным трассам, - это плавность и безопасность движения с заданными скоростями. В связи с этим на автомобильных и железных дорогах строго регламентируются максимальные руководящие уклоны и минимальные радиусы кривых (табл. 19).

На кривых небольших радиусов предельно допустимый уклон смягчают (уменьшают). На железных дорогах это смягчение уклона, выраженное в долях, определяется по формуле:

где и K - соответственно угол поворота в градусах и длина кривой в метрах.

Так как , где R - радиус кривой в метрах, -радиан в градусах ( ), то:

Таблица19

Например, при руководящем уклоне i_р=20%o максимально допустимый уклон на кривой с радиусом R= 700 м следующий:

o

Площадки под станции и разъезды, а также крупные парки путей размещают, как правило, на прямых горизонтальных участках и только в трудных условиях допускают размещение разъездов и промежуточных станций на участках с уклонами, не превышающими 20 %о. В последнем случае кривые должны быть обращены в одну сторону, а радиусы кривизны составлять не менее 1000 м для магистральных дорог и 600 м для линий местного значения.

Очень часто применяется ландшафтное проектирование дорог - плавное сопряжение элементов трассы и ее гармоничное сочетание с окружающей средой с учетом условий по охране природы.

Для ландшафтного проектирования в процессе изысканий производят дополнительную аэрофотосъемку, наземную стереосъемку сложных участков и другие работы, связанные с построением перспективы местности и ландшафтно-архитектурного плана.

При проектировании дорог обязательно нужно предусмотреть создание вдоль дорог постоянное геодезическое обоснование надлежащей точности и плотности. Такое обоснование следует развивать в период предпостроечных изысканий в виде теодолитно-нивелирных ходов повышенной точности. В плане предельные ошибки ходов не должны превышать 1:5000; по высоте невязки должны лежать в пределах:

,

где L - длина хода в км.

Технологическая схема дорожных изысканий:

1. Рекогносцировочные допроектные изыскания для технико-экономического обоснования проекта.

А) Дорожно-экономические изыскания:

· изучение производительных сил района изысканий; выявление районов тяготения дороги, которые будут реализовать свои транспортные связи через проектируемую трассу;

· определение на мелкомасштабных картах наиболее экономичного варианта трассы; примерные подсчеты интенсивности движения на ней;

· расчет примерных технических характеристик дороги (категория, число полос движения для автодороги и путей для железной дороги, расчетная скорость движения и т.д.);

· изучение условий по охране окружающей среды.

Б) Выбор основного направления дороги:

· -камеральное трассирование вариантов по топографическим картам (М 1:50000,1:25000);

· -составление на сложные участки фотосхем и фотопланов по имеющимся фотоматериалам ;

· -изучение материалов геологической съемки и разведки прежних лет;

· -обзорная аэрофотосъемка в масштабе 1:30000-1:40000 больших переходов и сложных участков;

· -сравнение вариантов;

· -составление технического задания на проектирование дороги.

2. Детальные проектные изыскания для разработки технического проекта дороги и всех сооружений на ней.

А)Выбор оптимального варианта дороги:

· -аэрофотосъемка полосы вариантов в масштабе 1:10000-1:15000. Перспективная и панорамная аэрофотосъемка для ландшафтного проектирования;

· -построение на полосе трассирования плановой и высотной геодезической основы. Привязка аэрофотоснимков. Топографическое дешифрирование;

· -инженерно-геологическая съемка и дешифрирование;

· -развитие аналитической фототриангуляции;

· -составление инженерно-геологических фотокарт и ландшафтно-архитектурных карт в масштабе аэрофотосъемки;

· -камеральное трассирование и проектирование вариантов. Выбор оптимальной трассы.

Б) Полевое обследование трассы и согласование:

· -вынесение по контурам оптимальной трассы в натуру;

· -крупномасштабные стереотопографическая и топографическая съемки площадок, переходов, станций, пересечений, сложных участков;

· -крупномасштабная инженерно-геологическая съемка трассы. Гидрометрические работы на мостовых переходах, сбор сведений для расчета искусственных сооружений;

· -согласование трассы с землепользователями и заинтересованными организациями.

3. Предпостроечные изыскания для составления рабочих чертежей.

А) Детальная разбивка трассы на местности:

· полевое трассирование с разбивкой пикетажа и нивелированием;

· дополнительная съемка в масштабе 1:500 - 1:1000 с высотой сечения рельефа 0.5 м мостовых переходов и сложных мест;

· закрепление главных точек трассы.

Б) Построение постоянного геодезического обоснования вдоль трассы:

· рекогносцировка хода на расстоянии 30-50 м от трассы и закрепление пунктов совмещенными ж/б знаками через 400-500 м;

· проложение теодолитно-нивелирной магистрали повышенной точности.

В) Разведочные работы:

· инженерно-геологическая разведка трассы;

· геодезическая привязка геологоразведочных выработок и гидростворов;

· детальная разведка карьеров строительных материалов, съемка карьеров.

Г) Камеральная обработка материалов. Составление плана и профилей.

2.1.2.2. Восстановление дорожной трассы

Перед началом строительных работ выполняют восстановление трассы:

· инструментальное восстановление пикетажа с контрольным промером линий и углов и с детальной разбивкой кривых;

· контрольное нивелирование по пикетажу с дополнительным сгущением сети рабочих реперов;

· проверка осей искусственных сооружений;

· закрепление трассы и осей искусственных сооружений с выносом знаков крепления за пределы зоны земляных работ.

При восстановлении трассы может быть проведено некоторое ее корректирование и улучшение расположения на местности для уменьшения объема земляных работ и улучшения устойчивости отдельных сооружений.

Все изменения, внесенные при восстановлении трассы, передаются в проектную организацию.

Точность геодезических работ при восстановлении трассы должна быть не ниже точности этих работ на стадии детальных изысканий.

При восстановлении трассы производится отвод и закрепление на местности полосы отчуждения.

2.1.2.3. Разбивка земляного полотна

Автодорожное полотно состоит из проезжей части, обочин, откосов и кюветов (рис.1). Ширина проезжей части может быть 6 -15 м в зависимости от категории дороги. Для укрепления проезжей части с обеих сторон ее устраивают обочины шириной 2 - 3.75 м. К обочинам примыкают откосы. Линия, отделяющая обочины от откосов, называется бровкой дорожного полотна. Проектные высоты даются в продольном профиле по бровке.

Рисунок 188 - Дорожное полотно

2.1.2.4. Камеральное трассирование

Под трассой понимается пространственное положение взаимосвязанной с рельефом местности продольной оси проектируемого линейного сооружения.

Оптимальной для данного участка местности считается трасса, которая отвечает следующим условиям:

· обеспечивает строительство и надежную эксплуатацию линейного сооружения с заданными характеристиками;

· удовлетворяет ограничениям, накладываемым нормами проектирования;

· имеет технико-экономические показатели, оптимизирующие значение численного критерия эффективности.

Трассирование - решение технико-экономической задачи по выбору оптимальной трассы между опорными точками на участке местности или его модели при заданном уравнении поверхности земли f(x, y, H) = 0, инженерно-геологических, гидрологических, природоохранных и других условиях.

В результате камерального трассирования получают план трассы (проекцию трассы на горизонтальную плоскость) и продольный профиль (вертикальный разрез по оси трассы).

На плане трасса состоит из прямых участков, сопряженных между собой круговыми кривыми (рис. 189).

Рисунок 189 - Трасса в плане

В продольном профиле трасса состоит из линий поперечного уклона при необходимом соединении между собой вертикальными круговыми кривыми (рис.190).

Рисунок 190 - Продольный профиль трассы

При проектировании стремятся проложить наиболее короткий вариант трассы между заданными точками начала и конца трассы и с уклонами, не превышающими предельные значения для данной категории дорог.

В зависимости от условий местности камеральное трассирование выполняют способом попыток или способом построения линий с заданными уклонами.

Способ попыток применяют в основном для равнинной местности. По намеченной по карте трассе составляют продольный профиль с проектной красной линией. Анализируя профиль, выявляют места, в которых трассу целесообразно сместить вправо или влево, чтобы отметки местности ближе подходили к проектным отметкам. Эти участки трассы вновь трассируют и составляют улучшенный вариант трассы.

Расположение трассы в равнинной местности определяется контуром препятствий, т.е. расположением населенных пунктов, препятствующих проложению трассы. Если средний уклон местности меньше допустимого, то в высотном отношении трассу ведут вольной кривой, на встречающихся препятствиях делаются углы поворота для обхода его.

Для проектирования более коротких трасс придерживаются следующих условий:

· трассирование выполняют напрямую - от препятствия к препятствию, т.е. выбирают углы поворота против препятствий и располагают препятствие внутри угла поворота;

· угол поворота трассы стремятся иметь не более 30 градусов, т.к. такие углы незначительно удлиняют трассу;

· радиус кривых выбирают по возможности большим;

· при пересечении оврагов к тальвегу не спускаются, а переходят сразу на другую сторону, засекая одноименные горизонтали;

· в местах, где расстояние между горизонталями больше, чем проектная величина заложения, направление выбирают свободно;

· пересечение рек, магистралей выполняют под углом 90 градусов;

· необходимо обходить крупные населенные пункты, территории горных разработок, лесные массивы, c/х угодья и т.д.

В отличии от проектирования на равнинной местности, направление трассы в горной или резко пересеченной местности определяется ее рельефом, т.к. уклоны в данном случае значительно превосходят уклоны трассы.

Построение линий заданного уклона (ход раствором циркуля) в случае, если уклон местности превосходит уклон трассы, выполняется следующим образом:

· вычисляют величину заложения между горизонталями для заданного уклона:

,

где h - высота сечения рельефа;

· если трассу провести по линии нулевых работ , то достаточно раствором циркуля, равным а из начальной точки трассы засекать ближайшие горизонтали в направлении к конечной точки трассы до тех пор, пока не прейдете к конечной точке трассы (рис. 191):

Рисунок 191 - “Ход раствором циркуля”

В результате таких построений получится очень много углов поворота, что приводит к потребности спрямить трассу.

Пусть l - длина трассы фактическая, l’ - длина, рассчитанная по допустимому уклону (максимальная длина трассы ), тогда:

В зависимости от удлинения различают следующие виды трасс:

а) извилина, т.е. S - образная трасса (рис. 192):

Рисунок 192.

б) заход трассы в боковую долину (рис. 193):

Рисунок 193.

в) петля (рис. 194):

Рисунок 194.

г) спираль (рис. 195):

Рисунок 195 – Виды трасс

На спрямленной трассе по измеренным углам поворота и выбранным радиусам закруглений размечают главные точки кривых (вписывают кривые) и прямые вставки, разбивают пикетаж, по горизонталям определяют “черные” отметки пикетажа и характерных точек перегиба местности. Составляют продольный профиль трассы, затем проводят проектную линию трассы (красную) и в местах, где получены большие объемы земляных работ, трассу корректируют.