Руководство по выполнению контрольной работы: нивелирование и построение профиля трассы.

С чего начинается работа, или Анализ исходных данных

Выполнение контрольной работы по инженерной геодезии — это не набор случайных вычислений, а строго последовательный процесс. Каждый следующий шаг опирается на результаты предыдущего, поэтому точность на старте определяет успех всей работы. Прежде чем приступать к расчетам, необходимо систематизировать все исходные данные, которые служат фундаментом для нашего проекта.

Весь процесс можно разделить на несколько ключевых этапов:

• Обработка журнала технического нивелирования.
• Расчет планового положения трассы с элементами кривых.
• Построение продольного профиля рельефа.
• Проектирование «красной линии» сооружения.
• Построение поперечного профиля.

В нашем примере мы имеем следующий набор данных для работы:

1. Опорные высотные отметки: Н Рп 6 = 90,470 м и Н Рп 7 = 91,836 м. Это наши начальная и конечная точки для высотной привязки.
2. Параметры поворотов трассы:
   • Вершина угла 1 (ВУ1) на ПК 3 + 03,20 с углом поворота α1 = 12° 50′ и радиусом кривой R1 = 400 м.
   • Вершина угла 2 (ВУ2) на ПК 8 + 70,12 с углом поворота α2 = 17° 12′ и радиусом кривой R2 = 600 м.
3. Проектные данные:
   • Начальная проектная отметка на ПК 0: Нпр ПКО = Н Рп 6 + 1,50 = 91,97 м.
   • Элементы проектной линии: отрезок d1 = 400 м с уклоном i1 = -0.014; отрезок d2 = 300 м с уклоном i2 = 0 (горизонтальная площадка); отрезок d3 = 500 м с уклоном i3 = +0.008.

Теперь, когда все данные систематизированы, мы можем приступить к первому и самому ответственному вычислительному этапу.

Шаг 1. Камеральная обработка журнала технического нивелирования

Основа основ для построения профиля — это журнал технического нивелирования. Его грамотная обработка гарантирует получение точных высотных отметок рельефа. В большинстве случаев нивелирование выполняется методом «из середины», когда прибор устанавливается примерно на равном расстоянии от двух реек (задней и передней), что минимизирует инструментальные погрешности.

Обработка журнала выполняется в несколько шагов:

1. Постраничный контроль. На каждой странице журнала вычисляются превышения (h) между точками отдельно по черной и красной сторонам реек. Разница между ними не должна превышать допустимую погрешность. Затем находится среднее превышение, которое и используется в дальнейших расчетах.
2. Полистный контроль. Проверяется правильность вычислений на странице. Сумма отсчетов на заднюю рейку (ΣЗ) минус сумма отсчетов на переднюю рейку (ΣП) должна быть равна сумме вычисленных средних превышений (Σh).
3. Расчет высотной невязки. После обработки всех страниц вычисляется общая невязка по всему ходу. Она равна сумме всех вычисленных превышений минус разность отметок конечного и начального реперов: f_h = Σh_практ — (Н_Рп7 — Н_Рп6).
4. Сравнение с допуском. Полученная невязка сравнивается с допустимой, которая зависит от длины хода (L в км). Если фактическая невязка меньше допустимой, ее распределяют с обратным знаком на все вычисленные превышения.
5. Вычисление исправленных отметок. К отметке начальной точки последовательно прибавляют исправленные превышения, получая «чистовые» высотные отметки всех пикетных и плюсовых точек трассы. Именно эти значения и будут использоваться для построения линии земли на профиле.

Этот многоступенчатый контроль позволяет выявить и устранить ошибки вычислений, обеспечивая высокую точность конечных данных.

Шаг 2. Как рассчитать пикетажные значения главных точек кривых

Трасса линейного сооружения редко бывает идеально прямой. В местах поворотов прямые участки сопрягаются с помощью круговых кривых. Чтобы корректно отобразить их на плане и профиле, необходимо рассчитать их основные элементы и пикетажное положение — то есть местоположение вдоль оси трассы.

Для каждой кривой на основе угла поворота (α) и радиуса (R) вычисляются:

• Тангенс (Т): расстояние от вершины угла до начала или конца кривой. Формула: T = R * tg(α/2).
• Длина кривой (К): расстояние по дуге. Формула: K = (π * R * α) / 180°.
• Биссектриса (Б): расстояние от вершины угла до середины кривой.
• Домер (Д): разница между длиной двух тангенсов и длиной кривой.

После расчета этих элементов мы можем найти пикетажное положение главных точек кривой:

• Начало Кривой (НК): ПК(НК) = ПК(ВУ) — Т
• Середина Кривой (СК): ПК(СК) = ПК(НК) + К/2
• Конец Кривой (КК): ПК(КК) = ПК(НК) + К

Например, для первой кривой (ВУ1 на ПК 3 + 03,20, α1 = 12° 50′, R1 = 400м) и второй (ВУ2 на ПК 8 + 70,12, α2 = 17° 12′, R2 = 600м) производятся аналогичные расчеты. Все полученные данные для удобства сводятся в «Ведомость прямых и кривых», которая становится справочным документом для дальнейших построений.

Шаг 3. Строим продольный профиль, или Как выглядит рельеф трассы

Продольный профиль — это главный чертеж, представляющий собой вертикальный разрез местности вдоль оси трассы. Он позволяет наглядно оценить рельеф и спроектировать положение будущего сооружения. Построение выполняется на миллиметровой бумаге и требует скрупулезности.

Процесс создания профиля включает:

1. Создание сетки профиля. В нижней части листа вычерчивается специальная сетка с графами: «Расстояния», «Отметки земли», «Проектные отметки», «Рабочие отметки», «Пикеты», «План трассы» и другие.
2. Выбор масштабов. Для наглядности рельефа вертикальный масштаб всегда принимается крупнее горизонтального. Стандартное соотношение: горизонтальный масштаб 1:2000 (в 1 см — 20 м) и вертикальный масштаб 1:200 (в 1 см — 2 м).
3. Заполнение граф. В графу «Пикеты» вносят все пикетные и плюсовые точки. В графу «Отметки земли» переносят исправленные отметки из журнала нивелирования (Шаг 1).
4. Построение линии фактической земли. От условной линии горизонта для каждой точки трассы вверх в вертикальном масштабе откладываются ее высотные отметки. Полученные точки плавно соединяют, получая изломанную линию рельефа.
5. Отображение плана трассы. В специальной графе «План трассы» схематично показывают прямые участки, а также положение Начала, Середины и Конца Кривых, рассчитанных на Шаге 2.

В результате мы получаем точную визуализацию существующего рельефа. Теперь можно приступать к проектированию.

Шаг 4. Проектирование красной линии на профиле

Когда рельеф местности построен, наступает этап проектирования. На продольный профиль наносится проектная (или «красная») линия — это ось будущего сооружения, будь то дорога, трубопровод или канал. Эта линия строится в строгом соответствии с заданными параметрами.

Построение выполняется последовательно:

1. Нанесение исходной точки. Находим на профиле начальную точку трассы (ПК 0). Откладываем в вертикальном масштабе ее заданную проектную отметку (в нашем случае Нпр ПКО = 91,97 м) и ставим точку.
2. Построение проектных элементов. От исходной точки в горизонтальном масштабе откладываем длину первого проектного элемента (d1 = 400 м). Для конечной точки этого отрезка вычисляем проектную отметку по формуле:
   

   H_конец = H_начало + i * d

   где i — уклон, а d — длина отрезка. Для первого элемента: H = 91,97 + (-0.014) * 400. Откладываем полученную отметку и соединяем две точки прямой линией.

3. Повторение для всех элементов. Аналогичная процедура повторяется для всех последующих отрезков (d2 с уклоном i2, d3 с уклоном i3 и т.д.), пока вся проектная линия не будет построена.

После нанесения основной линии вычисляются и подписываются проектные отметки на всех пикетах и плюсовых точках, которые она пересекает. Теперь у нас есть две линии: линия земли и проектная линия. Разница между ними определяет объем будущих строительных работ.

Шаг 5. Вычисление рабочих отметок и точек нулевых работ

После того как на профиле нанесены линия земли и проектная линия, необходимо определить объем будущих земляных работ. Для этого вводится понятие «рабочая отметка».

Рабочая отметка (h_раб) — это разность между проектной отметкой и отметкой земли в каждой конкретной точке трассы: h_раб = Н_пр — Н_земли.

Знак рабочей отметки имеет принципиальное значение:

• Если рабочая отметка положительная (+), это означает, что проектная линия проходит выше земли. Здесь потребуется насыпь.
• Если рабочая отметка отрицательная (-), проектная линия ниже земли. В этом месте будет выемка.

Рабочие отметки рассчитываются для всех пикетных и плюсовых точек и заносятся в соответствующую графу сетки профиля. Особое значение имеют «точки нулевых работ» — это места, где проектная линия пересекает линию земли (h_раб = 0). В этих точках выемка сменяется насыпью или наоборот. Их точное положение между двумя соседними пикетами с разными знаками рабочих отметок находится методом математической интерполяции. Определение этих точек критически важно для точного подсчета объемов земляных работ.

Шаг 6. Как построить поперечный профиль

Если продольный профиль показывает нам разрез местности вдоль оси трассы, то поперечный профиль (или поперечник) — это разрез, перпендикулярный оси в какой-либо конкретной точке. Поперечники строят в характерных точках (например, на каждом пикете или в местах резкого изменения рельефа) для детализации рельефа и точного расчета объемов работ.

Построение поперечника достаточно простое:

1. Вычерчиваются оси координат.
2. Выбирается единый масштаб для горизонтальных и вертикальных расстояний (например, 1:200), так как здесь нет необходимости искусственно преувеличивать рельеф.
3. От центральной оси откладываются расстояния и высотные отметки точек влево и вправо от трассы.
4. На полученный рельеф наносится проектное положение сооружения (например, полотно автомобильной дороги с кюветами и откосами).

На поперечнике наглядно видна конфигурация насыпи или выемки в данном конкретном сечении, что позволяет рассчитать площадь поперечного сечения и, в конечном итоге, объем земляных работ на участке.

Заключение

Мы прошли полный цикл выполнения контрольной работы по инженерной геодезии: от анализа исходных данных до финальных графических построений. В результате у нас есть обработанный журнал нивелирования, рассчитанные элементы кривых, а также построенные продольный и поперечный профили с нанесенной проектной линией и вычисленными рабочими отметками.

Важно понимать, что каждый этап был логической основой для следующего. Аккуратность в вычислениях и чертежных работах — ключ к успеху. Как вы могли убедиться, успешное выполнение этой задачи — это не столько сложно, сколько требует внимательности и строгого следования предложенному алгоритму. Теперь у вас есть надежная карта для выполнения вашей собственной работы.

Список использованной литературы

1. Визгин А.А. Инженерная геодезия. Учебник. Изд.2, перераб. и доп. М.: Высшая шк., 1985. – 351 с.
2. Визгин А.А. Практикум по инженерной геодезии. Учебное пособие. М.: Недра, 1989. – 282 с.
3. Власов Д. И., Логинов В.Н. Таблицы для разбивки кривых на железных дорогах. – М.: Транспорт, 1698. –519 с.
4. Клюшин Е.Б. Инженерная геодезия. Учебник. Изд.3, испр. М.: Высшая шк., 2002. 284 с.– 463 с.