道路平面设计线形要素与配置

道路平面设计线形要素与配置

杨辉1范钰馨2

中核工程咨询有限公司北京市100000

摘要：根据汽车行驶的力学性质和行驶轨迹要求，合理地确定道路各线形要素和几何参数，保持线形的连续性和均衡性，避免长直线，并注意使线形与地形、地物、环境和景观等协调。

对于车速较高的道路，线形设计还应考虑行驶美学、驾驶员的视觉及心理上的要求，因此本次着重讨论圆曲线的半径、缓和曲线长度以及直线、曲线的合理配置等。

关键词：道路；线形要素；长直线；圆曲线；半径；缓和曲线；长度；合理配置

1道路线形要素基本概述

1.1路线平面的基本线形

道路是一条三维空间的实体，是一个带状构造物。它是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施所组成的线形构造物。

1.2直线

a.直线的特点：

直线距离短，直捷，通视条件好。汽车在直线上行驶受力简单，方向明确，驾驶操作简易。便于测设。直线线形大多难于与地形相协调，若长度运用不当，不仅破坏了线形的连续性，也不便达到线形设计自身的协调。过长的直线易使驾驶人感到单调、疲倦，难以目测车间距离。

b.宜采用直线线形的路段：

（1）不受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地；

（2）市镇及其近郊，或规划方正的农耕区等以直线条为主的地区；

（3）长的桥梁、隧道等构造物路段；

（4）路线交叉点及其前后；

（5）双车道公路提供超车的路段。

1.3圆曲线

是平面线形中常用的基本线形，在道路遇到障碍或地形需要改变时设置。

1.4缓和曲线

设置在曲线与圆曲线或不同半径的两圆曲线之间，用以缓和人体感到的离心加速度的急骤变化，从而达到驾驶员操作流畅，视觉平顺，线形连续。缓和曲线目前有：回旋曲线、三次抛物线、双纽曲线等。

汽车行驶轨迹与道路平面线形，行驶中汽车重心轨迹的几何特征：

（1）轨迹连续。这个轨迹是连续的和圆滑的。

（2）曲率连续，即轨迹上任一点不出现两个曲率的值。

（3）曲率变化连续：其曲率的变化率是连续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值。

2圆曲线

2.1概述

它是路线平面设计中的主要组成部分，它具有易与地形相协调、可循性好、线形美观、容易测设等优点，使用十分普遍。其特点：

（1）测设、计算简单。

（2）由于离受心力作用，占用道路更宽。

（3）汽车在小半径的圆曲线内侧行驶时，视距条件差，易发生交通事故。

（4）较大半径的长缓圆曲线具有线形美观、顺适、行车舒适等特点。

圆曲线的优点：符合地形、布线灵活；线形优美。

圆曲线的缺点：路线较直线长；行车受力复杂；视距受阻；驾驶劳动强度大。

2.2圆曲线半径的确定

一般情况下宜采用最小半径的4—8倍或超高2%—4%的圆曲线半径；地形限制时，应采用大于或接近于一般最小半径；地形特别困难不得已时，方可采用极限最小半径；前后线形要素要协调，使之连续、均衡；应配合纵面线形，避免小半径与陡坡相重合；积极推行反算，并结合标准。

2.3圆曲线的计算

ZY=JD-T

YZ=ZY+L

QZ=ZY-L/2

JD=QZ+J/2

3缓和曲线图圆曲线计算

3.1概述

缓和曲线是道路平面线形要素之一，它是设置在直线与圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一种曲率连续变化的曲线。除四级路可不设缓和曲线外，其余各级公路都应设置缓和曲线。在现代高速公路上，有时缓和曲线所占的比例超过了直线和圆曲线，成为平面线形的主要组成部分。在城市道路上，缓和曲线也被广泛地使用。

（1）缓和曲线的线形特征：

曲率渐变，设于直线与圆曲线间，符合汽车转弯时的行驶轨迹。线形缓和，消除了曲率突变点。曲率渐变，线形顺适美观，具良好的视觉效果和心理作用感。线形灵活、自由，更能与环境适应、协调配合。使平面线形更加灵活、经济、合理。计算、测设均较复杂。

（2）缓和曲线的作用

线形缓和；通过曲率的变化，线形圆滑美观，有良好的视效果和心理作用感，适应汽车转向操作的行驶轨迹及路线的顺畅，便于车辆遵循。行车缓和；离心加速度逐渐变化，不致产生侧向冲击力，乘客感觉舒适；超高和加宽缓和；超高横坡度逐渐变化，减少行车振荡，使行车更加平稳。

3.2设计标准

（1）缓和曲线的最小长度

将β0=3°和β0=29°分别代入上式，则A的取值范围为：

经验证明：当R在100m左右时，通常取A＝R；如果R小于100m，则选择A≥R。

在圆曲线半径较大时，R≥3000m，A<R/3。

（3）缓和曲线的省略

在直线和圆曲线间设置缓和曲线后，圆曲线产生了内移，其位移值为

在Lh一定的情况下，△R与圆曲线半径成反比，当R大到一定程度时，△R值将会很小。这时缓和曲线的设置与否，线形上已经没有多大差异。一般认为当△R≤0.10时，即可忽略缓和曲线。如按3s行程计算缓和曲线长度时，取△R=0.10，计算不设缓和曲线的临界半径

4平面线形的组合与衔接

4.1直线与曲线的组合

路线直曲的变化应缓和匀顺，直线与曲线组合得当，能提高线形的行驶质量。直线与曲线配合不好的线形应予避免。同向曲线间的短直线可用大半径的曲线来代替。

4.2、曲线与曲线的组合

要求：线形连续均匀、没有急剧的突变。圆曲线的组合：回头曲线适用二、三、四级公路当自然展线无法争取需要的距离以克服高差时，或因地形、地质条件所限不能采取自然展线时，可采用回头曲线展线。

4.3平面组合线形

简单型曲线：直线-圆曲线-直线的顺序组合的线形。适用：四级公路。

凸型曲线：直线-回旋线-回旋线-直线的顺序组合的线形。适用：一般不用，仅地形、地物受限路段用；设置的几何条件。

S型：两个反向圆曲线用两段回旋线连接的组合。适用场合：交点间距受限（交点间距较小），S型两圆曲线半径之比不宜过大

C型：同向曲线的两回旋线在曲率为零处径相衔接的线形。其连接处的曲率为0，也就是R=¥，相当于两基本型的同向曲线中间直线长度为0。适用：交点间距受限（交点间距较小）。C型曲线只有在特殊地形条件下方可采用。

5总结

在现代高速公路、城市道路上，缓和曲线、直线和圆曲线，成为平面线形的主要组成部分被广泛地使用。道路线形设计优良与否至关重要，它不仅便于车辆遵循，使乘客感觉舒适，对汽车行驶的安全性、舒适性、经济型及通行能力和交通容量等起着决定性的作用，而且会对沿线影响区内的经济开土地利用、环境保护及即人们的生产生活产生较大的影响，改善道路线形设计，对有效减少交通事故具有重要意义。

参考文献

[1]黎东培，郑传海.浅谈公路设计中应注意的问题及解决对策[J].企业导报.2012

[2]李志伟.公路道路线形设计中应注意的几个问题[J].交通世界.2012