谭昌平 韩永光 谭兴斌

【摘 要】本文阐述了一种利用全站仪和一个巧妙的施工坐标系，快速、准确的放样路基开口线的方法，1可大幅度提高测量放线效率和成果質量，节约施工成本，为工程建设的顺利进行提供有力保障。

【关键词】路基放样；线路测量；开挖放线；路基开口线

中图分类号：TU198.2 文献标识码： B 文章编号： 2095-2457（2018）13-0095-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.12.044

1 开口线放样传统方法问题分析

路基开挖线放样是路基测量的一项基础性工作，而开挖线测量，最重要的就是确定开口线位置。长期以来，这项工作存在测量效率不高，测量精度偏低，外业操作复杂而繁琐等问题，困扰着许多工程测量人员。本文用一个实例，介绍了一种高精度，快捷方便的开口线放样方法，将让测量人员从根本上摆脱这一困境。如下图，为某高速公路路基断面设计图。

图1中各层台阶点，如A、C点等可直接计算放样坐标值。以A点为例，其里程即为断面里程，与线路中心的距离PA为：

有了里程和偏距之后，可依据平曲线要素，采用线路边桩计算方法，正算A点的坐标（3594834.151，492335.128），2施工现场可依据此坐标放样。[1]但对坡顶点B放样时，3由于施工图上原始地面高程值不准确而无法于放样前，像A点那样在内业计算出准确的放样坐标。在实际操作中，采用现场规划放样方法，以逐步逼近的方式确定B点位置，现场操作主要有以下两种形式。[2]

1.1 采用坐标法逼近放样点

步骤如下：（1）数据准备：确定放样断面里程，查询图纸为S=59000。计算坡脚点A的偏距DA和高程HA，在图1所示案例，DA=26.750m，HA=163.651。

（2）根据里程S，偏距DA用正算A点坐标并放样到实地（如图1所示案例经计算A点坐标为X=3594834.151，Y=492335.128），采集实地高程记为H′。

（3）设坡度为i，根据高程H′可推算B点近似点位，偏距DB=（H′-HA）×i+DA；根据断面里程S和偏距DB正算坐标记为B1（X1，Y1）（将第n次逼近B点的实地点位记为Bn）。[3]

（4）将B1放样到实地，采集实地高程记为H′，回到第3步。

（5）重复第3、4步，直到i×（H′-HA）-（DB-DA）=0且S为断面里程，放样结束。

此方法可以精确的放样出开口线。然而，由于每次逼近都需要将X，Y坐标至少输入计算器和全站仪各一次。假设X，Y坐标各为10位，那么每逼近一次，需要输入全站仪和计算器的字符总数至少为40字节。如果放样一个开口线点总共逼近5次，那么输入的总数为200字节。实际工作当中地形复杂，工作量还远不止如此，此环节将会浪费大量时间，因此放样效率极低，[4]且输入出错的概率极大。

1.2 采用钢尺量距法逼近放样点

此方法与第一种方法类似，但在计算出偏距DB后，无须再正算放样坐标，而是用钢尺垂直于线路方向拉出偏距DB，进而继续采采集偏距为DB处的实地高程，进行下一次逼近。

此方法中钢尺量距存在三个明显问题，其一，难以保证尺子的方向和路线方向垂直；其二，由于现场地势起伏，难以拉直钢尺，且往往以钢尺量测的斜距未加改正即作为平距使用，精度极低。其三，放样过程当中至少额外需要两人拉钢尺，一人辅助，浪费人力，施测效率难以提高。

长期以来，由于计算方法和模型不够先进，使得放样路基开口计算繁琐，外业工作量大，人力投入多，效率低下，成果质量差。加之开挖放样随着开挖进度反复进行，更是让这项工作雪上加霜，极大的阻碍了路基施工生产效率和质量的提高。

2 开口线放样新方法及优势

为了准确而高效的放样路基开口线，笔者研究出了一种称之为“施工坐标放样法”的新方法。

在线路测量中，测量人员将全线整体平面直角坐标系下的坐标与线路里程偏距，通过计算器编程等方法，建立一一对应关系的过程称之为“曲线正反算”。如图2，A点为图1中路基顶层台阶坡脚点A，在整体坐标系下的坐标为（3594834.151，492335.128），该点对应的线路里程偏距为K59+000，偏距26.75m，曲线正反算即是建立了这两组数据之间的联系。

如图2，由于线路设计线跟偏距方向相互垂直，若放样断面处于线路直线段上，则可以建立一个临时施工坐标系，以直线段设计线作为X轴，指向大里程方向，偏距作为Y轴，垂直于X轴指向线路右侧，坐标系原点在直线段设计线往小里程延伸到数值为0的位置。[5]那么直线段范围内所有点在临时坐标系下的X坐标值即为该点的里程，Y坐标值即为该点的偏距，线路右侧Y取正，线路左侧为负，高程不变。曲线正算和反算即提供了临时坐标系和整体坐标系之间的坐标转换模型和途径。以A点为例，其在临时施工坐标系下的坐标即为（5900，26.750，163.651）。同样的方法计算出控制点M、N在临时坐标系下的坐标，并用临时坐标设站与定向；那么，全站仪屏幕显示的X值即为断面里程，Y值即偏距。

如此设置施工坐标系之后，现场放样开口线的操作流程如下：

（1）架设仪器，并用临时施工坐标设站和定向；

（2）如图1根据断面图计算最后一级坡的坡脚点A的偏距PA=26.75m和高程HA=163.651m。

（3）输入放样点坐标（X=断面里程，Y=坡脚偏距PA，H=坡脚点高程HA），以图1中断面开挖顶点B为例，输入的坐标为（59000.00，26.750，163.651），如图3b。此时dH即为实地高程与坡脚A点的高差，如图3d。

（4）坡度为i=1：1.5，则使棱镜往线路外侧移动距离

D1=dH1×i-dY=1.5×3.264-4.932=-0.038m，负号表示应向线路左侧移动。放样过程中还应保持断面里程正确，即dx值读数始终为接近0，如图3d可看出此时棱镜只需将棱镜向小里程移动0.231m即可。

（5）读取移动后高程差值dH2和偏距差dY，重复第（4）步，直到dH×i-dY=0，dx=0，放样结束。

本方法优势可表现为以下几个方面：

（1）通过图3对比图可以发现，每放样一个坡顶点只需向全站仪中输入一次坐标，因此输入全站仪和计算器中的数据量大幅度降低，工作量大大减少，同时降低了输入过程中出错的概率。

（2）新方法中，dX即为里程差，能非常方便的保持放样断面准确，实践当中可减少一半的逼近次数，仅此一点可让外业放样时间减少一半以上。

（3）dY为棱镜偏距相对于坡脚A点的偏距差为4.932m，形象直观，且减少了计算器反算的时间，计算简单，也避免了拉钢尺量平距的不准确性，精度得以保证。

（4）新方法在現场施工放样过程中并不依赖于计算器曲线反算，从而摆脱了施工现场对编程计算器的依赖。

需要注意的是：如图2中控制点M位于线路的曲线段上，M点在临时坐标系上的正确坐标应以直线段的平曲线要素计算M点的里程和偏距。

3 结束语

实践证明，用本文介绍的“施工坐标放样法”测量路基开口线，方法严密，可靠性高，精度高，外业工作量小，效率高，此方法的推广将为相关工作带来极大便利。对于高速公路等高等级的公路，直线段路基占比较大，采用此方法，可节省总体60%以上的路基放样外业时间。对提高路基测量效率和精度，保障工程质量，降低施工成本作用明显。

注释：

1.开口线即路基开挖边界线。

2.正算：线路计算中常把已知里程偏距计算坐标的过程称为正算，已知坐标计算里程偏距的过程称为反算。

3.路基开口线上的一个点。本文只讨论挖方路基的开口线放样，对于填方路基，放样方法相同。

【参考文献】

[1]蔡永春.坐标反算法在路基边桩测量中的应用[J].山西建筑.2008，（19）：349-350

[2]蔡扬.路基测量放样方法研究[J].隧道建设，2012：402-405.

[3]赵永平.公路测量实践经验概述[J].山西建筑，2011，37（10）：212-213.

[4]陈睿，王劲松.路基边桩放样方法的深入探讨[J].北京测绘，2013，（2）：62-65.

[5]向垂规.基于施工坐标系中纵横断面的测量[J].云南水力发电，2014，（2）：73-78.