山區(qū)低等級(jí)公路勘測(cè)設(shè)計(jì)中的測(cè)設(shè)方法分析

李天忠

（寧洱哈尼族彝族自治縣地方公路管理段，云南 寧洱 665199）

0 引言

在低等級(jí)公路開展勘測(cè)設(shè)計(jì)工作時(shí)，需采取有針對(duì)性的測(cè)設(shè)方法以迎合公路的測(cè)設(shè)需求。本研究以線位擬合法為主要測(cè)設(shè)方法，探討某地區(qū)幾條公路的勘測(cè)設(shè)計(jì)措施，以期為勘測(cè)設(shè)計(jì)工作的發(fā)展提供幫助。

1 山區(qū)低等級(jí)公路勘測(cè)設(shè)計(jì)的測(cè)設(shè)方法及問題

當(dāng)前的山區(qū)低等級(jí)公路測(cè)設(shè)普遍以紙上定線為主要方式。該方式需要以大比例尺的地形圖為基礎(chǔ)工具，根據(jù)紙上定線的結(jié)果進(jìn)行實(shí)地放樁操作。這類方法可在大多數(shù)的勘察環(huán)境下取得較佳的實(shí)踐效果，可在建設(shè)前預(yù)先定下多個(gè)方案并將其互相對(duì)比，精細(xì)化調(diào)整線位方案，以選擇測(cè)設(shè)效果最佳的路線。

但在測(cè)設(shè)較為復(fù)雜的公路地理和環(huán)境時(shí)，紙上定線的方法便會(huì)遇到難以解決的問題。例如，有些地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不高，不具備較為精準(zhǔn)的大比例尺地形圖，傳統(tǒng)的紙上定線方法無法實(shí)現(xiàn)。為滿足測(cè)設(shè)需求，技術(shù)人員通常需要用實(shí)地放線的方法代替紙上放線。該方法的被迫迭代導(dǎo)致設(shè)計(jì)周期被嚴(yán)重延長，技術(shù)人員需要根據(jù)實(shí)地的測(cè)設(shè)效果不斷調(diào)整線位方案，存在幅度較大的設(shè)計(jì)資源浪費(fèi)。此外，如果公路工程的設(shè)計(jì)周期較短、設(shè)計(jì)資金較為緊張、平面地形過于復(fù)雜時(shí)，傳統(tǒng)的實(shí)地定線方法不僅難以取得預(yù)期效果，反而可能會(huì)在花費(fèi)大量經(jīng)費(fèi)的情況下達(dá)到質(zhì)量較差的設(shè)計(jì)效果。因此，當(dāng)前廣泛應(yīng)用的實(shí)地定線法難以滿足地形較為復(fù)雜的山區(qū)公路測(cè)設(shè)需求，會(huì)使定線技術(shù)人員因視野受限而產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷，導(dǎo)致判斷失誤或準(zhǔn)確度較差的情況出現(xiàn)。山區(qū)低等級(jí)公路采用實(shí)地定線法常衍生平曲線半徑不足、直線長度不足、縱坡超標(biāo)等問題，有時(shí)即使?jié)M足了建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，卻難以達(dá)到該地段應(yīng)有的最佳建設(shè)水平，浪費(fèi)建設(shè)資源。

本研究路段地處森林地帶，公路所在山脈海拔較高，高低落差大；公路旁存在較多處陡峭山壁，生長著較為繁茂的植被，具有十分復(fù)雜的自然環(huán)境與地形，實(shí)地測(cè)設(shè)條件較為艱辛。在同時(shí)考慮設(shè)計(jì)周期與設(shè)計(jì)成本的前提下，單純采用傳統(tǒng)的實(shí)地定線法難以在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成線路測(cè)設(shè)任務(wù)，無法保證測(cè)設(shè)后的質(zhì)量滿足要求，也無法保證測(cè)設(shè)完成時(shí)間符合工程要求。因此，本研究擬采用紙上實(shí)地法與實(shí)地定線法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，利用線位擬合法進(jìn)行工程測(cè)設(shè)，以求實(shí)現(xiàn)較佳的測(cè)設(shè)效果。

2 基于線位擬合法的山區(qū)低等級(jí)公路勘測(cè)設(shè)計(jì)測(cè)設(shè)方法

2.1 平面設(shè)計(jì)

利用線位擬合法進(jìn)行測(cè)設(shè)的具體步驟為：

（1）沿路勘察：該步驟需以實(shí)地定線法為方法，令定線人員實(shí)地沿目標(biāo)路線進(jìn)行勘察，根據(jù)初步勘察結(jié)果制定路線草案。在初版方案中，選線人員需預(yù)先確定交點(diǎn)的位置。此次定位可容許位置誤差的存在，僅需為后續(xù)步驟提供數(shù)據(jù)支持與方向指引即可。

（2）布設(shè)平面控制點(diǎn)：根據(jù)上一步驟確定的路線走廊帶位置，選線人員需將平面控制點(diǎn)布設(shè)于上一步驟確定的角點(diǎn)位置，采用全站儀進(jìn)行聯(lián)測(cè)，根據(jù)數(shù)據(jù)采集結(jié)果測(cè)量出平面控制網(wǎng)。

（3）控制點(diǎn)記錄：在布設(shè)平面控制點(diǎn)的同時(shí)，選線人員需對(duì)各控制點(diǎn)信息進(jìn)行記錄和判斷，根據(jù)實(shí)地勘察情況標(biāo)記各控制點(diǎn)的重要程度。

（4）測(cè)量控制點(diǎn)坐標(biāo)：以初選方案和平面控制網(wǎng)的測(cè)設(shè)結(jié)果為基礎(chǔ)，選線人員需根據(jù)布設(shè)方案的二次調(diào)整重新布設(shè)控制點(diǎn)，在布設(shè)后測(cè)試位置發(fā)生變化后的線位控制點(diǎn)坐標(biāo)，利用全站儀實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量，并準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)。

（5）繪制線位控制點(diǎn)圖：將全站儀測(cè)量的數(shù)據(jù)信息錄入信息管理系統(tǒng)備份，并根據(jù)這一數(shù)據(jù)利用CAD軟件繪制整個(gè)路段的線位控制點(diǎn)圖，為每個(gè)控制點(diǎn)指定編號(hào)。

（6）線位擬合：利用紙上定線法的方案迭代流程在CAD圖紙上運(yùn)用平面線性組合方式知識(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，根據(jù)線位控制點(diǎn)進(jìn)行線位擬合。

（7）實(shí)地放樁：根據(jù)線位擬合后確定的平曲線位在CAD圖紙上生成并標(biāo)注路線逐樁坐標(biāo)，根據(jù)坐標(biāo)實(shí)地放樁。

（8）測(cè)量中平、橫斷面等特殊數(shù)據(jù)。

2.2 縱坡控制

本研究路段的山坡坡度較大，大多數(shù)越嶺線需要由平均縱坡進(jìn)行控制，大多數(shù)沿河線需要由最大縱坡進(jìn)行控制。所以，加強(qiáng)縱坡控制工作是提升測(cè)設(shè)質(zhì)量的關(guān)鍵步驟之一。

在平面設(shè)計(jì)的路線方案初步敲定前，需優(yōu)先開展放坡工作。放坡工作可在小比例尺地形圖（1∶10000～1∶50000）上預(yù)先進(jìn)行，采用紙上定線法進(jìn)行設(shè)計(jì)，非必要情況下不采用全站儀等設(shè)備進(jìn)行實(shí)地放坡。并且，為保證測(cè)設(shè)工作的準(zhǔn)確度和操作性，需盡量避免使用傳統(tǒng)的手水準(zhǔn)放坡方式。

我國現(xiàn)行《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2017）明確規(guī)定：“二級(jí)公路、三級(jí)公路、四級(jí)公路越嶺路線連續(xù)上坡（或下坡）路段，相對(duì)高差為200～500m 時(shí)平均縱坡不應(yīng)大于5.5%；相對(duì)高差大于500m 時(shí)平均縱坡不應(yīng)大于5%，且任意連續(xù)3km 路段的平均縱坡不應(yīng)大于5.5%。”相較于控制難度較低的最大縱坡，平均縱坡的控制難度較高，設(shè)計(jì)規(guī)范中的“任意連續(xù)3km”在實(shí)際設(shè)計(jì)中的實(shí)現(xiàn)難度也相對(duì)較高。因此，傳統(tǒng)的實(shí)地定線法常在這一問題上出現(xiàn)大量返工與修改情況，不僅拖延設(shè)計(jì)周期，還造成了設(shè)計(jì)成本的浪費(fèi)。因此，在開展越嶺線與沿河線的測(cè)設(shè)工作時(shí)，需利用全站儀等設(shè)備與平面線位擬合法進(jìn)行實(shí)地放坡，規(guī)避因平均縱坡不合格而出現(xiàn)的工程返工現(xiàn)象。

具體而言，縱坡控制需要做到以下三部分的工作：

（1）根據(jù)路線走廊帶的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行縱坡總體控制；

（2）測(cè)量預(yù)定路線的線位控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)，并測(cè)量點(diǎn)位的三維坐標(biāo)；

（3）利用線位擬合法排查縱坡信息，調(diào)整路線的平面線位。

2.3 平面線位調(diào)整

設(shè)計(jì)人員可利用紙上定線法與實(shí)地定線法的綜合方法確定線位路線。在平面設(shè)計(jì)與縱坡控制中，應(yīng)整體考慮路線的布置方案。路線的設(shè)定與設(shè)計(jì)人員的思路相關(guān)性較強(qiáng)，在調(diào)整基本線路后，基本不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行幅度過大的調(diào)整。但在內(nèi)業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，需將多批拉坡設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，提升了工程的總數(shù)；有些選定路線較平、縱坡的線性設(shè)計(jì)較不合理，會(huì)在選定環(huán)節(jié)中才發(fā)現(xiàn)平面線位設(shè)計(jì)的不合理之處，以產(chǎn)生調(diào)整需求。調(diào)整主要分為大幅度調(diào)整與小幅度調(diào)整兩種，具體內(nèi)容如下所示：

（1）大調(diào)整具體指平面線位需作出的位移幅度較大（10～100m）的情況。如果在拉坡設(shè)計(jì)階段工程路段產(chǎn)生了較大的填方和挖方需求，且該路段的平面線位存在較大的調(diào)整需求，則應(yīng)對(duì)該路段的線位進(jìn)行大幅度調(diào)整。大幅度調(diào)整的具體方法是以目標(biāo)路段的橫斷面地形為基礎(chǔ)，計(jì)算路段需平移的距離，并用紙上定線法進(jìn)行路線調(diào)整。山區(qū)的低等級(jí)公路普遍自然環(huán)境復(fù)雜，若橫斷面地形較為復(fù)雜則需要配合實(shí)地定線法測(cè)定路線需平移的位置。

（2）小調(diào)整具體指平面線位需作出的位移幅度較小的情況。小調(diào)整需求的產(chǎn)生原因主要包括：填方高度不合理、挖方深度過深、縱面線性結(jié)構(gòu)不合理等。在這些情況下，技術(shù)人員只需小幅度調(diào)整平面線位便可實(shí)現(xiàn)調(diào)整需求，已實(shí)現(xiàn)較佳的效果。

平面線位調(diào)整的實(shí)際策略是：拉坡處理后，設(shè)計(jì)人員需完成橫斷面設(shè)計(jì)圖，制定公路線位調(diào)整的具體需求，在CAD 圖紙上調(diào)整這些路段的平面線位移距。根據(jù)移線的現(xiàn)有位置確定起點(diǎn)，根據(jù)起點(diǎn)位置計(jì)算線位樁號(hào)（線位樁號(hào)需與原線位設(shè)計(jì)的橫斷面整樁號(hào)對(duì)應(yīng)）和長短鏈，依照各樁號(hào)的具體移距調(diào)整橫斷面的數(shù)據(jù)，根據(jù)橫斷面的調(diào)整方案修改縱斷面設(shè)計(jì)方法，在確認(rèn)新方案足夠合理后將其保存為新設(shè)計(jì)文檔。在調(diào)整過程中，方案的調(diào)整需以原本線位方案的橫斷面為基礎(chǔ)，但在地形復(fù)雜的山區(qū)公路施工中，橫斷面的施工與測(cè)試條件較為復(fù)雜，如果設(shè)計(jì)方案預(yù)定的移動(dòng)距離過遠(yuǎn)，則需會(huì)在實(shí)地施工時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案與實(shí)地情況的沖突，導(dǎo)致線路超出橫斷面地形范圍，大幅降低測(cè)量結(jié)果的精度。遇到此情況時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)重新測(cè)定，將新地形情況錄入信息庫。如果調(diào)整幅度較大，則需要重新放線測(cè)量；如果調(diào)整幅度較小，則應(yīng)根據(jù)具體調(diào)整需求，判斷預(yù)定調(diào)整方案是否會(huì)影響測(cè)試的精度，在不影響精度的前提下進(jìn)行調(diào)整。

3 結(jié)語

本研究路段中的幾條低等級(jí)公路地處山區(qū)，地理環(huán)境較為復(fù)雜，故采用線位擬合法、紙上定線法和實(shí)地定線法對(duì)線路與控制點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量與采集，有效縮短了測(cè)設(shè)的時(shí)間，提升了整體測(cè)設(shè)的水平。在實(shí)踐中可發(fā)現(xiàn)，紙上與實(shí)地相結(jié)合的線性擬合法兼具紙上定線法的可迭代性與實(shí)地定線法的高精度性，是一種較為成熟的測(cè)設(shè)方法，可有效節(jié)約工程設(shè)計(jì)成本，保證測(cè)設(shè)的最終質(zhì)量，具有一定推廣價(jià)值。