мальной скоростью, движения до 200 мм/с. Их точность равна 0,01 мм.

Г л а в а 12

КОМПЛЕКС АНАЛИТИЧЕСКИХ АЭРОГЕОДЕЗИЧЕСКИХ РАБОТ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СООРУЖЕНИЙ

§ 64. ТЕХНОЛОГИЯ АНАЛИТИЧЕСКОГО ТРАССИРОВАНИЯ СООРУЖЕНИЙ

В настоящее время создают различные автоматизированные комплексы для выполнения аэроизыскательских работ. Они являются базой автоматизированных систем проектирования сооружений, например, автомобильных дорог (САПР-АД) и др. Эти комплексы состоят из высокоточных фотограмметрических приборов, автоматических регистраторов наблюдений, электронно-вычислительной техники и средств машинной графики.

На небольших по протяжению объектах для построения ЦИММ могут быть использованы материалы наземных фототопографических и тахеометрических съемок. При их получении и обработке применяют современные приборы с записью результатов наблюдений и измерений на магнитную ленту или перфоленту. Все методы аэроизысканий предполагают создание исходной информации для современных аналитических систем автоматизированного проектирования дорог, мостовых переходов, аэродромов и их сооружений. Построенные цифровые модели местности должны обеспечивать переработку большого числа вариантов решений в пределах определенной полосы размещения трассы с возможностью оценки их на стадии окончательного проектирования.

В системе автоматизированного проектирования дорог и других транспортных сооружений предусматривают пространственное размещение трассы на ЦИММ, т. е. одновременно в плане и профиле.

Цифровая модель должна содержать характеристику топографических, геологических, почвенно-грунтовых и гидрогеологических условий местности, иметь рационально расположенные точки, быть удобной для оценки влияния топографических условий и гидрогеологических характеристик на технико-эконо- мические показатели строительства и эксплуатации сооружения, на безопасность движения траспорта по проектируемому сооружению.

При оценке вариантов выполняют расчеты стоимости земли и объектов, отводимых под сооружение, суммарных приведенных строительно-эксплуатационных и транспортных расходов, а

161

также учитывают безопасность движения и определенные принципы размещения сооружения, предполагающие сохранение окружающей среды.

§ 65. ВИДЫ АНАЛИТИЧЕСКОГО ТРАССИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И ПОДХОДОВ К МОСТОВЫМ ПЕРЕХОДАМ

Современные методы аналитического трассирования дорожных сооружений предполагают анализ большого числа различных вариантов размещения трассы в плане, по каждому из которых затем на ЭВМ производят поиск оптимального варианта в профиле. Широкое распространение в нашей стране и за рубежом получил метод раздельного аналитического трассирования дорог и мостовых переходов, в котором проектировщик намечает все целесообразные варианты в плане, а затем по каждому из них с помощью ЭВМ ведет поиск лучших решений в профиле. Такой выбор варианта позволяет установить принципиально лучшее решение, которое и принимается для окончательного проектирования.

Эта технология работ по сути копирует традиционную, ранее используемую на производстве, хотя в ней и применяют более совершенные методы трассирования и аналитической укладки проектной линии с помощью ЭВМ. Окончательное размещение проектной линии ведут раздельно по участкам при визуальной оценке и корректировке положения трассы на экране дисплея, соединенного с ЭВМ, выполняющей аналитическое трассирование. При оценке проектировщик производит исправление полученной на ЭВМ проектной линии того или иного участка трассы с пересчетом всех необходимых для проекта данных, чем неизбежно нарушает достигнутую раньше на ЭВМ оптимальность либо в плане, либо в профиле.

Технология трассировочных работ должна предусматривать укладку трассы как пространственной кривой в пространстве цифровой модели местности и обеспечивать оптимальность ее расположения, исходя' из технико-экономического критерия — минимума суммарных приведенных строительно-эксплуатацион- ных и транспортных затрат. Вариантный перебор дорожных трасс целесообразно проводить перпендикулярно к структурным линиям между смежными переломными линиями и точками ситуации, рельефа, элементов геологии, гидрологии и геоморфологии местности.

Такое аналитическое трассирование ведут в два-три приближения. Первое приближение проводится по имеющейся крупномасштабной карте. На ней выделяют оптимальную зону вписыванием круговых кривых минимального радиуса (рис. 75). Второе приближение выполняют по фотоснимкам специальной крупномасштабной аэрофотосъемки вдоль оптимальной зоны первого приближения. После камерально-полевого или камераль162

но-воздушного			дешифрирования	Ш <р
аэрофотоснимков выбирают оп-
тимальные варианты в зоне второ-
го приближения. Третье прибли-
жение ведут лишь в очень сложных
условиях.		Оно	предусматривает
смену	критерия		оптимальности
и детальную пространственную
укладку трассы в зоне лучших
вариантов		решения, полученных
после второго приближения на той
же ЦИММ. В качестве других
критериев оптимальности прини-
мают, например для дорог, требо-
вания	ландшафтного проектиро-

вания, условия безопасности дви-

жения	и др.	Рис.	75. Кривые минимального
Основой для такого аналити-		радиуса при вариантном пере-
ческого	пространственного трас-	боре	точек трассы

сирования автомобильных дорог между основными и контрольными точками проложения трассы в районе изысканий служит цифровая модель. Вариантный перебор происходит между всеми основными и дополнительными точками структурных линий цифровой модели местности. Вначале вписывают трассы с минимальными радиусами круговых кривых (1-е приближение), а затем в их пределах — сложные закругления (2-е приближение).

Отобранные варианты составляют зону оптимальных решений и записываются в памяти ЭВМ. Такая оптимальная пространственная зона включает все основные и контрольные точки трассы с различными пространственными размерами ее полосы, связанной с технико-экономическими показателями вариантного перебора. В такой зоне сосредоточены наиболее экономичные варианты.

В тех случаях, когда удаленность точек структурных линий велика, а перебор требует при этом достаточно подробной детализации, рекомендуется производить сгущение точек как в плане, так и по высоте (пересечения хребтов и лощин в удаленных смежных точках структурных линий). Такое сгущение обычно связано с потребностями проектирования мостовых переходов, туннелей, перевальных выемок или виадуков. Варьирование в первом приближении ведут на ЦИММ, составленной по уже имеющимся топографическим картам или планам, а также по материалам аэрофотосъемок прошлых лет, преимущественно в камеральных условиях. На сложных участках местности и при более детальной укладке трассы в оптимальной зоне трассирования первого приближения назначают маршрутную аэрофотосъемку этой зоны в более крупном масштабе с созданием планово-высотного обоснования и его сгущением. При втором приближении методами пространствен-

163

ной фототриангуляции и камерально-полевого дешифрирования аэрофотоснимков ведут укладку трассы в границах зоны оптимальных вариантов первого приближения. Их наносят вместе с лучшим вариантом трассы на аэрофотоснимки крупного масштаба специально выполненной аэрофотосъемки. При построении ЦИММ для трассирования во втором приближении в пределах зоны первого приближения создают более густую сеть точек вдоль всех структурных линий и повторяют трассирование по тому же принципу, но при допуске отклонений от лучшего варианта, меньшем в два-три раза.

§ 66. ДЕТАЛЬНАЯ АНАЛИТИЧЕСКАЯ ПРОСТРАНСТВЕННАЯ УКЛАДКА ТРАССЫ

Детальная укладка трассы выполняется в оптимальной зоне вариантных решений второго приближения по ЦИММ, построенной по аэрофотоснимкам специальной маршрутной крупномасштабной аэрофотосъемки и аналитическому абрису. Так как в оптимальной зоне второго приближения сосредоточены все лучшие пространственные варианты, то, очевидно, даже визуально выбранный вариант сохраняет технико-экономические преимущества оптимальной зоны, и проектировщик может при выборе проектных элементов учесть другие критерии оптимальности, например, требования ландшафтного проектирования. Контролем оценки качества трассы может служить предел уклонений суммарных затрат на выбранный вариант от затрат на лучший (в %) и соблюдение требований ландшафтного проектирования. Более объективный выбор лучшего пространственного решения может быть выполнен аналитически на той же ЭВМ, при тех же критериях оптимальности с перебором всех возможных проектных элементов трассы в пределах той же оптимальной зоны второго приближения.

Окончательный аналитический поиск вариантов трассы ведут от исходных основных и контрольных пунктов оптимальной зоны второго приближения, а также от начальных и конечных точек, аналитически подбираемых прямых или кривых предыдущего участка в плане и в профиле.

Аналитический поиск осуществляют в пространстве, ограниченного числа точек структурных линий оптимальной зоны трассы. Их обычно выбирают пять: одну — в середине выпуклости (вогнутости), две — в конце хребта или лощины и две — в конце плоского смежного участка. После их определения на цифровой модели местности поиск лучших вариантов ведут, исходя из размещения от каждой исходной точки пяти направлений в плане и пяти направлений в профиле, составляющих двадцать пять пространственных вариантов. В плане варианты располагают вдоль прямой, соединяющей смежные контрольные точки трассирования, или вдоль касательной к закруглению в конце предыдущего участка, а также вдоль

164

клотоидной переходной или круговой кривой, имеющей определенный конечный радиус кривизны, принятый для соответствующей категории дороги.

Все варианты, выходящие за пределы оптимальной зоны второго приближения или за границы размещения структурных линий, не рассматриваются, а обладающие участками с рабочими отметками, превышающими 15 м, сопоставляются с глубокими перевальными выемками, тоннелями, виадуками и высокими насыпями.

Предварительно для детальной аналитической укладки трассы необходимо выделить главные структурные линии ЦИММ (рис. 76), проходящие вдоль основных хребтов и лощин, а также выделяющие границы плоских склонов между ними. К главным структурным линиям следует также отнести линии, проходящие вдоль границ ценных объектов и угодий, вдоль важных сооружений и коммуникаций. Они выделяют основные направления размещения вариантов трассы и задают схему расположения главных точек трассы.

Структурные линии, соединяющие переломные точки рельефа и контурных объектов местности, не относящиеся к указанным выше, считаются промежуточными. Они участвуют в оценке вариантов по суммарным приведенным затратам и лишь косвенно влияют на расположение трассы.

В тех случаях, когда второе приближение при аналитическом трассировании проводилось по крупномасштабным топографическим планам с использованием геологических и гидрогеологических данных и материалов аэрофотосъемок прошлых лет или по цифровой модели, построенной по данным специальных крупномасштабных аэрофотосъемок, когда для получения окончательной трассы требуется учитывать не только технико-эконо- мический, но и другие качественные критерии оптимальности принятия решений (требования ландшафтного проектирования или сохранения окружающей среды); детальную укладку и подбор всех основных элементов трассы производят в той же выделенной аналитически оптимальной зоне трассирования второго приближения, но при новом критерии оптимальности. По стереоскопической модели местности или на дисплее проектировщик в пределах полученной зоны оптимальности оценивает новые варианты решений.

165

§67. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ТРАССЫ, ИХ ПОДБОР

ИПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПРИ ДЕТАЛЬНОМ ТРАССИРОВАНИИ

Впрограммах аналитического трассирования автомобильных дорог производят разбивку трассы на отдельные однородные проектные участки, для чего ведут: преобразование геодезических зональных координат или координат съемки притрассовой полосы в системы координат отдельных проектных участков. Например, для дорог каждое сложное закругление трассы может состоять из трех проектных участков. Каждый проект-

ный участок может иметь: первую переходную кривую Lx с параметром Ах и конечным радиусом кривой RK, с углом поворота длинным тангенсом Тдх и коротким тангенсом Ткх; круговую кривую L0 с тем же радиусом RK и углом поворота 9 и тангенсами кривой t1 = t2, равными друг другу; вторую переходную кривую Ь2 с параметром А2 и тем же конечным радиусом кривой RK с углом поворота Р2, тангенсами коротким Тк2 и длинным Тд2. В расчете сложного закругления трассы могут участвовать основные элементы лишь двух

переходных кривых (биклотоиды) Ll параметра Ах и Ь2 параметра А2 с конечным радиусом RK, углом поворота Р1? длинным Тдх и коротким Ткх тангенсами и с углом Р2, коротким тангенсом Тк2 и длинным тангенсом Тд2. Если закругление содержит лишь один угол поворота 0, то круговая кривая (обычно большого радиуса) L0 имеет два тангенса кривой tx = t2 равные друг другу и радиус RK. Вдоль дорожной трассы могут встречаться кривые с левым углом поворота трассы у' и правым углом поворота у. Каждое сложное закругление может иметь либо три угла поворота (левого и правого направления) Y' = Pi + 0' + P'2 ИЛИ У = Ч-0 + Р2, либо два угла поворота (также левого или правого направления) при биклотоиде Y' = P'I + P'2 ИЛИ Y = Pi + P2. Каждая кривая закругления имеет общую касательную со смежной кривой данного закругления, или смежного с ним закругления. Между закруглениями могут быть прямые вставки. При трассировании у каждого закругления есть свойственные ему переходные и круговые кривые, главные точки которых имеют пикетаж, соответствующий пикетажу, выполненному вдоль трассы. Дирекционные углы каждой прямой трассы (расстояний между углами поворота и прямых вставок между смежными закруглениями) рассчитывают при разбивке пикетажа. Кроме того прямолинейные участки трассы разбивают на отрезки с однородными уклонами, либо в них вписывают вертикальные кривые. Расчет пикетажа по трассе приводится в работе (13).

Аналитическую пространственную укладку трассы дороги начинают с перевода координат точек структурных линий, участвующих в переборе вариантов, из общей системы координат в соответствующую частную систему координат первой касательной (клотоиды или круговой кривой) закругления 166

Рис. 77. Трасса, уложенная по выделенным линиям

трассы на участке вариантного перебора. Направление такой касательной должно соответствовать общему направлению трассы. Дирекционный угол задают для направления примыкания к существующей дороге или устанавливают в процессе вариантного перебора. Направление угла поворота трассы определяют по знакам координат точек трех-пяти структурных линий, участвующих в переборе. Встречаются случаи, когда на пути трассы имеется фиксированная точка или фиксированный отрезок с двумя точками. Они могут размещаться в начале трассы или в конце закругления в плане. Возникают варианты с двумя фиксированными точкамй в середине трассы или с двумя фиксированными точками на одной из структурных линий, с одной или двумя точками по высоте, связанными с высотным размещением водопропускной трубы, путепровода, моста, портала тоннеля. В каждом из них необходимо составлять программу прохождения трассы через такие точки.

При вариантном переборе возникает необходимость решать ряд задач, связанных с размещением трассы в том или ином месте.

При назначении положения трассы и при переборе переходных и круговых кривых используют известные в инженерной геодезии формулы определения их основных элементов, преобразования координат и расчета пикетажа вдоль трассы.

При детальной аналитической укладке трассу представляют пространственной кривой на пространственной ЦИММ, образованной координатами точек всех основных структурных линий. Между каждым из граничных вариантов плана с RKmin и RK max

назначают в середине еще два варианта со средними радиусами кривых, полученных из смежных вариантов (рис. 77). Первый смежный криволинейный вариант от направления воздушной прямой обычно назначают с горизонтальной кривой наибольшего радиуса, используемого на данном объекте (например, при

RK = 20000 м).	Все клотоидные кривые	закруглений имеют
параметры А	в пределах от 1/4 RK до	RK.

Для каждой ветви подбора трассы в плане назначают по пять вариантов в профиле: один — вдоль горизонтальной прямой или кривой, два — с предельными продольными уклонами вверх и вниз

167

Рис. 78. Схема пространственной укладки вариантов

(/=±/п р ) и два — между ними с уклонами равными среднему значению из двух смежных (рис. 78). При расчете рабочих отметок в вертикальные изломы вписывают вертикальные кривые с концами, совпадающими с концами их горизонтальных кривых. В каждой точке пересечения структурной линии ЦИММ с вариантом трассы производится расчет приведенных суммарных строительно-экс- плуатационных и транспортных затрат с учетом условий безопас-

н о с т и д в и ж е н и я .

Главные структурные линии трассирования, выделяющие наиболее ценные объекты, сооружения и коммуникации, следует относить к участкам особо высокой стоимости, обусловленной рядом требований (участки, через которые трасса должна проходить под определенными углами или обходить их на заданном расстоянии). Дальние по трассе границы структурных линий двух участков зон не только являются главными структурными линиями, отделяющими плоские склоны, но одновременно с этим их отвесные плоскости являются основными границами экономического сравнения вариантов.

Сравнение вариантов ведут отдельными проектными участками. При взаимном сопоставлении выявляют вариант с минимальными приведенными затратами. Он и все прилегающие к нему восемь из двадцати пяти наиболее близких вариантов создают своеобразную зону лучших решений, в пределах которой отыскивают еще более целесообразные решения, а все остальные варианты отбрасывают. В полученной более узкой пространственной зоне сравнений производят новую детализацию путем образования вариантов, которым придают осредненные значения элементов смежных участков. Они образуют вместе с оставшимися двадцать пять новых вариантов. По ним вновь производят расчет приведенных затрат и вновь ведут сравнение вариантов с выбором лучшего. Такие расчеты и сопоставления продолжаются до тех пор, пока разность приведенных суммарных затрат между оставшимися вариантами и лучшим станет меньше допустимой, установленной для некоторого усредненного по длине участка трассы.

Затем оставшиеся варианты детализируют по некоторым другим техническим элементам трассы (клотоидные кривые закруглений принятых конечных радиусов получают другие параметры, или им придают новые конечные радиусы, но с круговыми вставками между ними, в вертикальные переломы каждого закругления вписывают новые вертикальные кривые и т. д.).

168

Рис. 79. Проектные отрезки вдоль трассы в зоне оптимальности второго приближения

В процессе подобного поиска вариантов уточняют и детализируют элементы и расположение всех проектных участков, а сравнением их показателей устанавливают наиболее оптимальный вариант трассы для каждого участка.

При варьировании размещения каждого проектного участка дороги предусматривают возможность укладки между смежными проектными закруглениями плана или профиля прямых вставок как самостоятельных проектных участков.

Учитывая некоторую приближенность в определении стои-

мости	земляных	работ	на вновь проектируемом участке,
так как	на нем	еще не	ясны распределение земляных масс

и стоимость их транспортировки на смежные участки, особенно на последующем, к проектированию которого еще не приступали, окончательно определяют оптимальность расположения дорожного полотна по отобранным лучшим вариантам сразу четырех участков. Лучшие варианты имеют минимальное значение приведенных строительно-эксплуатационных и транспортных расходов каждой из оставшихся вариантных ветвей трассы.

Расчет приведенных суммарных строительно-эксплуата- ционных и транспортных расходов по всем ветвям ведут до головных граничных структурных линий сравнения каждого участка и в целом по всему запроектированному отрезку дороги. Сопоставляя их между собой, окончательно находят лучшие варианты. Каждый из таких лучших вариантов представляет одну трассу в сторону начала трассы после четвертого участка от места проектирования с пространственным разветвлением девяти вариантов в пределах третьего участка. Концы таких вариантов у второго отрезка, считаемого от места проектирования (перебора), в свою очередь имеют двадцать пять пространственных ветвей (рис. 79).

169